Multisim高频实验指导

Multisim 10 基本应用

一）资源简介

1．Multisim 10 设计界面

图1 Multisim10 的工作界面

2. 元件工具条

主数据库的元器件资源如图2 所示。

图2 元件库资源

选择元器件工具条中每一个按钮都会弹出相应的元器件选择窗口，如图3 所示是元

件组的器件选择界面，其中一个Group（元器件组）有多个Family（元器件系列），每一个元器件系列有多个Component（器件）。

图3 通用器件选择窗口

3. 仪器工具条

仪表工具条如图4 所示，它是进行虚拟电子实验和电子设计仿真的最快捷而又形象的特殊工具，各仪表的功能名称与Simulate 菜单下的虚拟仪表相同，如图5 所示。

图4仪表工具条

图5 虚拟仪表名称

4. 设计窗口翻页

在窗口中允许有多个项目，点击如图1 所示下部的翻页标签，可将其置于当前视窗。

5. 设计管理器

如图1 所示左边的设计管理器可以将所有打开的设计项目中的任何一页置为当前设计窗口，可以利用设计工具条中的按钮开启/关闭。

6. 设计工具条

设计工具条如图6 所示：

图6 设计工具条

（1）层次项目栏按钮（Toggle Project Bar），用于设计管理器的开启/关闭。

（2）层次电子数据表按钮（Toggle Spreadsheet view），用于开关当前电路的电子数据表。

（3）数据库按钮（Database management），可开启数据库管理对话框，对元件进行编辑。

（4）元件编辑器按钮（Create Component），用于调整或增加、创建新元件。

（5）分析结果示窗按钮，其后的箭头下拉菜单选择分析命令。

（6）后处理器窗口开/关，可以对已分析过的数据进行综合处理。

（7）电气规则检查按钮。

（8）屏幕捕捉器按钮。

（9）返回顶层按钮。

（10）由Ultiboard 反注释到Mutisim。

(11) 注释到Ultiboard 10。

(12)使用中的元件列表，列出了当前电路中用过的全部元件种类。

(13) Multisim 的帮助文件。

二）、Multisim 仿真实例

一. 三极管的高频特性

1．实验目的

（1）理解晶体管的频率特性参数；

（2）认识低频管和高频管的频响差异。

2．实验原理

晶体管频率特性主要指晶体管对不同频率信号的放大能力，表现为：在低频范围内，晶体管的电流放大系数(α、β)基本上是恒定值，但频率升高到一定数值后，α和β将随频率的升高而下降。

为定量比较晶体管的高频特性，工程上确定了几个频率参数：共基极截止频率fα (又称α截止频率，是指α降低到其低频值的0.707，即下降3dB 时的频率)、共发射极截止频fβ(又称β截止频率，是指β降低到其低频值的0.707 时的频率)、特征频率f T (值β下降到1

时所对应的频率)、最高振荡频率f max (功率增益为1 时所对应的频率)。

3. 实验电路

实验电路如图1-1 所示。高频管BF517 在元件工具条内的中选取。

图1-1 三极管高频特性分析电路

4. 实验步骤

(1) f β和T f 值的测量。

首先用示波器观察电路波形是否失真。根据实验原理，对电路进行AC 小信号分析，设置如图1-2 所示（Y 设置为Decibel ），结果如图1-3 所示，点击按钮，移动1、2 号指针，图中指针坐标约为136y dB = 即最大幅值，其下降 3dB 的点（233y dB = ）， 这时的2394x MHZ ≈ 即是f β 。其特征频率（拖动指针，使 y =1时的 x 值） 3.6T f GHZ =。

