通信电路虚拟仿真实验 课件 第2章 Multisim软件使用基础

第2章Multisim软件使用基础2.1用户接口2.2工程管理2.3元件数据库2.4电路仿真2.5仿真分析

2.1用户接口

Multisim的用户接口界面如图2.1所示。

图2.1Multisim用户接口界面

菜单栏包含所有命令的集合，标准工具栏包含常用功能按钮，支持自定义功能，模拟工具栏包含启动、停止和模拟等其他仿真功能的按钮，仪器工具栏包含所有仪器按钮，元件工具栏可以实现从Multisim数据库中选择元件构造原理图的目标。电路窗口(或工作区)用来进行电路设计。通过设计工具箱，可以浏览工程中不同类型的文件如原理图、印制电路板(PCB)、报告，查看原理图的层次结构以及显示或隐藏不同的图层。电子表格视图允许快速查看和编辑参数，包括元件详细信息，进行封装、标识、属性和设计约束操作。用户可以在一个步骤中更改某些或所有元件的参数，并执行许多其他功能。

2.2工程管理

使用Multisim工程管理可以帮助管理与设计相关的各种文件，简称设计工具箱(DesignToolbox)，其管理界面如图2.2所示。工程是文件的集合，这些文件包括所有电路设计文件、使用Ultiboard生成的PCB布局文件、模拟输出文件、外部设计文档(例如，用MicrosoftWord编写的文件)以及报告等。实际上，任何文件都可以分组到一个工程中。

图2.2Multisim工程管理界面

此外，工程管理还提供了一些工具来管理工程文件，譬如对它们进行版本控制、备份、恢复以及移动操作等。除了这些常规的文件处理操作外，Multisim工程管理还提供了文件锁定功能，该功能能够防止多个设计人员同时处理同一个文件。

2.2.1工程的创建

新建一个工程需要进行如下操作：

(1)单击文件／新建工程按钮，将出现“新建工程”对话框。

(2)选择工程文件的存储文件夹以及备份文件夹，如果文件夹尚不存在，则需要单击位置字段旁边的按钮以浏览所需位置，并创建它们。

(3)单击“确定”保存工程，将出现“设计工具箱”的“工程视图(ProjectView)”选项卡。若需要取消，则单击“取消”。

工程建立好之后，文件目录将出现在工程目录下，可参见图2.2

接下来可以进一步按照下面的步骤将电路文件添加到该工程：

(1)右键单击工程浏览器(工程管理界面)中的Schematic

(原理图)文件夹，从出现的弹出菜单中，选择“添加文件”按钮。该操作完毕后将显示标准文件选择器窗口。

(2)导航至电路文件所在目录，选择相应电路文件并单击“打开”。该操作完成后文件名称将显示在工程浏览器中，电路文件成功添加至工程。

上述操作完成后，将光标悬停在文件名上可以查看其完整文件路径。工程视图选项卡中将显示以下文件夹：

(1)原理图文件夹——用于在Multisim中绘制电路原理图。一个工程中可以有多个电路原理图文件。

(2)PCB文件夹——用于在Ultiboard中生成电路板相关文件，逻辑上是与工程原理图相匹配的PCB文件。

(3)文档文件夹——用于存储要为工程收集的文档。例如，工程的MSWord描述、成本的Excel电子表格等。

(4)报告文件夹——用于存储Multisim生成的报告，例如，物料清单、网表报告等。

要将已有的PCB文件、文档或报告文件添加到工程，用右键单击所需文件类型的文件夹，然后选择添加文件。在显示的文件浏览器中，导航到所需的文件，然后单击“打开”按钮。要从工程中删除文件，用右键单击该文件，然后选择“删除”按钮。要保存工程，选择“文件/保存工程”按钮。要关闭工程，选择“文件/关闭工程”按钮。通过选择“文件/最近工程”按钮，并从显示的列表中选择，可以快速访问已关闭的工程。

