CAD教案(4章21-36共16课时)48_73

《电子CAD》教案第48页48第四章虚拟仪器的使用方法一、教学目的基本掌握Multisim中各种虚拟仪器的使用方法二、教学重点1、Multisim中常用虚拟仪器的使用方法三、教学难点1、数字万用表、双踪示波器2、波特图示仪、逻辑转换仪四、课时安排本章共十六课时，其中10课时理论、6课时上机总第21课时第一节仪器的一般介绍一、教学目的了解虚拟仪器的放置方法及基本使用方法二、教学重点1、仪器的表示方法2、在电路中放置仪器3、仪器的使用三、教学方法讲解演示法四、教学过程·导入新课Multisim提供了大量的虚拟仪器，用户可以用这些仪器测量自己设计的电路。这些仪器的设置、使用、结果的读取都与在实验室中见到的仪器非常相似。使用这些虚拟仪器是进行测试、设计电路最快捷、最方便的仿真方法。Multisim共提供了:Multimeter数字万用表FunctionGenerator函数信号发生器Wattmeter功率计（瓦特计）Oscilloscope双踪示波器BodePlotter波特图示仪（与扫频仪类似）WordGenerator字信号发生器（数字电路用）LogicAnalyzer逻辑分析仪（数字电路用）《电子CAD》教案第49页49LogicConverter逻辑转换仪（数字电路用）DistortionAnalyzer失真度分析仪SpectrumAnalyzer频谱分析仪NetworkAnalyzer网络分析仪等11种仪器。·讲授新课一、仪器的表示方法在Multisim中，仪器通常有工具条中的仪器按钮、电路中的仪器图标、观察结果时的仪器面板3种表示方法。虚拟万用表的面板图与数字式万用表面板基本一致，在万用表下面有两个接线柱，在小图标上也可以看出有两个接线柱，这是用来跟电路相联并测试某一需测试的电压。二、在电路中放置仪器在电路窗口中放置仪器可以有下面2种方法:●单击仪器工具条上的对应按钮，然后在需要放置的地方单击鼠标左键就可以了。●在菜单Simulate下的Instruments中选择合适的仪器将它放置到需要的地方。说明:在Multisim软件的同一电路中可以使用多台同一仪器，如在一个电路中可以使用3台双踪示波器，同时在一个电路中也可以同时使用多台不同的仪器。三、仪器的使用将电路中的仪器与电路测试点联好，双击仪器的小图标，这时仪器面板就显示出来(否则图标太小无法观察测试结果)。这时测试仪器显示是原来的测试结果，须通过下列儿种方法才能观察到其测试结果。●通过单击设计工具中的(模拟)按钮，再从弹出的菜单中选择Run/Stop，这时测试仪器上就可以显示出其测试结果。有些测试可能希望能将测试的波形暂停住，如示波器观察振荡器电路的起振过程，可以通过单击按钮，在弹出的菜单中选择Pause/Resume;如需继续测试，再重复该步骤就可以了。虚拟仪器的三种表示情况仪器图标仪器面板仪器工具条《电子CAD》教案第50页50●通过模拟开关工具条(如没有出现请在View下选择ShowSimulateSwitch)，可以开启/停止和暂停/继续模拟,左边为Pause/Resume按钮，右边为Run/Stop按钮。●还可以通过Simulate菜单下选择Run/Stop和Pause/Resume来开启/停止和暂停/继续模拟过程。注意:如果电路窗口中没有测试仪器与电路相联，则电路无法进行模拟。总第22课时第二节数字式万用表和函数信号发生器一、教学目的掌握数字式万用表(Multimeter)的使用方法掌握函数信号发生器(FunctionGenerator)的使用方法二、教学重点1、万用表的设置及测量电压、电流、电阻的方法2、函数信号发生器(FunctionGenerator)的基本使用方法三、教学方法讲解演示法四、教学过程·导入新课Multisim提供的万用表可以测量交直流电压、电流、电阻及分贝，还可以对万用表的参数进行设置，模拟真实万用表的参数及测量结果。