Multisim仿真教程
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第13章 Multisim模拟电路仿真之蔡仲巾千创作本章Multisim10电路仿真软件,讲解使用Multisim进行模拟电路仿真的基本方法.目录1. Multisim软件入门2. 二极管电路5. 负反馈放年夜电路7.互补对称（OCL）功率放年夜电路13.1 Multisim用户界面及基本把持在众多的EDA仿真软件中,Multisim软件界面友好、功能强年夜、易学易用,受到电类设计开发人员的青睐.Multisim用软件方法虚拟电子元器件及仪器仪表,将元器件和仪器集合为一体,是原理图设计、电路测试的虚拟仿真软件.Multisim来源于加拿年夜图像交互技术公司（Interactive Image Technologies,简称IIT公司）推出的以Windows为基础的仿真工具,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 工具软件Electronics Work Bench（电子工作台,简称EWB）,以界面形象直观、把持方便、分析功能强年夜、易学易用而获得迅速推广使用.1996年IIT推出了EWB5.0版本,在EWB5.x版本之后,从EWB6.0版本开始,IIT对EWB进行了较年夜变动,名称改为Multisim（多功能仿真软件）.IIT后被美国国家仪器（NI,National Instruments）公司收购,软件更名为NI Multisim,Multisim经历了多个版本的升级,已经有Multisim2001、 Multisim7、 Multisim8、Multisim9 、Multisim10等版本,9版本之后增加了单片机和LabVIEW虚拟仪器的仿真和应用.下面以Multisim10为例介绍其基本把持.图13.1-1是Multisim10的用户界面,包括菜单栏、标准工具栏、主工具栏、虚拟仪器工具栏、元器件工具栏、仿真按钮、状态栏、电路图编纂区等组成部份.图13.1-1 Multisim10用户界面菜单栏与Windows应用法式相似,如图13.1-2所示.图13.1-2 Multisim菜单栏其中,Options菜单下的Global Preferences和Sheet Properties可进行个性化界面设置,Multisim10提供两套电气元器件符号标准：ANSI：美国国家标准学会,美国标准,默认为该标准,本章采纳默认设置；DIN：德国国家标准学会,欧洲标准,与中国符号标准一致.工具栏是标准的Windows应用法式风格.标准工具栏：视图工具栏：图13.1-3是主工具栏及按钮名称,图13.1-4是元器件工具栏及按钮名称,图13.1-5是虚拟仪器工具栏及仪器名称.图13.1-3 Multisim主工具栏图13.1-4 Multisim元器件工具栏图13.1-5 Multisim虚拟仪器工具栏项目管理器位于Multisim10工作界面的左半部份,电路以分层的形式展示,主要用于条理电路的显示,3个标签为：Hierarchy：对分歧电路的分层显示,单击“新建”按钮将生成Circuit2电路；Visibility：设置是否显示电路的各种参数标识,如集成电路的引脚名；Project View：显示同一电路的分歧页.13.1.2 Multisim仿真基本把持Multisim10仿真的基本步伐为：1. 建立电路文件2. 放置元器件和仪表3. 元器件编纂4. 连线和进一法式整5. 电路仿真6. 输出分析结果具体方式如下：1. 建立电路文件具体建立电路文件的方法有：●翻开Multisim10时自动翻开空白电路文件Circuit1,保管时可以重新命名●菜单File/New●工具栏New按钮●快捷键Ctrl+N2. 放置元器件和仪表Multisim10的元件数据库有：主元件库（Master Database）,用户元件库（User Database）,合作元件库（Corporate Database）,后两个库由用户或合作人创立,新装置的Multisim10中这两个数据库是空的.放置元器件的方法有：●菜单Place Component●元件工具栏：Place/Component●在绘图区右击,利用弹出菜单放置●快捷键Ctrl+W放置仪表可以点击虚拟仪器工具栏相应按钮,或者使用菜双方式.以晶体管单管共射放年夜电路放置+12V电源为例,点击元器件工具栏放置电源按钮（Place Source）,获得如图13.1-6所示界面.图13.1-6 放置电源修改电压值为12V,如图13.1-7所示.图13.1-7 修改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仪表的效果图,其中左下角是函数信号发生器,右上角是双通道示波器.图13.1-9 放置元器件和仪器仪表3. 元器件编纂（1）元器件参数设置双击元器件,弹出相关对话框,选项卡包括：●Label：标签,Refdes编号,由系统自动分配,可以修改,但须保证编号唯一性●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、电气状态（2）元器件向导（Component Wizard）对特殊要求,可以用元器件向导编纂自己的元器件,一般是在已有元器件基础上进行编纂和修改.方法是：菜单Tools/ Component Wizard,依照规定步伐编纂,用元器件向导编纂生成的元器件放置在User Database（用户数据库）中.4. 连线和进一法式整连线：（1）自动连线：单击起始引脚,鼠标指针酿成“十”字形,移动鼠标至目标引脚或导线,单击,则连线完成,当导线连接后呈现丁字交叉时,系统自动在交叉点放节点（Junction）；（2）手动连线：单击起始引脚,鼠标指针酿成“十”字形后,在需要拐弯处单击,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,对十字交叉而希望导通的情况,可以分段连线,即先连接起点到交叉点,然后连接交叉点到终点；也可以在已有连线上增加一个节点（Junction）,从该节点引出新的连线,添加节点可以使用菜单Place/Junction,或者使用快捷键Ctrl+J.进一法式整：（1）调整位置：单击选定元件,移动至合适位置；（2）改变标号：双击进入属性对话框更改；（3）显示节点编号以方便仿真结果输出：菜单Options/Sheet Properties/Circuit/Net Names,选择Show All；（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是连线和调整后的电路图,图13.1-11是显示节点编号后的电路图.图13.1-10 连线和调整后的电路图（a）显示节点编号对话框（b）显示节点编号后的电路图5. 电路仿真基本方法：●按下仿真开关,电路开始工作,Multisim界面的状态栏右端呈现仿真状态指示；●双击虚拟仪器,进行仪器设置,获得仿真结果图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,使用两个丈量标尺,显示区给出对应时间及该时间的电压波形幅值,也可以用丈量标尺丈量信号周期.图13.1-12 示波器界面（右图为点击Reverse按钮将布景反色）6. 输出分析结果使用菜单命令Simulate/Analyses,以上述单管共射放年夜电路的静态工作点分析为例,步伐如下：●菜单Simulate/Analyses/DC Operating Point●选择输出节点1、4、5,点击ADD、Simulate图13.1-13 静态工作点分析13.2 二极管及三极管电路13.2.1 二极管参数测试仿真实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性曲线可分为4个区：死区、正向导通区、反向截止区、反向击穿区,二极管具有单向导电性、稳压特性,利用这些特性可以构成整流、限幅、钳位、稳压等功能电路.半导体二极管正向特性参数测试电路如图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,当二极管两规矩向电压小,处于“死区”,正向电阻很年夜、正向电流很小,当二极管两规矩向电压超越死区电压,正向电流急剧增加,正向电阻也迅速减小,处于“正向导通区”.图13.2-1 二极管正向特性测试电路表13.2-1 二极管正向特性仿真测试数据Rw 10% 20% 30% 50% 70% 90%Vd/mV 299 496 544 583 613 660Id/mArd=Vd/Id（欧姆）74750 2000 795 381 214半导体二极管反向特性参数测试电路如图13.2-2所示.图13.2-2 二极管反向特性测试电路表13.2-2是反向测试的数据,从仿真数据可以看出：二极管反向电阻较年夜,而正向电阻小,故具有单向特性.