2.2.2工程文件导入

打开一个工程需要进行如下操作：

(1)选择“文件/打开工程”选项卡，将出现标准Windows文件浏览器。

(2)导航到所需的文件夹并打开工程文件。

如果需要编辑最近打开的工程文件，可以进行如下操作：

(1)选择“文件/最近的工程”选项卡，

(2)从显示的列表中选择所需工程。

不管用哪一种方式打开工程，工程浏览器都会显示该工程中所有文件的列表。在工程中打开已有文件也有两种方式。其一可以选择直接在工程浏览器中双击电路文件。如果该

文件未被其他用户使用，则会打开该文件，如果正在使用，系统会提示您以只读方式打开它。其二可以进行如下操作：

(1)在“设计工具箱”的“工程视图”选项卡中右键单击电路文件名。

(2)从弹出菜单中选择“打开文件进行编辑”或“打开为只读”选项卡。如果该文件已被其他用户打开，则“打开要编辑的文件”命令将不可用，如果以只读方式打开文件，则无法将更改保存到该文件。

2.2.3工程文件管理

Multisim提供文件锁定、解锁和查看功能。

若要锁定文件，阻止其他人打开文件，需在工程浏览器中用右键单击文件名，然后从弹出菜单中选择“锁定文件”按钮。

若要解锁文件，将其释放以供其他人使用，需在工程浏览器中用右键单击文件名，然后从出现的弹出菜单中选择“解锁文件”按钮。

若要查看文件信息，需在工程浏览器中右键单击文件名，然后从弹出菜单中选择“属性”按钮，“文件属性”对话框将出现在界面上，用户可以根据需要查看或者编辑文件属性。

2.3元件数据库

2.3.1元件数据库结构

Multisim元件数据库旨在保存元件相关信息，它包含原理图捕获(符号)，仿真(模型)和PCB布局(封装)以及其他电气信息所需的一切。

Multisim提供三个级别的数据库：主数据库、企业数据库和用户数据库，其用途如下。

(1)主数据库存储Multisim提供的元件信息，为了确保信息的完整性，这些元件的信息无法编辑。

(2)企业数据库存储由个人用户或公司/机构选择可能修改或创建的元件，这些仍可供任何其他选定用户使用。

(3)用户数据库存储用户修改、导入或创建的元件。

从上述描述可以看出：主数据库是只读的，包含电子工作台提供的元件，企业数据库主要面向在工程中工作的公司/机构(或个人)，其中具有特定属性的元件在组或工程中共享，用户数据库对个人用户是私有的，它用于存储个人构建的非共享元件。

Multisim同时提供各种数据库管理工具，以便在数据库之间移动元件，合并数据库并编辑它们。首次使用Multisim时，用户数据库和公司数据库为空。用户可以使用元件编辑

创建常用元件，并使用用户数据库来存储它们，这一内容将在下一章中介绍。设计人员对原始数据库中的元件进行的任何编辑不会影响此前使用的该类元件，但会影响之后选择的该类元件。当设计人员从数据库中选择一个元件并将其放到电路上时，相当于建立了一个数据库中元件的副本，对副本进行的任何编辑都不会影响原始数据库和电路上的该类元件。保存电路时，元件信息也随之保存。加载时，用户可以选择保持加载的部分不变，使副本放入其用户或公司数据库，或者使用数据库中的最新值更新具有相似名称的元件。

如果用户需要新建或者修改元件，创建自己的版本，则必须将其存储在用户数据库或公司数据库中，主数据库是不可修改的。当然，用户可以使用所有可用数据库中的元件构建自己的电路。

Multisim可将元件划分为逻辑组，并支持进一步将组细分为相关元件系列：信号源、二极管、基本元件、晶体管、模拟集成电路、TTL(晶体管晶体管逻辑电平)元件、CMOS

(互补金属氧化物半导体)元件、MCU(微控制单元/单片机)模块(仅适用于可选的MultisimMCU模块)、数字集成电路、混合芯片、指示器、电源、RF(射频)元件、机电、梯形图、控制元件。

2.3.2元件查找

用户可以通过浏览可用数据或设定条件搜索来查找元件。本节将具体介绍这些方法。

Multisim带有强大的搜索引擎，并且提供的浏览器对话框可以帮助用户在数据库中的任何位置浏览元件。如果用户了解所需元件类型的信息，可以帮助用户快速定位元件。Multisim会将符合条件的元件在浏览器中呈现，并供选择。

要执行数据库的标准搜索操作，需要完成以下步骤：

(1)在如图2.3所示的菜单工具栏中选择“放置/元件”按钮以显示“元件浏览器”。图2.3菜单工具栏

(2)单击“搜索”按钮将出现如图2.4所示的“搜索元件”对话框。

(3)单击图2.4中的“高级”按钮，可显示其他搜索选项。

图2.4“搜索元件”对话框

(4)在相应字段中输入搜索条件(必须至少输入一个工程)。搜索条件字符包括文本或数字，不考虑大小写。使用“*”通配符可搜索部分字符串，而字符串中任何位置的“?”只能与一个字符匹配。例如，在“封装类型”字段中：

