Mutisims9在模拟电路中的应用解读

1、第4章 Mutisims9在模拟电路中的应用模拟电路是电子专业学习专业课的基础，主要内容包括了半导体器件如：二极管、三极管、晶闸管等的工作原理，分立放大电路、集成运算放大器以及滤波电路的分析和设计等主要内容。在本章中，将结合上述内容来介绍 9的使用方法，以便帮助读者在熟练使用9的基础上，快速地使用 9来分析和设计电路。4. 1常用半导体器件4. 1 . 1.二极管仿真测量9在元件库中提供了几百种不同型号的二极管。二极管传统的测试方法有电压电流表和万用表测试法、晶体管图示仪测试法， 在9中也同样可以用虚拟电压电流表和虚拟万用表法 及IV分析仪法测试二极管。1用虚拟电流、电压表测量二极管在电路工作

2、窗口中建立如图4-1所示的二极管测量电路。这是PN结或二极管加正向电压的特性演示左侧为 3D理想二极管，右侧为真实二极管1N4148。先通过 A、B键使J1、J2两个开关打开，单击 Simulate按钮，开始仿真，按下A键，电压表 U1显示D1极管两端的正向压降，电流表U2显示流过 D1二极管的正向电流。按下B键，电压表 U3显示二极管IN4148两端的正向压降，电流表 U4显示流过二极管IN4148的正向电流。正向压 降较小，正向电流较大，称为二极管的正向导通。数据如图4-1中电表所示。U20.6730,651Ui DC 1QMQU3 DC02U4DC 1e-00M1N4148_IV2VRe

3、sistori 1 Okfl图4-1二极管加正向电压仿真电路将图4-1中的二极管反向连接， 将电压表改接（电压表内阻会引起测量误差），就组成图4-2 所示二极管加反向电压电路。对 PN结或二极管加反向电压做仿真演示，数据如图4-2中电表所示。反向压降很大，反向电流极小，称为二极管的反向截止。U1U1DC 10MflDC 10MQD2iodeiU20.032UU31N414SDC 1e-0092-2 J1 Key = AKey = AR1V1_V1-10 V10VKey 二 BrV2=DC 1e-009i先弓J21 OkU10 VR21 OKDResistori图4-2二极管加反向电压仿真电路按

4、照图4-1和图4-2电路，多次改变电阻 R1、R2的阻值，可测量到一组电压与电流的 数值，用这些数据在坐标纸上可描绘出一条曲线，这就是二极管的特性曲线。2用IV分析仪测量二极管IV分析仪可以很方便地测量常用半导体器件的伏安特性，图4-3是IV法测二极管伏安特性电路，其左图中的二极管为3D理想二极管，右图中的二极管为真实二极管IN4148。双击IV分析仪图标，打开分析仪面板。按下述方法进行设置：Components栏，选择Diode ; Current Range (A)区，选择 Log，设定适当的电流范围；Voltage Range (V)区，选择Log，设定适当的电压范围。打开仿真开关，即可

5、观察到二极管的正向特性曲线。拖动 读数指针，可以测出具体数据。如图4-4所示。XIV1图4-3 IV分析仪测量二极管IV Analyzer-XIV1图4-4 IV分析仪面板及测量的二极管特性曲线4. 1. 2 三极管仿真测量1 用虚拟万用表测量三极管图4-5是用虚拟万用表测晶体三极管。用万用表的电阻挡，对比各电极间的正反向电阻，可以测量晶体管，通常使用指针式万用表。打开仿真开关，前4个图用于判断基极 b和确定晶体管的类型，后两个图用于判定集电极 c和发射极e,还可以估测放大倍数。实际测量时： 首先判定基极b。具体方法是：先将万用表的某一表笔固定接晶体管的某一管脚，用另一 表笔分别接另外两支管脚

6、， 测它们的电阻，如果测得的数值都很大或都很小（如图中万用表XMMI、XMMZ的读数或 XMM3、XMM4的读数）；再将表笔交换，重复上述测量，证实 测得的数值与先前的测量完全相反，那么，可断定这支管脚是b。如果红表笔接b时测得图4-5用虚拟万用表测三极管的数值大，黑表笔接 b时测得的数值小，则断定此晶体管是 NPN型的。先假定另外两支 管脚中的某一支是 C,则按第5种接法测量c、e之间的电阻，再在 c、e间接一个几十千欧 的电阻，重复测量，看电阻值的变化。如果第一次像万用表XMM5 一样数值很大，第二次像XMM6那样数值较大，可判定这一假设是正确的。1 .用IV分析仪测量三极管图4-6是IV