反向电压超越一定命值（VBR）,进入“反向击穿区”,反向电压的微小增年夜会招致反向电流急剧增加.表13.2-2 二极管反向特性仿真测试数据二极管是非线性器件,引入线性电路模型可使分析更简单.有两种线性模型：（1）年夜信号状态下的理想二极管模型,理想二极管相当于一个理想开关；（2）正向压降与外加电压相比不成忽略,且正向电阻与外接电阻相比可以忽略时的恒压源模型,即一个恒压源与一个理想二极管串连.图13.2-3是二极管实验电路,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13.2-3二极管实验电路（二极管为IN4148）利用二极管的单向导电性、正向导通后其压降基本恒定的特性,可实现对输入信号的限幅,图13.2-4（a）是二极管双向限幅实验电路.V1和V2是两个电压源,根据电路图,上限幅值为：V1+Von,下限幅值为：–V2–Von.在Vi的正半周,当输入信号幅值小于（V1+Von）时,D1、D2均截止,故Vo = Vi；当Vi年夜于（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,D1、D2均截止,Vo = Vi；当|Vi|>（V2+Von）时,D2导通、D1截止,Vo = -（V2+Von）≈-2.65V.图13.2-4（b）是二极管双向限幅实验电路的仿真结果,输出电压波形与理论分析基本一致.（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性测试仪（IV-Analysis）XIV1,双击该图标,弹出测试仪界面,进行相应设置,如图13.2-5所示,点击Sim_Param 按钮,设置集射极电压的起始范围、基极电流的起始范围,以及基极电流增加步数Num_Steps（对应特性曲线的根数）,单击仿真按钮,获得一簇三极管输出特性曲线.右击其中的一条曲线,选择show select marts,则选中了某一条特性曲线,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.根据测得的和值,可以计算出该工作点处的直流电流放年夜倍数,根据测得的和,可以计算出交流电流放年夜倍数.图13.2-5 用晶体管特性测试仪丈量三极管特性13.3 单管基本放年夜电路13.3.1 共射放年夜电路仿真实验放年夜是对模拟信号最基本的处置,图13.3-1是单管共射放年夜电路（NPN型三极管）的仿真电路图.图13.3-1单管共射放年夜电路（NPN型三极管）进行直流工作点分析,采纳菜单命令Simulate/Analysis/DC Operating Point,在对话框中设置分析节点及电压或电流变量,如图13.3-2所示.图13.3-3是直流工作点分析结果.图13.3-2 直流工作点分析对话框图13.3-3 直流工作点分析结果当静态工作点合适,而且加入合适幅值的正弦信号时,可以获得基本无失真的输出,如图13.3-4所示.图13.3-4 单管共射放年夜电路输入输出波形可是,继续增年夜输入信号,由于超越了晶体管工作的线性工作区,将招致输出波形失真,如图13.3-5（a）所示,图13.3-5（b）是进行傅里叶频谱分析的结果,可见输出波形含有高次谐波分量.（a）输出波形失真（b）傅里叶频谱分析结果图13.3-5 增年夜输入后的失真输出波形及其频谱分析结果静态工作点过低或者过高也会招致输出波形失真,如图13.3-6所示,由于基极电阻过小,招致基极电流过年夜,静态工作点靠近饱和区,集电极电流也因此变年夜,输出电压,年夜的集电极电流招致整个电路的输出电压变小,因此从输出波形上看,输出波形的下半周趋于被削平了,属于饱和失真.图13.3-6 减小Rb后的失真输出波形1. 场效应管的转移特性场效应管的转移特性指漏-源电压固按时,栅-源电压对漏极电流的控制特性,即,依照图13.3-7搭建N沟道增强型场效应管转移特性实验电路,单击Multisim10 菜单“Simulate/Analyses/DC Sweep…”选择直流扫描分析功能,在弹出的对话框“Analysis Parameters”中设置所要扫描的直流电源,并设置起始和终止值、步长值,在“Output”选项卡中选择节点2的电压V[2]为分析节点,由于源极电阻,所以电压V[2]的数值即是源极电流,也即是漏极电流.由图13.3-7（b）可知,N沟道增强型场效应管2N7002的开启电压V.（a）仿真电路（b）转移特性仿真结果图13.3-7 场效应管转移特性直流扫描分析2. 场效应管共源放年夜电路图13.3-8是场效应管共源放年夜电路仿真实验电路图,调整电阻和构成的分压网络可以改变,从而改变电压放年夜倍数.另外,改变电阻、也可改变输出电压.（a）仿真电路（b）输入和输出电压波形图13.3-8 场效应管共源放年夜电路仿真13.4 放年夜电路指标丈量13.4.1 输入电阻丈量万用表可以丈量交直流电压、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,参数默认为理想参数（比如电流表内阻为0）,用户可以修改参数.点击虚拟仪器万用表（Multimeter）,接入放年夜电路的输入回路,本例中将万用表设置为交流,测得的是有效值（RMS值）.由于交流输入电阻要在合适的静态工作点上丈量,所以直流电源要保管.由图13.4-1可见,测得输入回路的输入电压有效值为3.536mV,电流为2.806μA,输入电阻.在实验室中进行的实物电路的输入电阻丈量要采纳间接丈量方法,这是因为实际的电压表、电流表都不是理想仪器,电流表内阻不是0,而电压表内阻不是无穷年夜.（a）输入电阻丈量电路（b）电压、电流丈量结果图13.4-1 放年夜电路输入电阻丈量电路图13.4.2 输出电阻的丈量采纳外加激励法,将信号源短路,负载开路,在输出端接电压源,并丈量电压、电流,如图13.4-2所示.由图13.4-2可见,测得输出回路的激励电压有效值为707.106mV,电流为517.861μA,输出电阻.（a）输出电阻丈量（b）电压、电流丈量结果图13.4-2 放年夜电路输出电阻丈量电路图可以用示波器丈量放年夜电路的增益,以电阻分压式共射放年夜电路为例,图13.4-3（a）是丈量电压放年夜倍数的电路图,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,进而计算出电压放年夜倍数,可是,可以发现,标尺处于分歧位置计算出的结果分歧,仅可作为估计值,另外,输出波形与输入波形相比,存在一定相移,不是理想的反相,即发生了相移,相移年夜小与频率有关,这就是该放年夜电路的相频特性.除用示波器进行放年夜倍数丈量的方法.还有两种方法：扫描分析法和波特仪丈量法.（a）（b）图13.4-3 分压式共射放年夜电路放年夜倍数的丈量1. 扫描分析法由菜单Simulate/Analyses/AC Analysis,弹出AC Analysis （交流分析）对话框,如图13.4-4所示,选项卡Frequency Parameters中设置Start frequency（起始频率,本例设为1Hz）、Stop frequency（终止频率,本例设为10GHz）、Sweep type（扫描方式,本例设为Decade,十倍频扫描）、Number of points per decade（每十倍频的采样点数,默认为10）、Vertical scale（纵坐标刻度,默认是Logarithmic,即对数形式,本例选择Linear,即线性坐标,更便于读出其电压放年夜倍数）.在Output选项卡中选择节点5的电压V[5]为分析变量,按下Simulate（仿真）按钮,获得图13.4-4（b）所示的频谱图,包括幅频特性和相频特性两个图.在幅频特性波形图的左侧,有个红色的三角块指示,标明以后激活图形是幅频特性,为了详细获取数值信息,按下工具栏的Show/Hide Cursors按钮,则显示出丈量标尺和数据窗口,移动测试标尺,则可以读取详细数值,如图（c）和（d）所示.同理,可激活相频特性图形,进行相应丈量.（a）AC Analysis对话框（b）被分析节点的幅频和相频特性（c）用测试标尺读取详细数值（d）频响数据图13.4-4 扫描分析法进行放年夜电路幅频特性丈量2. 波特仪丈量法波特仪（Bode Plotter）也称为扫频仪,用于丈量电路的频响（幅频特性、相频特性）,将波特仪连接至输入端和被测节点,如图13.4-5（a）所示,双击波特仪,获得频响特性,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）幅频特性测试结果（c）相频特性测试结果图13.4-5 扫描分析法进行放年夜电路幅频特性丈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）水平和垂直坐标：点击Log选择对数刻度,点击Lin选择线性刻度；（3）起始范围：F文本框内填写终了值及单元,I文本框内填写起始值及单元.13.5 差动放年夜电路13.5.1 差动放年夜电路仿真电路直接耦合是多级放年夜的重要级间连接方式,对直流信号、变动缓慢的信号只能用直接耦合,但随之而来的是零点漂移问题,影响电路的稳定,解决这个问题的一个法子是采纳差动放年夜电路,在电子设备中经常使用差动放年夜电路放年夜差摸信号,抑制温度变动、电源电压摆荡等引起的共模信号.