图1-2 AC 分析参数设置

图1-3 AC 分析结果

二、谐振电路仿真实验

1．实验目的

(1) 理解并联谐振电路的幅频特性和相频特性。

(2) 掌握谐振频率与L、C 的关系。

(3) 了解回路Q 值的测量方法，理解回路频率特性与Q 值的关系。

(4) 了解耦合状态对双调谐回路频率特性的影响。

2．实验原理

并联谐振电路如图2-1所示。

(1)在高频电子线路中，小信号放大器和功率放大器均以并联谐振电路作为晶体管负载，放大后的输出信号从回路两端取出，因此研究并联回路的频率特性具有重要的实际意义。

(2)并联谐振电路具有选频作用，其频率特性可由幅频特性、相频特性曲线体现。

(3)谐振电路的谐振频率取决于电感和电容的值：

f

(4)品质因数Q 的测量可借助公式

0/

Q f B

=

(5)品质因数Q 反映LC 回路的选择性：Q 越大，幅频特性曲线越尖锐，通频带越窄，选择性越好；当R 一定时，可通过减小回路(L/C)比值来提高Q 值，因为

Q=

单调谐双调谐

图2-1 LC谐振回路

3．实验步骤

单调谐回路的分析。

（1)按图2-2 所示给定参数绘制单调谐回路，该谐振回路的谐振频率为

010

f MHz

=≈

故加入1A、10MHz 的激励源，R1 为负载。用示波器观察U o波形，如图2-3 所示。

图2-2 单调谐实验电路

图2-3 单调谐回路输出

波形分析：由图2-3 中分析可知，输出信号幅度为9.27V，频率为10MHz，回路处于并联谐振状态（输出幅度较大）。

（2)频率特性的测试。对电路进行“AC 小信号分析”，设置频率参数1MHz～100MHz，仿真结果如图2-4 所示幅频特性曲线。

图2-4 单调谐电路的波特图

波形分析：由2-4所示波特图中可见，谐振时，输出电压幅值达最大，且与电流源的相位差为O，该单

调谐回路的谐振频率为9.9MHz，此外，由幅频特性曲线还可测得通频带约为2MHz；利用公式

0/

Q f B =

可算得Q 值约为4.9。

（3）观察电感和电容取值变化对频率特性的影响。

对电感进行参数扫描分析（），电感量取值分别为O.5μH、1.2μH、2μH的幅频特性，参数设置如图2-5 所示，图中输入方法用0.5e-6、1.2e-6、2e-6，其单位是H，e-6 的含义是10-6，分析结果如图2-6 所示；对电容进行参数扫描分析，电容量取值分别为100pF、200pF、300pF（输入方法用100e-12、200e-12、300e-12，单位是F），结果如图2-7所示。

图2-5 设置扫描电感参数

图2-6 对电感L1 的参数扫描分析

图2-7 对电容C1 的参数扫描分析

结果表明：电感和电容的取值改变会使幅频特性曲线发生变化，具体变化情况见表2-1

表2-1 电容电感分析表

（4）观察负载阻值(阻尼)变化对频率特性的影响。

对电阻进行参数扫描分析，电阻值分别取0.5k、lk、1.5K，得到如图2-8所示的幅频特性。

图2-8 对电阻的参数扫描分析

从图2-8 中看到，负载阻值的改变会使幅频频特性曲线发生变化，具体表现为，阻值增大时，通频带变窄、Q 值变大。在阻值较小时，这种变化尤为明显。

三、射频放大器

1.实验目的

（1）理解RF(射频、高频)放大器原理； （2）学习电路中注释的放置、编辑方法； （3）学习和巩固波特图示仪和示波器的使用方法； （4）学习如何用示波器观察有直流成分的信号波形。 2.实验内容

（1）小信号谐振放大器

实验电路及仪器连接如图3-1所示。

图3-1 RF 放大器实验电路

分析电路的静态工作点。

选择仪表工具条中的（实时信号监测表）放置于监测点，双击之，在弹出窗口标签页修改标号（图中的Input 、Output ）；

点击主菜单中，在下拉菜单中选择“注释”（或在界面的空白处右击鼠标，选择弹出式菜单中的“放置注释”），放置于您想放置注释的点，编辑注释即可（默认状态有当即日期，可接着编写）；如图3-2所示。

图3-2 RF 放大器实验电路

运行仿真，观察放大器波形，此时输出信号的波形在上边，如图3-3 所示，甚至可能看不见（示波器默认状态），我们点击示波器的“AC”（示波器面板的下边沿）按钮，选择测试其AC 信号波形；运行仿真，测试波特图如图3-4 所示，其谐振频率为1.6MHz。

