Multisim在模拟电子实验中的应用研究 大学本科毕业论文仅供参考.docx

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Multisim在模拟电子实验中的应用研究大学本科毕业论文仅供参考

本科学生毕业论文（设计）

题目

Multisim在模拟电子实验中的应用研究

学院

物理与电子信息学院

专业

电子信息工程

学生姓名

学号

指导教师

职称

讲师

论文字数

5018

完成日期

2011

年

3

月

7

日

论文题目

Multisim在模拟电子实验中的应用研究

学生姓名、学院：

1111

，物理与电子信息学院

中文摘要

目前高校在电路实验教学上，或采用实物元器件直接于试验箱上搭建电路，

或采用multisim软件于计算机上进行电路的软件仿真实验。

真实实验能锻炼动

手能力，但要高质量设备支持，且耗时多；multisim仿真实验则方便快捷，仿

真程度高，便于模电教学实验等中初级电路的仿真，效率不可同日而语。

本文

初浅的描述一下multisim用于模电的情形。

关键词（3～5个）：

Multisim10.0仿真模拟电子实验

英文题目

TheResearchofMultisimApplicationtoAnalogElectronicExperiments

学生姓名（英文）：

学院（英文）：

CollegeofPhysicsandElectronicInformation

英文摘要

Currently,thecollegescreateanalogelectroniccircuitsconsistofphysical

componentsdirectlyonthetestchamber,thentest,analyze,processandrecordthe

data,atlastdrawtheconclusion;ortheymakesimulationoftheanalogelectronic

experimentsonthecomputerbyusingtheMultisimsoftware,theeffectissimilar.

Realexperimentscantrainthepracticalability,butaskforhigh-qualityequipments.

Themanualdataanalysiscostsalotoftime.TheMultisimsimulationofcircuitsis

veryfast,convenientandhighlyrealistic,sothesoftwareissuitableforthe

simulationofprimarycircuitsjustliketheexperimentsinteachinganalog

electronics.Theefficiencychanges.ThisarticledescribesthecaseoftheMultisim

applicationtoanalogelectronicsbriefly.

英文关键词

Multisim10.0SimulationAnalogElectronicexperiment

安徽师范大学本科生毕业论文（设计）评定意见

指

导

教

师

评

语

成绩：

签名：

年　月　日

评语主要内容包括：

学生写作态度、科研作风，论文选题的理论意义和实践价值，论据是否充分、可靠，掌握基础理论、专门知识、研究方法和技能的水平，写作的逻辑性、技巧及其他优缺点。

安徽师范大学本科生毕业论文（设计）评定意见

教

研

室

︵答

辩

组︶

评

定

意

见

成绩：

教研室主任（答辩组组长）签名：

年　　月　　日

学

院

意

见

成绩：

院长签章：

　　　　　　　　　　　　　　　　年　　月　　日

Multisim在模拟电子实验中的应用研究

，物理与电子信息学院

摘要：

目前高校在模拟电子电路实验教学方面，选择采用实物元器件直接于实验箱上搭建电路，再测试、记录、分析并处理数据，最终得出结论；或者选择利用multisim软件于计算机上进行电路的软件仿真实验，效果不相上下。

真实实验能够锻炼学生的动手能力，但需要高质量的设备支持，且手工数据分析很复杂，实验消耗时间较多；用multisim软件仿真电路进行实验则方便快捷，仿真程度高，适合于模电教学实验等中初级电路的仿真，这二者效率不可同日而语。

本文初浅的描述一下multisim用于模电的情形。

关键词：

Multisim10.0仿真模拟电子实验

TheResearchofMultisimApplicationtoAnalogElectronicExperiments

1111,TheCollegeofPhysicsandElectronicInformation.