图13.5-1是差动放年夜电路仿真电路,是由两个相同的共射放年夜电路组成的,当开关J1拨向左侧时,构成了一个典范的差动放年夜电路,调零电位器Rw用来调节Q1、Q2管的静态工作点,使得输入信号为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年夜电路,用恒流源取代射极电阻Re,可以进一步提高抑制共模信号的能力.差动放年夜电路的输入信号既可以是交流信号,也可以是直流信号.图13.5-1中,输入信号由函数发生器提供,函数发生器（Function Generator）可以发生正弦波、三角波、矩形波电压信号,可设置的参数有：频率、幅值、占空比、直流偏置,频率范围很宽（0.001pHz~1000THz）.差动放年夜电路需要一正一负两个电压源,实际中不存在负的电压源,将正极接地,则电压源的负极可以提供负的电压,因此,依照图中的接法可以提供正负电压源.差动放年夜电路有两个输入端和两个输出端,因此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,差摸电压放年夜倍数与单管情况下相同,凡是单端输出,差摸电压放年夜倍数为单管情况下的一半.图13.5-1 差动放年夜电路仿真电路13.5.2 差动放年夜电路的调零调零是指差动放年夜器输入端不接入信号,调整电路参数使两个输出端到达等电位.图13.5-2中是调整电位器Rw,使节点3和节点4的电压相同,这时可认为左右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 差动放年夜电路的调零13.5.3 差动放年夜电路的静态工作点采纳菜单命令Simulate/Analysis/DC Operating Point,选择节点仿真可以获得静态工作点指标,下面采纳另一种方法,将电流表和电压表接入仿真电路,获得更直观的静态工作点丈量结果,如图13.5-3所示.1. 差模电压增益双端输入双端输出情况下的差摸电压放年夜倍数是输出端电压差除以输入端电压差.为获得较年夜电压增益,将仿真电路的参数进行一些调整,丈量电路如图13.5-4所示.函数发生器设置为输出正弦波,频率1kHz,幅值5mV,“+”端和“-”端接入差动放年夜电路的两个输入端,COM端接地.用电压表丈量输入真个电压差,注意双击电压表,将丈量模式（Mode）改为交流（AC）模式.由图中丈量数据,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,以恒流源取代射极电阻,则差摸电压增益增加到.仿真可发现,负载电阻RL对增益值影响很年夜,另外,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 双入双出差动放年夜电路的差摸增益丈量2. 共模电压增益将两输入端短接,COM端接地,构成共模输入方式,如图13.5-5所示.调整输入信号频率为1kHz,幅值为1mV,在负载电阻两端接万用表,测得输出电压为6pV左右,“皮”的数量级为10-12,几乎为零.可见,差动放年夜电路对共模信号有很强的抑制效果.图13.5-5 双入双出差动放年夜电路的共摸增益丈量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活性年夜的优点,但缺点是功耗年夜、稳定性差、可靠性差,另外,设计自己较复杂.集成电路采纳微电子技术构成具有特定功能的电路系统模块,与分立元件构成的电路相比,性能有了很年夜提高,电子设计也更为简单.集成运算放年夜器是高增益、高输入阻抗、低输出阻抗、直接耦合的线性放年夜集成电路,功耗低、稳定性好、可靠性高.可以通过外围元器件的连接构成放年夜器、信号发生电路、运算电路、滤波器等电路.以集成运放μA741为例,图13.6-1是μA741的管脚示意图及实物照片.图13.6-1 集成运放μA741管脚示意图及实物照片用μA741组成同相比例放年夜电路,仿真电路图如图13.6-2所示.根据同相比例电路的增益公式,图13.6-2的电压增益应为：.（a）同相比例放年夜电路（b）输入、输出电压波形图13.6-2 集成运放μA741构成的同相比例放年夜电路从波形上看,输入、输出同相位,用测试标尺丈量幅值,可发现输出与输入的比例为3,在一定范围内调整负载电阻,波形基本不变,说明该电路带负载能力强.同理,可以进行反相比例放年夜电路的仿真,图13.6-3是集成运放μA741构成的反相比例放年夜电路,其电压增益应为：,这与示波器读数一致.图13.6-3 集成运放μA741构成的反相比例放年夜电路及波形由仿真可见,由运算放年夜器构成比例放年夜电路的电路结构简单、设计容易、性能稳定、带负载能力强.根据滤波电路中有无有源元件可将滤波器电路分为无源滤波器和有源滤波器,无源滤波器由无源元器件（电阻、电容、电感）构成电路网络,但其滤波特性随着负载的变动而变动,负载效应明显,不能满足很多应用场所的要求,有源滤波器则通过运放电路提高输入阻抗,降低输出阻抗而年夜年夜减少了负载效应.简单的有源滤波器是在无源滤波器输出端接一个由运放电路构成的电压跟随器或同相比例放年夜器,使得滤波的同时可以放年夜信号,而且提高带负载能力.图13.6-4是简单的二阶低通有源滤波电路,运放U1和电阻Rf、R3构成同相比例放年夜电路,放年夜倍数为,电阻R1、电容C1、电阻R2、电容C2组成的RC网络是二阶低通滤波电路,其特征频率为Hz.信号源是幅值为1V的交流电压源.用菜单命令Simulate/Analyses/AC Analysis对其进行交流分析,频率范围设置为1Hz~1MHz,扫描类型Sweep type选择Decade,纵坐标Vertical Scale选择Linear,Output选项卡中选择节点4作为分析节点,单击Simulate按钮,可获得其频率特性,如图13.6-5所示.图13.6-4 简单二阶低通有源滤波电路由频率特性可以看出：最年夜输出为 1.9996V,截止频率为对应V（即增益下降3dB）的频率,约为125.4003Hz （标尺2处）,而在特征频率处（标尺1处,338.2989Hz）,幅值已下降至672.8329mV,可见,实际的截止频率远小于特征频率.为缩小二者的分歧,可引入正反馈增年夜特征频率处的幅值,这就是所谓的压控电压源二阶低通滤波器.将电容C1的下端直接接在滤波器输出端,构成图13.6-6所示的压控电压源二阶低通滤波器,其频率特性如图13.6-7所示.图13.6-6 压控电压源二阶低通滤波电路图13.6-7 压控电压源二阶低通滤波电路的频率特性可以看出,特征频率处的幅值有所增年夜,在特征频率处（丈量标尺1,338.2989Hz）幅值增年夜为 1.9857V,截止频率为 1.414V 所对应的频率,在丈量标尺2处（幅值为 1.3912）,对应频率为439.2605Hz,二者差距由约213Hz缩小至约100Hz,特征频率和截止频率差距年夜年夜缩小了.品质因数Q的物理意义是特征频率处的电压增益与通带电压增益之比,理论分析给出品质因数Q与通带增益的关系为：,而在本节例子中,通带增益,因此,改变运放电阻或者即可改变品质因数.13.7 直流稳压电源13.7.1 桥式整流滤波电路建立如图13.7-1所示的单相桥式整流滤波电路,变压器取值Basic Group组的BASIC_VIRTUAL中的TS_VIRTUAL,设置变比（本例设为10）,变压器的二次侧有3个抽头,可以有两种接法,如图13.7-1中的（a）和（b）所示,前者的整流波形最年夜值约为15V,后者约为30V,整流桥选自Diodes组中的FWB中的元件.（a）变压器输出15V整流波形（b）变压器输出30V整流波形图13.7-1 单相桥式整流滤波电路以图13.7-1（b）电路为例,图13.7-2是该单相桥式整流滤波电路的输出波形,图（a）是未接入滤波电容C1时的输出波形,即整流桥输出波形,图（b）是接入滤波电容C1时的输出波形,可见,桥式整流后用滤波电容进行滤波,电压平均值上升,电压摆荡。
