計(jì)算機(jī)輔助電路分析multisim仿真

1、計(jì)算機(jī)輔助電路分析 ——Multisim仿真,www.wintsd.com,Multisim 基礎(chǔ),Electronics Workbench (EWB)是加拿大IIT公司于八十年代末、九十年代初推出的用于電路仿真與設(shè)計(jì)的EDA軟件，又稱為“虛擬電子工作臺(tái)”。IIT公司從EWB6.0版本開(kāi)始，將專用于電路仿真與設(shè)計(jì)模塊更名為MultiSim，大大增強(qiáng)了軟件的仿真測(cè)試和分析功能，大大擴(kuò)充了元件庫(kù)中的仿真元件

2、數(shù)量，使仿真設(shè)計(jì)更精確、可靠。 Multisim意為“萬(wàn)能仿真 ”,,直流工作點(diǎn)分析交流分析暫態(tài)分析傅立葉分析噪聲分析失真分析直流掃描靈敏度分析,一、主要功能,參數(shù)掃描溫度掃描零-極點(diǎn)分析傳輸函數(shù)分析最壞情況分析……,二、主要特點(diǎn),仿真的手段切合實(shí)際，選用的元器件和測(cè)量?jī)x器與實(shí)際情況非常接近；并且界面可視、直觀。繪制電路圖所需的元器件、儀器、儀表以圖標(biāo)形式出現(xiàn)，選取方便，并可擴(kuò)充元件庫(kù)?？梢詫?duì)電路中的元器

3、件設(shè)置故障，如開(kāi)路、短路和不同程度的漏電等，針對(duì)不同故障觀察電路的各種狀態(tài)，從而加深對(duì)電路原理的理解。,在進(jìn)行仿真的同時(shí)，它還可以存儲(chǔ)測(cè)試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)、測(cè)試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)，列出所有被仿真電路的元器件清單等。有多種輸入輸出接口，與SPICE軟件兼容，可相互轉(zhuǎn)換。Multisim產(chǎn)生的電路文件還可以直接輸出至常見(jiàn)的Protel、 Tango、Orcad等印制電路板排版軟件。,二、主要特點(diǎn),三、Multisim界面介紹,

4、,,,,菜單,系統(tǒng)工具欄,,設(shè)計(jì)工具欄,,使用中元件列表,,元件工具欄,,儀器儀表工具欄,電路圖編輯窗口,,狀態(tài)欄,,仿真開(kāi)關(guān),.com按鈕,,,菜單,View：調(diào)整視圖窗口,Place：在編輯窗口中放置節(jié)點(diǎn)、元器件、總線、輸入/輸出端、文本、子電路等對(duì)象,Simulate：提供仿真的各種設(shè)備和方法,Transfer：將所搭電路及分析結(jié)果傳輸給其他應(yīng)用程序,Tools：用于創(chuàng)建、編輯、復(fù)制、刪除元件,Options：對(duì)程序的運(yùn)

5、行和界面進(jìn)行設(shè)置,設(shè)計(jì)工具欄,器件按鈕，缺省顯示。當(dāng)選擇該按鈕時(shí)，器件選擇器顯示。,器件編輯器按鈕，用以調(diào)整或增加器件。Tools的快捷方式,儀表按鈕，用以給電路添加儀表或觀察仿真結(jié)果。,分析按鈕，用以選擇要進(jìn)行的分析。,仿真按鈕，用以開(kāi)始、暫?；蚪Y(jié)束仿真。,后分析器按鈕，用以進(jìn)行對(duì)仿真結(jié)果的進(jìn)一步操作。,VHDL/Verilog按鈕，用以使用VHDL模型進(jìn)行設(shè)計(jì)VHDL：VHSIC Hardware Description

6、 LanguageVHSIC：Very High Speed Integrated Circuit,報(bào)告按鈕，用以打印有關(guān)電路的報(bào)告,傳輸按鈕，用以與其它程序通訊，比如與Ultiboard通訊；也可以將仿真結(jié)果輸出到像MathCAD和Excel這樣的應(yīng)用程序。,元件工具欄,儀器儀表工具欄,從左到右分別是：數(shù)字萬(wàn)用表、函數(shù)發(fā)生器、示波器、波特圖儀、字信號(hào)發(fā)生器、邏輯分析儀、瓦特表、邏輯轉(zhuǎn)換儀、失真分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、頻譜分析儀注：

