基于Multisim的滤波电路分析与设计实验说明

“基于Multisim的滤波电路分析与设计”实验说明一.实验内容实验内容一（必做）：文氏电桥电路频率特性及中心频率的测试1.设置电路输入信号电压（即函数发生器输出电压）幅值(Amplitude)为7.07V（即有效值5V），改变函数发生器的频率f分别为20Hz、60Hz、……8kHz、12kHz（见表10-1），记录对应的输出电压U0(V)的值和输入输出电压比值Ku、输入输出相位角φ(Deg)的值于表10-1。2.记录输入输出同相位（即φ=0）时的频率f0(Hz)称之为电路中心频率或电路谐振频率，以及输出电压值U0max(V)于表10-1。3.保持电路输入信号电压幅值(Amplitude)为7.07Vp（即有效值5V）不变，改变电路电阻R的值分别为0.2kΩ、0.47kΩ、1kΩ、1.5kΩ、2kΩ，记录不同电阻值时电路中心频率f0(Hz)的值于表10-2。实验内容二（选做）：双T网络电路频率特性及中心频率的测试表10-3和表10-4。二.实验步骤1.运行仿真软件。双击桌面multisim图标，出现对话框后点击close，进入multisim主界面。2.主界面面板介绍及操作。主界面上边部分从上往下依次分别为菜单栏、工具栏、状态键→仿真和暂停、元器件库图标、仿真运行和暂停开关；中间区域为仿真电路工作区；仿真电路工作区的右侧为虚拟仪器仪表栏。关闭电路运行开关(所有操作都需在此开关闭合的状态下进行)，使用鼠标右键对电路中的器件、线条、仪器等等来实现旋转、移动、删除……等操作；使用鼠标左键双击电路中某一元器件或虚拟仪器，弹出相应的窗口，可以修改其参数值或进行参数设置。3.建立电路。按照实验教程中的文氏电桥实验电路图（或下面给出的仿真电路图）在工作区中按照下述方法设置元器件和虚拟仪器仪表、设置电路节点、连线建立实验电路。建立电路时一定要注意：必须设置电路的参考地（GROUND）。⑴.设置元器件。在主菜单“place”→“component”→“basic”中调入二个电阻R(RESISTOR)、二个电容C(CAPACITOR)。电路中R=R1=R2、C=C1=C2,鼠标左键双击某一电阻或电容，设置其电阻值或电容值；在主菜单“place”→“component”→“souce”中选定电路的参考地（GROUND）。⑵.选择虚拟仪器。在主界面右侧仪器栏中选定双踪示波器（Oscilloscope）、波特图仪（BodePlotter）和函数发生器（FunctionGenerator）。⑶.设置电压表。在主菜单Place下拉菜单中点击Component，出现如下对话框，选定电压表(VOLTMETER)。双击电压表，弹出对话框，交直流模式设置为AC。⑷.电路连线及节点设置。电路连线需从元器件引脚或仪器引脚或线路节点开始，拐弯时在拐弯点用鼠标左键单击一下。两条线交叉如果是等电位点，一定是有一个实心圆点且有一个唯一的节点号（数），否则，可以通过单击菜单“Place”→“Junction”来设置电路等电位节点（实心圆点）。⑸.函数发生器的设置：双击函数发生器，弹出参数对话框如下图，设置电路输入信号电压（即函数发生器输出电压）幅值(Amplitude)为7.07Vp（即有效值5V），设置函数发生器输出信号频率值(Frequency)，例如20Hz。注意设置值的单位。4.表10-1中不同频率下的输出电压值U0的测试。实验电路的建立以及元器件、仪器的所有设置完成后，启动运行开关。按照实验指导书中表10-1的要求，改变函数发生器的输出频率f，将与之对应的电压表显示的读数（即电压值U0）记录于表10-1中。5.不同频率下的输入输出电压比值Ku和相位角φ值的测试（表10-1）。按照理论计算公式，当输入、输出同相位时，相位角φ=0，其角频率ω0=1/RC和频率f0=1/2πRC，此时输出电压峰值最大。本实验可以用波特图仪来测试不同频率下的Ku、φ和不同电路参数下的f0。波特图仪面板模式mode中有Magnitude(幅值)或Phase(相位)的选择、Horizontal(横轴)和Vertical(纵轴)的设置。⑴.打开仿真开关，单击“Magnitude”，调整纵轴幅值测试范围的初值I和终值F，在波特图仪黑色显示窗口中显示的是幅频特性曲线（图一），它下边的两个读数，就是光标与曲线相交点处的频率f和电压比值Ku，左边的是f，右边的是Ku。用鼠标右键单击光标线，下拉菜单中点击setX_Value，弹出对话框设置数字分别是20，60…8k，12k后，记录Ku值。图一幅频特性曲线⑵.单击“Phase”，调整纵轴相位测试范围的初值I和终值F，在波特图仪显示窗口可以看到相频特性曲线（图二），在它下边的两个读数，就是该点的频率f和相位角φ，左边的是f，右边的是φ。用鼠标右键单击光标线，下拉菜单中点击setX_Value，弹出对话框，设置数字分别是20，60…8k，12k后，记录φ值。图二相频特性曲线6．不同电阻值时f0的测试（表10-2）。改变电路中电阻值（R=R1=R2）分别是0.2kΩ…2kΩ后，打开仿真开关（每改一次电路参数需运行一次电路），波特图仪相频特性曲线，用鼠标右键单击光标线，下拉菜单中点击setY_Value，弹出对话框，设置数字为0，此时可以看到黑色显示窗口下边的读数框中右边相位角φ的读数变成了0，记录f0。实验时可以通过用鼠标拖动波特图仪器边框，来放大波特图仪窗口。7.示波器控制面板说明：双击示波器，弹出示波器控制面板如下图（图中波形是输入与输出同相位时），用Y/T方式(指的是X轴显示时间，Y轴显示电压值)观察输入电压和输出电压的波形；Timebase(时间基准)Scale(量程)：设置显示波形时的X轴时间基准Xposition(X轴位置)：设置X轴的起始位置ChannelA(通道A)、ChannelB(通道B)Scale(量程)：通道A的Y轴电压刻度设置Yposition(Y轴位置)：设置Y轴的起始位置Tigger(触发)Auto自动触发方式、Sing单脉冲触发方式按照上述同样的步骤完成实验内容二（表10-3、表10-4）。