Multisim课程设计讲义.doc

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第一章Multisim概述

Multisim是一个完整的设计工具系统，提供了一个非常大的元件数据库，并提供原理图输入接口、全部的数模Spice仿真功能、VHDL/Verilog设计接口与仿真功能、FPGA/CPLD综合、RF设计能力和后处理功能，还可以进行从原理图到PCB布线工具包的无缝隙数据传输。

它提供的单一易用的图形输入接口可以满足您的设计需求。

Multisim提供全部先进的设计功能，满足您从参数到产品的设计要求。

因为程序将原理图输入、仿真和可编程逻辑紧密集成，您可以放心地进行设计工作，不必顾及不同供应商的应用程序之间传递数据时经常出现的问题。

一．Multisim界面

启动Multisim2001后，可看到如图1-1所示用户界面。

设计工具栏

使用中元件列表

菜单

系统工具栏

元件工具栏

电路窗口

图1-1

1．1基本元素

Multisim用户界面包括如下基本元素：

数据库选择器

注：

缺省状态下，电路窗口的背景是黑色的；但是基于本文的目的，我们使用了白色的背景。

要改变背景色，可在Options/Preferences../circuit下设置。

与所有的Windows应用程序类似,可在菜单（Menus）中找到所有功能的命令。

系统工具栏（systemtoolbar）包含常用的基本功能按钮。

设计工具栏（MultisimdesignBar）是Multisim的一个完整部分，下面将详细介绍。

使用中元件列表（InUse）列出了当前电路所使用的全部元件。

元件工具栏（componenttoolbar）包含元件箱按钮（PartsBin）,单击它可以打开元件族工具栏（此工具栏中包含每一元件族中所含的元件按钮，以元件符号区分）。