①“CASE64606”只找到确切的字符串“CASE64606”，

②“*06”查找以“06”结尾的任何字符串，

③“CASE*”查找以“CASE”开头的任何字符串，

④“CAS?”将匹配“CASE”，但不匹配“CASE64606”。

(5)单击“搜索”按钮得到搜索结果。

搜索结果显示符合条件的所有元件列表。例如，使用上面的搜索示例。从左侧“元件”列表中单击选择所需元件，右下方显示字段会显示相应元器件详细信息。

(6)选择好所需元件后，单击“确定”按钮放置元件。

如果用户想从大量工程中优化搜索，可以进行如下尝试：

①单击“优化搜索(RefineSearch)”，将出现优化搜索元件结果对话框，如图2.5所示。

②输入所需参数并单击“搜索”按钮。

图2.5优化搜索元件结果对话框

2.4电路仿真

仿真是模拟电路行为的数学方法。通过仿真，可以在不构建电路或不使用实际测试仪器的情况下确定电路的大部分性能。虽然Multisim使仿真直观易用，但实现仿真所需要掌握的仿真速度和准确性以及易用性的技术仍然很复杂。本节将介绍Multisim中可用的仿真类型，每种类型适用的应用，如何单独使用仿真类型，以及仿真中的基础逻辑。此外，本节还将介绍可用的电路向导以及故障排除和错误模拟的工具。

2.4.1Multisim仿真方法

使用Multisim时，我们既可通过单击“运行/恢复模拟”按钮，也可通过选择“仿真/运行”菜单开始模拟电路行为，进行电路仿真。客户需要使用虚拟仪器或运行分析来显示模

拟输出，模拟输出包括所有Multisim仿真引擎的组合结果。在Multisim中使用交互式模拟时(通过单击“运行/恢复模拟”按钮)，用户不仅可以通过查看示波器等虚拟仪器立即查看模拟结果，而且还可以查看模拟对LED和7段数字显示器等元件的影响。除了交互式仿真，用户还可以在电路上进行大量分析。分析结果会显示在Grapher(自动记录器/图示器)中，也可以保存以供处理器的后续操作。

2.4.2MultisimSPICE仿真的技术细节

在创建电路原理图并开始仿真之后，模拟器将给出电路解决方案，并在示波器等仪器上显示生成的数据。具体地说，模拟器是Multisim的一部分，它计算用户创建电路的数值解(数学表示)。

为了进行该计算，电路中的每个分量都用数学模型来表示，通过数学模型将电路窗口中的原理图与用于仿真的数学表示关联起来。元件的数学模型的准确性决定了仿真结果与

实际电路性能的匹配程度。

电路的数学表示由一组非线性微分方程组成，模拟器的主要任务是以数字方式求解这些方程。基于SPICE的仿真器将非线性微分方程转换为一组线性代数方程，并使用改进的

Newton-Raphson方法进一步线性化这些方程，然后通过使用LU分解方法稀疏矩阵处理方法最终有效地求解所得的线性代数方程组。

如表2.1所述，Multisim中的模拟器有输入、设置、分析和输出四个主要阶段。

基于SPICE的仿真首先将原理图转换为SPICE网表，网表会由Multisim自动生成。SPICE网表模板存储在Multisim的扩展零件数据库中，在网表生成期间，这些模板将进行扩展，以便在生成的SPICE网表中使用。生成SPICE网表的示例如图2.6所示。图2.6中上方为幅度调制器电路，下方的文字是Multisim自动生成的网表的一小部分，该网表是执行模拟所需的SPICE实际输入。在输入程序进行如构建原理图等工作之前，设计人员在分析电路时都需要为自己单独创建这样的SPICE网表。现代原理图捕获工具除了为PCB布局或为其他下游活动(如IC或FPGA设计)提供前端外，还可以自动完成这项任务。

图2.6SPICE网表示例

SPICE生成的矩阵可以通过数学方式求解，得到电路每个节点处的电压。如果有需要，生成的矩阵也可以包含当前分支以便使用方程求解。并且，无论何时使用电压源，都会出现电流分支。另外强调一个SPICE技巧，用户如果需要在SPICE中测量电流，只需要插入0V电压源，它不会影响电路，但会强制SPICE计算流过0V电源的电流。