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第13章 Multisim模拟电路仿真之老阳三干创作本章Multisim10电路仿真软件, 讲解使用Multisim进行模拟电路仿真的基本方法.目录1. Multisim软件入门2. 二极管电路5. 负反馈放年夜电路7.互补对称（OCL）功率放年夜电路13.1 Multisim用户界面及基本把持在众多的EDA仿真软件中, Multisim软件界面友好、功能强年夜、易学易用, 受到电类设计开发人员的青睐.Multisim用软件方法虚拟电子元器件及仪器仪表, 将元器件和仪器集合为一体, 是原理图设计、电路测试的虚拟仿真软件.Multisim来源于加拿年夜图像交互技术公司（Interactive Image Technologies, 简称IIT公司）推出的以Windows为基础的仿真工具, 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 工具软件Electronics Work Bench（电子工作台, 简称EWB）, 以界面形象直观、把持方便、分析功能强年夜、易学易用而获得迅速推广使用.1996年IIT推出了EWB5.0版本, 在EWB5.x版本之后, 从EWB6.0版本开始, IIT对EWB进行了较年夜变动, 名称改为Multisim（多功能仿真软件）.IIT后被美国国家仪器（NI, National Instruments）公司收购, 软件更名为NI Multisim, Multisim经历了多个版本的升级, 已经有Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9 、Multisim10等版本, 9版本之后增加了单片机和LabVIEW虚拟仪器的仿真和应用.下面以Multisim10为例介绍其基本把持.图13.1-1是Multisim10的用户界面, 包括菜单栏、标准工具栏、主工具栏、虚拟仪器工具栏、元器件工具栏、仿真按钮、状态栏、电路图编纂区等组成部份.图13.1-1 Multisim10用户界面菜单栏与Windows应用法式相似, 如图13.1-2所示.图13.1-2 Multisim菜单栏其中, Options菜单下的Global Preferences和Sheet Properties可进行个性化界面设置, Multisim10提供两套电气元器件符号标准：ANSI：美国国家标准学会, 美国标准, 默认为该标准, 本章采纳默认设置；DIN：德国国家标准学会, 欧洲标准, 与中国符号标准一致.工具栏是标准的Windows应用法式风格.标准工具栏：视图工具栏：图13.1-3是主工具栏及按钮名称, 图13.1-4是元器件工具栏及按钮名称, 图13.1-5是虚拟仪器工具栏及仪器名称.图13.1-3 Multisim主工具栏图13.1-4 Multisim元器件工具栏图13.1-5 Multisim虚拟仪器工具栏项目管理器位于Multisim10工作界面的左半部份, 电路以分层的形式展示, 主要用于条理电路的显示, 3个标签为：Hierarchy：对分歧电路的分层显示, 单击“新建”按钮将生成Circuit2电路；Visibility：设置是否显示电路的各种参数标识, 如集成电路的引脚名；Project View：显示同一电路的分歧页.13.1.2 Multisim仿真基本把持Multisim10仿真的基本步伐为：1. 建立电路文件2. 放置元器件和仪表3. 元器件编纂4. 连线和进一法式整5. 电路仿真6. 输出分析结果具体方式如下：1. 建立电路文件具体建立电路文件的方法有：●翻开Multisim10时自动翻开空白电路文件Circuit1, 保管时可以重新命名●菜单File/New●工具栏New按钮●快捷键Ctrl+N2. 放置元器件和仪表Multisim10的元件数据库有：主元件库（Master Database）, 用户元件库（User Database）, 合作元件库（Corporate Database）, 后两个库由用户或合作人创立, 新装置的Multisim10中这两个数据库是空的.放置元器件的方法有：●菜单Place Component●元件工具栏：Place/Component●在绘图区右击, 利用弹出菜单放置●快捷键Ctrl+W放置仪表可以点击虚拟仪器工具栏相应按钮, 或者使用菜双方式.以晶体管单管共射放年夜电路放置+12V电源为例, 点击元器件工具栏放置电源按钮（Place Source）, 获得如图13.1-6所示界面.图13.1-6 放置电源修改电压值为12V, 如图13.1-7所示.图13.1-7 修改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仪表的效果图, 其中左下角是函数信号发生器, 右上角是双通道示波器.图13.1-9 放置元器件和仪器仪表3. 元器件编纂（1）元器件参数设置双击元器件, 弹出相关对话框, 选项卡包括：●Label：标签, Refdes编号, 由系统自动分配, 可以修改,但须保证编号唯一性●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、电气状态（2）元器件向导（Component Wizard）对特殊要求, 可以用元器件向导编纂自己的元器件, 一般是在已有元器件基础上进行编纂和修改.方法是：菜单Tools/ Component Wizard, 依照规定步伐编纂, 用元器件向导编纂生成的元器件放置在User Database（用户数据库）中.4. 连线和进一法式整连线：（1）自动连线：单击起始引脚, 鼠标指针酿成“十”字形, 移动鼠标至目标引脚或导线, 单击, 则连线完成, 当导线连接后呈现丁字交叉时, 系统自动在交叉点放节点（Junction）；（2）手动连线：单击起始引脚, 鼠标指针酿成“十”字形后, 在需要拐弯处单击, 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, 对十字交叉而希望导通的情况, 可以分段连线, 即先连接起点到交叉点, 然后连接交叉点到终点；也可以在已有连线上增加一个节点（Junction）, 从该节点引出新的连线, 添加节点可以使用菜单Place/Junction, 或者使用快捷键Ctrl+J.进一法式整：（1）调整位置：单击选定元件, 移动至合适位置；（2）改变标号：双击进入属性对话框更改；（3）显示节点编号以方便仿真结果输出：菜单Options/Sheet Properties/Circuit/Net Names, 选择Show All；（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是连线和调整后的电路图, 图13.1-11是显示节点编号后的电路图.图13.1-10 连线和调整后的电路图（a）显示节点编号对话框（b）显示节点编号后的电路图5. 电路仿真基本方法：●按下仿真开关, 电路开始工作, Multisim界面的状态栏右端呈现仿真状态指示；●双击虚拟仪器, 进行仪器设置, 获得仿真结果图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, 使用两个丈量标尺, 显示区给出对应时间及该时间的电压波形幅值, 也可以用丈量标尺丈量信号周期.图13.1-12 示波器界面（右图为点击Reverse按钮将布景反色）6. 输出分析结果使用菜单命令Simulate/Analyses, 以上述单管共射放年夜电路的静态工作点分析为例, 步伐如下：●菜单Simulate/Analyses/DC Operating Point●选择输出节点1、4、5, 点击ADD、Simulate图13.1-13 静态工作点分析13.2 二极管及三极管电路13.2.1 二极管参数测试仿真实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性曲线可分为4个区：死区、正向导通区、反向截止区、反向击穿区, 二极管具有单向导电性、稳压特性, 利用这些特性可以构成整流、限幅、钳位、稳压等功能电路.半导体二极管正向特性参数测试电路如图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, 当二极管两规矩向电压小, 处于“死区”, 正向电阻很年夜、正向电流很小, 当二极管两规矩向电压超越死区电压, 正向电流急剧增加, 正向电阻也迅速减小, 处于“正向导通区”.图13.2-1 二极管正向特性测试电路表13.2-1 二极管正向特性仿真测试数据Rw 10% 20% 30% 50% 70% 90%Vd/mV 299 496 544 583 613 660Id/mA半导体二极管反向特性参数测试电路如图13.2-2所示.图13.2-2 二极管反向特性测试电路表13.2-2是反向测试的数据, 从仿真数据可以看出：二极管反向电阻较年夜, 而正向电阻小, 故具有单向特性.反向电压超越一定命值（VBR）, 进入“反向击穿区”, 反向电压的微小增年夜会招致反向电流急剧增加.表13.2-2 二极管反向特性仿真测试数据二极管是非线性器件, 引入线性电路模型可使分析更简单.有两种线性模型：（1）年夜信号状态下的理想二极管模型, 理想二极管相当于一个理想开关；（2）正向压降与外加电压相比不成忽略, 且正向电阻与外接电阻相比可以忽略时的恒压源模型, 即一个恒压源与一个理想二极管串连.