最详细最好的Multisim仿真教程.docx
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最详细最好的Multisim仿真教程
第13章Multisim模仿电路仿真
本章Multisim10电路仿真软件,讲授运用Multisim进行模仿电路仿真的根本办法.
目次
1.Multisim软件入门
2.二极管电路
5.负反馈放大电路
7.互补对称（OCL）功率放大电路
13.1Multisim用户界面及根本操纵
在浩瀚的EDA仿真软件中,Multisim软件界面友爱.功效壮大.易学易用,受到电类设计开辟人员的青睐.Multisim用软件办法虚拟电子元器件及仪器内心,将元器件和仪器聚集为一体,是道理图设计.电路测试的虚拟仿真软件.
Multisim起源于加拿大图像交互技巧公司（InteractiveImageTechnologies,简称IIT公司）推出的以Windows为基本的仿真对象,原名EWB.
IIT公司于1988年推出一个用于电子电路仿真和设计的EDA对象软件ElectronicsWorkBench（电子工作台,简称EWB）,以界面形象直不雅.操纵便利.剖析功效壮大.易学易用而得到敏捷推广运用.
1996年IIT推出了EWB5.0版本,在EWB5.x版本之后,从EWB6.0版本开端,IIT对EWB进行了较大变动,名称改为Multisim（多功效仿真软件）.
IIT后被美国国度仪器（NI,NationalInstruments）公司收购,软件改名为NIMultisim,Multisim阅历了多个版本的进级,已经有Multisim2001.Multisim7.Multisim8.Multisim9.Multisim10等版本,9版本之后增长了单片机和LabVIEW虚拟仪器的仿真和运用.
下面以Multisim10为例介绍其根本操纵.图13.1-1是Multisim10的用户界面,包含菜单栏.尺度对象栏.主对象栏.虚拟仪器对象栏.元器件对象栏.仿真按钮.状况栏.电路图编辑区等构成部分.
图13.1-1Multisim10用户界面
菜单栏与Windows运用程序类似,如图13.1-2所示.
图13.1-2Multisim菜单栏
个中,Options菜单下的GlobalPreferences和SheetProperties可进行共性化界面设置,Multisim10供给两套电气元器件符号尺度：
ANSI：
美国国度尺度学会,美国尺度,默以为该尺度,本章采取默认设置;
DIN：
德国国度尺度学会,欧洲尺度,与中国符号尺度一致.
对象栏是尺度的Windows运用程序作风.
尺度对象栏：
视图对象栏：
图13.1-3是主对象栏及按钮名称,图13.1-4是元器件对象栏及按钮名称,图13.1-5是虚拟仪器对象栏及仪器名称.
图13.1-3Multisim主对象栏
图13.1-4Multisim元器件对象栏
图13.1-5Multisim虚拟仪器对象栏
项目治理器位于Multisim10工作界面的左半部分,电路以分层的情势展现,重要用于层次电路的显示,3个标签为：
Hierarchy：
对不合电路的分层显示,单击“新建”按钮将生成Circuit2电路;
Visibility：
设置是否显示电路的各类参数标识,如集成电路的引脚名;
ProjectView：
显示统一电路的不合页.
13.1.2Multisim仿真根本操纵
Multisim10仿真的根本步调为：
1.树立电路文件
2.放置元器件和内心
3.元器件编辑
4.连线和进一步伐整
5.电路仿真
6.输出剖析成果
具体方法如下：
1.树立电路文件
具体树立电路文件的办法有：
●打开Multisim10时主动打开空白电路文件Circuit1,保管时可以从新定名
●菜单File/New
●对象栏New按钮
●快捷键Ctrl+N
2.放置元器件和内心
Multisim10的元件数据库有：
主元件库（MasterDatabase）,用户元件库（UserDatabase）,合作元件库（CorporateDatabase）,后两个库由用户或合作人创建,新装配的Multisim10中这两个数据库是空的.