图3-3输入输出波形

图3-4 测量放大器的谐振频率

（2）高频功率放大器

实验电路如图3-5所示，运行仿真，观察放大器波形，如图3-6 所示，

图3-5 高频功率放大器

图3-6 输入输出波形

为了观察到高频功率放大器的输出电流（iC）波形，在三极管的发射极串联一个很小的电阻R1（本例中取0.2Ω），测量R1上的电压波形，就是高频功率放大器输出电流的波形。构建的仿真测试电路如图3-7所示。

图3-7 仿真测试图

示波器上显示的波形如图3-8所示。其中上图为输出信号的波形，下图为R1上的电压波形，即高频功率放大器输出电流（iC）的波形，是一脉冲串，与理论上的结论吻合。

图3-8 输出信号的电流，电压波形

（3）高频功率放大器馈电电路

高频功率放大器馈电电路有基极馈电和集电极馈电电路，而馈电电路又分为串馈电路和并馈电路两种。所以高频功率放大器有如下种

基极：串馈电路，并馈电路

集电极：串馈电路，并馈电路

以一个基极是串馈电路，集电极是并馈电路的高频功率放大器为例，如图3-8所示。仿真得到基极

串馈，集电极并馈电路的输入输出波形如图3-9所示。

图3-8 基极是串馈电路、集电极是并馈电路的高频功率放大器电路

图3-9 基极串馈、集电极并馈电路的输入输出波形

四、正弦波振荡器

1．实验目的

（1）理解正弦波振荡器的工作原理及特点；

（2）掌握振荡器的设计方法。

2．实验原理

在电子线路中，除了要有对各种电信号进行放大的电子线路外，还需要有能在没有激励信号的情况下产生周期性振荡信号的电子电路，这种电路就称为振荡器。在电子技术领域，振荡器有各种各样的应用，是广播电视、通讯设备、测控仪器等设备中必不可少的核心组件。振荡器也是一种能量转换器，由晶体管等有源器件和具有选频作用的无源网络及反馈网络组成，如图4-1 所示。根据工作原理有反馈型和负阻型振荡器，根据输出波形有正弦波、三角波、矩形波等振荡器，根据选频网络有LC、RC、晶体振荡器等。

图4-1 振荡器框图

LC 振荡器的电路种类比较多，根据不同的反馈方式，又可分为互感反馈振荡器（变压

器耦合）、电感反馈三点式振荡器、电容反馈三点式振荡器。其中互感反馈易于起振，但稳定性差，适用于低频，而三点式振荡器稳定性好、输出波形理想、振荡频率可以做得较高。

3．实验内容

（1）电容三点式振荡器（又称考毕兹振荡器）：如图4-2所示：

理论计算振荡器的频率为

7

f MHz

≈≈

观察到的振荡波形如图4-3 所示，从波形看出其振荡极不稳定，测试波形频率为

9

1

6.5

15510

f MHz

-

≈=

?

图4-2 考毕兹振荡器

图4-3 考毕兹振荡器输出信号波

用实时监控法测量信号频率为6.33MHz（如图4-4 所示），计算结果与测试结果对照，有一定的差异，这是测试误差所致，应属正常。

图4-4 用实时监控法测信号参数

电容三点式改进型“克拉泼振荡器”: 如图4-5 所示 克拉泼振荡器的频率

1323(,)f C C C C =

??

电路中C3 为可变电容，调整之即可在一定范围内调整其振荡频率。

输出信号的幅值、频率等用实时监测法测试（参见图4-5所示），信号波形如图4-6所示，调整C3 观测振荡信号的波形和频率变化。

图4-5 克拉泼振荡器实验电路

图4-6 克拉泼振荡波形

（3）电容三点式的改进型“西勒振荡器”：如图4-7 所示 振荡器的频率

1626(,)f C C C C =

??