·讲授新课一、万用表的测量方法1、万用表的设置万用表在测量电路的参数时可能与理论值相差较大或与实际测量的误差较大，这是由于虚拟仪器的参数与理论或实际参数相差较大所导致。Multisim允许用户设置该万用表的内部参数，以使测量结果满足用户的需求。在万用表的设置对话框，用户可以直接输入需要的值(输入的数值必须是一个非零的数)。通过下列步骤来设置万用表的参数:(1)单击万用表面板上的Set按钮可进入参数设置对话框;可以设置的内容有电流档的内阻大小、电压档的内阻大小，电阻档的测试电流大小等。(2)输入需要的数值，单击OK按钮保存当前的设置，否则单击Cancel按钮。注意:万用表的参数设置仅对本电路的测量有效，新建一个电路则需要再次次设置。《电子CAD》教案第51页512、电压的测量要测量两个结点的电压，首先选择万用表面板上的V按钮，再将万用表的两个测试端与被测电压的两个被测结点相连，这时就可以测试出两个测试端的电压。通过选择面板上的∽和－可分别测量交流电压和直流电压。如果电路中测量的电压为交流电压，其测量的结果是其交流分量的有效值。注意:交流电压电源的电压为最大值。例如测量直流电压：3、电流的测量测量电路中的电流需要将万用表串接在电路中，并选择万用表中的A(电流表)按钮，根据被测电流是直流还是交流分别选择∽和－。数字万用表图标、面板图及设置对话框数字万用表电压测量《电子CAD》教案第52页52注意:万用表的内阻会对测量结果产生影响，Multisim默认的电流挡的内阻为lnΩ，如果需要改变其内阻可以通过Set按钮弹出的对话框进行设置。4、电阻的测量测量某电路的电阻，需将万用表的二个测试笔与被测电路相联，单击面板中的Ω按钮，在万用表的数码板上就可以读出测量的电阻值。在测量电路中电阻时需要说明的是:(1)测量电路中不能有直流信号源，否则无法正确测量;但交流电压源不影响测量;(2)电路中必须有一个接地点，否则没有办法测出电阻的阻值;(3)Multisim提供的万用表无法测量二极管、三极管的好坏。5、分贝测量分贝测量描述的是输出信号相对于输入信号衰减的情况，测量分贝实际上就是测量电压的值，正确的测试是将输入电压设为lV，用万用表并联在负载两端就可以测量出其分贝值。其数学计算公式为dB＝20lg(UOUT/UIN)数字万用表电流测量数字万用表电阻测量《电子CAD》教案第53页53二、函数信号发生器(FunctionGenerator)Multisim提供了一个可输出正弦波、方波、三角波的函数信号发生器。其输出波形的频率(Frequency)、幅度(Amplitude)、直流偏移(DCOffset)、占空比(DutyCycle对三角波、方波)以及方波信号的上升/下降沿皆可方便调节，而且在进行电路模拟时可以进行调节，直接观察输出的变化(电路模拟时信号源元件中的正弦信号源、方波信号源在调节后须重新进行模拟)，这些波形信号的输出频率范围很宽，可以从音频到射频范围(1mHz到999MHz)。在函数信号发生器的图标及面板中有3个输出端:+，Common，－。通常它与电路连接有两种方式:单极性连接方式和双极性连接方式(如与差分直流放大器相联)。(1)单极性连接方式单极性连接方式是将Common端与地相联，+端或－端与电路的输入相联。这种方式一般用于跟普通电路相联。(2)双极性连接(差分连接)方式双极性连接方式是将+端与电路的输入中的+端相联，而将－端与电路的输入中的－端相联。这种方式一般用于信号源与差分输入的电路相联，如差分放大器、运算放大器电路等。函数信号发生器图标、面板图及设置对话框《电子CAD》教案第54页54总第23课时第三节双踪示波器(Oscilloscope)一、教学目的掌握双踪示波器(Oscilloscope)的使用方法二、教学重点双踪示波器(Oscilloscope)的测量方法三、教学方法讲解演示法四、教学过程·导入新课示波器是观察波形的理想工具，Multisim提供了数字式存储示波器，借助它用户可以看到通常在实验室无法看到的瞬间变化的波形。