放置元器件的办法有：
●菜单PlaceComponent
●元件对象栏：
Place/Component
●在画图区右击,运用弹出菜单放置
●快捷键Ctrl+W
放置内心可以点击虚拟仪器对象栏响应按钮,或者运用菜单方法.
以晶体管单管共射放大电路放置+12V电源为例,点击元器件对象栏放置电源按钮（PlaceSource）,得到如图13.1-6所示界面.
图13.1-6放置电源
修正电压值为12V,如图13.1-7所示.
图13.1-7修正电压源的电压值
同理,放置接地端和电阻,如图13.1-8所示.
图13.1-8放置接地端（左图）和电阻（右图）
图13.1-9为放置了元器件和仪器内心的后果图,个中左下角是函数旌旗灯号产生器,右上角是双通道示波器.
图13.1-9放置元器件和仪器内心
3.元器件编辑
（1）元器件参数设置
双击元器件,弹出相干对话框,选项卡包含：
●Label：
标签,Refdes编号,由体系主动分派,可以修正,但须包管编号独一性
●Display：
显示
●Value：
数值
●Fault：
故障设置,Leakage漏电;Short短路;Open开路;None无故障（默认）
●Pins：
引脚,各引脚编号.类型.电气状况
（2）元器件领导（ComponentWizard）
对特别请求,可以用元器件领导编辑本身的元器件,一般是在已有元器件基本长进行编辑和修正.办法是：
菜单Tools/ComponentWizard,按照划定步调编辑,用元器件领导编辑生成的元器件放置在UserDatabase（用户数据库）中.
4.连线和进一步伐整
连线：
（1）主动连线：
单击肇端引脚,鼠标指针变成“十”字形,移动鼠标至目的引脚或导线,单击,则连线完成,当导线衔接后呈现丁字交叉时,体系主动在交叉点放节点（Junction）;
（2）手动连线：
单击肇端引脚,鼠标指针变成“十”字形后,在须要拐弯处单击,可以固定连线的拐弯点,从而设定连线路径;
（3）关于交叉点,Multisim10默认丁字交叉为导通,十字交叉为不导通,对于十字交叉而愿望导通的情形,可以分段连线,即先衔接起点到交叉点,然后衔接交叉点到终点;也可以在已有连线上增长一个节点（Junction）,从该节点引出新的连线,添加节点可以运用菜单Place/Junction,或者运用快捷键Ctrl+J.
进一步伐整：
（1）调剂地位：
单击选定元件,移动至适合地位;
（2）转变标号：
双击进入属性对话框更改;
（3）显示节点编号以便利仿真成果输出：
菜单Options/SheetProperties/Circuit/NetNames,选择ShowAll;
（4）导线和节点删除：
右击/Delete,或者点击选中,按键盘Delete键.
图13.1-10是连线和调剂后的电路图,图13.1-11是显示节点编号后的电路图.
图13.1-10连线和调剂后的电路图
（a）显示节点编号对话框（b）显示节点编号后的电路图
5.电路仿真
根本办法：
●按下仿真开关,电路开端工作,Multisim界面的状况栏右端消失仿真状况指导;
●双击虚拟仪器,进行仪器设置,获得仿真成果
图13.1-12是示波器界面,双击示波器,进行仪器设置,可以点击Reverse按钮将其布景反色,运用两个测量标尺,显示区给出对应时光及该时光的电压波形幅值,也可以用测量标尺测量旌旗灯号周期.
图13.1-12示波器界面（右图为点击Reverse按钮将布景反色）
6.输出剖析成果
运用菜单敕令Simulate/Analyses,以上述单管共射放大电路的静态工作点剖析为例,步调如下：
●菜单Simulate/Analyses/DCOperatingPoint
●选择输出节点1.4.5,点击ADD.Simulate
图13.1-13静态工作点剖析
13.2二极管及三极管电路
13.2.1二极管参数测试仿真试验
半导体二极管是由PN结构成的一种非线性元件.典范的二极管伏安特点曲线可分为4个区：
逝世区.正领导通区.反向截止区.反向击穿区,二极管具有单领导电性.稳压特点,运用这些特点可以构成整流.限幅.钳位.稳压等功效电路.