Abstruct:

Currently,thecollegescreateanalogelectroniccircuitsconsistofphysicalcomponentsdirectlyonthetestchamber,thentest,analyze,processandrecordthedata,atlastdrawtheconclusion;ortheymakesimulationoftheanalogelectronicexperimentsonthecomputerbyusingtheMultisimsoftware,theeffectissimilar.Realexperimentscantrainthepracticalability,butaskforhigh-qualityequipments.Themanualdataanalysiscostsalotoftime.TheMultisimsimulationofcircuitsisveryfast,convenientandhighlyrealistic,sothesoftwareissuitableforthesimulationofprimarycircuitsjustliketheexperimentsinteachinganalogelectronics.Theefficiencychanges.ThisarticledescribesthecaseoftheMultisimapplicationtoanalogelectronicsbriefly.

KeyWords:

Multisim10.0SimulationAnalogElectronicexperiment

NIMultisim10介绍

NIMultisim10是美国国家仪器（NationalInstruments，NI）公司的于2007年3月发布的电路设计10.0版本，是该公司电子线路仿真软件EWB（ElectronicsWorkbench，虚拟工作台）的升级版。

Multisim10.0包含有电路仿真设计的模块Multisim，PCB设计软件Ultiboard，布线引擎Ultiroute及通信电路分析与设计模块Commsim4个部分，能完成从电路的仿真设计到电路版图生成的全过程。

这四个部分相互独立，可以分别使用，且四个部分都有增强专业版powerprofessional，专业版professional，个人版personal，教育版education，学生版student，还有演示版demo等多个版本，各个版本的功能和价格有明显的差异。

NIMultisim10用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现了“软件即仿真”和“软件即仪器”。

NI　Multisim１０就是一个原理电路设计和电路功能测试的虚拟仿真软件。

概括起来，NIMultisim10具有以下特点：

1.采用交互式界面，直观方便。

2.元器件库提供数千种电路元器件库，同时也支持用户新建或扩充已有的元器件库，而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到，因此也很方便的在工程设计中使用。

3．软件的虚拟测试仪器仪表种类齐全，有一般实验室用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源。

而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。

3.允许用户使用电路原理图的图形输入和电路硬件描述语言输入方式。

4.具备强大的电路分析功能。

如直流静态分析、交流分析、瞬态分析、稳态分析、时域分析、频域分析、元器件的线性与非线性分析、电路的噪声分析和失真分析、离散傅立叶分析、电路零级点分析、交直流灵敏度分析等电路分析功能，对用户分析电路性能给予极大的便利。

5.可用来设计、测试和演示各种电路。

如电工学、模拟电路、数字电路、接口电路、芯片控制电路等等。

可以对被仿真电路中的元器件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，从而观察不同故障情况下的电路工作状况。

而且在进行仿真的同时，软件可以存储测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。

6.软件具有丰富的Help功能，有利于用户自学软件。

Help系统不仅包括软件本身的操作指南，更重要的是包含有元器件的功能解说，Help中这种元器件功能解说有利于使用EWB进行CAI教学。

另外，NIMultisim10还提供了与国内外流行的印制电路板设计自动化软件Protel及电路仿真软件PSpice之间的文件接口，也能通过Windows的剪贴板把电路图送往文字处理系统中进行编辑排版，同时支持VHDL和VerilogHDL语言的电路仿真与设计。

模电实验是模电技术课程教学的重要环节。

用NIMultisim10软件仿真模电实验与传统的电子电路设计实验方法相比，有多个特点：

可以同步进行设计与实验，即边设计边实验，修改调试方便；设计和实验用的元器件和测试仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；可以方便的对电路参数进行测试和分析；可以直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。

由于Multisim虚拟测试仪表和仿真元器件外形、性能和实物都很接近，再配合强大的仿真分析，所以能保证模拟实验结果相当精确、可靠，Multisim仿真实验会加快、加深我们对模拟电子技术的理解，提高动手能力。