7、電壓表和電流表在指示器件庫(kù)，而不是儀器庫(kù)中選擇,,操作： 設(shè)置菜單欄Option /Preferences中各屬性,四、定制Multisim用戶界面,,Multisim 元件庫(kù),電源庫(kù)（Sources）基本元件庫(kù)（Basic）二極管庫(kù)（Diodes Components）晶體管庫(kù)（Transistors Components）模擬元件庫(kù)（Analog Components）TTL元件庫(kù)（TTL）CMOS元件庫(kù)（CMO

8、S）其他數(shù)字元件庫(kù)（Misc Digital Components）混合芯片庫(kù)（Mixed Components）指示器件庫(kù)（Indicators Components）其他器件庫(kù)（Misc Components）控制器件庫(kù)（Control Components）射頻器件庫(kù)（RF Components）機(jī)電類器件庫(kù)（Elector-Mechanical Components）,一、電源庫(kù),電源庫(kù)中共有30個(gè)電源器件，分別

9、是：,● 接地端 ● 數(shù)字接地端● VCC電壓源 ● VDD數(shù)字電壓源● 直流電壓源 ● 直流電流源● 正弦交流電壓源 ● 正弦交流電流源● 時(shí)鐘電壓源 ● 調(diào)幅信號(hào)源● 調(diào)頻電壓源 ● 調(diào)頻電流源● FSK信號(hào)源

10、 ● 電壓控制正弦波電壓源● 電壓控制方波電壓源 ● 電壓控制三角波電壓源● 電壓控制電壓源 ● 電壓控制電流源 ● 電流控制電壓源 ● 電流控制電流源 ● 電流控制電壓源 ● 電流控制電流源● 脈沖電壓源 ● 脈沖電流源圖 ● 指數(shù)電壓源 ● 指數(shù)電流源 ● 分段線性電壓源 ●

11、 分段線性電流源● 壓控分段電壓源 ● 受控單脈沖 ● 多項(xiàng)式電源 ● 非線性相關(guān)電源,1、接地端,利用Multisim創(chuàng)建電路時(shí)必須接“地”,2、直流電壓源,設(shè)置顯示狀態(tài),,,設(shè)置電壓幅值,,設(shè)置分析類型,,設(shè)置故障,3、交流電壓源,,設(shè)置最大值,,設(shè)置有效值,,設(shè)置頻率,,設(shè)置初相位,4、時(shí)鐘電壓源,實(shí)質(zhì)上是一個(gè)頻率、占空比及幅度皆可調(diào)的方波發(fā)生器,5、受控源,1）VCVS,2）V

12、CCS,3）CCVS,4）CCCS,,二、基本元件庫(kù),● 電阻 ● 虛擬電阻● 電容 ● 虛擬電容● 電解電容 ● 上拉電容 ● 電感 ● 虛擬電感● 電位器 ● 虛擬電位器● 可變電容 ● 虛擬可變電容● 可變電感

13、● 虛擬可變電感● 開(kāi)關(guān) ● 繼電器● 變壓器 ● 非線性變壓器● 磁芯 ● 無(wú)芯線圈● 連接器 ● 插座● 半導(dǎo)體電阻 ● 半導(dǎo)體電容● 封裝電阻 ● SMT電阻● SMT電容 ● SMT電解電容● SMT電感,現(xiàn)實(shí)元件

14、 虛擬元件,1、電阻,電阻瀏覽器,,電阻模型分類欄,,“General”頁(yè)：元件的一般性資料，包括元件的名稱、制造商、創(chuàng)建時(shí)間、制作者。,“Symbol”頁(yè)：元件的符號(hào)。,“Model”頁(yè)：元件的模型，提供電路仿真時(shí)所需要的參數(shù)。,“Footprint”頁(yè)：元件封裝，提供給印制電路板設(shè)計(jì)的原件外形。,“Electronic Parameters”頁(yè)：元件的電氣參數(shù)，包括元件在實(shí)際使用中應(yīng)該考慮的參數(shù)指標(biāo)。,“User F