图13.2-3是二极管实验电路, 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13.2-3二极管实验电路（二极管为IN4148）利用二极管的单向导电性、正向导通后其压降基本恒定的特性, 可实现对输入信号的限幅,图13.2-4（a）是二极管双向限幅实验电路.V1和V2是两个电压源, 根据电路图, 上限幅值为：V1+Von, 下限幅值为：–V2–Von.在Vi的正半周, 当输入信号幅值小于（V1+Von）时, D1、D2均截止, 故Vo = Vi；当Vi年夜于（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, D1、D2均截止, Vo = Vi；当|Vi|>（V2+Von）时, D2导通、D1截止, Vo = -（V2+Von）≈-2.65V.图13.2-4（b）是二极管双向限幅实验电路的仿真结果, 输出电压波形与理论分析基本一致.（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性测试仪（IV-Analysis）XIV1, 双击该图标, 弹出测试仪界面, 进行相应设置, 如图13.2-5所示, 点击Sim_Param按钮, 设置集射极电压的起始范围、基极电流的起始范围, 以及基极电流增加步数Num_Steps（对应特性曲线的根数）, 单击仿真按钮, 获得一簇三极管输出特性曲线.右击其中的一条曲线, 选择show select marts, 则选中了某一条特性曲线, 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.根据测得的和值, 可以计算出该工作点处的直流电流放年夜倍数, 根据测得的和, 可以计算出交流电流放年夜倍数.图13.2-5 用晶体管特性测试仪丈量三极管特性13.3 单管基本放年夜电路13.3.1 共射放年夜电路仿真实验放年夜是对模拟信号最基本的处置, 图13.3-1是单管共射放年夜电路（NPN型三极管）的仿真电路图.图13.3-1单管共射放年夜电路（NPN型三极管）进行直流工作点分析, 采纳菜单命令Simulate/Analysis/DC Operating Point, 在对话框中设置分析节点及电压或电流变量, 如图13.3-2所示.图13.3-3是直流工作点分析结果.图13.3-2 直流工作点分析对话框图13.3-3 直流工作点分析结果当静态工作点合适, 而且加入合适幅值的正弦信号时, 可以获得基本无失真的输出, 如图13.3-4所示.图13.3-4 单管共射放年夜电路输入输出波形可是, 继续增年夜输入信号, 由于超越了晶体管工作的线性工作区, 将招致输出波形失真, 如图13.3-5（a）所示, 图13.3-5（b）是进行傅里叶频谱分析的结果, 可见输出波形含有高次谐波分量.（a）输出波形失真（b）傅里叶频谱分析结果图13.3-5 增年夜输入后的失真输出波形及其频谱分析结果静态工作点过低或者过高也会招致输出波形失真, 如图13.3-6所示, 由于基极电阻过小, 招致基极电流过年夜, 静态工作点靠近饱和区, 集电极电流也因此变年夜, 输出电压, 年夜的集电极电流招致整个电路的输出电压变小, 因此从输出波形上看, 输出波形的下半周趋于被削平了, 属于饱和失真.图13.3-6 减小Rb后的失真输出波形1. 场效应管的转移特性场效应管的转移特性指漏-源电压固按时, 栅-源电压对漏极电流的控制特性, 即, 依照图13.3-7搭建N沟道增强型场效应管转移特性实验电路, 单击Multisim10 菜单“Simulate/Analyses/DC Sweep…”选择直流扫描分析功能, 在弹出的对话框“Analysis Parameters”中设置所要扫描的直流电源, 并设置起始和终止值、步长值, 在“Output”选项卡中选择节点2的电压V[2]为分析节点, 由于源极电阻, 所以电压V[2]的数值即是源极电流, 也即是漏极电流.由图13.3-7（b）可知, N沟道增强型场效应管2N7002的开启电压V.（a）仿真电路（b）转移特性仿真结果图13.3-7 场效应管转移特性直流扫描分析2. 场效应管共源放年夜电路图13.3-8是场效应管共源放年夜电路仿真实验电路图, 调整电阻和构成的分压网络可以改变, 从而改变电压放年夜倍数.另外, 改变电阻、也可改变输出电压.（a）仿真电路（b）输入和输出电压波形图13.3-8 场效应管共源放年夜电路仿真13.4 放年夜电路指标丈量13.4.1 输入电阻丈量万用表可以丈量交直流电压、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, 参数默认为理想参数（比如电流表内阻为0）, 用户可以修改参数.点击虚拟仪器万用表（Multimeter）, 接入放年夜电路的输入回路, 本例中将万用表设置为交流, 测得的是有效值（RMS值）.由于交流输入电阻要在合适的静态工作点上丈量, 所以直流电源要保管.由图13.4-1可见, 测得输入回路的输入电压有效值为3.536mV, 电流为2.806μA, 输入电阻.在实验室中进行的实物电路的输入电阻丈量要采纳间接丈量方法, 这是因为实际的电压表、电流表都不是理想仪器, 电流表内阻不是0, 而电压表内阻不是无穷年夜.（a）输入电阻丈量电路（b）电压、电流丈量结果图13.4-1 放年夜电路输入电阻丈量电路图13.4.2 输出电阻的丈量采纳外加激励法, 将信号源短路, 负载开路, 在输出端接电压源, 并丈量电压、电流, 如图13.4-2所示.由图13.4-2可见, 测得输出回路的激励电压有效值为707.106mV, 电流为517.861μA, 输出电阻.（a）输出电阻丈量（b）电压、电流丈量结果图13.4-2 放年夜电路输出电阻丈量电路图可以用示波器丈量放年夜电路的增益, 以电阻分压式共射放年夜电路为例, 图13.4-3（a）是丈量电压放年夜倍数的电路图, 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, 进而计算出电压放年夜倍数, 可是, 可以发现, 标尺处于分歧位置计算出的结果分歧, 仅可作为估计值, 另外, 输出波形与输入波形相比, 存在一定相移, 不是理想的反相, 即发生了相移, 相移年夜小与频率有关, 这就是该放年夜电路的相频特性.除用示波器进行放年夜倍数丈量的方法.还有两种方法：扫描分析法和波特仪丈量法.（a）（b）图13.4-3 分压式共射放年夜电路放年夜倍数的丈量1. 扫描分析法由菜单Simulate/Analyses/AC Analysis, 弹出AC Analysis （交流分析）对话框, 如图13.4-4所示, 选项卡Frequency Parameters中设置Start frequency（起始频率, 本例设为1Hz）、Stop frequency（终止频率, 本例设为10GHz）、Sweep type（扫描方式, 本例设为Decade, 十倍频扫描）、Number of points per decade（每十倍频的采样点数, 默认为10）、Vertical scale（纵坐标刻度, 默认是Logarithmic, 即对数形式, 本例选择Linear, 即线性坐标, 更便于读出其电压放年夜倍数）.在Output选项卡中选择节点5的电压V[5]为分析变量, 按下Simulate（仿真）按钮, 获得图13.4-4（b）所示的频谱图, 包括幅频特性和相频特性两个图.在幅频特性波形图的左侧, 有个红色的三角块指示, 标明以后激活图形是幅频特性, 为了详细获取数值信息, 按下工具栏的Show/Hide Cursors按钮, 则显示出丈量标尺和数据窗口, 移动测试标尺, 则可以读取详细数值, 如图（c）和（d）所示.同理, 可激活相频特性图形, 进行相应丈量.（a）AC Analysis对话框（b）被分析节点的幅频和相频特性（c）用测试标尺读取详细数值（d）频响数据图13.4-4 扫描分析法进行放年夜电路幅频特性丈量2. 波特仪丈量法波特仪（Bode Plotter）也称为扫频仪, 用于丈量电路的频响（幅频特性、相频特性）, 将波特仪连接至输入端和被测节点, 如图13.4-5（a）所示, 双击波特仪, 获得频响特性, 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）幅频特性测试结果（c）相频特性测试结果图13.4-5 扫描分析法进行放年夜电路幅频特性丈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）水平和垂直坐标：点击Log选择对数刻度, 点击Lin选择线性刻度；（3）起始范围：F文本框内填写终了值及单元, I文本框内填写起始值及单元.13.5 差动放年夜电路13.5.1 差动放年夜电路仿真电路直接耦合是多级放年夜的重要级间连接方式, 对直流信号、变动缓慢的信号只能用直接耦合, 但随之而来的是零点漂移问题, 影响电路的稳定, 解决这个问题的一个法子是采纳差动放年夜电路, 在电子设备中经常使用差动放年夜电路放年夜差摸信号, 抑制温度变动、电源电压摆荡等引起的共模信号.