Multisim软件是电子电路计算机仿真设计与分析的基础。

优秀的仿真软件，结合计算机快速的运算能力，令电路板设计、电路分析、电路教学实验这些活动的效率成百上千倍提高。

现举“二级负反馈放大电路”和“带集成运算放大器的正弦波发生器”两例以佐证。

两级电压串联负反馈放大电路实例

本例选用二级电压串联负反馈放大电路，如图1所示。

第一级放大电路是由三极管VT1组成的共发射极放大电路，第二级是由三极管VT2组成的共发射极放大电路，两级之间通过电容C2实现阻容耦合。

由于前后级之间通过电容连接，故级与与之间的直流通路是断开的，因此，各级的静态工作点相互独立，互不影响。

这样给分析、设计、调试工作带来很大的方便。

而且，如果耦合电容的容值足够大，就可以做到在一定的范围内，前一级的输出信号几乎不衰减的传送到后一级的输入端，使信号得到充分的利用。

但是，阻容耦合方式也有明显的缺点。

首先，不适合传送变化缓慢的信号，当缓慢变化的信号通过电容C2时，将会严重衰减。

由于电容有隔直作用，因此，直流成分的变化不能通过电容C2。

更严重的是，由于集成电路工艺很难制造大容量的电容，因此，阻容耦合方式在集成放大电路中无法采用。

开关J1控制两级放大电路之间是否加入负反馈，开关J2选择输出端带负载或输出开路，便于测输出电阻。

图1

实验仿真分析：

（1）将开关J1闭合，J2断开，电路暂不引入级间反馈。

①利用Multisim直流工作点分析功能，测量无级间反馈时两级放大电路的静态工作点，分析结果如下：

图2

可见，对三极管VT1，Vbq=1.92665v,Vcq=10.23955v,Veq=1.15574v；

对三极管VT2，Vbq=2.,Vcq=8.06541,Veq=1.98697v。

②加上正弦波输入电压进行仿真，利用虚拟示波器可以观察到第一级输出电压与输入电压反相，第二级输出电压与输入电压同相。

两级放大电压均无明显的非线性失真。

图3第二级输出电压

蓝线为输入正弦电压，红线为第二级输出电压。

将示波器B端口接到节点1，观察VT1集电极电压信号，如图3。

.

图4第一级输出电压

蓝线为输入正弦电压，白线为第一级输出电压。

③当输入电压为5.17mV时，输入电流为776.136nA,输出电压为1.212V。

电路总放大倍数为

电路无负反馈放大倍数A=Uo1/Ui=1.212V/5.17mV=209.20=234.43

电路无负反馈输入电阻Ri=Ui/Ii=5.17mV/776.136nA=6.66kohm

图5

图3依次为表XMM2、XMM3、XMM1的示数。

④将开关J1断开，负载电阻RL开路，截图如下

图6（表XMM2、XMM3、XMM1）

读出空载时输出电压Uo2=1.701V

则电路无负反馈输出电阻Ro=（Uo2/Uo1-1）*RL=（1.701/1.212-1）*5kohm=2.01733kom

（2）J1闭合，J2闭合，引入级间负反馈情况

①加入正弦波输入电压，由虚拟示波器看到，同样的输入电压之下，输出电压的幅度明显下降，但失真度减低，波形更好些。

图7

图8（表XMM2、XMM3、XMM1）

由虚拟仪表得知，当Ui=5.497mV时，Ii=667.518nA,Uo=36.956mV.

电路有负反馈放大倍数Auf=Uo/Ui=36.956mV/5.497mV=6.723,

可见放大倍数由234.43变为6.723，降低明显。

②电路有负反馈输入电阻Ri=Ui/Ii=5.497mV/667.518nA=8.235kohm，

可见输入电阻由6.66千欧变为8.235千欧，增大了。

③将J1断开，使负载开路，运行软件仿真，截图如下

图9（表XMM2、XMM3、XMM1）

读出空载时输出电压Uo2=37.196mV。

电路有负反馈输出电阻为

Rof=（Uo2/Uo1-1）*RL=（37.196mV/36.956mV-1）*5kohm=32.471ohm，可见输出电阻由2.01733kom明显减小为32.471ohm，提高了带负载能力。