15、ields”頁(yè)：用戶使用信息。,,編輯電阻元件,2、虛擬電阻,3、電位器,設(shè)定控制鍵,,設(shè)置調(diào)節(jié)幅度,,4、開(kāi)關(guān),“CURRENT_CONTROLLED SWITCH”（電流控開(kāi)關(guān)）“SPDT”（單刀雙擲開(kāi)關(guān)） “SPST”（單刀單擲開(kāi)關(guān)）“TD_SWI”（時(shí)間延遲開(kāi)關(guān)）“VOLTAGE_CONTROLLED SWITCH”（電壓控開(kāi)關(guān)）,設(shè)定控制鍵,,三、指示器件庫(kù),● 電壓表 ● 電

16、流表● 探測(cè)器 ● 燈泡● 十六進(jìn)制顯示器 ● 條形光柱● 蜂鳴器,,設(shè)置內(nèi)阻,,電路類型選擇,,3Multisim 儀器儀表庫(kù),數(shù)字萬(wàn)用表（Multimeter）函數(shù)信號(hào)發(fā)生器（Function Generator）瓦特表（Wattmeter）示波器（Oscilloscope）波特圖儀（Bode Plotter）字信號(hào)發(fā)生器（Word Generator）邏輯分析

17、儀（Logic Analyzer）邏輯轉(zhuǎn)換儀（Logic Converter）失真分析儀（Distortion Analyzer）頻譜分析儀（Spectrum Analyzer）網(wǎng)絡(luò)分析儀（Network Analyzer）,一、數(shù)字萬(wàn)用表,二、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器,三、瓦特表,A、B兩通道，G是接地端，T為觸發(fā)端,四、示波器,,① 測(cè)量數(shù)據(jù)顯示區(qū)在示波器顯示區(qū)有兩個(gè)可以任意移動(dòng)的游標(biāo)，游標(biāo)所處的位置和所測(cè)量的信號(hào)幅度值在該區(qū)域中顯

18、示。其中：●“T1”、“T2”分別表示兩個(gè)游標(biāo)的位置，即信號(hào)出現(xiàn)的時(shí)間；●“VA1”、“VB1”和“VA2”、“VB2”分別表示兩個(gè)游標(biāo)所測(cè)得的A通道和B通道信號(hào)在測(cè)量位置具有的幅值。,② 時(shí)基控制（Time base）● X軸刻度（s/div）：控制示波屏上的橫軸，即X軸刻度（時(shí)間/每格） ● X軸偏移（X position）：控制信號(hào)在X軸的偏移位置 ● 顯示方式：　　Y /T ：幅度 / 時(shí)間 ，橫坐標(biāo)軸為時(shí)間軸，縱坐

19、標(biāo)軸為信號(hào)幅度 Add：A、B通道幅值相加　　B /A ：B電壓(縱坐標(biāo)) / A電壓 (橫坐標(biāo)) 　 　A /B ：A 電壓 / B電壓,,③ A（B）信號(hào)通道控制調(diào)節(jié)● Y軸刻度：設(shè)定Y軸每一格的電壓刻度● Y軸偏移：控制示波器Y軸方向的原點(diǎn)● 輸入顯示方式：   AC方式：僅顯示信號(hào)的交流成分；   0方式：無(wú)信號(hào)輸入；    DC

20、方式：顯示交流和直流信號(hào)之和。,,④ 觸發(fā)控制（Trigger） ● 觸發(fā)方式Edge：上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā); ● 觸發(fā)電平大小Level; ● 觸發(fā)信號(hào)選擇：   Sing：?jiǎn)蚊}沖觸發(fā)； Nor： 一般脈沖觸發(fā)；   Auto： 觸發(fā)信號(hào)不依賴于外信號(hào)； A、B：A或B通道的輸入信號(hào)作為同步X軸的時(shí)基信號(hào)；   Ext： 用示波器圖表上T

21、端連接的信號(hào)作為同步X軸的時(shí)基信號(hào)。,,4電路圖繪制,例. 在Multisim中繪制如下電路圖，并用示波器觀察電容電壓波形的變化。,（一） 建立電路文件（二） 從元器件庫(kù)中調(diào)有所需的元器件（三） 電路連接及導(dǎo)線調(diào)整（四）為電路增加文本（五）示波器的連接（六）電路仿真,基于Multisim的電路分析,1 電阻電路分析,一. 測(cè)量節(jié)點(diǎn)電壓,基本操作： 選用“直流工作點(diǎn)分析（DC Operating Point