对于以交互式仿真为基础的瞬态分析，模拟的每个时间节点都会求解矩阵。因为在模拟中存在非线性模拟部分，所以在每个时间节点会使用连续近似来计算最终节点电压结

果。在某些情况下，这些结果可能不会收敛。发生这种情况时，SPICE会恢复到先前使用的时间步长的1/8，然后再继续进行模拟。

2.5仿真分析

Multisim利用模拟生成了大量分析结果供用户使用。这些分析的范围可以从较为复杂到非常复杂，并且能实现自动地将一个分析作为另一个分析的基础，最终得到结论。对于每个分析，用户需要先设置好，这些设置将指示Multisim用户希望分析什么。除了Multisim提供的分析之外，用户还可以根据输入的SPICE命令创建用户自定义的分析。

激活分析时，除非用户另行指定，Grapher中的绘图将会显示结果，并供保存以备后续处理器使用。某些结果也会写入审计跟踪(文件)，供用户查看。

分析正在运行中时，状态栏将会显示模拟运行指示器，且指示灯闪烁，直到分析完成。

要显示绘图，可选择菜单/Grapher按钮。

Grapher是一种多功能显示工具，可让用户查看、调整、保存和导出图形和图表。它用于显示：

(1)图形和图表中所有Multisim分析的结果。

(2)某些仪器的迹线图(例如后续处理器，示波器和波特图的结果)。

显示屏显示分析结果图形和图表如图2.7所示。在图表中，数据沿垂直轴和水平轴显示为一个或多个迹线，文本数据以行和列显示，窗口由几个选项卡页面组成，具体页面数取决于运行了多少分析。

图2.7Multisim分析结果图

每个页面都有两个可能的活动区域，整个页面用左边缘的箭头表示，图表/图表的页面名称附近有活动图表/图表左边缘的箭头。某些功能(例如剪切/复制/粘贴)仅影响活动区域，因此请确保在执行功能之前选择了所需的区域。

2.5.1直流工作点分析

直流工作点分析(DC分析)确定电路的直流工作点。DC分析的结果通常是进一步分析的中间值。例如，从DC分析获得的结果确定了用于AC频率分析的任何非线性元件(例如二极管和晶体管)的近似线性化小信号模型。

直流分析时，可以假设：

(1)交流电源被清零，

(2)电容器是开放的，

(3)电感器短路，

(4)数字元件被视为接地的大电阻。

下面以Colpitts(考毕兹)振荡器为例，来分析节点3处的DC工作点结果。采样电路如图2.8所示。

图2.8直流工作点(节点3)分析电路

对上面的运行DC工作点进行分析，从采样电路运行DC工作点的结果如图2.9所示，图中显示结果与计算结果一致。

图2.9直流工作点分析结果

2.5.2交流分析

交流分析(AC分析)，也称交流频率分析，用于计算线性电路的频率响应。在AC分析中，首先计算DC工作点以获得所有非线性元件的线性小信号模型，然后创建复杂矩阵(包含实部和虚部)，为了构造矩阵，DC源被赋予零值。线性元件(交流电源、电容器和电感器)由其AC模型表示，非线性元件由线性AC小信号模型表示，所有输入源都用正弦曲线表示。如果函数发生器设置为方波或三角波形，它将在内部自动切换为正弦波形进行分析。最后，AC分析计算交流电路响应与频率的关系。

AC分析如图2.10所示，用户可以通过双击输入源，并在属性对话框的“值(Value)”选项卡中输入设置来指定交流频率分析的源的大小和相位，输入ACAnalysisMagnitude(AC分析幅度)和ACAnalysisPhase(AC分析相位)的设置。此对话框中的其他设置用于其他分析或使用仪器进行模拟。

