Multisim高频实验指导

Multisim10基本应用一）资源简介1．Multisim10设计界面图1Multisim10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（ToggleProjectBar），用于设计管理器的开启/关闭。（2）层次电子数据表按钮（ToggleSpreadsheetview），用于开关当前电路的电子数据表。（3）数据库按钮（Databasemanagement），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（CreateComponent），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Ultiboard10。(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fT(值β下降到1时所对应的频率)、最高振荡频率fmax(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和Tf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136ydB即最大幅值，其下降3dB的点（233ydB），这时的2394xMHZ即是f。其特征频率（拖动指针，使y=1时的x值）3.6TfGHZ。图1-2AC分析参数设置图1-3AC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：012fLC(4)品质因数Q的测量可借助公式0/QfB(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/RQLC单调谐双调谐图2-1LC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01102fMHzLC故加入1A、10MHz的激励源，R1为负载。用示波器观察Uo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/QfB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电容电感分析表谐振频率通频带品质因数Q电感L减小升高影响不大升高电感L增大降低影响不大降低电容C减小升高变宽降低电容C增大降低变窄提高（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。L1125uHR110kΩR250kΩR310ΩR4500ΩC11uFC21uFC382pFQ1BF517254V11mVpk1.5MHz0°0V212V0XSC1ABExtTrig++__+_XBP1INOUT6031图3-1RF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3-2RF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，V112VV22.1VV33.2Vpk5.03MHz0°C11nFL11uHQ1MPSA431XSC1ABExtTrig++__+_32004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。V112VV22.1VV33.2Vpk5.03MHz0°C11nFL11uHQ1MPSA431XSC1ABExtTrig++__+_320C2200nFR1200mΩ045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。V22.1VV33.2Vpk5.03MHz0°C110uFL11uHQ1MPSA43XSC1ABExtTrig++__+_0L21mHC210uFC310uF46V112VL310mH2C410uF3C51nF0510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2121217()2fMHzLCCCC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916.515510fMHz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1323231(,)2fCCCCLC??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16262631(,)2()fCCCCLCC??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