（2）电压串联负反馈放大电路频率响应的测试：

（1）将J2断开，无级间负反馈，如下：

图10

（2）将J2闭合，引入电压串联负反馈，如下：

图11

比较图10、图11，可见引入电压串联负反馈后，中频电压放大倍数减小了，但下限频率降低，上限频率升高，因而电路通频带变宽了，放大倍数相比更稳定。

故由上面软件仿真得知，放大电路系统中引入电压串联负反馈，较之无反馈时，放大倍数变低，但更稳定，非线性失真减小，抗干扰能力增强，通频带拓宽；电路输入电阻增大，系统对电源要求降低，输出电阻减小，带负载能力增强。

这些都是引入反馈带来的优点。

用multisim软件仿真，借助于计算机强大的运算能力进行这些电路分析，得出电压串联负反馈的相关结论，显得十分快捷便利。

若是在试验箱上真实实验，要处理的数据特别的多，自然实验麻烦的多，进度减慢。

用运算放大器设计波形发生器实例

为简易起见，设计的是RC正弦波振荡电路。

图12RC串并联电路

RC串并联电路具有选频特性。

简单的介绍一下其工作特性，假设输入一个幅度恒定的正弦电压U，当其频率逐渐变化时，观察R2C2并联支路两端电压Uf的变化情况。

在频率较低的情况下，由于1/wC1>>R1,1/wC2>>R2,此时可将R1和1/wC2忽略，w愈低，则1/wC1愈大，Uｆ幅度愈小，且其相位超前U愈多。

当ｗ趋近于零点，｜Uf｜趋近于零，相位趋近９０度。

而当频率较高时候，由于1/wC1<

当w趋近于无穷大时,|Uf|趋近于零，相位接近-90度。

由此可见，只有当角频率为某一中间值时，有可能得到|Uf|的值比较大，且Uf与U同相。

通常取R1=R2，C1=C2，此时频率特性可表示为F=Uf/U=1/[3+j（wRc-1/wRc）],当w0=1/RC,则上式简化为F=1/[3+j（w/w0-w0/w）],电路的频率响应表达式可以分别用幅频特性和相频特性的表达式表示如下：

，

Φ=-arctan（w/3w0-wo/3w）。

根据上两式可以看出，RC串并联电路的幅频特性和相频特性如下所示。

图13RC串并联电路频响特性

由图可知，当w=w0时，F的幅度最大，此时|F|max=1/3,F的相位角为零，即Φ=0。

就是说，当f=f0=1/2πRC时，Uf的幅度达到最大，等于U幅值的1/3，而且，Uf与U同相。

波形振荡器由放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅环节组成。

本电路中运算放大器3554AM加上R1、R4、R5引入的电压串联负反馈，构成同相比例放大电路，放大倍数A=1+（R4+R5）/R1；

RC串并联电路是选频网络，同时也是正反馈电路。

当所选频率为f=1/2RC时，RC串并联电路提供的正反馈系数为F=1/3，且输入输出信号相移为0，加上同相比例电路输入输出相移为0，故可满足相位平衡条件；幅度平衡条件是AF=1，即R4+R5=2R1，R1接入电路阻值为60%；

稳幅环节是靠手动调节变阻器R5改变放大电路负反馈深度来实现，改变R5的大小可以调节同相比例电路中的负反馈深度。

R5愈小，则负反馈系数愈大，负反馈深度愈深，放大电路的电压放大倍数愈小；反之，R5愈大，负反馈系数愈小，负反馈愈弱，电压放大倍数愈大。

如果电压放大倍数太小，不能满足|Af|>3的条件，则振荡电路不能起振；如果电压放大倍数太大，则可能输出幅度过大，使振荡波形产生明显的非线性失真，所以应该调整R5接入电路的阻值大小，使振荡电路产生比较稳定而失真较小的正弦波信号。

图14（RC文氏电桥振荡电路）

自行起振条件是AF>1,对所选频率信号，F=1/3，故A=1+（R4+R5）/R1>3,即得出R4+R5>2R1,即R5>1.2kohm,接入电路阻值大于60%时，电路能自行起振；在接入电路阻值正好等于60%时候，AF=1，振荡电路处于稳幅振荡状态，输出的电压达到稳定。

