基于Multisim在模拟电路试验中的实际应用

1、第三章 基于 Multisim10 在模拟电路实验中的应用第一节 Multisim10 仿真软件分析方法概述模拟电路实验课是通过实验手段， 培养学生在模拟电路方面使用电子仪器、 设计及调试电路等 方面的实际动手能力。由于传统方法受实验设备、场地和时间限制，同时还存在着教学理念陈旧， 实验效率低等问题，所以计算机的辅助分析及仿真技术在电子实验运用中得到了广泛的应用。 Multisim10 有一个完整的集成化设计环境，具有直观的图形界面，庞大的元器件库，强大的仿真能 力和分析功能，完善的虚拟仪器功能 , 从而成为各类学校电工、电子实验教学的首选工具软件。 矚慫 润厲钐瘗睞枥庑赖。Multisim1

2、0 仿真软件提供了十多种检测电路特性的分析方法， 如直流工作点分析 (DC Operating Poi nt)、交流分析(AC An alysis)、瞬态分析(Tra nsie nt A nalysis)、失真分析(Distortion An alysis)、 直流扫描分析(DC An alysis)、温度扫描分析(Temperature sweep、零-极点分析(Pole Zero)、 射频分析( RF Analysis )等。 聞創沟燴鐺險爱氇谴净。第二节 Multisim10 常用分析方法在模拟电路中的应用一、放大器的基本概念放大电路 (又称为放大器) ，是基本的电子电路， 在通信、 广

3、播、测量等方面有着广泛的应用。 根据电路结构不同， 放大器可分为直接耦合放大器和交流耦合放大器； 根据放大器级数的多少又可 分为多级放大器和单级放大器。在单级放大器中，若为晶体放大器，可分为共射、共基、共集放大 器，若为场效应管放大器 , 则可分为共源、共栅、共漏放大器。 残骛楼諍锩瀨濟溆塹籟。一个放大器应包括以下几个部分：输入信号源（电流源或电压源）、有源器件（晶体三极管或 场效应管）、输入输出耦合电路、负载以及直流电源和相应的偏置电路。酽锕极額閉镇桧猪訣锥。、晶体管单管放大器在Multisim10中的仿真与分析1、建立仿真电路在MultisimIO电路窗口中建立如图3-1所示的晶体管共射极

4、单管放大器仿真电路。晶体管共发射极放大电路属于音频放大电路，或者叫做低频放大电路，这种电路的频率特性是对于 50HZ-20000HZ之间的频率信号有正常的放大作用。在这个频带以外的频率不能正常放大。1KHZ是音频的中间频率，用这个频率的信号既代表了信号的主要特点有能使放大器工作在正常范围。信号大小的选择：在几十毫伏-100毫伏之间。彈贸摄尔霁毙攬砖卤庑。设置信号源“ XFG1 ”幅度为10 mV，频率为1 kHz的正弦波信号，开关K1、K2。设为闭合，K3设为打开状态,r可调电位器取值为50%謀养抟箧飆鐸怼类蒋薔。XFGi2lOuFB,IT_NPNjRATFf注H图3-1晶体管共射集单管放大器

5、2、静态分析当输入信号u= 0时，确定静态工作点，求解电路中有关的电流、电压值等。（1）用虚拟仪表数字万用表测量静态工作点Multisim10软件为用户提供多种虚拟仪表，如数字万用表（Multimeter）、函数信号发生器（FunctionGenerator）、示波器（Oscillcope、等。厦礴恳蹒骈時盡继價骚。设置信号源输出为0 V,打开仿真开关，分别读出万用表“ XMM”，“XMM2和“XMM3”的电压值，U B =3.625V，Urc =1.077 V，u CE =10.923V，如图3-2所示。读出测量值并计算静态工 作点：I cq=1.°5 mA, U ceq =10.