图2.10AC分析

在“AC分析”对话框的“频率参数”选项卡中进行以下设置：

(1)起始频率(FSTART)——扫描的起始频率。

(2)停止频率(FSTOP)——扫描的停止频率。

(3)扫描类型——十进制，线性或倍频。将计算点定义在整个频率范围内分布。

(4)积分数——分析期间要计算的点数。对于线性扫描类型，可使用开始和结束之间的点数。

(5)垂直刻度——线性，对数，十进制或倍频垂直刻度。垂直刻度控制输出图形上的

y

轴缩放。

交流频率分析的结果分为两部分：增益与频率、相位与频率。如果将Bode绘图仪连接到电路并激活电路，也会执行类似的分析。

2.5.3瞬态分析

瞬态分析也称为时域瞬态分析，是指Multisim计算电路作为时间函数的响应。每个输入周期被分成间隔，并且对周期中的每个时间点执行DC分析。一个完整周期内每个时间点的电压值决定了节点处电压波形的解决方案。设置瞬态分析参数的对话框如图2.11所示。

图2.11瞬态分析设置对话框

瞬态分析的结果是电压与时间的计算。如果将示波器连接到电路并激活电路，则会执行类似的分析。初始条件可设置为：

(1)自动确定初始条件——Multisim尝试使用DC工作点作为初始条件来启动模拟。如果模拟失败，则使用用户定义的初始条件。

(2)计算直流工作点——Multisim首先计算电路的直流工作点，然后将该结果用作瞬态分析的初始条件。

(3)设置为零——瞬态分析从零初始条件开始。

(4)用户定义———分析从“瞬态分析”对话框中设置的初始条件开始。

2.5.4傅里叶分析

傅里叶分析是一种分析复杂周期信号的方法，它将非正弦周期函数按照傅里叶级数定理分解为无限或者有限个正弦或余弦波和DC分量，譬如周期函数f(t)可以写成：

每个频率分量(或项)由周期波形的相应谐波产生。

其中，A0为原始波的DC分量，

A1cosωt+B1

sinωt为基波分量(与原波具有相同的频率和周期)，

An

cosnωt+Bnsinnωt为函数的n次谐波，

A，B为系数，2π/T为基本角频率，或原始周期波频率的2π倍。

根据叠加原理，总波形是每一项谐波叠加的总和。这里需要注意，随着谐波次数的增加，谐波的幅度逐渐减小，这表明可以用相对较少的项产生原始波形的近似。当Multisim执行离散傅里叶变换(DFT)时，将第一个周期丢弃掉，仅使用时域或瞬态响应基本分量的第二个周期(在输出节点处提取)来模拟原始信号。从周期开始到时间点t，Multisim自动利用从时域中收集的数据来计算每个谐波的系数，该分析过程需要利用到与AC源的频率或多个AC源的最低公因子匹配的基频。在执行分析之前，需要检查电路并在对话框中选择输出节点。

傅里叶分析可以产生电压分量幅度图，也可产生相位分量与频率的关系图。默认情况下，幅度图是条形图，也可以人为选择折线图。该分析还可取每个n次谐波的平方和的平方根，然后将该数除以缺口基频的幅度来计算总谐波失真(THD)百分比。即

傅里叶分析过程参数可在如图2.12所示的对话框中设置。图2.12傅里叶分析图2.12傅里叶分析

2.5.5噪声分析

噪声为电能或电磁能，会降低信号质量。不管是数字、模拟还是任何通信系统，都需要考虑噪声对系统性能的影响。Multisim使用电阻器和半导体器件的噪声模型代替AC模

型来创建电路的噪声模型，然后执行类似AC的分析。它计算每个分量的噪声影响，并将其显示到扫描分析对话框中，并输出在指定的频率范围内的分析结果。

Multisim将每个电阻器和半导体器件都视为噪声源(输入噪声参考源)，并将其影响通过传递函数计算和传播到电路的输出节点。输出节点处的“总输出噪声”是各个噪声源贡献的均方根(RMS)之和，将其除以输入源到输出源的增益，即可得到“等效输入噪声”，也就是(输出源)噪声量。如果在输入源处注入无噪声电路，也将得到该输出噪声量。“总输出噪声”电压既可以参考接地(节点)，也可以参考电路中的另一个节点。在这种情况下，总输出噪声跨越这两个节点。

在执行分析之前，用户需检查电路并确定输入噪声参考源(为方便起见，下图中的vv1指电压源U1，下文不再赘述)、输出节点和参考节点。噪声分析参数可在如图2.13所示的对话框中设置。