7、法测量晶体管的伏安特性。左侧3只为3D理想管，右侧3只为真实管。2N2222A、ZSA1015和BSP149是常见的几种晶体管。按图4-6所示建立测量电路，双击IV分析仪的图标，按下述进行设置：Components栏：第I、4台IV仪选择BJT NPN，第 2、5 台 IV 仪选择 BJT PNP，第 3、6 台 IV 仪选择 NMOS Current Range( A)区和 Voltage Range (V )区均选择Lin，F和I值均不需设定。打开仿真开关，即可以对比观察它们的伏 安特性，如图4-7所示，拖动读数指针还可以进行精确测量。图4-6 IV法测量晶体管伏安特性图4-7 IV法测量

8、NPN管伏安特性曲线4. 2放大电路分析放大电路是构成模拟电子电路的基本单元，分析电子电路首先要从它的基本单元着手。4. 2. 1.单管放大电路仿真测量晶体管单管放大电路是最常见的低频小信号放大电路，它的实质是利用小信号来控制大信号。放大器是电子器件中不可缺少的部分，而晶体管单管放大电路是学习大信号放大器的基础。根据晶体管单管放大电路的组成原理，在Multisim9的电路窗口中建立如图4-8所示的放大电路。对于此电路可以进行如下的常见的电路分析方法。vccWuFPOLcc2 c.V21IrlUAOKy=% R210Ke50CtK1C1hWuF-POL/ 01 Nl2SC1815R55.1k厂5

9、mV（、I 1kHzODegR315kQR4 丄 C3147Ulf-PCL图4-8单管共发射极放大电路1.直流工作点分析单击Simulate/Analysis/DC Operation Point Analysis，在弹出的对话框中将全部电压节点 都作为输出节点，单击Simulate按钮，开始仿真。结果如图4-9所示。DC Operating Pointrr莎2.77B472$32.312B63Svcc12.300004$50.000005$i5.503426o.oaooo图4-9单管共发射极放大电路直流工作点分析2. 动态分析（1）瞬态分析瞬态分析是电路的响应在激励的作用下在时间域内的函数波

10、形。在这里利用示波器来观测晶体管单管放大电路的输入输出信号波形的比较。结果如图4-10所示。在图4-10中，可以看到晶体管单管放大电路的输入与输出之间，在相位上基本是反相 的关系，但是存在一定的相位误差。T1 *T2 土创T2-T1Tim淮Channel AChznwl B125 53S ms-7.069 mV674.035 mVReuerw127 see ms7.D60 mV674.046 mVSave1 000 ms0J01 pV11 751 uVTriggerEdseChaininel A-Chanriel 6Scale 相 mVDivSemlemWDivY petition L* po

11、siticn D| |aT jJ dc| 件AC- 0 |0C | - |( |ThntiaScale ZDDusJoiw X positioh DyTT AJd | b/a| zvb ILevel伊引厂一回|o1VTyp Sirifl. Nsr. 乂创R尿图4-10单管共发射极放大电路瞬态分析（2）交流分析交流分析就是对电路的交流频率响应分析。单击Simulate/Analysis/AC Analysis，将节点$ 4和$ 5作为输出节点，其余保持默认设置。交流分析的结果如图4-11所示。DE 口孕直 站當皑Q 宙亡旺爾也 詮禺勵凉0scill(KMpe-XSC1 Oxilloscope-X

12、SCI ACAnasis26基本共发射板放大电路(4)AC AnalysisMPl-aKLkIDOL0li1。血ti JOrtl.2C0-1000- -iro- -200-100r* ! rLOkIMFrequency (Hz)JUTi 56xl瓷.3570Hyi北-加阳xz513 1y298.3675加-23570Mdy-99哎7目1/dx-42 4 玄719II.l/dy-10-0524min x:1OQQDmax x1D0000Gmin y50 8233nshiax y101,4409offset x0000offset yo.aooa邑Selected Diagram： AC Anal

13、ysis图4-11单管共发射极放大电路交流分析在交流分析的幅频和相频响应曲线中，只是简单地列出了晶体管单管放大电路的响应曲线，如果想知道比较确定的游标数值，可以单击图：:中的按钮。本例中，晶体管单管放大3. 放大倍数的分析放大倍数是单管放大电路的重要的参数指标，表征了小信号对大信号控制能力的强弱。 在图4-8中加入相应的测量仪表，如图4-12所示。图4-12单管共发射极放大电路放大倍数的分析从图4-12中的仪表U2和U3中，可以大概地估算单管放大电路的放大倍数为100左右。在本例中，R2是滑动变阻器。9中的滑动变阻器使用十分方便，在Multisim9的元件库中添加滑动变阻器后，其默认值为总阻值