22、Analysis）”,（1）Output variables：主要作用是選擇所要分析的節(jié)點(diǎn)電壓、 電源和電感支路電流。,（2）Miscellaneous Options：用于設(shè)置與仿真相關(guān)的其它選項(xiàng)。,（3）Summary：對(duì)分析設(shè)置的匯總。,例1. 求下圖所示電路的節(jié)點(diǎn)電壓U1、U2。,見(jiàn)example8_1_1.msm,二 求戴維寧等效電路,基本操作： 1. 利用數(shù)字萬(wàn)用表測(cè)量電路端口的開(kāi)路電壓和短路

23、電流 2. 求解出該二端網(wǎng)絡(luò)的等效電阻 3. 繪制戴維寧等效模型,例2 求下圖所示電路的戴維寧等效電路。,Req=16/6.333≈3Ω,見(jiàn)example8_1_2.msm,三 驗(yàn)證疊加原理,例3 測(cè)量下圖所示電路中的電流I，并驗(yàn)證疊加原理。,見(jiàn)example8_1_3.msm,2 動(dòng)態(tài)電路分析,主要目的： 觀察動(dòng)態(tài)電路響應(yīng)的時(shí)域波形。主要方法： 1. 利用“瞬態(tài)分析（Tran

24、sient Analysis） ” 2. 利用示波器,瞬態(tài)分析（Transient Analysis）,,設(shè)置初始條件,,設(shè)置分析時(shí)間,,設(shè)置計(jì)算步長(zhǎng),,例 1 觀察下圖所示RC電路的零輸入響應(yīng)uc(t)， 已知 uc(0+)=10V。,關(guān)鍵： 1. 設(shè)置電容元的初值 2. 設(shè)置分析時(shí)間,1. 設(shè)置電容元的初值,1）所選用的電容為現(xiàn)實(shí)電容,,2）所選用的電容為虛擬電容,,2. 設(shè)置分析時(shí)間,

25、時(shí)間常數(shù),工程上認(rèn)為經(jīng)過(guò)4τ~5 τ，暫態(tài)過(guò)程結(jié)束，故仿真的時(shí)間取0~0.05s,3. 結(jié)果顯示,,見(jiàn)example8_2_1.msm,例 2 已知R=1Ω，L=1H，對(duì)比分析在電壓源作用下RL串聯(lián)電路的電感電流的階躍響應(yīng)和沖激響應(yīng)。,,關(guān)鍵：恰當(dāng)?shù)剡x擇和設(shè)置激勵(lì)源,1. 觀察階躍響應(yīng),見(jiàn)example8_2_2.msm,輸入激勵(lì)波形,階躍響應(yīng)波形,2. 觀察沖激響應(yīng),階躍響應(yīng)波形,沖激響應(yīng)波形,例 3 在RLC串聯(lián)電路中，已知

26、L=10mH，R=51Ω，C=2uF，信號(hào)源輸出頻率為100Hz、幅值為5V的方波信號(hào)，利用示波器觀察同時(shí)觀察輸入信號(hào)和電容電壓的波形，此時(shí)電路處于何種狀態(tài)？當(dāng)R為多少時(shí)，電路處于臨界阻尼狀態(tài)？,,關(guān)鍵：示波器與電路的連接設(shè)置示波器連線的顏色設(shè)置示波器面板的各刻度,見(jiàn)example8_2_3.msm,在響應(yīng)波形中有振蕩現(xiàn)象，電路處于欠阻尼狀態(tài),臨界電阻：,,當(dāng)R<R0時(shí)，電路處于欠阻尼狀態(tài),當(dāng)R=R0時(shí)，電路處于臨界阻

27、尼狀態(tài),當(dāng)R>R0時(shí)，電路處于過(guò)阻尼狀態(tài),若需要同時(shí)觀察三種狀態(tài)，可采用“參數(shù)掃描方式（Parameter Sweep ）”,參數(shù)掃描方式（Parameter Sweep ）,,選擇掃描的元件和參數(shù),,選擇掃描方式,,選擇分析類型,設(shè)置分析參數(shù),,3 交流電路分析,一. 測(cè)定交流電路的參數(shù),測(cè)定交流電路的參數(shù)常用的有三表法，即交流電壓表測(cè)U、交流電流表測(cè)I、瓦特表測(cè)P及功率因數(shù)。然后通過(guò)下列關(guān)系計(jì)算出電路參數(shù)。,阻抗的模：