输出信号的幅值、频率等用实时监测法测试（参见图4-7 所示），信号波形如图4-8 所 示，调整C6、C3 观测振荡信号的波形和频率变化。

图4-7 西勒振荡器实验电路

图4-8 西勒振荡器波形

五、频谱分析仪

1．实验目的

(1) 了解频谱分析仪的基本功能；

(2) 学习频谱分析仪的参数测试方法；

(3)了解傅立叶分析与频谱分析仪的关系；

(4)学习傅立叶分析方法。

2．实验原理

非线性周期信号是由各次谐波的周期信号叠加而成的，频谱分析仪将它们以谱线形式分离表现出来，方便对信号的特性进行分析。实验中调用频谱分析仪，事实上是调用傅立叶分析，我们通过实验熟悉频谱分析仪的使用方法。

3．频谱分析仪的面板功能

频谱分析仪在仪表工具条中第16 个，如图5-1 所示

图5-1

连接图标中的T 是外触发信号输入端，分析窗口各部分的功能如下：

（1）)Span Control 区。选择显示频率变化范围的方式。

1) Set Span：设置测量的频率范围；

2) Zero Span：设置中心频率；

3) Full Span：设置全频段0～4GHz 范围；

（2）Frequency 区。主要用于设置频率范围。

1) Span：频率范围；

2) Start：开始频率；

3) Center：中心频率；

4) End：结束频率；

（3）Amplitude 区。选择频谱纵坐标的刻度。

1) dB：表示纵坐标用dB 即以20×log l0(V)为刻度；

2) dBm：表示纵坐标用dBm 即以10×log10(V／0.775)为刻度。0dBm 是电压为0.775V时，在600Ω上的

功耗，此时功率为lmW。如果一个信号是+10dBm，意味其功率是10mW。在以0dBm 为基础显示信号功率时，终端电阻是600Ω的应用场合(如电话线)，直接读dBm 会很方便；

3）Lin：表示纵坐标使用线性刻度；

4) Range：设置纵坐标每格的幅值，V/格；。

5) Ref：设置参考标准。所谓参考标准就是确定显示窗口中信号频谱的某一幅值所对应的频率范围。

由于频谱分析仪的数轴上没有标明大小，通常利用测试指针来读取每一点的频率和幅度。当测试指针移动到某一位置，此点的频率和幅度以V、dB 或dBm 的形式显示在分析仪的（窗口）右下角。如果读取的不是一个频率点，而是某一个频率范围，则需要与Show-Ref 按钮配合使用，单击该按钮，则在频谱分析仪的显示窗口中出现以Ref 条形框所设置的分贝数（如-3dB）的横线，移动测试指针就可以方便地读取横线和频谱交点的频率和幅度。利用此方法可以快速读取信号频谱的带宽。（4）Resolution Freq 区。设置频率的分辨率，所谓频率分辨率就是能够分辨频谱的最小

谱线间隔。

频率分辨率的默认状态是最大分辨率，最大分辨率 f fend /1024。一般需要调整其分辨率，才能阅读到的频率点为信号频率的整倍数。

（5）右下方还有5 个控制按钮，其功能如下所述：

1) Start：继续频谱分析仪的频谱分析。此按钮常与Stop 按钮配合使用，通常在电路的仿真过程中停

止了频谱分析仪的频谱分析之后，又要启动频谱分析仪时使用。

2) Stop：停止频谱分析仪的频谱分析，此时电路的仿真过程仍然继续进行。

3）Reverse：频谱分析窗口的图形和背景反向显示。

4) Show—Ref：显示参考值。

5) Set：用于设置触发参数。单击该按钮，弹出Settings 对话框，可设置内触发、外触发以及连续触

发和单次触发。

4.实验内容

（1）按照5-2 所示构建RF 放大器（本例取自Multisim10 的Samples 文件夹），信号源如图中设置，用示波器观察电路的输出波形（R6 上的电压波形）如图5-3所示，双击频谱分析仪，在弹出界面中设置频率范围，中心频率等，运行仿真，其频谱如图5-4 所示，如果看不见谱线，可以调整Range ，还看不见就改变Resolution Freq，再次运行仿真。调用频谱分析仪仿真，事实上是进行傅里叶分析。

图5-2 RF 放大器