图2.13噪声分析

2.5.6失真分析

完美的线性放大器将放大输入信号，输出端将没有任何信号失真。然而，现实情况下总是存在伪信号分量，其以谐波或互调失真的形式被添加到信号中。

1.谐波失真

可以使用以下公式描述完美的线性放大器：

Y=AX，其中Y是输出信号，X是输入信号，A是放大器增益。包括更高阶项的一般表达式由以下给出：

Y=AX+BX2+CX3+DX4+…，其中B和C等是高阶项的常数系数。

上式中的第二项称为二阶分量，第三项称为三阶分量，依此类推。可以通过将光谱纯信号源应用于电路设计来分析谐波失真。通过分析输出信号及其谐波，可以确定失真情况。Multisim将计算谐波频率2f和3f处的节点电压和支路电流，并在扫描用户定义的频率范围时显示输入频率f的结果。

2.互调失真

当两个或多个信号同时输入放大器时，会发生互调失真。在这种情况下，信号的相互作用产生互调效应。该分析将确定在互调产物频率f1+f2，f1-f-和2f1-f2与用户定义的扫频频率之间的节点电压和分支电流。

要启动失真分析，请选择模拟/分析/失真分析。在执行分析之前，请检查电路并确定一个或多个信号源以及一个或多个节点进行分析。接下来，设置失真分析参数，如图2.14所示。用户可以将“失真分析”的频率范围设置为扫描时的范围，设置每个扫描间隔的点数和垂直标度。注意：仅互调失真时考虑f2/f1的值，谐波失真忽略该比率。

图2.14失真分析

2.5.7直流扫描分析

直流扫描分析在Multisim中执行以下过程。

(1)采用直流工作点。

(2)来自信号源的值递增，并计算另一个DC工作点。

此过程允许用户多次模拟电路，将DC值扫描到预定范围内。用户可以通过选择开始和停止值以及DC范围的增量来控制信号源的值。针对扫描的每个值计算电路的偏置点。

为计算电路的直流响应，SPICE将所有电容器视为开路，所有电感器均为短路，并仅使用电压和电流源的直流值。

DC扫描分析参数可以在以下对话框中设置。

1.设置DC扫描分析参数

直流扫描分析如图2.15所示，对于正常使用，用户只需要设置：

·扫描源，通过从Source1选项下的Source下拉列表中进行选择。

·通过在“开始值”字段中输入扫描的起始值。

·通过在“停止值”字段中输入扫描的停止值。

·通过在“增量”字段中输入扫描的增量值。

图2.15直流扫描分析

2.使用滤波器设置DC扫描分析参数

用户可以过滤显示的变量以包括内部节点，例如BJT(双载子晶体管)模型内或SPICE子电路内的节点，打开引脚以及电路中包含的任何子模块的输出变量。

过滤要显示的变量输入步骤如下：

(1)单击“更改筛选”，将出现“过滤器节点”对话框。

(2)启用一个或多个设置。

(3)单击“确定”。

3.直流扫描分析示例

直流扫描分析示例如图2.16(a)所示，我们将U2从0V变为20V，并观察节点3处的输出。

设置分析参数：

(1)选择Simulate/Analyzes/DCSweep，然后单击AnalysisParameters选项卡。

(2)输入如图2.16(b)显示的值。图2.16直流扫描分析示例图2.16直流扫描分析示例

(3)在“输出”选项卡中，直流扫描分析参数的输入值如图2.17所示。图2.17直流扫描分析参数

(4)单击“模拟”按钮，直流扫描分析输出显示如图2.18所示。图2.18直流扫描分析输出显示

(5)要查看光标和DC传输特性，请在图示器视图/显示/隐藏光标中选择。将显示两个光标。将光标2移动到图形的左侧，将光标1向右移动，沿x轴向上排列，U2=20V。

光标设置为vv2(U2)=20V(x1)，在上图中显示y1的传输特性，显示值15.9982V。因此，当DC源U2设置为20V时，直流扫描分析图形显示，然后输出表格晶体管的集电极为15.99V。

2.5.8直流和交流灵敏度分析

灵敏度分析有助于确定电路元件对输出信号的影响程度。因此，可以使用更严格的公差来指定关键元件，并且这些元件是优化的最佳选择。同样，可以识别最不重要的元件，从而选用低精度的此类元件以降低成本，因为它们的精度不会严重影响设计性能。