以上两级放大电路只有在AF>3时，才可能满足产生正弦波振荡的起振条件。

如果放大倍数过大，由于振荡器幅度超出放大电路的线性放大范围而进入非线性区，输出波形将产生明显的失真。

另外，放大倍数因受环境温度和元件老化等因素影响，也会发生波动。

这都直接影响振荡电路输出波形的质量，因此，通常在放大电路中引入负反馈以改善振荡波形。

图12中电阻R1、R4、R5引入了电压串联负反馈，它的作用不仅可以提高放大倍数的稳定性，改善振荡电路的输出波形，而且进一步提高了放大电路的输入电阻，降低输出电阻，从而减小了放大电路对RC串并联网络选聘网络的影响，提高了振荡电路的带负载能力。

在实际应用中可采用热敏电阻替代（R4+R5），实现自动稳幅。

当输出振荡幅度增大时，流过热敏电阻电流增大，热敏电阻值增大，使放大电路中负反馈信号也增大，降低了同相比例放大电路的放大倍数，抑制了输出幅度的增长。

反之，若输出振荡幅度减小，流过热敏电阻电流也减小，热敏电阻阻值减小，使放大电路负反馈信号减弱，同相比例放大电路的放大倍数增大，阻止了输出幅度继续减小，从而达到自动稳幅的效果。

对电路进行软件仿真：

先将R5调到大于60%位置，使电路系统自起振；然后等幅度增大到适当大小时，将R5调到等于60%位置，电路稳幅振荡，输出电压幅度恒定。

截图如下：

图15（幅度稳定的正弦波信号）

虚拟示波器上显示输出了正弦波信号，仿真实验初步成功。

如果要进一步在此基础上做成方波、三角波振荡器，只需在电路正弦输出端加上两并联反接的稳压管形成方波发生器，再给方波加一级积分电路形成三角波发生器，这些在multisim软件上很容易实现，如果不理想，调试修改也很方便。

当然，用multisim软件可以很方便的分析这些电路，其丰富的仪器可以观察所有节点处电流电位，使我们加深对波形振荡器的理解。

结语

由以上两级电压串联负反馈放大电路例和用运算放大器设计波形发生器例可以看出，这些实验若是在试验箱上面连接电路，再用电表、示波器等测量数据记录下来，最后处理分析数据，得出结论，该会是何等费时耗力的任务！

真实实验仅仅在数据的误差分析处理、得出结论方面就会花大量时间和精力，不用说在电路频率响应和变动参数测量结果这些更繁杂的试验上面了。

软件仿真在教学实验、学习模拟电路等研究性要求不高的领域体现的优势有目共睹，相比真实实验，它节约成本，易学方便，可持续性强，尤其是能节省大量时间，这对我们这些时间有限的在校学生来说，是无法估量的贡献。

Multisim软件还有专业版本，同样能满足日后工作对集成电路高精度模拟的要求，它是EDA软件举足轻重的一员。

因此，对从事电路学习或工作的人们来说，意义不言而喻。

参考文献

[1]黄智伟李传奇皱其洪.基于NIMultisim的电子电路计算机仿真设计与分析[M].北京：

电子工业出版社，2004

[2]清华大学电子学教研组杨素行.模拟电子技术基础简明教程（第三版）[M].北京：

高等教育出版社，2006

[3]秦新燕黄晓明.Multisim在模拟电子技术教学中的应用[J].湖北第二师范学院报，2010,27

（2）：

100-102

[4]罗映翔谭泽富.Multisim2001电路仿真软件在负反馈电路教学中的应用[J].现代电子技术，2008（7）：

161-162

[5]陈灵敏.Multisim10_0在负反馈放大电路教学中的应用[J].科技资讯，2009（10）：

183-184

[6]安师大物电学院电子技术教研室.计算机辅助设计实验指导书——Multisim电路仿真与分析[M].2009年7月