14、的50%，如果想要在运行中随时方便地改变滑动受阻器的阻值，可以采用下述办法：在电路窗口中双击滑动变阻器的符号，弹出如图4-13所示的对话框。这个对话框与前面遇到的其他元件的对话框基本一致。该对话框中的 Label、Display、Pin Info、Variant 4个选项卡与前述的完全一致，只有Value选项卡与其他元件不同。在Value选项卡中，Keys下拉列表框用于设置控制滑动变阻器变化的快捷键，其中有 阿拉伯数字和英文字母等选项。In creme nt选项用于设置步进增量，可以设置任意值。本例中，为了仿真运行方便，设置控制R3阻值变化的快捷键为 A键，而In creme nt项保持默认设

15、置：5%。在仿真运行过程中，可以不断地按Space键，以改变滑动变阻器的阻值。在观察两个电 压表中读数的变化的同时，双击虚拟示波器以观察波形的变化。如果波形出现饱和或截至失真，则需要重新调整 R3，直至波形不失真为止。按Shift+A可反向调整滑线变阻器 R3。图4-13元件设置对话框4. 输入电阻和输出电阻的求解在一般的模拟电子线路的分析中，输入电阻和输出电阻的求解需要画出交流等效电路 后，利用电路分析中的知识求解。但是，Multisim9为用户提供了快捷的方式，使用户能够迅速、方便地求解出输入电阻和输出电阻。对图4-12单管共发射极放大电路进行仿真，得到图中所示的输入交流电压、交流电流 和

16、输出交流电压的有效值。根据输入电阻的定义：RUl，可以立即计算出输入电阻的I I数值。输出电阻的计算稍显复杂，根据输出电阻的定义：R Rl(Uo - 1)。其中，U。为Ul单管放大电路负载开路时的输出电压，而Ul是单管放大电路接入负载时的输出电压。所以图4-12中的交流电压表 U3应该先测量电阻 R5断开时的电压，然后接入电阻R5，再继续测量。两次测量的结果按照上述公式计算，即可得到输出电阻的数值。5放大器频率特性测量放大器的频率特性是放大器的一个重要指标，是指放大器的电压放大倍数Av与输入信号频率f之间的关系曲线。通常规定电压放大倍数随频率变化下降到中频放大倍数的0.707AV时所对应的频率

17、分别称为下限频率fL和上限频率fH，则通频带fBw = fH - fL。在如放大器的频率特性测量有两种方法，一种是通过前面介绍的交流分析得到的结果。图4-11所示的交流分析响应曲线上，可以看到输出幅度随频率变化的情况，根据频率特性 的概念，利用游标可分别找到上下限的截止频率。第二种是使用仪表库中的波特图示仪进行测量。将的波特图示仪按图4-14所示接入放大器电路中，双击波特图示仪图标，打开分析仪面板，按下述方法进行设置：Mode栏，选择Magnitude （幅频特性）；Horizontal区，选择 Log ； Vertical区，选择Log。设定适当的水 平扫描频率范围和垂直幅度衰减范围。打开仿

18、真开关，即可观察到如图4-15特性曲线。拖动游标指针，可以测出具体数据。图4-14放大器频率特性测量图4-15利用波特图示仪测量放大器的频率特性对于同一个仿真电路而言，对其进行交流分析和采用虚拟仪器分析的效果是等效的。无论是用那种方法观测仿真结果，其数据都是真实可靠的。4. 2. 2.定制放大电路在421中，已经介绍了对己知电路的性能分析方法，在Multisim9中还提供了根据用户需要定制单管放大电路的功能，用户可以根据实际参数自行设计各种参数值不同的单管放 大电路。单击Tools/CE BJT Amplifier Wizard，在弹出的对话框中可以按照事先选定的参数来完成设置，如图4-16所

19、示。BJT SelectionBeta of the BJT (hfe)180Salurated (Vbe)700mV rlAinpiiiriei pcii iGtionPeak input voltage (Vpin) 5rriVwjInput source frequency fsFSignal source resistance Rs 100Quiescent Point SpecificationRc Rl for maximum power transfer)Collectocurrent (Ic)EC Coiledor-emitor voltage (Vce)Peak output