半导体二极管正向特点参数测试电路如图13.2-1所示.表13.2-1是正向测试的数据,从仿真数据可以看出：
二极管电阻值
不是固定值,当二极管两正直向电压小,处于“逝世区”,正向电阻很大.正向电流很小,当二极管两正直向电压超出逝世区电压,正向电流急剧增长,正向电阻也敏捷减小,处于“正领导通区”.
图13.2-1二极管正向特点测试电路
表13.2-1二极管正向特点仿真测试数据
Rw
10%
20%
30%
50%
70%
90%
Vd/mV
299
496
544
583
613
660
Id/mA
rd=Vd/Id（欧姆）
74750
2000
795
381
214
半导体二极管反向特点参数测试电路如图13.2-2所示.
图13.2-2二极管反向特点测试电路
表13.2-2是反向测试的数据,从仿真数据可以看出：
二极管反向电阻较大,而正向电阻小,故具有单向特点.反向电压超出必定命值（VBR）,进入“反向击穿区”,反向电压的渺小增大会导致反向电流急剧增长.
表13.2-2二极管反向特点仿真测试数据
Rw
10%
30%
50%
80%
90%
100%
Vd/mV
10000
30000
49993
79982
80180
80327
Id/mA
0
35
197
rd=Vd/Id（欧姆）
∞
二极管长短线性器件,引入线性电路模子可使剖析更简略.有两种线性模子：
（1）大旌旗灯号状况下的幻想二极管模子,幻想二极管相当于一个幻想开关;
（2）正向压降与外加电压比拟不成疏忽,且正向电阻与外接电阻比拟可以疏忽时的恒压源模子,即一个恒压源与一个幻想二极管串联.
图13.2-3是二极管试验电路,由图中的电压表可以读出：
二极管导通电压Von=0.617V;输出电压Vo=-2.617V.
图13.2-3二极管试验电路（二极管为IN4148）
运用二极管的单领导电性.正领导通后其压降根本恒定的特点,可实现对输入旌旗灯号的限幅,
图13.2-4（a）是二极管双向限幅试验电路.V1和V2是两个电压源,依据电路图,上限幅值为：
V1+Von,下限幅值为：
–V2–Von.在Vi的正半周,当输入旌旗灯号幅值小于（V1+Von）时,D1.D2均截止,故Vo=Vi;当Vi大于（V1+Von）时,D1导通.D2截止,Vo=V1+Von≈4.65V;在Vi的负半周,当|Vi|（V2+Von）时,D2导通.D1截止,Vo=-（V2+Von）≈-2.65V.图13.2-4（b）是二极管双向限幅试验电路的仿真成果,输出电压波形与理论剖析根本一致.
（a）二极管双向限幅仿真电路（b）输出电压波形
选择虚拟晶体管特点测试仪（IV-Analysis）XIV1,双击该图标,弹出测试仪界面,进行响应设置,如图13.2-5所示,点击Sim_Param按钮,设置集射极电压
的肇端规模.基极电流
的肇端规模,以及基极电流增长步数Num_Steps（对应特点曲线的根数）,单击仿真按钮,得到一簇三极管输出特点曲线.
右击个中的一条曲线,选择showselectmarts,则选中了某一条特点曲线,移动测试标尺,则在仪器界面下部可以显示对应的基极电流
.集射极电压
.集电极电流
.依据测得的
和
值,可以盘算出该工作点处的直流电流放大倍数
依据测得的
和
可以盘算出交换电流放大倍数
.
图13.2-5用晶体管特点测试仪测量三极管特点
13.3单管根本放大电路
13.3.1共射放大电路仿真试验
放大是对模仿旌旗灯号最根本的处理,图13.3-1是单管共射放大电路（NPN型三极管）的仿真电路图.