28、,等效電阻：,等效電抗：,例1 設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定電路模塊Zx的參數(shù)，并判斷其性質(zhì)。,見(jiàn)example8_3_1.msm,電壓滯后電流，呈容性,基本操作： 選用“交流分析（AC Analysis）”,二. 觀察交流電路的幅頻特性和相頻特性，并測(cè)定諧振參數(shù)。,信號(hào)源起-止頻率,,掃描方式,例2 已知RLC串聯(lián)電路中R=100Ω，L=100uH，C=100nF，觀察RLC串聯(lián)電路的幅頻特性和相頻特性，求諧振頻率。,,不表

29、示分析頻率,見(jiàn)example8_3_2.msm,f0=50.1187kHz,將正弦交流電壓源的頻率設(shè)置為諧振頻率50.1187kHz,品質(zhì)因數(shù),三. 交流電路功率因數(shù)提高,例 3 RL串聯(lián)電路為一老式日光燈電路的模型，已知R=250Ω，L=1.56H。將此電路接在電壓為220V、頻率為50Hz的正弦電壓源上。（1）測(cè)量日光燈電路的電流，功率和功率因數(shù)；（2）如果要將功率因數(shù)提高到0.95，試問(wèn)需與日光燈電路并聯(lián)多大的電容？此

30、時(shí)電路的總電流、總功率為多少？日光燈電路的電流、功率是否變化？（注：電容值在0~5μF之間）,見(jiàn)example8_3_3.msm,（2）與日光燈電路并聯(lián)一個(gè)5μF的虛擬可變電容,,關(guān)鍵：調(diào)節(jié)可變電容使線路的功率因數(shù)達(dá)到0.95,四. 三相電路,例 4 一個(gè)三相Y-Y連接電路，已知電源線電壓為380伏，頻率為50Hz，負(fù)載為白熾燈，可視為電阻元件，每個(gè)電阻值為484Ω。利用Multisim設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)完成以下測(cè)量：（1）有中線且負(fù)

31、載對(duì)稱，每相負(fù)載均為3個(gè)燈泡并聯(lián)。測(cè)量中線電流，以及各相負(fù)載電壓、電流；（2）有中線，斷開(kāi)A相負(fù)載，B、C相負(fù)載為3個(gè)燈泡并聯(lián)，測(cè)量中線電流，以及各相負(fù)載電壓、電流；（3）無(wú)中線，斷開(kāi)A相負(fù)載，B、C相負(fù)載為3個(gè)燈泡并聯(lián)，測(cè)各相負(fù)載電壓、電流； （4）有中線但負(fù)載不對(duì)稱，A、B、C三相燈泡數(shù)之比為1:2:3，測(cè)量中線電流，各相負(fù)載電壓、電流；（5）無(wú)中線且負(fù)載不對(duì)稱，A、B、C三相燈泡數(shù)之比為1:2:3，測(cè)各相負(fù)載電壓

32、、電流，并用兩瓦計(jì)法測(cè)三相功率。,,創(chuàng)建三相對(duì)稱電源子電路,設(shè)三相對(duì)稱電源采用A－B－C－A相序,Multisim中交流電壓源不能設(shè)置負(fù)的初相角,交流電壓源若水平旋轉(zhuǎn)，則相位相差180o,放置輸入/輸出節(jié)點(diǎn)：Place/Place Junction,放置文本：Place/Place Text,三相對(duì)稱電源波形圖,打包為子電路：Place/Replace by Subcircuit,,,（1）有中線且負(fù)載對(duì)稱，每相負(fù)載均為3個(gè)燈泡并聯(lián)。

33、測(cè)量中線電流，以及各相負(fù)載電壓、電流；,（2）有中線，斷開(kāi)A相負(fù)載，B、C相負(fù)載為3個(gè)燈泡并聯(lián)，測(cè)量中線電流，以及各相負(fù)載電壓、電流；,（3）無(wú)中線，斷開(kāi)A相負(fù)載，B、C相負(fù)載為3個(gè)燈泡并聯(lián)，測(cè)各相負(fù)載電壓、電流；,（4）有中線但負(fù)載不對(duì)稱，A、B、C三相燈泡數(shù)之比為1:2:3，測(cè)量中線電流，各相負(fù)載電壓、電流；,（5）無(wú)中線且負(fù)載不對(duì)稱，A、B、C三相燈泡數(shù)之比為1:2:3，測(cè)各相負(fù)載電壓、電流；并用兩瓦計(jì)法測(cè)三相功率。,兩瓦法測(cè)量