20、 volt swing (Vps)496.639Cutoff frequencii (hmin) 100Load Resistance and Power SupplyPower supply voltage (Vcc)Load resistance |RI lkcl zlBJT Couon Ewitter Aiplifier VizardRsR2mHvwIc vs. vce - Operating ) PointCircuit TopologyVceV)DC Losd Line Vce=Vcc-Rdc*lcAmplifier CharacteristicsEjeiultSettirig?Di

21、naiamiiaiaa an aanaa-a-aBuid CircuitVerifyDose1Help图4-16定制共射单管放大电路对话框在图4-16中，共有5个选项区。（1）BJT Selection区：用于进行晶体管自身重要参数的设置。Beta of the BJT :设置晶体管的单管放大倍数。其数值将可能改变Multisim9的元件模型值。Saturated Vbe：设置基极和发射极在饱和导通时的导通饱和电压。对于半导体器件 来说，一般都设置为0.7V左右。（2）Amplifier Specification 区：用于进行信号源自身参数的设置。Peak in put voltage :设

22、置交流信号源的峰值电压。In put source freque ncy :设置输入的交流激励源的频率值。In put source resista nee：设置输入的交流激励源的内阻的大小。（3） Quiesce nt Poi nt Specificatio n区：用于静态工作点的选择设置，共有3个单选项。Collector current :设置静态工作点的集电极电流Icq。Collector-emitor voltage :设置静态工作点的集电极和发射极的电压差值VceQ。Output voltage . Swing :设置输出电压的变化幅度。以上3个选项为单选项，选中任何一个后，都将屏

23、蔽其他选项。Multisim9根据图4-16中的静态工作点稳定电路的Icq和VceQ等参数的计算方法，当用户选定其中一个选项后，自动计算出其他两个单选项的值。为了方便起见，通常选择 Collector curre nt或 Collector-emitor voltage的值来定义静态工作点，从而定制电路。（4）Load Resista nee and Power Supply区：用于负载电阻和直流源的参数设置。Power supply voltage :设置提供直流偏置的直流电源的大小。Load resista nee：设置负载电阻的大小。（5）Amplifier Characteristic

24、s 区：用于放大特性的结果显示。Signal voltage gain :显示电压放大倍数。其他参数设定完后自动显示。Signal current gain :显示电流放大倍数。Maximum voltage gain :显示最大电压放大倍数。在本例中，按照图 4-16中所示的参数定制一个晶体管单管共射放大电路。参数设置完 毕后，单击 Verify按钮，以便检验图4-16中所设置的参数是否符合电子线路的基本要求。如果存在参数设置不当的问题，Multisim9将会弹出新的对话框指出参数设置不合理，并简要提示改进方法。如果参数设置合理，用户就可以单击Build Circuit按钮，然后，新的电路将

25、随着鼠标的移动出现在电路窗口中，单击鼠标，完成放置。按照图4-16设置的单管共射放大电路如图4-17所示。图4-17定制的单管共射放大电路同样，可以对图4-17中的定制电路进行静态和动态性能的分析。4. 2. 3 Multwim9的电路后处理功能Multisim9提供了专门用于对仿真结果进行后处理的功能，可以将待观测的参数值用公 式编辑出来，显示在Multisim9中。单击 Simulate/Postprocessor，弹出如图 4-18所示的对话框。图4-18后处理程序对话框在图4-18所示的对话框中，共有Expression和Graph两个选项卡，现在分别一一介绍如下。Expression

26、选项卡：用于编辑输出参数用节点电压或支路电流表示的数学表达式。其中 各参数含义如下所述。(I) Select Simulation Result:用于列出进行过电路仿真分析的电路名称以及分析的项 目和次数。本例中，电路名为电路 1的仿真电路进行了瞬态分析。ac02表示仿真分析的次数。使用Multisim9的后处理功能之前，首先要进行某种仿真分析，本例选择瞬态分析来分 析图4-17所示的电路。(2) Variables :将图4-17所示的电路中节点$1、$ 3、$ 4、$ 5、$ 6在瞬态分析中设置为输出节点后，这些节点将自动出现在Variables下拉列表框中。(3) Functions :

27、设置某种数学运算。在Functions下拉列表框中，给出了编辑代数和逻 辑表达式所必需的各类运算符号。在本例中，如果想将节点$4列入表达式，则在 Variables项中，首先选中v ($ 4),然后单击下方的Copy Variable to Equation按钮，则下方的 Expressions框中出现 v ($ 4),用同样的方法将其他节点和运算符号列入Expressions框中，图4-18中表达式左边的常数，需要通过单击表达式所在的行来输入。编辑完表达式后，单击Add按钮，将刚才所编辑的表达式保存起来。然后，开始下一个表达式的编辑。Delete按钮用于将不需要的表达式删除。图4-19所示为