图13.3-1单管共射放大电路（NPN型三极管）
进行直流工作点剖析,采取菜单敕令Simulate/Analysis/DCOperatingPoint,在对话框中设置剖析节点及电压或电流变量,如图13.3-2所示.图13.3-3是直流工作点剖析成果.
图13.3-2直流工作点剖析对话框
图13.3-3直流工作点剖析成果
当静态工作点适合,并且参加适合幅值的正弦旌旗灯号时,可以得到根本无掉真的输出,如图13.3-4所示.
图13.3-4单管共射放大电路输入输出波形
但是,中断增大输入旌旗灯号,因为超出了晶体督工作的线性工作区,将导致输出波形掉真,如图13.3-5（a）所示,图13.3-5（b）是进行傅里叶频谱剖析的成果,可见输出波形含有高次谐波分量.
（a）输出波形掉真（b）傅里叶频谱剖析成果
图13.3-5增大输入后的掉真输出波形及其频谱剖析成果
静态工作点过低或者过高也会导致输出波形掉真,如图13.3-6所示,因为基极电阻
过小,导致基极电流过大,静态工作点接近饱和区,集电极电流也是以变大,输出电压
大的集电极电流导致全部电路的输出电压变小,是以从输出波形上看,输出波形的下半周趋于被削平了,属于饱和掉真.
图13.3-6减小Rb后的掉真输出波形
1.场效应管的转移特点
场效应管的转移特点指漏-源电压
固准时,栅-源电压
对漏极电流
的掌握特点,即
按照图13.3-7搭建N沟道加强型场效应管转移特点试验电路,单击Multisim10菜单“Simulate/Analyses/DCSweep…”选择直流扫描剖析功效,在弹出的对话框“AnalysisParameters”中设置所要扫描的直流电源
并设置肇端和终止值.步长值,在“Output”选项卡中选择节点2的电压V[2]为剖析节点,因为源极电阻
所以电压V[2]的数值等于源极电流,也等于漏极电流
.由图13.3-7（b）可知,N沟道加强型场效应管2N7002的开启电压
V.
（a）仿真电路（b）转移特点仿真成果
图13.3-7场效应管转移特点直流扫描剖析
2.场效应管共源放大电路
图13.3-8是场效应管共源放大电路仿真试验电路图,调剂电阻
和
构成的分压收集可以转变
从而转变电压放大倍数.此外,转变电阻
.
也可转变输出电压.
（a）仿真电路（b）输入和输出电压波形
图13.3-8场效应管共源放大电路仿真
13.4放大电路指标测量
13.4.1输入电阻测量
万用表可以测量交直流电压.交直流电流.电阻.电路中两个节点之间的分贝损耗,不需用户设置量程,参数默以为幻想参数（比方电流表内阻为0）,用户可以修正参数.点击虚拟仪器万用表（Multimeter）,接入放大电路的输入回路,本例中将万用表设置为交换,测得的是有用值（RMS值）.因为交换输入电阻要在适合的静态工作点上测量,所以直流电源要保存.
由图13.4-1可见,测得输入回路的输入电压有用值为3.536mV,电流为2.806μA,输入电阻
.
在试验室中进行的什物电路的输入电阻测量要采取间接测量办法,这是因为现实的电压表.电流表都不是幻想仪器,电流表内阻不是0,而电压表内阻不是无限大.
（a）输入电阻测量电路
（b）电压.电流测量成果
图13.4-1放大电路输入电阻测量电路图
13.4.2输出电阻的测量
采取外加鼓励法,将旌旗灯号源短路,负载开路,在输出端接电压源,并测量电压.电流,如图13.4-2所示.
由图13.4-2可见,测得输出回路的鼓励电压有用值为707.106mV,电流为517.861μA,输出电阻
.
