计算机辅助电路分析Multisim仿真.

计算机辅助电路分析——Multisim仿真重庆大学电工电子实验教学示范中心Multisim基础ElectronicsWorkbench(EWB)是加拿大IIT公司于八十年代末、九十年代初推出的用于电路仿真与设计的EDA软件，又称为“虚拟电子工作台”。IIT公司从EWB6.0版本开始，将专用于电路仿真与设计模块更名为MultiSim，大大增强了软件的仿真测试和分析功能，大大扩充了元件库中的仿真元件数量，使仿真设计更精确、可靠。Multisim意为“万能仿真”直流工作点分析交流分析暂态分析傅立叶分析噪声分析失真分析直流扫描灵敏度分析一、主要功能参数扫描温度扫描零-极点分析传输函数分析最坏情况分析……二、主要特点仿真的手段切合实际，选用的元器件和测量仪器与实际情况非常接近；并且界面可视、直观。绘制电路图所需的元器件、仪器、仪表以图标形式出现，选取方便，并可扩充元件库。可以对电路中的元器件设置故障，如开路、短路和不同程度的漏电等，针对不同故障观察电路的各种状态，从而加深对电路原理的理解。在进行仿真的同时，它还可以存储测试点的所有数据、测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据，列出所有被仿真电路的元器件清单等。有多种输入输出接口，与SPICE软件兼容，可相互转换。Multisim产生的电路文件还可以直接输出至常见的Protel、Tango、Orcad等印制电路板排版软件。二、主要特点三、Multisim界面介绍菜单系统工具栏设计工具栏使用中元件列表元件工具栏仪器仪表工具栏电路图编辑窗口状态栏仿真开关.com按钮菜单View：调整视图窗口Place：在编辑窗口中放置节点、元器件、总线、输入/输出端、文本、子电路等对象Simulate：提供仿真的各种设备和方法Transfer：将所搭电路及分析结果传输给其他应用程序Tools：用于创建、编辑、复制、删除元件Options：对程序的运行和界面进行设置设计工具栏器件按钮，缺省显示。当选择该按钮时，器件选择器显示。器件编辑器按钮，用以调整或增加器件。Tools的快捷方式仪表按钮，用以给电路添加仪表或观察仿真结果。分析按钮，用以选择要进行的分析。仿真按钮，用以开始、暂停或结束仿真。后分析器按钮，用以进行对仿真结果的进一步操作。VHDL/Verilog按钮，用以使用VHDL模型进行设计VHDL：VHSICHardwareDescriptionLanguageVHSIC：VeryHighSpeedIntegratedCircuit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Ultiboard通讯；也可以将仿真结果输出到像MathCAD和Excel这样的应用程序。元件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、频谱分析仪注：电压表和电流表在指示器件库，而不是仪器库中选择操作：设置菜单栏Option/Preferences中各属性四、定制Multisim用户界面选择元件的符号标准ANSI：美国标准DIN：欧洲标准。选择元件、节点及连接线上所要显示的说明文字等设置电路编辑窗口元器件和背景的颜色设置元件的识别、参数值与属性、节点序号、引脚名称和原理图文本等文字的属性设置选择窗口图纸的缩放比例设置窗口图纸的大小设置显示窗口图纸格式设置导线的宽度设置导线的自动连接方式选择文件自动保存功能并设定保存时间间隔设置存取文件路径设置数字电路的仿真方式选择PCB的接地方式Multisim元件库电源库（Sources）基本元件库（Basic）二极管库（DiodesComponents）晶体管库（TransistorsComponents）模拟元件库（AnalogComponents）TTL元件库（TTL）CMOS元件库（CMOS）其他数字元件库（MiscDigitalComponents）混合芯片库（MixedComponents）指示器件库（IndicatorsComponents）其他器件库（MiscComponents）控制器件库（ControlComponents）射频器件库（RFComponents）机电类器件库（Elector-MechanicalComponents）一、电源库电源库中共有30个电源器件，分别是：●接地端●数字接地端●VCC电压源●VDD数字电压源●直流电压源●直流电流源●正弦交流电压源●正弦交流电流源●时钟电压源●调幅信号源●调频电压源●调频电流源●FSK信号源●电压控制正弦波电压源●电压控制方波电压源●电压控制三角波电压源●电压控制电压源●电压控制电流源●电流控制电压源●电流控制电流源●电流控制电压源●电流控制电流源●脉冲电压源●脉冲电流源图●指数电压源●指数电流源●分段线性电压源●分段线性电流源●压控分段电压源●受控单脉冲●多项式电源●非线性相关电源1、接地端利用Multisim创建电路时必须接“地”2、直流电压源设置标号设置显示状态设置电压幅值设置分析类型设置故障3、交流电压源设置最大值设置有效值设置频率设置初相位4、时钟电压源实质上是一个频率、占空比及幅度皆可调的方波发生器5、受控源1）VCVS2）VCCS3）CCVS4）CCCS二、基本元件库●电阻●虚拟电阻●电容●虚拟电容●电解电容●上拉电容●电感●虚拟电感●电位器●虚拟电位器●可变电容●虚拟可变电容●可变电感●虚拟可变电感●开关●继电器●变压器●非线性变压器●磁芯●无芯线圈●连接器●插座●半导体电阻●半导体电容●封装电阻●SMT电阻●SMT电容●SMT电解电容●SMT电感现实元件虚拟元件1、电阻电阻浏览器电阻模型分类栏“General”页：元件的一般性资料，包括元件的名称、制造商、创建时间、制作者。“Symbol”页：元件的符号。“Model”页：元件的模型，提供电路仿真时所需要的参数。