28、 Graph选项卡。PostprocessorT Add1GraphDeleteFoxtProcssDiagr aiTiDiagrams：Expression G*也phPflSt_Process_F4ge_lPages：AddDelete1fr e quencyv ($11)Caleinlats图4-19 Graph选项卡(1) Page框：用于决定是否显示后处理的结果。单击Pape框右侧的Add按钮，出现如图4-19所示的情形。其中，Display项用于设置是否显示后处理的结果。(2) Diagrams框：Type项用于设置后处理的结果的显示模式，有Graph和Chart两 种模式，单击T

29、ype项下面的选项设置，就可以进行设置。所有的设置完成后，单击图 4-19中的Calculate按钮，则弹出如图 4-20所示的结果。Grapher ViewFilt Edit 酉曲 ToolsDR唏寻直為电 Q粗13益巳 狂舷直式甑谢風也AC Anasis Post_RtcjcessrPge_1 Bode PlottepXEPICircuitlFrequency (Hz)Selected Trac：B心d电 Result图4-20后期处理曲线该图形反映的是在进行交流分析后，单管共射放大电路的输出曲线经过数学运算后所得 的增益特性曲线。在图4-20中，单击 人按钮，则出现如图 4-21所示的界

30、面。Bode Resultxl749.4719?1S6.614xZ081.4658MS9.7793dx831.仝651KdV3.16491/dx1.1345n1/dy315.9652mmin x1.OOOOftimax xlOOO.OOOOMin in y1.1029Hmax yS9.7793offaet， xo.0000tfset y0.0000图4-21后期处理数据表在图4-21中显示了比较多的数据。 它们分别是图4-20中游标1和游标2移动到图4-20 中的某点时所对应的 X轴和y轴的值。x1和y1是游标1所对应的数值。X2和y2是游标2 所对应的数值。当游标1移动到图4-20所示的位置

31、时（图 4-21中的x1已经给出了所在位置的 x轴数值），所对应的y轴的数值，即表达式的值也已经给出。同样，游标2移动到图4-20所示的位置时（图4-21中的x2已经给出了所在位置的 x轴数值），所对应的y轴的数值，即表达 式的值也已经给出。dx表示x2与x1的横坐标的差值。移动游标1和游标2可以快速地读出图4-20中的任意坐标数值。4. 3反馈放大电路分析反馈在电子线路中至关重要，它的存在对于电路的各种性能和参数指标都有重大的影 响。按照反馈的种类区分，反馈可以分为正反馈和负反馈、电压反馈和电流反馈、串联反馈和并联反馈、交流反馈和直流反馈。这些不同的反馈对电路的稳定工作和特性起到了重要的 作

32、用。例如：负反馈能够使放大电路的放大倍数的稳定性提高；负反馈还能够展宽频带；串 联负反馈使输入电阻增大，电压负反馈能使输出电阻减小等。4. 3. 1电压串联负反馈电路在电路工作区建立如图 4-22所示的电路。该电路是电压串联负反馈电路。图4-22电压串联负反馈放大电路在图4-22中，负反馈支路增加开关 J1,该开关受到空格键的控制。当开关J1断开时，不存在反馈。当J1闭合后，接入负反馈。通过观察接入负反馈和不接入负反馈交流分析的波形对比，以及读到的数据，可以明显地看出，引入电压串联负反馈后，电路的电压放大倍数下降、频带展宽。使用421节介绍的方法，还可以得出输入电阻的数值变大，输出电阻的数值减

33、小。得出的结论是：牺牲放大器的放大倍数，提高了放大器的性能，这是希望看到的情形。图4-23是接入负反馈和不接入负反馈所做的交流分析结果，左图为不接入负反馈的交 流分析数据，右图为接入负反馈的交流分析数据。两组数据均是在测量上下限截止频率时的数据。读者可根据两组数据做出定量的分析。交直小信号分析lx$2波特堯果X123S.9392kxl3.5115Myi54.3096yi35.7206x2电0305x29.3614疋34.4570汐35.S549dx-2S5,392kdx-2.S119Mdy117.3554mdy134.2518m1/dx-3.4978Dl/dx-3SS.10B7n1/dy8.