·讲授新课一、双踪示波器(Oscilloscope)的设置示波器的图标及面板图与实验室的仪器基本一致，仅仅是普通示波器的旋数字万用表图标、面板图及设置对话框《电子CAD》教案第55页55钮改变为数值框，用户可以通过直接输入数字或用鼠标来进行调节。时间基准(Timebase)即横轴(X轴)设置；ChannelA和ChannelB为两个波形的纵轴设置。示波器的波形显示区有两个游标，通过鼠标可以左右移动游标，在波形显示窗口下面有3个数值显示窗口，分别显示两个游标与波形交叉点的时间刻度及幅度大小和两个交叉点的时间间隔及幅度差值。示波器的一般使用与普通示波器没有大的区别，下面通过例子说明其特殊的使用。1、示波器测量电容的充电特性电容充电过程是一个用普通示波器比较难以测量的现象，借助于Multisim提供的虚拟示波器可以方便地加以观察，下面说明其测量的步骤。(1)绘制电路图，并给电路中添加上示波器;(2)在打开模拟开关前，为了看清楚很短时间内显示的波形，要进行下面的电容充电测量电路缺省仪器设置《电子CAD》教案第56页56测量时间设置，当测试时间到了，其示波器就停止测试了，其设置步骤如下:A、选择simulate菜单下的DefaultInstrumentSettings(定义仪器的设置)，窗口中会弹出仪器环境设置对话框;B、在对话框Initialconditions(初始环境设置)中选择:User-defined(用户定义);C、设置Andysis(分析)的参数中的Endtime为0.000ls，其余取消选中;(3)打开模拟开关，可以看到当时间一到0.0001s时，这时模拟就停止了，调整示波器的水平及垂直刻度的比例，这时屏幕上可以显示波形;(4)调整Y的衰减和X的时基值及时间轴的左右滚动条，使显示器的波形显示到合适的大小，这时就可以显示出一个完好的电容充电的过程。(5)调整示波器的游标找出对应于输出电压幅度0.95倍的时间及最早达到最大值电压的时间。2、两路非整数倍频率信号波形的观察普通示波器在观察频率不成整数倍的两路信号时，示波器只能保持一路信号能够稳定显示，另外一路会左右移动无法稳定，Multisim提供的示波器为一个双踪存储示波器，故其可以观察两路不成整数倍的频率的信号波形。观察两路非整数倍频率的波形没有什么特殊的步骤，只要将两路输入波形输入到示波器中，调整其时基大小，使波形显示出合适的周期数就可以了。电容充电过程波形《电子CAD》教案第57页57总第24课时第四节功率计和波特图示仪一、学目的了解功率计(wattmeter)和波特图示仪(BodePlotter)的基本使用方法二、教学重点a)功率计(wattmeter)的测量方法b)波特图示仪(BodePlotter)的连接方法及设置三、教学方法讲解演示法四、教学过程·导入新课下面我们来看看功率计(wattmeter)和波特图示仪(BodePlotter)的使用方法。·讲授新课一、功率计(wattmeter)功率计是用来测量负载消耗功率或电源提供功率的仪器。计算被测量单元的电流与施加在该单元两端的电压之积，即P=UI。从功率计的图标及面板图上不仅可以显示功率，还可以显示功率因子(PowerFactor)，其用于带感性、容性负载的交流电路，直流电路及纯电阻负载的交流电路的功率因子为1。功率测量电路《电子CAD》教案第58页58二、波特图示仪(BodePlotter)波特图示仪是一种以图形方法显示电路或网络频率响应的仪器，与实验室中的频率特性测试仪(通常称做扫频仪)相似，其可以测试电路的幅频特性曲线和相频特性曲线。1、波特图示仪的连接方法波特图示仪与电路的连接方法:图示仪的IN(输入)是与电路的输入端相联的，其+极与电路输入+极相联，其－极是与模拟地相联(其－端相当于扫频仪的公共端或接地端)；OUT(输出)的+极与电路的输出+极相联，由于IN的－极与OUT的－端内部是相联的，故OUT端的－极可以悬空不接(也可以将OUT端的－极接地，而lN端的－极悬