6、923V。茕桢广鳓鯡选块网羈泪。XMM1XMM2XMM3图3-2读出万用表电压值(2) 用直流工作点分析法分析直流工作点Multisim10仿真软件中提供多种检测电路特性的分析方法，此放大电路利用直流工作点分析法 分析。直流工作点分析是在电路电感短路、电容开路的情况下，计算电路的静态工作点。直流分析的结果通常可用于电路的进一步分析，如在暂态分析和交流小信号分析之前，程序会自动先进行直流工作点分析，以确定暂态的初始条件和交流小信号情况下非线性器件的线性模型化参数。鹅娅尽損鹤惨歷茏鴛賴。选择Simulate菜单中的 Analyses中的 DC Operating point Analysis进入设

7、置，在设置“ Output ”项 中选择V(2)、V(3 )和VW为输出项，如图3-3所示。单击“ Simulate”按钮，显示如图3-4所示的 输出电压值。籟丛妈羥为贍债蛏练淨。12xlVariables in circuitSelected variable? forvsriabs! All variablesl(ccvcc) vm V(10) V(11) V15 V6 V(7) 他 V(9 Vvcc)V(2V(3)V(4)idiFiller Unsdected Variables.Add Exp<e55ion.Filter 冷对已cted variable®.Mere O

8、ptionsAdd dsvics/model patamsteL. Show all device parameters at end of simuhtion in the audii trailDelete selected variableSelect variables tn saveSimulate图3-3 OUTPUT界面S- DC Ope rat ing Point AnalysisOutput | Analysis Options Summary图3-4输出电压值(3) 温度变化对静态工作点的影响在MultisimIO中用温度扫描分析法分析温度变化对静态工作点的影响。设置信号源

9、输出为10 mV，1 kHz的正弦波信号，选择“Simulate”菜单中的“Temperature SweepAnalysis”进入设置，在“ Analysis Parameters选项中进行起始、终止温度的设置，如图 3-5所示, 并单击“ Edit Analysis”按钮，设置开始时间与结束时间，然后设定“ Output” VW为输出项，再进行仿真。仿真结果如图3-6所示，输出电压V 随温度升高而下降 。 預頌圣鉉儐歲龈讶骅籴。密 TeBperature Sveep AnalysisAnalysisOutput Analysis Options iSweep ParametersSweep

10、 ParameterIT emperalure7Present Value 歼 Deg CPoints to $weepSweep Variation TipeLinealDescription 丁emperature sweep oF the circuitStart ps屹|2SStop 50tt of pointsIncrefnent 55I ofMore OptionsAnatysij h weep Transient AnalysisEdtAndysis盲 Group all traces on one plotSimulateQKCancel图3-5起始、终止温度设置界面图3-6仿

11、真结果(4) 静态工作点设置对输出波形的影响建立如图3-7所示仿真电路。选择“ Simulate”菜单中的“ DC Sweep Analysis”进入设置，在“Analysis Parameters选项中，“Source 1设置为电压源，并修改起始、终止和增加电压值。“Source 2”设置为电流源，若电流源没有显示，可按下“ Change File”按钮，选中“ Display submodules' 选项。这时修改起始、终止和增加电流值，如图 3-8所示。“ Output”选项中选择输出电流c，若 没有显示可按“ Add device/model paramete”按钮，在弹出对话

12、框中的“ Paramete”下拉菜单中查找。如图3-9所示图3-8修改起始、终止和增加电压值图3-9输出电流选择界面Eilt EditDe? 口侵亶為気： r .吐龜旳1 b鶴剑H卜 DC Sweep DC Sweep | UC Sweep | DC Sweep | DC Sweep | Transient Analysis'DC Sweepmi容 Grapher ¥ie等效电路DC? Transfer CharacteristicJOO.01-0 '£h-1000a0|i-Um-2.0m 彳-2.3m250.00m500 09m750.00mwl Volt