数据库选择器（databaseselector）允许确定哪一层次的数据库以元件工具栏的形式显示。

1.2．菜单简介

文件编辑显示放置仿真文件输出工具选项窗口帮助

图1-2

Multisim2001为用户提供了10个主菜单栏。

如图1-2所示。

1．File菜单

用于管理Multisim2001所创建的电路文件。

2．Edit菜单

用于电路绘制过程中，对电路或元件进行剪切，复制、粘贴、翻转、旋转等操作。

3．View菜单

显示或隐藏工具栏

显示或隐藏元件库工具栏

显示或隐藏状态栏

显示或隐藏仿真错误记录/检查仿真踪迹

显示或隐藏XSpice命令行界面

显示或隐藏图形记录仪器窗口

显示或隐藏仿真开关

显示或隐藏电路文本描述框

显示或隐藏栅格

显示或隐藏纸张边界

显示或隐藏标题栏和电路图边界

图1-3

用于用户界面上显示或隐藏电路窗口中的某些内容以及缩放电路窗口等操作。

具体功能如图1-3所示。

：

4．Place菜单

用于在电路窗口中放置元件、连接点、总线、文本或图形等。

具体功能如图1-4所示：

打开元件放置对话框

放置一个节点

放置一根总线

放置一个输入输出端口

打开替换选定元件对话框

图1-4

5．Simulate菜单

用于电路仿真的设置和操作。

如图1-5所示。

运行仿真开关

暂停

打开预置仪表对话框

打开数字电路仿真设置对话框

选择仿真仪表

选择仿真分析方法

打开后处理对话框

自动设置电路故障

全局元件容差设置

图1-5

6．Transfer菜单

用于将Multisim2001的电路文件或仿真结果输出到其他应用软件。

如图1-6

传送给应用软件Ultiboard

传送给其他印刷电路板设计软件

将Ultiboard中电路元件注释传回

将仿真结果文件变换为MathCAD格式

输出网表

图1-6

7.Tools菜单

用于编辑或管理元件库或元件。

如图1-7所示。

打开创建元件对话框

打开编辑元件对话框

打开复制元件对话框

打开删除元件对话框

打开元件库管理对话框

升级元件

远程控制/设计共享

登录网站

图1-7

8．Options菜单

打开参数选择、设置对话框，设定电路的有关参数

打开修改标题块内容对话框

打开全局限制对话框

打开电路限制对话框

图1-9

用于定制电路的界面和某些功能设置。

如图1-8所示。

9.Window菜单

用于控制Multisim2001窗口显示方式。

10．Help菜单

为用户提供在线技术服务和使用帮助。

SystemZoomDesignInUseList

Instruments

图1-10

1.3常用工具栏

Multisim2001为方便用户，提供了多个工具栏，如图1-10所示。

下面主要介绍Design和Instruments工具栏。

1．设计工具栏（DesignBar）

设计是Multisim的核心部分，使您能容易地运行程序所提供的各种复杂功能。

设计工具栏指导您安步就班地进行电路的建立、仿真、分析并最终输出设计数据。

元件设计按钮（Component）缺省显示，因为进行电路设计的第一个逻辑步骤是往电路窗口中放置元件。

元件编辑器按钮（ComponentEditor）用以调整或增加元件。

仪表按钮（Instruments）用以给电路添加仪表或观察仿真结果。

仿真按钮（Simulate）用以开始、暂停或结束电路仿真。

分析按钮（Analysis）用以选择要进行的分析。

后分析器按钮（Postprocessor）用以进行对仿真结果的进一步操作。

VHDL/Verilog按钮用以使用VHDL模型进行设计（不是所有的版本都具备）。

报告按钮（Reports）用以打印有关电路的报告（材料清单，元件列表和元件细节）。

传输按钮（Transfer）用以与其它程序通讯，比如与Ultiboard通讯。

也可以将仿真结果输出到像MathCAD和Excel这样的应用程序。

本手册讲述了利用这些工具按钮建立电路、仿真电路的基本用法，有关细节请参考MultisimUserGuide。

2．仪表工具栏

数字万用表

函数信号发生器

瓦特表

示波器

波特指示器

字信号发生器

逻辑分析仪

逻辑转换器

失真分析仪

频谱分析仪

网络分析仪

3．元件工具栏

电源信号源

基本器件

二极管

三极管

模拟集成电路

TTL器件

CMOS器件

数字器件

混合集成电路

指示器件

其它器件

控制器件

射频元器件

机电类器件

第二章电路图的设置及仿真分析

一．电路图绘制

要绘制的电路如图1-1所示。

1.1．具体绘制方法

1．打开用户界面，系统会自动打开一个名为“circuit1”的空白电路文件。

文件名称可在保存时修改。

2．我国电路图符号与欧洲标准接近，可执行Options/Preferences，然后如图2-2所示设置。

图2-2

3．放置元器件

图2-3

放置直流电源。

选择元件工具栏的“电源信号”，