34、S2111/dy7,465min x0000min x1.0000max x10.0000Gmax x100.0000Mmin y11,1535mmin y329.9-33610max y733.1107max y87.8077offsetX0.0000offset x0.0000offsety0.0000offset y0.0000图4-23交流分析数据4. 3. 2电流并联负反馈电路图4-24是电流并联负反馈电路，由集成电路组成的电流并联负反馈电路，也可以用上 述方法进行各种观察和测量，但是必须用两台示波器，因为输出信号与输入信号不共地。图4-24电流并联负反馈电路4. 4差分放大电路分析

35、差分放大电路是基本的直接耦合放大电路，利用两只参数相同的晶体管和相同的集电极电阻，可以获得较高的共模抑制比。长尾式差分放大电路在不减小差模放大倍数的前提下， 大幅度提高共模抑制比。该电路还有输入阻抗高， 稳定性好的特点，是高性能的直接耦合放大电路，通常用在放大电路的输入级。在电路窗口构建长尾式差分放大电路如图4-25所示，XSC1为四通道虚拟示波器。XSC1匸R4 曲LUK.；2*455-512fJ551RTFEE-12V 口I.Okil图4-25长尾式差分放大电路图4-26和图4-27分别为图4-25所示长尾式差分放大电路的直流静态工作点分析和瞬态 分析结果。DLUOCfirKlPort1M

36、-679. 47083 m2J13-5.09520 n3$10-5.09520 n4tl6 390705G 39070图4-26直流静态工作点分析结果瞬态分祈IE51$9xl495.051ZH499.05123yi6.3968x2256*16700256.1670Zy25*59737.1B10dx-242,8849D-22.8Se3Ddy-7S7 .弓5m75 1772m1/dx-4.1172k.1172k1/dy-1.27041.2752min x0.000000000ma x. x1.0000m1. OOO0IDmin y5.58993-5899max y7.13S371S33offset

37、 xa.oaoo0 0000offset y0.00000.0000图4-27瞬态分析结果。4. 5运算放大电路分析在模拟电路的各种运算电路中，需要输出和输入的模拟信号之间存在一定的数学运算关 系。由于集成运算放大器的放大倍数很高，并且引入深度负反馈后可以实现各种性能良好的数学运算电路，所以在分析线性电子线路中的运算电路时，经常引入集成运算放大器并将其视为理想的元器件。常用的运算电路有加、减法等基本运算电路，积分和微分运算电路以及模拟乘法器等， 下面简要介绍Multisim9在线性电子线路的运算电路中的应用。4. 1 . 1比例运算电路比例运算电路的输出电压和输入电压之间存在着比例运算关系，常

38、用的比例运算电路有同相比例运算电路和反相比例运算电路。本小节中，主要介绍反相比例运算电路。在电路窗口中建立如图 4-28所示的仿真电路，并在输入和输出端连接交流电压表以及示波器以观 察测量结果。因此，对于图4-28对于理想运算放所以可把两个输入在如图4-28所示的电路中，可以认为集成运算放大器工作于线性区。所示的反相比例放大电路而言，可以利用虚断和虚短的特性来分析其功能。大器而言，其放大倍数可以认为是无穷大，运算放大器的输入电流为零,端看做为虚开路；理想运算放大器的两个输入端之间的电压近似相等（U5 = U6）,所以可把两个输入端之间看做虚短路。经过上述分析，可以知道对于图4-28所示的电路，

39、其电压放大倍数为。单击SimulateR2按钮，启动仿真，得到如图 4-28所示的结果。其输出与输入的关系为10倍，并且从波形看到输入与输出反相。图4-28比例运算电路4. 1 . 2基本运算电路利用集成运算放大器， 不仅可以进行比例运算， 还可以进行加、减、乘、除等四则运算。1. 反相比例求和电路如图4-29所示为集成运算放大器组成的反相输入求和运算电路。同上例中的反相比例“ + ”、“一”两个输入端均有虚短和虚断Ui与输出电压U。的关系为：R1U2 肌3)R3运算放大器一样，集成运放工作于线性区。其中， 两个特性。因此，可以非常容易地推算出输入电压R1Uo = -( Ui U2R2 R3

40、R4根据图4-29中给定的电阻值可以很容易地得出输出电压为-1.6V ；从电压表的读数中也图4-29比例求和电路可以证实这一点。2. 加减比例求和电路图4-30是加减比例求和电路，在运算放大器的正、负输入端分别输入两组直流电压信 号。该电路的输入电压 Ui与输出电压Uo的关系为：R1UR4R1 R1R5UR2U3R1 U R33)因为电路中 R仁R2=R3=R4=R5，所以，Uo 一 -(U1 U2 -U3 -U3)。根据图4-30中给定的电阻值，由上式计算出U。= -0.5V，仿真得到的输出电压为-0.498V，两者结果相符。4-32为积分电路的积分波形。图4-31积分电路3. 积分运算电路