图13.5-1是差动放年夜电路仿真电路, 是由两个相同的共射放年夜电路组成的, 当开关J1拨向左侧时, 构成了一个典范的差动放年夜电路, 调零电位器Rw用来调节Q1、Q2管的静态工作点, 使得输入信号为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年夜电路, 用恒流源取代射极电阻Re, 可以进一步提高抑制共模信号的能力.差动放年夜电路的输入信号既可以是交流信号, 也可以是直流信号.图13.5-1中, 输入信号由函数发生器提供, 函数发生器（Function Generator）可以发生正弦波、三角波、矩形波电压信号, 可设置的参数有：频率、幅值、占空比、直流偏置, 频率范围很宽（0.001pHz~1000THz）.差动放年夜电路需要一正一负两个电压源, 实际中不存在负的电压源, 将正极接地, 则电压源的负极可以提供负的电压, 因此, 依照图中的接法可以提供正负电压源.差动放年夜电路有两个输入端和两个输出端, 因此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, 差摸电压放年夜倍数与单管情况下相同, 凡是单端输出, 差摸电压放年夜倍数为单管情况下的一半.图13.5-1 差动放年夜电路仿真电路13.5.2 差动放年夜电路的调零调零是指差动放年夜器输入端不接入信号, 调整电路参数使两个输出端到达等电位.图13.5-2中是调整电位器Rw, 使节点3和节点4的电压相同, 这时可认为左右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 差动放年夜电路的调零13.5.3 差动放年夜电路的静态工作点采纳菜单命令Simulate/Analysis/DC Operating Point, 选择节点仿真可以获得静态工作点指标, 下面采纳另一种方法, 将电流表和电压表接入仿真电路, 获得更直观的静态工作点丈量结果, 如图13.5-3所示.1. 差模电压增益双端输入双端输出情况下的差摸电压放年夜倍数是输出端电压差除以输入端电压差.为获得较年夜电压增益, 将仿真电路的参数进行一些调整, 丈量电路如图13.5-4所示.函数发生器设置为输出正弦波, 频率1kHz, 幅值5mV, “+”端和“-”端接入差动放年夜电路的两个输入端, COM端接地.用电压表丈量输入真个电压差, 注意双击电压表, 将丈量模式（Mode）改为交流（AC）模式.由图中丈量数据, 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, 以恒流源取代射极电阻, 则差摸电压增益增加到.仿真可发现, 负载电阻RL对增益值影响很年夜, 另外, 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 双入双出差动放年夜电路的差摸增益丈量2. 共模电压增益将两输入端短接, COM端接地, 构成共模输入方式, 如图13.5-5所示.调整输入信号频率为1kHz, 幅值为1mV, 在负载电阻两端接万用表, 测得输出电压为6pV左右, “皮”的数量级为10-12, 几乎为零.可见, 差动放年夜电路对共模信号有很强的抑制效果.图13.5-5 双入双出差动放年夜电路的共摸增益丈量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活性年夜的优点, 但缺点是功耗年夜、稳定性差、可靠性差, 另外, 设计自己较复杂.集成电路采纳微电子技术构成具有特定功能的电路系统模块, 与分立元件构成的电路相比, 性能有了很年夜提高, 电子设计也更为简单.集成运算放年夜器是高增益、高输入阻抗、低输出阻抗、直接耦合的线性放年夜集成电路, 功耗低、稳定性好、可靠性高.可以通过外围元器件的连接构成放年夜器、信号发生电路、运算电路、滤波器等电路.以集成运放μA741为例, 图13.6-1是μA741的管脚示意图及实物照片.图13.6-1 集成运放μA741管脚示意图及实物照片用μA741组成同相比例放年夜电路, 仿真电路图如图13.6-2所示.根据同相比例电路的增益公式, 图13.6-2的电压增益应为：.（a）同相比例放年夜电路（b）输入、输出电压波形图13.6-2 集成运放μA741构成的同相比例放年夜电路从波形上看, 输入、输出同相位, 用测试标尺丈量幅值, 可发现输出与输入的比例为3, 在一定范围内调整负载电阻, 波形基本不变, 说明该电路带负载能力强.同理, 可以进行反相比例放年夜电路的仿真, 图13.6-3是集成运放μA741构成的反相比例放年夜电路, 其电压增益应为：, 这与示波器读数一致.图13.6-3 集成运放μA741构成的反相比例放年夜电路及波形由仿真可见, 由运算放年夜器构成比例放年夜电路的电路结构简单、设计容易、性能稳定、带负载能力强.根据滤波电路中有无有源元件可将滤波器电路分为无源滤波器和有源滤波器, 无源滤波器由无源元器件（电阻、电容、电感）构成电路网络, 但其滤波特性随着负载的变动而变动, 负载效应明显, 不能满足很多应用场所的要求, 有源滤波器则通过运放电路提高输入阻抗, 降低输出阻抗而年夜年夜减少了负载效应.简单的有源滤波器是在无源滤波器输出端接一个由运放电路构成的电压跟随器或同相比例放年夜器, 使得滤波的同时可以放年夜信号, 而且提高带负载能力.图13.6-4是简单的二阶低通有源滤波电路, 运放U1和电阻Rf、R3构成同相比例放年夜电路, 放年夜倍数为, 电阻R1、电容C1、电阻R2、电容C2组成的RC网络是二阶低通滤波电路, 其特征频率为Hz.信号源是幅值为1V的交流电压源.用菜单命令Simulate/Analyses/AC Analysis对其进行交流分析, 频率范围设置为1Hz~1MHz, 扫描类型Sweep type选择Decade, 纵坐标Vertical Scale选择Linear, Output选项卡中选择节点4作为分析节点, 单击Simulate按钮, 可获得其频率特性, 如图13.6-5所示.图13.6-4 简单二阶低通有源滤波电路由频率特性可以看出：最年夜输出为 1.9996V, 截止频率为对应V（即增益下降3dB）的频率, 约为125.4003Hz（标尺2处）, 而在特征频率处（标尺1处, 338.2989Hz）, 幅值已下降至672.8329mV, 可见, 实际的截止频率远小于特征频率.为缩小二者的分歧, 可引入正反馈增年夜特征频率处的幅值, 这就是所谓的压控电压源二阶低通滤波器.将电容C1的下端直接接在滤波器输出端, 构成图13.6-6所示的压控电压源二阶低通滤波器, 其频率特性如图13.6-7所示.图13.6-6 压控电压源二阶低通滤波电路图13.6-7 压控电压源二阶低通滤波电路的频率特性可以看出, 特征频率处的幅值有所增年夜, 在特征频率处（丈量标尺1, 338.2989Hz）幅值增年夜为 1.9857V, 截止频率为1.414V所对应的频率, 在丈量标尺2处（幅值为1.3912）, 对应频率为439.2605Hz, 二者差距由约213Hz缩小至约100Hz, 特征频率和截止频率差距年夜年夜缩小了.品质因数Q的物理意义是特征频率处的电压增益与通带电压增益之比, 理论分析给出品质因数Q与通带增益的关系为：, 而在本节例子中, 通带增益, 因此, 改变运放电阻或者即可改变品质因数.13.7 直流稳压电源13.7.1 桥式整流滤波电路建立如图13.7-1所示的单相桥式整流滤波电路, 变压器取值Basic Group组的BASIC_VIRTUAL中的TS_VIRTUAL, 设置变比（本例设为10）, 变压器的二次侧有3个抽头, 可以有两种接法,如图13.7-1中的（a）和（b）所示, 前者的整流波形最年夜值约为15V, 后者约为30V, 整流桥选自Diodes组中的FWB中的元件.（a）变压器输出15V整流波形（b）变压器输出30V整流波形图13.7-1 单相桥式整流滤波电路以图13.7-1（b）电路为例, 图13.7-2是该单相桥式整流滤波电路的输出波形, 图（a）是未接入滤波电容C1时的输出波形, 即整流桥输出波形, 图（b）是接入滤波电容C1时的输出波形, 可见, 桥式整流后用滤波电容进行滤波, 电压平均值上升, 电压摆荡（波纹系数）减小了.可是, RC回路参数对波形影响很年夜, 波形与滤波电容的年夜小有关系, 也与负载年夜小有关系.将负载增至10kΩ, 输出波形如图13.7-2（c）所示, 可见输出电压的摆荡进一步减小, 若继续将滤波电容增至100μF, 则电压波形趋于理想, 如图13.7-2（d）所示.当负载较轻（对应负载电阻年夜）, 对电压波形要求不高时, 可采纳这种方式提供直流电压, 为减少纹波系数, 可适当增年夜滤波电容.（a）未接入滤波电容C1时的输出波形（b）接入滤波电容C1时的输出波形（c）电容为47μF、负载为10kΩ时的输出波形（d）电容为100μF、负载为10kΩ时的输出波形。