13、age (V)1.00Selected Trace： iil=0 ： I (vl)图3-10仿真结果2最后进行仿真，当负载电阻为3 k时，输出特性曲线作交流负载线 ，估算出Q点的位置。当输 入信号较大时，Q点取的过高，容易产生饱和失真，反之，产生截止失真。铙誅卧泻噦圣骋贶頂廡。3、动态分析动态分析的任务是计算输入、输出电阻、电压放大倍数、最大不失真输出电压和幅频特性等。（1）输入电阻测量建立如下图3-11所示仿真电路。打开仿真开关，双击“ XMMI ”和“XMM4 ”两万用表，并将 它们切换在交流电压档上，再双击“XFG1函数信号发生器图标， 逐步加大信号幅度，使“XMM1 万用表显示约10

14、mV左右。再读出“ XMM4 ”的电压值，如图3-12所示。输入电阻（单位：千欧）: 擁締凤袜备訊顎轮烂蔷。R-U'_ UiUsU10.61531.833 -10.6154.7 ： 2.351图3-11输入、输出电阻测量电路10.615mV31833 mV負 | V口dB：| -aJF"jlIjlISet.XMM1XMM4图3-12 XMM1和XMM电压值的读取(2)输出电阻测量仿真电路如上图3-11所示，双击“ XFG1 ”函数信号发生器图标，将信号幅度调整为10 mV。开关K3为断开状态(带负载电阻RL)，双击“XSC1 ”示波器，打开仿真开关，读出“ XMM4的输出 电

15、压约为862.7mV 如图3-13所示。贓熱俣阃歲匱阊邺镓騷。862-110707.5:2.194S)rl =U L RE Oscillcjscope-XSCl5<Time DJODO sChannel _A2.2 VChanneljB8.2C3 VReverse!X 1Bet. TriggerT1T2TimeBaseS>cak |20 iis/OivChannel AScale 1 Div±lCrkannel B加矗p SDiwTnggerJaw rrlF7Xpositioh |0Y po»ion -3Y petition |d3诫10 Vy?tAC| D P

16、F扯I *匝1Type Sing. | Nor. 1 Aito ；! MoneT2-T1i按下 图14所示。图3-13输出电压一L”键，开关K3闭合（接入负载电阻RL），打开仿真开关，读出输出电压约 输出电阻（单位：千欧）：坛搏乡囂忏蒌鍥铃氈淚。707.5 mV,女口图3-14输出电压3）电压放大倍数利用图3-1作为仿真电路图。调整信号源输出10 mV, 1 kHz的正弦波信号 不带负载电阻 RlU =931 .29mV ，开关K3处于打开状态，打开仿真开关，读出示波器的输入和输出电压峰值蜡變黲癟報伥铉锚鈰赘。读出示波器的输入和输出电压峰值U 0=706.93mV，買鲷鴯譖昙膚遙闫撷凄。U i

17、 =9.99 mV, 则电压放大倍数 Au=93.2。 带负载电阻 Rl开关K3处于闭合状态，打开仿真开关,U i =9.99 mV, 则电压放大倍数 Au =70.8 。 带负载电阻 Rl 并考虑信号源内阻开关K3处于闭合、K1处于打开状态，打开仿真开关，读出示波器的输入和输出电压峰值U 0=572.56 mV ， U i =9.99 mV, 则电压放大倍数 Au =57.3 1 。 綾镝鯛駕櫬鹕踪韦辚糴。（4）最大不失真输出电压为了获得最大的动态范围， 应将静态工作点设置在交流负载线的中点， 在放大器正常工作的情 况下，逐步增大输入信号的幅度，并同时调节静态工作点，用示波器观察U 0，当输出波形同时出现失真现象时，说明静态工作点已调在交流负载线中点，然且调整输入信号，使输出幅度最大，且 无明显失真时，测出己u 的同时求出最大不失真输出电压 U opp。驅踬髏彦浃绥譎饴憂锦。0opp禾U用图3-1所示的仿