41、积分电路是应用很广泛的模拟信号运算电路，它可以产生各种波形。用电容器替换反相比例运算电路中的反馈电阻，就可构成积分运算电路。在9的电路窗口中建立如图 4-31所示的电路。在输入信号源上串联一个常闭开关S1，Simulate按钮前，S1处于断开在电容两端并一个常开开关J1, J1开关用于电容放电。接通状态，J1处于接通状态。单击Simulate按钮，开始仿真。单击Space键，使S1闭合J1断开, 电路开始做积分运算。图图4-32示波器上的积分曲线4 微分运算电路微分运算是积分运算的逆运算，而将积分电路中的反馈电容和电阻交换位置，即可以由积分运算电路变为微分运算电路。因此，可以很方便地得到图4-

42、33所示的微分运算电路。这里采用Multisim9的瞬态分析来观测最终的仿真结果。图5- 44的微分电路信号输入端的电阻用于去除高频干扰。单击Simulate按钮，启动仿真，得到如图4-34所示的结果。将信号发生器设置为频率为1kHz、电压幅度为l0mV的方波电压，根据微分运算的法则，将得到正/负脉冲。图4-33微分运算电路图4-34微分电路输出波形4. 1. 3创建子电路在实际中，经常将两个或两个以上的集成运算放大器联级使用。比如图4-35所示的电路。随着集成运算放大器级数的增多， 在的仿真电路窗口中的元器件会越来越多，从而造成元器件之间的连线非常密集，一旦出错，检查起来很麻烦。图4-35的

43、二级集成运算放大器电路的电路功能和电路结构非常类似。这样，利用 Multisim9提供的子电路创建功能来将电路功能与电路结构类似的电路制作成子电路。用以 将比较庞大的电路分成多个较小的电路，既可以简洁电路，又便于管理，是电路设计中的常用手段。图4-35两级同相比例放大电路将图4-35中的两个完全相同的同相比例放大电路中的一个封装成子电路。封装时先将 图中的电源和地符号去掉，然后在电路图中添加连接器。单击Place/C onn ectors，然后选择HB/SC Connector，然后在仿真电路窗口中的适当位置完成元件的放置。将HB/SC Connector与去掉电源和地符号的仿真电路图相连接，

44、如图4-36所示。完成HB/SC Connector与仿真电路的连接后，在仿真电路窗口的适当位置单击鼠标左 键，然后将图4-36中的所有元器件全部选中。这时，所有被选中的元器件均呈现蓝色。102 102图4-36子电路形式Place/Replace by Subcircuit，弹出图 4-37 所示的对话框。101103102opmlPlace菜单中的Replace by Subcircuit项此时已经被刚才的操作所激活。然后，单击图4-38子电路符号该对话框只能输入字母或者opm1，单击 0K ,完成 Subcircuit图37子电路对话框在图4-37所示的对话框中输入正在编辑的子电路的名字

45、， 数字，而不能输入汉字。本例中，将正在编辑的子电路取名为 Name对话框的设置。这时，有一个虚影随着鼠标移动，单击鼠标，完成设置。结果如图4-38所示。图4-38是同相比列放大电路的对应的子电路在Multisim9中的电路符号。整个电路只有一个方框和几根外接的连线。4-38相连接。按照同样的方法，将图 4-35中所示的电路也编辑成子电路，并与图两个子电路相连接的电路图如图4-39所示。子电路之间的连接和以前连接普通元器件的方法完全一样。图4-39两个子电路相连接在图4-39中，为了更直观地检验上述操作的正确性，加入交流电压源，并将其有效值（RMS）设置为100mV，频率保持不变。接入示波器以

46、检验输出信号的波形。单击Simulate开始仿真。仿真结果（即示波器的显示波形）如图 4-40所示。图4-40仿真结果从图4-40所示的示波器所展示的结果中看，示波器红色游标1所移动到的位置处的幅度值已经通过双踪示波器显示屏正下方的白色显示区域显示出来，A和B两个通道即输出值与激励值分别为 12.739V和1.414V （最大值）。这两个数值可以充分证明：在Multisim9中对于同一个仿真电路而言，无论采用分立器件的常规表示方法还是采用刚刚介绍的子电路表示方法，其结果都是一样的。 但是，与前一种方法相比较而言，子电路表示方法不仅使电路的表示方法更加简单和直观。更为重要的是，它提供了一种层次化

