Multisim仿真教程

null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Multisim 基础Electronics Workbench (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 ” null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。 二、主要特点在进行仿真的同时，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null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 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。 nullnull元件工具栏 仪器仪表工具栏 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 null 操作： 设置菜单栏Option /Preferences中各属性 四、定制Multisim用户界面nullnullnullnullnullMultisim 元件库 Multisim 元件库 电源库（Sources） 基本元件库（Basic） 二极管库（Diodes Components） 晶体管库（Transistors Components） 模拟元件库（Analog Components） TTL元件库（TTL） CMOS元件库（CMOS） 其他数字元件库（Misc Digital Components） 混合芯片库（Mixed Components） 指示器件库（Indicators Components） 其他器件库（Misc Components） 控制器件库（Control Components） 射频器件库（RF Components） 机电类器件库（Elector-Mechanical Components） null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null1、接地端利用Multisim创建电路时必须接“地” 2、直流电压源设置显示状态 设置电压幅值 设置分析类型设置故障null3、交流电压源设置最大值设置有效值设置频率设置初相位null4、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 null5、受控源1）VCVSnull2）VCCSnull3）CCVSnull4）CCCSnull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null1、电阻电阻浏览器电阻模型分类栏null“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。“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。编辑电阻元件null2、虚拟电阻null3、电位器设定控制键设置调节幅度null4、开关“CURRENT_CONTROLLED SWITCH”（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_CONTROLLED SWITCH”（电压控开关）null设定控制键null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null3 Multisim 仪器仪表库 数字万用表（Multimeter） 函数信号发生器（Function Generator） 瓦特表（Wattmeter） 示波器（Oscilloscope） 波特图仪（Bode Plotter） 字信号发生器（Word Generator） 逻辑分析仪（Logic Analyzer） 逻辑转换仪（Logic Converter） 失真分析仪（Distortion Analyzer） 频谱分析仪（Spectrum Analyzer） 网络分析仪（Network Analyzer）null一、数字万用表nullnull二、函数信号发生器null三、瓦特表nullA、B两通道，G是接地端，T为触发端四、示波器null① 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。null　 ② 时基控制（Time base） ● 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（X position）：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 null③ A（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。 null④ 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。 null4 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。null（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nullnull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（DC Operating Point Analysis）”null（1）Output variables：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）Miscellaneous Options：用于设置与仿真相关的其它选项。（3）Summary：对分析设置的汇总。null例1. 求下图所示电路的节点电压U1、U2。 见example8_1_1.msmnull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。nullReq=16/6.333≈3Ω 见example8_1_2.msmnull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。见example8_1_3.msmnullnull2 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（Transient Analysis） ” 2. 利用示波器null瞬态分析（Transient Analysis）设置初始条件 设置分析时间 设置计算步长null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 null 2. 设置分析时间 工程上认为经过4τ~5 τ，暂态过程结束，故仿真的时间取0~0.05s 3. 结果显示 见example8_2_1.msmnull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.msmnull输入激励波形阶跃响应波形null2. 观察冲激响应 null阶跃响应波形冲激响应波形null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： 示波器与电路的连接 设置示波器连线的颜色 设置示波器面板的各刻度见example8_2_3.msmnull在响应波形中有振荡现象，电路处于欠阻尼状态 null临界电阻：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（Parameter Sweep ）”null参数扫描方式（Parameter Sweep ）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nullnull3 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。然后通过下列关 系计算出电路参数。 阻抗的模： 等效电阻： 等效电抗： null例1 设计实验测定电路模块Zx的参数，并判断其性质。 见example8_3_1.msmnull电压滞后电流， 呈容性 nullnull基本操作： 选用“交流分析（AC Analysis）”二. 观察交流电路的幅频特性和相频特性，并测定谐振参数。 信号源 起-止频率扫描方式null例2 已知RLC串联电路中R=100Ω，L=100uH，C=100nF，观察RLC串联电路的幅频特性和相频特性，求谐振频率。 不表示分析频率 见example8_3_2.msm f0=50.1187kHz null将正弦交流电压源的频率设置为谐振频率50.1187kHz 品质因数null三. 交流电路功率因数提高例 3 RL串联电路为一老式日光灯电路的模型，已知R=250Ω， L=1.56H。将此电路接在电压为220V、频率为50Hz的正弦电压源上。 （1）测量日光灯电路的电流，功率和功率因数； （2）如果要将功率因数提高到0.95，试问需与日光灯电路并联多大 的电容？此时电路的总电流、总功率为多少？日光灯电路的电流、 功率是否变化？ （注：电容值在0~5μF之间） 见example8_3_3.msmnull（2）与日光灯电路并联一个5μF的虚拟可变电容 关键：调节可变电容使线路的功率因数达到0.95 nullnull四. 三相电路例 4 一个三相Y-Y连接电路，已知电源线电压为380伏， 频率为50Hz，负载为白炽灯，可视为电阻元件，每个电阻 值为484Ω。利用Multisim设计实验完成以下测量： （1）有中线且负载对称，每相负载均为3个灯泡并联。测量中线 电流，以及各相负载电压、电流； （2）有中线，断开A相负载，B、C相负载为3个灯泡并联，测量 中线电流，以及各相负载电压、电流； （3）无中线，断开A相负载，B、C相负载为3个灯泡并联，测各 相负载电压、电流； （4）有中线但负载不对称，A、B、C三相灯泡数之比为1:2:3， 测量中线电流，各相负载电压、电流； （5）无中线且负载不对称，A、B、C三相灯泡数之比为1:2:3， 测各相负载电压、电流，并用两瓦计法测三相功率。 null 创建三相对称电源子电路 设三相对称电源采用A－B－C－A相序 Multisim中交流电压源不能 设置负的初相角交流电压源若水平旋转，则相位相差180o放置输入/输出节点：Place/Place Junction 放置文本：Place/Place Text null三相对称电源波形图null打包为子电路：Place/Replace by Subcircuit null（1）有中线且负载对称，每相负载均为3个灯泡并联。 测量中线电流，以及各相负载电压、电流；null（2）有中线，断开A相负载，B、C相负载为3个灯泡并联，测量中线电流，以及各相负载电压、电流；null（3）无中线，断开A相负载，B、C相负载为3个灯泡并联，测各相负载电压、电流；null（4）有中线但负载不对称，A、B、C三相灯泡数之比为1:2:3，测量中线电流，各相负载电压、电流；null（5）无中线且负载不对称，A、B、C三相灯泡数之比为1:2:3，测各相负载电压、电流；并用两瓦计法测三相功率。 两瓦法测量三相电路的功率 两瓦法测量三相电路的功率