（a）输出电阻测量
（b）电压.电流测量成果
图13.4-2放大电路输出电阻测量电路图
可以用示波器测量放大电路的增益,以电阻分压式共射放大电路为例,图13.4-3（a）是测量电压放大倍数的电路图,图13.4-3（b）是示波器输出波形.
移动测试标尺可以读出输入输出波形幅值,进而盘算出电压放大倍数,但是,可以发明,标尺处于不合地位盘算出的成果不合,仅可作为估量值,此外,输出波形与输入波形比拟,消失必定相移,不是幻想的反相,即产生了相移,相移大小与频率有关,这就是该放大电路的相频特点.
除了用示波器进行放大倍数测量的办法.还有两种办法：
扫描剖析法和波特仪测量法.
（a）（b）
图13.4-3分压式共射放大电路放大倍数的测量
1.扫描剖析法
由菜单Simulate/Analyses/ACAnalysis,弹出ACAnalysis（交换剖析）对话框,如图13.4-4所示,选项卡FrequencyParameters中设置Startfrequency（肇端频率,本例设为1Hz）.Stopfrequency（终止频率,本例设为10GHz）.Sweeptype（扫描方法,本例设为Decade,十倍频扫描）.Numberofpointsperdecade（每十倍频的采样点数,默以为10）.Verticalscale（纵坐标刻度,默认是Logarithmic,即对数情势,本例选择Linear,即线性坐标,更便于读出其电压放大倍数）.
在Output选项卡中选择节点5的电压V[5]为剖析变量,按下Simulate（仿真）按钮,得到图13.4-4（b）所示的频谱图,包含幅频特点和相频特点两个图.
在幅频特点波形图的左侧,有个红色的三角块指导,标明当前激活图形是幅频特点,为了具体获取数值信息,按下对象栏的Show/HideCursors按钮,则显示出测量标尺和数据窗口,移动测试标尺,则可以读取具体数值,如图（c）和（d）所示.同理,可激活相频特点图形,进行响应测量.
（a）ACAnalysis对话框（b）被剖析节点的幅频和相频特点
（c）用测试标尺读取具体数值（d）频响数据
图13.4-4扫描剖析法进行放大电路幅频特点测量
2.波特仪测量法
波特仪（BodePlotter）也称为扫频仪,用于测量电路的频响（幅频特点.相频特点）,将波特仪衔接至输入端和被测节点,如图13.4-5（a）所示,双击波特仪,获得频响特点,图13.4-5（b）是幅频响应,图13.4-5（c）是相频响应.
（a）波特仪测试频响电路图
（b）幅频特点测试成果
（c）相频特点测试成果
图13.4-5扫描剖析法进行放大电路幅频特点测量
波特仪的面板设置：
（1）Mode：
模式选择,点击Magnitude获得幅频响应曲线,选择Phase获得相频响应曲线;
（2）水温和垂直坐标：
点击Log选择对数刻度,点击Lin选择线性刻度;
（3）肇端规模：
F文本框内填写终了值及单位,I文本框内填写肇端值及单位.
13.5差动放大电路
13.5.1差动放大电路仿真电路
直接耦合是多级放大的重要级间衔接方法,对直流旌旗灯号.变更迟缓的旌旗灯号只能用直接耦合,但随之而来的是零点漂移问题,影响电路的稳固,解决这个问题的一个办法是采取差动放大电路,在电子装备中经常运用差动放大电路放大差摸旌旗灯号,克制温度变更.电源电压摇动等引起的共模旌旗灯号.
图13.5-1是差动放大电路仿真电路,是由两个雷同的共射放大电路构成的,当开关J1拨向左侧时,构成了一个典范的差动放大电路,调零电位器Rw用来调节Q1.Q2管的静态工作点,使得输入旌旗灯号为0时,双端输出电压（即电阻RL上的电压）为0.
当开关J1拨向右侧时,构成了一个具有恒流源的差动放大电路,用恒流源代替射极电阻Re,可以进一步进步克制共模旌旗灯号的才能.