47、管理Multisim9中的电路的方法，这是最重要的。本例只是采用了比较简单的同相比例集成运算放大电路，在实际的电路设计和电路仿真中，电路功能和结构可能更复杂。无论对于简单电路还是复杂电路，都可以采用上述方法将其设置成子电路，采用层次化的模块电路管理方法。上述的层次化的模块电路管理功能可以从Multisim9 的基本工作窗口中的DesignToolbox中观测到。在 Multisim9的基本工作窗口中的Design Toolbox中，可以看到未进行子电路设置之前，电路 Circuitl只有一个仿真的原理电路，而经过子电路的创建后，电路 Circuitl的仿真电路在原来单一的仿真原理电路的基础上，

48、又增加了两个二级子电路，即变 为层次化的结构，如图 4-41所示。在图4-41中，可以清楚地看到，没有设置子电路的Circuit2和设置了子电路的Circuit1在Multisim9中的电路管理上的不同。Circuit1电路即为图4-39的仿真电路，在图4-41所示的窗口中，单击Circuit1图标，将 出现图4-39所示的电路，单击子电路层的Opm0（ x1）将出现图4-36所示的电路。在图4-41所示的电路层次窗口中，可以对主电路或子电路进行电路功能和电路结构上 的修改。例如：单击子电路层的Opm0（x1 ）后，将弹出的电路窗口中接在集成运算放大器输出端的反馈电阻由2k Q变换成3k Q,

49、然后单击仿真开关，通过示波器观测仿真结果。Design Toolbax图 4-41Design Toolbox 对话框读者可以从示波器的波形中得出结论，经过上述操作的子电路opmO (x1)的电路结构发生了变化，从而导致整个仿真电路Circuitl的输出波形发生了变化，出现了严重失真。从上例中，可以得出结论：在Multisim9中，对于一些功能和结构类似的电路，可以将其设置为子电路保存起来。当遇到类似结构的电路时，可以将上次保存的子电路调出并进行结构或功能上的修改，另存为其他电路。这样，不但使Multisim9管理电路更加方便，也使得用户的仿真电路的设计更加快捷。也可以采用其他办法修改刚刚建立

50、的子电路，方法如下：在图4-41中，单击Circuitl的图标，在被激活的电路窗口中出现如图4-39所示的电路。这时，可以对图 4-39中的两个集成运算放大电路所构造的子电路进行修改。本例中，只对 Opml(x2)进行修改。在图 4-39中，双击鼠标后弹出如图4-42所示的子电路设置对话框。Hierarchical Block/SubcircuitLabel I DisplayRgfliEgKi erarchi cd. BlockE Xmultisini9|拟电子仿真实埶!4opmL际图4-42子电路设置对话框双击图4-42所示对话框中的 Edit HB/SC按钮，将弹出子电路opml ( x

51、2)的内部构造仿 真电路图，类似于图4-35。在该仿真电路图中，可以根据需要进行参数修改或器件调整。本例中，只修改集成运算放大器输出端的反馈电阻R5，将其电阻阻值由2kQ改为2.5kQ ,子电路的参数修改完毕后，直接关闭该界面。再次运行修改后的仿真电路，得到如图4-43所示的结果。Oscilloscope-KSCl備賢僅隘豐;Ilime337 &44 ms 437.S44ms 別 CCO mfti micmTimebaseScale ID ms/Dhr孑殳jr positian|DY pukion 5LevelA D DC-Ty pe Sing ： Noir J Ajt JlNoin 出Tri

52、eeeraco Jdc*JPChannel1.412 V1.412 V 妙pVChannel B匚 h3nntl_A17.314V17.314V0.41C pVChannel AX position pVTf Aid| B；A| 離图4-43对opml (x2)修改后的仿真结果在图4-43中，双踪示波器的 A通道的数值为17.314V，证明刚才的子电路的改动产生 了效果。4. 6滤波器电路分析滤波器的功能就是对电路的输入信号进行选频，只允许某一频率范围内的信号能够通过，而使其他频带范围内的信号被衰减掉，即被滤除。关于滤波器的设计，现代电子学已经有比较成熟的理论和算法。Multisim9中不但能够按分立元件的方式设计滤波电路，也能够按照用户规定的参数要求，由Multisim9为用户自动定制滤波电路。滤波电路可以分为数字滤波器和模拟滤波器，本小节中主要讨论模拟滤波器在Multisi