灵敏度分析可以计算输出节点电压或电流相对于电路中元件参数的灵敏度。灵敏度表示为每单位输入变化的输出变化(值和百分比)。

敏感度分析包括：

·直流灵敏度

·AC灵敏度

两种分析都通过独立地改变每个参数来计算输出电压或电流发生的变化。DC灵敏度分析的结果以表格形式显示在图示器上。AC灵敏度分析绘制了在用户定义的频率范围内

选择的每个参数的AC图。

设置灵敏度分析时，必须指定以下选项：

1)输出节点电压/电流

·电压：灵敏度分析将查看节点电压。

———输出节点：选择要检查的节点

———输出参考：选择“输出”节点的参考点，通常这是节点0(接地)。

·电流：输出电流将用于确定灵敏度。

·表达式：在“输出表达式”字段中直接输入用于分析的输出表达式，或单击“编辑”以显示“分析表达式”对话框。

2)输出缩放：选择绝对或相对

·绝对：所选元件参数的每单位变化的输出电压或电流变化。

·相对：当元件参数不变时，所选元件参数相对于参考电压或电流的每次相对变化的输出电压或电流变化。

3)分析类型

·直流灵敏度：直流灵敏度分析可生成电路节点输出电压相对于所有元件及其参数的报告。用户可以选择对电流源或电压源进行直流灵敏度分析。

·交流灵敏度：交流灵敏度分析绘制元件每个参数的交流图(频域)。

2.5.9参数扫描分析

参数扫描分析是通过模拟元件参数的一系列值来验证电路的操作。效果与模拟该电路数次相关，每个值一次。用户可以通过选择起始值、结束值、要模拟的扫描类型以及“参数扫描”对话框中的所需增量值来控制参数值。对元件操作而言，可以在电路上执行三种类型的分析：直流工作点分析、瞬态分析和交流分析。

用户会发现某些元件具有的参数可能多于其他元件。这取决于元件的型号。有源元件(例如运算放大器、晶体管、二极管等)将具有比无源元件(例如电阻器、电感器和电容器)

更多的可用于执行扫描的参数。例如，与包含大约15到25个参数的二极管模型相比，电感是电感器唯一可用的参数。

当特定元件中的某些参数发生变化时，电路的行为会受到影响。在执行分析之前，请检查电路并确定要扫描的元件和参数以及用于分析的节点。

参数扫描分析按顺序绘制适当的曲线。曲线数量取决于扫描类型，如下所示：

·线性———曲线数等于起始值和结束值之间的差值除以增量步长。

·十进制———曲线数等于在达到结束值之前起始值乘以10的次数。

·倍频———曲线的数量等于在达到结束值之前起始值可以加倍的次数。

要设置分析参数：

(1)通过从“扫描参数”下拉列表中选择参数类型(设备或型号)来选择扫描参数，然后在“设备”“名称”“参数”字段中输入信息。参数的简要说明显示在“说明”字段中，参数的当前值显示在“当前值”字段中。

(2)通过从“扫描变化类型”下拉列表中选择线性、十进制或倍频来设置扫描变化类型。

(3)从AnalysistoSweep(分析以扫描)下拉列表中选择要扫描的分析。

(4)如果要扫描列表以外的其他值，请在“值”字段中键入所需的参数值(以空格分隔)。

(5)(可选)用户可以通过单击“编辑分析”来设置分析参数。可用的分析参数取决于所选的分析。有关设置这些参数的详细信息，请参阅本章其他部分的相应分析。

2.5.10温度扫描分析

温度扫描分析可以通过在不同温度下模拟电路来快速验证电路的运行。效果与模拟电路数次相关，每次分析调整一次温度。用户可以通过选择开始、停止和增量值来控制温度值。

用户可以执行三种类型的扫描：直流工作点分析、瞬态分析和交流频分析。

温度扫描分析仅影响包含温度依赖性的元件的模型，例如：

2.5.11传递函数分析

传递函数分析用来计算电路中输入信号源和两个输出节点(电压)或输出变量(电流)之间的直流小信号传递函数，它还将计算输入和输出电阻。首先根据直流工作点线性化任何

非线性模型，然后进行小信号分析。输出变量可以是任何节点电压，而输入信号源必须是在电路中某处定义的独立源。

DC小信号增益是指输出相对于DC偏置点(和零频率)输入的导数，即

电路的输入和输出电阻是指输入或输出处的“动态”或小信号电阻。数学上，小信号直流电阻是输入电压相对于直流偏置点(和零频率)输入电流的导数。以下是输入电阻的表达式：

2.5.12最坏情况分析

最坏情况分析是一种分析方法，可让用户探索元件参数变化对电路性能的最坏影响。Multisim结合DC或AC分析执行最坏情况分析。在任一情况下，首先使用标称值执行模拟。接下来，执行灵敏度分析(AC或DC分析)以确定指定元件对输出电压或电流的灵敏度。最后，使用将在输出处产生最坏情况值的元件参数值进行模拟。根据元件对输出的灵敏度是正值还是负值，通过从标称值加上或减去公差值来确定最坏情况参数。