“Footprint”页：元件封装，提供给印制电路板设计的原件外形。“ElectronicParameters”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。“UserFields”页：用户使用信息。编辑电阻元件2、虚拟电阻3、电位器设定控制键设置调节幅度4、开关“CURRENT_CONTROLLEDSWITCH”（电流控开关）“SPDT”（单刀双掷开关）“SPST”（单刀单掷开关）“TD_SWI”（时间延迟开关）“VOLTAGE_CONTROLLEDSWITCH”（电压控开关）设定控制键三、指示器件库●电压表●电流表●探测器●灯泡●十六进制显示器●条形光柱●蜂鸣器设置内阻电路类型选择3Multisim仪器仪表库数字万用表（Multimeter）函数信号发生器（FunctionGenerator）瓦特表（Wattmeter）示波器（Oscilloscope）波特图仪（BodePlotter）字信号发生器（WordGenerator）逻辑分析仪（LogicAnalyzer）逻辑转换仪（LogicConverter）失真分析仪（DistortionAnalyzer）频谱分析仪（SpectrumAnalyzer）网络分析仪（NetworkAnalyzer）一、数字万用表二、函数信号发生器三、瓦特表ABTGXSC1A、B两通道，G是接地端，T为触发端四、示波器①测量数据显示区在示波器显示区有两个可以任意移动的游标，游标所处的位置和所测量的信号幅度值在该区域中显示。其中：●“T1”、“T2”分别表示两个游标的位置，即信号出现的时间；●“VA1”、“VB1”和“VA2”、“VB2”分别表示两个游标所测得的A通道和B通道信号在测量位置具有的幅值。②时基控制（Timebase）●X轴刻度（s/div）：控制示波屏上的横轴，即X轴刻度（时间/每格）●X轴偏移（Xposition）：控制信号在X轴的偏移位置●显示方式：Y/T：幅度/时间，横坐标轴为时间轴，纵坐标轴为信号幅度Add：A、B通道幅值相加B/A：B电压(纵坐标)/A电压(横坐标)A/B：A电压/B电压③A（B）信号通道控制调节●Y轴刻度：设定Y轴每一格的电压刻度●Y轴偏移：控制示波器Y轴方向的原点●输入显示方式：AC方式：仅显示信号的交流成分；0方式：无信号输入；DC方式：显示交流和直流信号之和。④触发控制（Trigger）●触发方式Edge：上升沿触发和下降沿触发;●触发电平大小Level;●触发信号选择：Sing：单脉冲触发；Nor：一般脉冲触发；Auto：触发信号不依赖于外信号；A、B：A或B通道的输入信号作为同步X轴的时基信号；Ext：用示波器图表上T端连接的信号作为同步X轴的时基信号。4电路图绘制例.在Multisim中绘制如下电路图，并用示波器观察电容电压波形的变化。（一）建立电路文件（二）从元器件库中调有所需的元器件（三）电路连接及导线调整（四）为电路增加文本（五）示波器的连接（六）电路仿真基于Multisim的电路分析1电阻电路分析一.测量节点电压基本操作：选用“直流工作点分析（DCOperatingPointAnalysis）”（1）Outputvariables：主要作用是选择所要分析的节点电压、电源和电感支路电流。（2）MiscellaneousOptions：用于设置与仿真相关的其它选项。（3）Summary：对分析设置的汇总。例1.求下图所示电路的节点电压U1、U2。见example8_1_1.msm二求戴维宁等效电路基本操作：1.利用数字万用表测量电路端口的开路电压和短路电流2.求解出该二端网络的等效电阻3.绘制戴维宁等效模型例2求下图所示电路的戴维宁等效电路。Req=16/6.333≈3Ω添加输入/输出节点见example8_1_2.msm三验证叠加原理例3测量下图所示电路中的电流I，并验证叠加原理。电源故障设置见example8_1_3.msm电源故障设置2动态电路分析主要目的：观察动态电路响应的时域波形。主要方法：1.利用“瞬态分析（TransientAnalysis）”2.利用示波器瞬态分析（TransientAnalysis）设置初始条件设置分析时间设置计算步长例1观察下图所示RC电路的零输入响应uc(t)，已知uc(0+)=10V。关键：1.设置电容元的初值2.设置分析时间1.设置电容元的初值1）所选用的电容为现实电容2）所选用的电容为虚拟电容2.设置分析时间时间常数2ms.6RCτ工程上认为经过4τ~5τ，暂态过程结束，故仿真的时间取0~0.05s3.结果显示见example8_2_1.msm例2已知R=1Ω，L=1H，对比分析在电压源作用下RL串联电路的电感电流的阶跃响应和冲激响应。关键：恰当地选择和设置激励源1.观察阶跃响应见example8_2_2.msm输入激励波形阶跃响应波形2.观察冲激响应阶跃响应波形冲激响应波形例3在RLC串联电路中，已知L=10mH，R=51Ω，C=2uF，信号源输出频率为100Hz、幅值为5V的方波信号，利用示波器观察同时观察输入信号和电容电压的波形，此时电路处于何种状态？当R为多少时，电路处于临界阻尼状态？关键：1.示波器与电路的连接2.设置示波器连线的颜色3.设置示波器面板的各刻度见example8_2_3.msm在响应波形中有振荡现象，电路处于欠阻尼状态临界电阻：14110210102630R当RR0时，电路处于欠阻尼状态当R=R0时，电路处于临界阻尼状态当RR0时，电路处于过阻尼状态若需要同时观察三种状态，可采用“参数扫描方式（ParameterSweep）”参数扫描方式（ParameterSweep）选择扫描的元件和参数选择扫描方式选择分析类型设置分析参数3交流电路分析一.测定交流电路的参数测定交流电路的参数常用的有三表法，即交流电压表测U、交流电流表测I、瓦特表测P及功率因数。然后通过下列