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第13章Multisim模拟电路仿真本章Multisim10电路仿真软件，讲解使用Multisim进行模拟电路仿真的基本方法。
目录1. Multisim软件入门2. 二极管电路3. 基本放大电路4. 差分放大电路5. 负反馈放大电路6. 集成运放信号运算和处理电路7. 互补对称（OCL）功率放大电路8. 信号产生和转换电路9. 可调式三端集成直流稳压电源电路Multisim用户界面及基本操作13.1.1 Multisim用户界面在众多的EDA仿真软件中，Multisim软件界面友好、功能强大、易学易用，受到电类设计开发人员的青睐。
Multisim用软件方法虚拟电子元器件及仪器仪表，将元器件和仪器集合为一体，是原理图设计、电路测试的虚拟仿真软件。
Multisim来源于加拿大图像交互技术公司（Interactive Image Technologies，简称IIT公司）推出的以Windows为基础的仿真工具，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工具软件Electronics Work Bench（电子工作台，简称EWB），以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用而得到迅速推广使用。
1996年IIT推出了版本，在版本之后，从版本开始，IIT对EWB进行了较大变动，名称改为Multisim （多功能仿真软件）。
IIT后被美国国家仪器（NI，National Instruments）公司收购，软件更名为NI Multisim，Multisim经历了多个版本的升级，已经有Multisim2001、Multisim7、Multisim8、Multisim9 、Multisim10等版本，9版本之后增加了单片机和LabVIEW虚拟仪器的仿真和应用。
下面以Multisim10为例介绍其基本操作。
图是Multisim10的用户界面，包括菜单栏、标准工具栏、主工具栏、虚拟仪器工具栏、元器件工具栏、仿真按钮、状态栏、电路图编辑区等组成部分。
multisim教程
multisim教程以下是Multisim的简单教程：Multisim是一款用于电子电路仿真和设计的软件工具。
下面我将介绍一些基本的操作步骤，帮助你开始使用Multisim。
1. 打开Multisim软件并创建新项目。
选择“File”菜单中的“New”选项，然后选择“New Design”来创建一个新的电路设计。
2. 选择器件进行电路设计。
在“Place”菜单中选择合适的器件，如电阻、电容、二极管等，并将它们拖放到电路图板上。
3. 连接器件。
使用连线工具将器件彼此连接起来，这样就可以形成一个完整的电路。
确保连接正确，以保证电路的功能。
4. 设定器件参数。
双击选择的器件，在弹出的属性框中设置相应的参数，如电阻值、电容大小等。
5. 运行仿真。
选择“Simulate”菜单中的“Run”选项，或使用工具栏上的仿真按钮来运行仿真。
Multisim将模拟电路的行为，并显示电路的响应结果。
6. 分析仿真结果。
查看仿真结果，包括电流、电压、功率等参数。
这些结果将帮助你评估电路的性能和功能。
7. 调整和改进电路设计。
根据仿真结果，你可以对电路进行优化和改进。
调整参数、更换器件或重新设计电路布局，以达到设计要求。
8. 保存和导出设计。
将设计保存为Multisim项目文件，以便后续修改和使用。
如果需要，你还可以导出电路图、仿真结果等。
请注意，以上步骤仅为基础操作示例。
Multisim是一款功能强大的软件工具，还提供许多高级功能和特性，如多工程协作、电路板布局等。
你可以进一步学习和探索这些功能，以扩展你的电子电路设计能力。
Multisim仿真使用教程
仿真开关 连好电路图后，先保存，再点仿真开关，观察运行现象，或
者排查错误。
仪器栏：测量探针 探针放在导线上，监测电位、电流、频率等参数，
可用于排查错误
电子元件
菜单栏：放置-Component-选择元件 界面
不确定你要放置的元件所属大类的时候，在“组”一栏选择”Select all groups”，“数据库”保持为“主数据库”，“元件”则输入要放置的元件型号了。
软件的安装、注册、汉化
安装需要注意的一点是，序列号，从Keygenfull.exe里 Generate出来。如果你下的M靠谱的话，安装目录里应该有 这东西。 注册，也是用Keygenfull.exe，依次Create 6个序列号文件， 导进NI License Manager。直接在电脑里搜这几个单词即可 找到管理程序。 汉化，先找到汉化包，自己去下，应该是一个叫ZH的文件 夹。拖到M程序主目录即X:\Circuit Simulation\Multisim11.0\Circuit Design Suite 11.0\stringfiles文件夹下，然后 打开程序，参照下图，点开， 在 “常规”标签页里找Language，下拉菜单选中ZH即可。
目录 Multisim用途及用户界面介绍 常用功能及电子元件介绍 范例:0-9记数显示循环 练习:0-9记数显示循环 附录1:软件安装及汉化方法 附录2:注册机使用方法
Multisim简介
Multisim [mʌtisim] or [mʌtisæ m] 简称M Multisim是美国国家仪器（NI）有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具， 用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。Multisim原名EWB,最新版本是M11， 但是最常用的是M10。安好软件后参照附录汉化，不破解暂时不影响使用。本文 以M11为例演示其使用方法。 如左图，最上是菜单栏，下一栏 是各种功能按键，空白部分绘制 电路图，右侧是仪器栏。
Multisim仿真教程
Multisim意为“万能仿真 ”
精品文档
一、主要(zhǔyào)功能
构建仿真电路(diànlù) 通信系统分析与设计
仿真电路(diànlù)环 的模块
境
PCB设计模块：直观、
multi mcu（单片机 层板32层、快速自动
精品文档
仿真开关
工程栏
元件
工具栏
菜单栏
设计 (shèjì) 工具栏
使用 (shǐyòng)
中 元件列表
工作区
状态栏
仪器仪表 工具栏
精品文档
常用(chánɡ yònɡ)元件库分类
精品文档
仪器仪表工具栏
从左到右分别是：数字万用表、函数发生器、示 波器、波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、 瓦特表、逻辑转换仪、失真分析仪、网络分析仪、 频谱分析仪
报告按钮，用以打印有关电路的报告
传输按钮，用以与其它程序通讯，比如与Ult 通讯；也可以将仿真结果输出到 像MathCAD和Excel这样的应用程序。
精品文档
元件(yuánjiàn) 工具栏
电源库 基本元件库 二极管库 晶体管库 模拟元件库 TTL元件库 COMS元件库
精品文档
其他数字元件库 混合芯片库 指示部件库 其他部件库 控制部件库 射频器件库 机电类元件库
给印制电路板设计的原件外形。
“Electronic Parameters”页： 元件的电气参数，包括元件在 实际使用中应该考虑的参数指标。
“User Fields”页：用户使用信息。
精品文档
编辑电阻元件
2、虚拟(xūnǐ)电阻
MULTISIM电路仿真软件的使用操作教程
MULTISIM电路仿真软件的使用操作教程Multisim是一款功能强大的电路仿真软件，可以帮助用户进行电路设计、分析和仿真。
在本教程中，我们将介绍Multisim的基本使用操作，让您可以快速上手并开始进行电路仿真。
1.创建新电路首先，在打开Multisim软件后，点击“File”菜单，并选择“New”来创建一个新的电路文件。
您可以选择使用自定义的模板或者从已有的电路模板中选择其中一个。
2.添加元件在新建的电路文件中，您可以通过点击“Place”菜单来添加不同种类的元件。
通过选择合适的元件，您可以构建您需要的电路。
您可以添加电源、电阻、电容、电感、晶体管等元件。
3.连接元件在添加完元件后，您需要连接这些元件以构建完整的电路。
通过点击“Connect”工具或者直接拖拽连接线将元件连接起来。
4.设置元件参数5.运行仿真完成电路的搭建后，您可以点击“Run”按钮来开始进行仿真。
Multisim会模拟电路的运行情况，并显示出电路中各元件的电流、电压等参数。
6.分析仿真结果在进行仿真后，您可以查看仿真结果并进行分析。