1.最坏情况分析———直流分析

选择DC分析后，将执行以下计算：

(1)计算直流灵敏度。如果输出电压相对于特定分量的DC灵敏度被确定为负数，则计算该分量的最小值。例如，如果电阻器R1的直流灵敏度为-1.23V/Ω，则最小值来自以下公式：

其中，R1min=电阻器R1的最小值，Tolerance=用户指定的容差(容差是绝对值，或标称值的百分比)，R1nom=电阻器R1的标称值。

如果输出电压相对于特定分量的DC灵敏度被确定为正数，则计算该分量的最大值。例如，具有正灵敏度的电阻器将根据以下公式确定：

其中，R2max=电阻器R2的最大值，Tolerance=用户指定的容差，表示为1的分数，R2nom

=电阻器R2的标称值。

(2)根据灵敏度分析的符号，使用标称值和电阻的最小值或最大值来执行DC分析。

2.最坏情况分析———交流分析

选择AC分析后，将执行以下计算：

(1)计算交流灵敏度，用于确定元件对输出电压的灵敏度。

(2)根据灵敏度，计算所选组分的最小值或最大值。

(3)使用上述计算的组分值进行AC分析。

2.5.13极零点分析

极零点分析用于通过计算电路传递函数的极点和零点来确定电子电路的稳定性。

使用传递函数公式是一种表示频域中模拟电路行为的便捷方式。传递函数是输出信号与输入信号的拉普拉斯变换比。输出信号的拉普拉斯变换通常被称为VO(s)，输入信号的拉普拉斯变换被称为VI(s)。参数s用s=jω表示，更通常地，s=j2πf。

传递函数通常是由幅度响应(或传输)和相位响应给出的复数值。电路的传递函数可用下式表示：

上式的分子包含函数的零点(-z1，-z2，-z3，-z4…)，而函数的分母包含函数的极点(-p1，-p2，-p3，-p4…)。

函数的零点是传输为零的那些频率，而函数的极点是定义固有频率的网络的自然模式。极点和零点都可以包含实数、复数或纯虚数。

从传递函数公式确定极点和零点将允许设计者预测电路设计在操作中的性能。由于极点和零值是数值(实数或虚数)，因此了解这些数字与电路稳定性的关系非常重要。具体关

系如图2.19所示，了解不同的极点是如何影响电路稳定性，从而响应步进脉冲的。

图2.19是极点或零值

2.5.14蒙特卡罗分析

蒙特卡罗分析是一种统计技术，可让用户更改元件属性，从而研究其如何影响电路性能。蒙特卡罗分析可执行DC、AC或瞬态分析并改变元件属性。执行多次模拟(也称为运

行)，每次运行的元件参数，根据用户指定的分布类型和参数容差随机变化。

对于第一次模拟，始终使用标称值执行，对于其余的(第一次以后的)模拟，将delta值随机地添加到标称值或从标称值中减去。该delta值可以是标准偏差(σ)内的任何数字。添加特定增量值的概率取决于概率分布。可用的两种概率分布是：

·统一分布(也称为扁平分布)

·高斯分布(也称为正态分布)

2.5.15跟踪宽度分析

跟踪宽度分析通过计算电路中所需的最小走线宽度，以处理任何走线/线路的RMS电流。RMS电流源自仿真。

通过走线迹线的电流会导致迹线的温度增加。功率公式为P=I2R，因此该公式表明功率(以温度来说明)相对于电流不是简单的线性关系。迹线的电阻(每单位长度)是其横截面积(宽度乘以厚度)的函数。因此，温度与电流、迹线宽度和迹线厚度之间呈非线性关系。迹线散热的能力是其表面积或宽度(每单位长度)的函数。

PCB布局技术限制了用于电线的铜的厚度。该厚度与标称重量有关，标称重量以表格的形式以oz/ft2表示。

2.5.16射频分析

Multisim包括以下射频分析(RF分析):

(1)射频特性分析———帮助设计