再单击直流电源。

如图2-3。

然后移动

鼠标在电路合适位置单击。

放置“电流源”和“地”方法相同。

放置电阻。

又分为实际电阻和虚拟电阻。

具体设置如图2-4所示。

图2-3

实际电阻

虚拟电阻

图2-4

连接电路

将鼠标指针移动到所要连接元件引脚，单击并移动到所要连接元件引脚上，再次单击即可。

电路图连接好以后，可以进行元件位置调整、导线调整、修改元件参考序号、数值及标签。

注：

连接之前最好将所需仪表接入，参见图2-5

2.2仿真分析

可以利用软件提供的仪表，建立虚拟电子工作平台进行分析。

单击“元件工具栏”上的“指示器件”，在弹出的器件库中选择“电压表”，然后再进行选择即可。

电流表选择相同。

最后选择仿真、运行即可。

图2-5

2.3电路的设置

1．界面的设置

为了方便电路图的创建、分析和观察，创建电路前应对电路界面作相应设置。

执行Options/Preferences命令，屏幕出现如图2-6所示对话框，该对话框有6个标签，下面主要介绍3个。

图2-6a阿a

电路图和元件参数设置

Show区用于元件和连线主要参数显示

Color区用于设置电路图的颜色

显示元件标志

显示元件参考序号

显示节点编号

显示元件参数值

显示元件属性

自定义

黑背景/白色电路

设置电路图的图纸格式

显示栅格

显示标题

设置电路图的图纸大小和方向

窗口的缩放比例

图2-6b

导线宽度和连线方式

数值越大导线越宽（1-15）

自动连线

移动元件时自动连线

图2-6c

2．其它

节点的放置：

若想在已存在的连线上创建一条新的连线，而此处既不是引脚也不是连接点，就必须添加节点。

执行Place/PlaceJunction命令后，移动鼠标放置在对应位置。

添加文本：

在电路适当地方添加注释。

执行Place/PlaceText命令后，移动鼠标放置在对应位置。

第三章常用的虚拟仪表与分析方法

一．指示仪表

常用指示仪表有电压表和电流表。

电路中二者分别并联和串联。

特点：

测量范围无限大。

测量的值为有效值。

仿真过程中电路参数变化，需重启仿真再读数。

电压表和电流表在不改变水平放置情况下，可改变输入测量端的水平、垂直位置以适应电路布局。

如图3-1所示。

图3-1

图3-2为应用实例。

图3-2

电压表和电流表内阻可通过其属性对话框进行设置。

如图3-3

图3-3

内阻

交、直流选择

二．虚拟仪器

虚拟仪器共有11种，常用的有数字万用表、信号发生器、双踪示波器、瓦特表，下面对他们逐一介绍。

1．数字万用表

图3-4

数字万用表的图标、面板、参数设置如图3-4所示。

外观与实际仪表基本相同，连线方法与实际万用表一样，通过两端子进行测量。

注意选择对应功能（交、直流；电流、电压、电阻）。

应用举例如图3-5,3-6所示。

图3-6

图3-5

2.函数信号发生器

图3-7

图标和面板如图3-7所示。

函数信号发生器可产生正弦波、方波和三角波信号。

可设定最大值，对方波和三角波还可设置其占空比（Dutycycle）,偏置电压（Offset）的设置是指将设置的电压叠加到指定的信号上输出。

端子连接于输出信号：

+Common输出正极性信号，幅度等于信号发生器有效值。

-Common输出负极性信号，幅度等于信号发生器有效值。

+-输出信号幅度等于信号发生器有效值的2倍。

应用举例如图3-8所示。

图3-8

3．双踪示波器

图标和面板如图3-9所示。

四个接线端子中，A、B为两通道，G为接地端，T为外触发端。

连线方式与实际示波器略有不同，两通道均是只需一根线与被测点相连，测量的是该点与地之间的波形。

面板设置功能如下。

Timebase区：

ScaleX轴所表示时间。

XPositionX轴时间起点位置

Y/T显示随时间变化信号波形

B/AA通道作X轴信号，B通道作Y轴信号

A/BB通道作X轴信号，A通道作Y轴信号

AddY轴两信号相加

Channel区（A,B）：

ScaleY轴上电压数值

YPositionY轴上上下位置

AC仅显示交流成分

DC交直流全显示

Trigger区：

Edge触发信号边沿

Auto自动。

一般使用这种方式。

图3-9

2号读数指针

1号读数指针

X轴扫描时基

Y轴信号标度

示波器触发方式

读数方法

可按照实际示波器那样读数。

也可利用读数指针和测量数据区显示对应数据来进行读数。

瞬时波形观测

执行Simulate/DefaultInstrumentSetting，弹出图3-10所示对话框进行设置。

然后进行仿真就可看到图3-11对电容的瞬时充电波形。

初始环境设置

结束时间

图3-10

图3-11

4．瓦特表

又称功率计，用来测量交直流电路的有功功率和功率因数，单位自动调整。

图标和面板如图3-12所示。

图标上两组端子分别对应电压和电流。

注意应分别并、串接入电路。

图3-12

电路举例:

图3-13

如图3-13（邱关源《电路》习题4-17）和图3-14（邱关源《电路》习题9-18）所示。

图3-14

？

？

？

？

三．电路分析方法

图3-15

虚拟仪表无法对多参数进行分析，这时就要用到高级分析功能。

执行Simulate/Analyses命令，弹出图3-15所示对话框。

前三个依次为：

直流工作点分析，交流分析，瞬态分析。

下面分别介绍。

1．直流工作点分析

分析直流电源作用时每个节点上的电压及流过电源的电流。

首先在电路窗口创建如图3-16所示电路，然后执行Simulate/Analyese/DCOperatingPoint命令，弹出图3-17所示对话框。

图3-16

图3-17

点此添加到右侧

Outputvariables（输出变量标签）

用于设置需要分析的节点。

图3-17左侧为为能分析的全部变量列表。

如不需要这么多，可从其下拉菜单中选取即可。

右侧为确定需要分析的节点。

选中左侧变量，单击图3-17中所标注按钮，这些变量就会出现在右侧需要分析的栏中。

单击Simulate按钮即可出现图3-18所示数值。

图3-18

2.交流分析

分析交流电源作用时节点电压及电源电流的幅频和相频特性曲线。

首先在电路窗口创建如图3-19所示电路，然后执行Simulate/Analyese/AC/AnalyeIe命令，弹出图3-20所示对话框。

图3-17

图3-19

本图f0=1591.5Hz

图3-19

图3-20

对话框中的设置项目、单位及默认值如下表所示

图3-19

图3-21

仿直流电路设置，选节点2电压作为分析变量，如图3-21。

单击Simulate按钮，即可得图3-21所示结果。

图3-22

改变参数设置如图3-23，可得图3-24结果。

图3-23

图3-24

思考题：

将数据导出至EXCEL表格，画出UR波形。

3．瞬态分析

瞬态分析通常分析节点的电压波形（时间），用示波器可观察到相同结果。

下面以图3-19为例，说明瞬态分析的具体步骤。

执行Simulate/Analyese/AC/TransientAnalysis命令，弹出图3-25所示对话框。

AnalysisParameters标签中各区功能为：

初始条件

最大时间步长

开始、结束时间

图3-25

图3-25

设置观察1.，2,3点电压波形，可得结果如图3-26

图3-26

第四章电路仿真参考图及仿真内容

一．基尔霍夫定律

（教材习题3-11）

图4-1

验证基尔霍夫电压定律和电流定律。

二．直流电路

1．网孔电流2．节点电压

（教材习题3-14，3-19a）

分析图4-2和图4-3的网孔电流和节点电压。

图4-2

图4-3

3．叠加原理

图4-4

（教材习题4-2）

利用叠加原理分析图4-4所示电路电流和电压。

4．戴维宁定理

（教材例4-2）

图4-5

求图4-5所示RL左侧二端口戴维宁等效电路和诺顿等效电路。

图4-6a

三．动态电路

观察图4-6a所示电容两端电压波形。

图4-6b

信号发生器设置：

方波，100Hz，占空比50%。

（教材例7-9）用瞬态分析法观察图4-6b节点1电压波形。

思考：

如何仿真二阶零输入响应。

（Place/Placecomponent然后在component的下拉菜单中选CAPACITOR_VIRTUAL此电容可设初值。

）

四．交流电路

1．一般交流电路分析

（教材习题9-5）

图4-7

电源参数：

最大值10V，频率f=159.155Hz（ω=1000rad/s）.

测量图4-7所示电路中各电压、电流、功率。

2．RLC串联电路

选习题11-6、11-7、11-8中一组数据，画出RLC串联电路，并分析对应个参数。

图4-8

3．功率因数提高

图4-8

图4-8所示电路中，电源功率因数要求提高到0.9，求并联电容C，并用实验验证之。

4．三相电路

图4-9

（教材习题12-12）

测量图4-8所示电路各电量。

图4-10

5.非正弦周期电路

（教材例13-3）

电路如图4-10，用示波器观察整流输出电压和负载电阻两端电压波形，并测量其值。

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