您可以查看波形图、数据表格等来了解电路的运行情况，以便进行进一步的优化和改进。
7.保存电路文件在完成电路设计后，您可以点击“File”菜单并选择“Save As”来保存电路文件。
您可以选择保存为不同格式的文件，以便将电路文件与他人分享或者备份。
8.导出报告如果您需要将电路设计的结果进行报告或者分享给他人，您可以点击“Tools”菜单并选择“Export”来导出报告或者数据表格。
9.调整仿真设置在进行仿真前，您可以点击“Options”菜单来调整仿真的参数，例如仿真时间、采样率等。
这可以帮助您更好地分析电路的性能。
10.学习资源Multisim提供了大量的学习资源，包括用户手册、视频教程、示例项目等。
您可以通过点击“Help”菜单来访问这些资源，以帮助您更好地使用Multisim进行电路仿真。
通过以上教程，您可以快速上手Multisim软件，并开始进行电路设计和仿真。
multisim仿真教程单相半波可控整流电路
元器件的选取和放置
步骤一
步骤三
选择合适的二极管，确保其额定电流 和电压符合电路要求。
将选取的元件放置在电路图上，注意 元件间的连接关系和布局。
步骤二
根据需要选择适当的电阻和电容元件， 调整其阻值或电容值以满足电路参数。
电路的连接与检查
步骤一
根据电路原理图，将各个元件按 照正确的连接方式进行连接。
步骤二
检查连接是否正确，确保没有出现 短路或断路现象。
步骤三
对电路进行静态检查，确保没有逻 辑错误或元件参数不匹配的问题。
仿真设置与运行
01
步骤一
打开仿真设置对话框，选择合适 的仿真参数，如仿真时间范围、 采样率等。
步骤二
02
03
步骤三
运行仿真，观察电路的行为和输 出波形。
根据仿真结果，对电路进行调整 和优化，以达到预期的性能指标。
06 结论与展望
本教程的主要内容总结
介绍了单相半波可控整流电路的基本原理和工作方式。 探讨了不同控制角下整流电路的输出电压和电流波形。
通过Multisim软件对单相半波可控整流电路进行了仿真 和分析。
分析了整流电路的效率、功率因数等性能指标。
可控整流电路的应用前景
可控整流电路在电力电子、电机 控制、新能源等领域具有广泛的
用于模拟晶体管元 件，有不同的类型 和参数可选。
04
单相半波可控整流电路的 Multisim仿真
电路图的创建
步骤一
打开Multisim软件，新建 一个电路图文件。
步骤二
从元件库中选取需要的元 件，如二极管、电阻、电 容等。
步骤三
将选取的元件放置在电路 图上，并按照单相半波可 控整流电路的电路图布局。
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Multisim能干什么
Multisim经历了多个版本的升级，9版本之后增 加了单片机和LabVIEW虚拟仪器的仿真和应用
电路分析 模拟电子电路 数字电子电路 模数混合电路 射频电路 DSP/FPGA/CPLD 电力电子电路 PLC控制电路 单片机电路
仿真功能 SPICE仿真 XSPICE仿真
微处理器(MCU) 仿真 MCU C-代码支持 自动化API 输入/输出LabVIEW仪器 BSIM 4.6.3 BSIMSOI、 EKV、 VBIC支持 高级二极管参数模型 SPICE Netlist查看器 绘图器标注 绘图器智能图例 NI硬件连接器 LabVIEW/Multisim协同仿真 绘图器 - 数字显示 增强的电路参数扫描功能 LabVIEW Multisim API工具包 仿真驱动仪器 集成的NI ELVIS仪器 LabVIEW仪器 分析次数
IIT后被美国国家仪器（NI，National Instruments）公司收购，软件更名为NI Multisim，已经有Multisim2001、 Multisim7、 Multisim8、Multisim9 、Multisim10 、 Multisim11 、Multisim12 。
历史和现状
优势： 操作界面直观易用 大量元器件库，3D元件库； 虚拟仪器表种仪类齐全， 分析方法完备 可调用LabVIEW虚拟仪器（自定义） 强大的Help 功能，包括软件本身的操作
说明、各种元器件功能说明。
网络资源
NI官方网站 http:// Electronics Workbench公司官方网站
Multisim系列软件的组成：
Multisim： 电路仿真设计模块 Ultiboard：PCB设计软件
两个部分相互独立，可以分别使用。Multisim系列 软件能完成从电路的仿真设计到电路板图生成的 全过程。
两个模块均有增强专业版（Power Pro）、完整版 （Full Edition）、基础版（Base Edition）、教育 版（Education）、学生版（Student）和演示版 （Demo），各版本的功能和价格有明显差异。
针
器
波仪极生仪仪分仪仪仪发万器波
拟仪
器
器
析
生用 器
仪器
仪
器表
器
操作界面
项目管理器
位于基本工作界面的左半部分
电路以分层的形式展示，主要 用于层次电路的显示
层级（Hierarchy）：对不同电 路的分层显示，单击“新建”按 钮将生成Circuit2电路
内容
Multisim电路仿真软件简介 仿真基础
放置元件-电路图编辑-仿真-报告 元器件库、虚拟仪器 仿真分析方法
Multisim电路仿真软件简介
历史和现状 Multisim能干什么 特点和优势 网络资源 操作界面
历史和现状
Multisim来源于加拿大图像交互技术公司 （Interactive Image Technologies简称IIT公司) 推出的以Windows为基础的仿真工具，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工具软件Electronics Work Bench （电子工作台，简称EWB），以界面形象直观、 操作方便、分析功能强大、易学易用而得到迅 速推广使用。
历史和现状
1996年IIT推出了EWB5.0版本，在EWB5.x版 本之后，从EWB6.0版本开始，IIT对EWB进行 了较大变动，名称改为Multisim(多功能仿真软 件)，专用于电路级仿真。
http://
软件下载： 教育版（30天评估版） 学生版（购买或者教师申请） ADI版（只有模拟元器件，免费）
操作界面
以Multisim12（教育版）为例
Multisim12用户界面
标准工 具栏
元器件工具栏 菜单栏
仿真开关
主工具栏
虚
项目
拟
管理
电路图编辑区
仪
器
器
工
具
栏
状态栏
操作界面
菜单栏与Windows应用程序相似
Multisim电路仿真
пятница, 10 апреля 2020 г.
前言
EDA软件代表电子系统设计的技术潮流， 在众多的EDA仿真软件中，Multisim软 件界面友好、功能强大、易学易用，受 到电类设计开发人员的青睐。
Multisim用软件方法虚拟电子元器件及仪 器仪表，将元器件和仪器集合为一体， 是原理图设计、电路测试的虚拟仿真软 件。
Multisim各版本仿真功能比较
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9
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10.1
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特点和优势
设电 虚图后母元数
计子 拟形处电器据
工 具 箱
表 格 检 视 窗
网 表 查 看 器
实 验 板
记 录 仪
理 器
路 图
件 编 辑
库 管 理 器
现
电创修查 帮
用
气建改找网助
元
规
范站
器
则
例
件
检
ห้องสมุดไป่ตู้
列
测
表
注注
释释
文文
件件
操作界面
元器件工具栏
CMOS TTL
放基放放运
其 混 显 放 杂 高 高机 单 放 放
置 本 置 置 算 元 它 合 示 置 项 级 频电 片 置 置 电 元 二 晶 放 器 元 数 元 模 功 元 外 元元 机 模 总 源 器 极 体 大 件 器 字 器 块 率 器 围 器器 模 块 线
件 管 管 器 件 器 件 元 件 电 件件 块
件
件路
操作界面
虚拟仪器工具栏
NI ELVISmx
LabVIEW
Tektronix Agilent Agilent Agilent
万函功示四波数字逻逻伏矢频网
测
电
用数率波通特字信辑辑案量谱络
量
流
表发表器道图频号分转特分分分函数示
探
探
生
示示率发析换性析析析数字波示 针虚
打 编显 放 单 仿 与 元产 用 浏 帮 开 辑示 置 片 真 P 器生 户 览 助 新 操查 元 机 分 C 件报 设 功
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线
传
送
NI Ultiboard Ultiboard
SPICE
操作界面
标准工具栏 视图工具栏 主工具栏