差动放大电路的输入旌旗灯号既可所以交换旌旗灯号,也可所以直流旌旗灯号.图13.5-1中,输入旌旗灯号由函数产生器供给,函数产生器（FunctionGenerator）可以产生正弦波.三角波.矩形波电压旌旗灯号,可设置的参数有：
频率.幅值.占空比.直流偏置,频率规模很宽（0.001pHz~1000THz）.
差动放大电路须要一正一负两个电压源,现实中不消失负的电压源,将正极接地,则电压源的负极可以供给负的电压,是以,按照图中的接法可以供给正负电压源.
差动放大电路有两个输入端和两个输出端,是以电路组态有双入双出.双入单出.单入双出.单入单出4种,凡是双端输出,差摸电压放大倍数与单管情形下雷同,凡是单端输出,差摸电压放大倍数为单管情形下的一半.
图13.5-1差动放大电路仿真电路
13.5.2差动放大电路的调零
调零是指差动放大器输入端不接入旌旗灯号,调剂电路参数使两个输出端达到等电位.
图13.5-2中是调剂电位器Rw,使节点3和节点4的电压雷同,这时可以为阁下两侧的电路已经对称,调零工作完成.
图中的电压读数也是两个三极管的集电极静态工作电压.
图13.5-2差动放大电路的调零
13.5.3差动放大电路的静态工作点
采取菜单敕令Simulate/Analysis/DCOperatingPoint,选择节点仿真可以获得静态工作点指标,下面采取另一种办法,将电流表和电压表接入仿真电路,获得更直不雅的静态工作点测量成果,如图13.5-3所示.
1.差模电压增益
双端输入双端输出情形下的差摸电压放大倍数是输出端电压差除以输入端电压差.
为获得较大电压增益,将仿真电路的参数进行一些调剂,测量电路如图13.5-4所示.
函数产生器设置为输出正弦波,频率1kHz,幅值5mV,“+”端和“-”端接入差动放大电路的两个输入端,COM端接地.
用电压表测量输入端的电压差,留意双击电压表,将测量模式（Mode）改为交换（AC）模式.
由图中测量数据,输入端电压差为7.071mV,输出端电压差为308.991mV,双入双出模式时的差摸电压增益为
.
当开关J1拨向右侧时,以恒流源代替射极电阻,则差摸电压增益增长到
.
仿真可发明,负载电阻RL对增益值影响很大,此外,调零电阻Rw.基极电阻Rb1.Rb2.集电极电阻Rc1.Rc2均有影响.
图13.5-4双入双出差动放大电路的差摸增益测量
2.共模电压增益
将两输入端短接,COM端接地,构成共模输入方法,如图13.5-5所示.
调剂输入旌旗灯号频率为1kHz,幅值为1mV,在负载电阻两头接万用表,测得输出电压为6pV阁下,“皮”的数目级为10-12,几乎为零.可见,差动放大电路对共模旌旗灯号有很强的克制后果.
图13.5-5双入双出差动放大电路的共摸增益测量
13.6集成运放电路
由分立元件构成的电路具有电子设计上灵巧性大的长处,但缺陷是功耗大.稳固性差.靠得住性差,此外,设计本身较庞杂.集成电路采取微电子技巧构成具有特定功效的电路体系模块,与分立元件构成的电路比拟,机能有了很大进步,电子设计也更为简略.
集成运算放大器是高增益.高输入阻抗.低输出阻抗.直接耦合的线性放大集成电路,功耗低.稳固性好.靠得住性高.可以经由过程外围元器件的衔接构成放大器.旌旗灯号产生电路.运算电路.滤波器等电路.
以集成运放μA741为例,图13.6-1是μA741的管脚示意图及什物照片.
图13.6-1集成运放μA741管脚示意图及什物照片
用μA741构成同比拟例放大电路,仿真电路图如图13.6-2所示.依据同比拟例电路的增益公式,图1
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