第四章 Multisim虚拟仪器.ppt

1 电子线路仿真技术 电子与电气工程系 林峰 2 Multisim9虚拟仪器 Multisim9提供大量用于仿真电路测试和研究的虚拟仪器 这些仪器的操作 使用 设置 连接和观测过程与真实仪器几乎完全相同 就像在真实的实验环境中使用仪器 目标 了解Multisim9虚拟仪器的分类以及各种仪器的功能 学会虚拟仪器的操作 并能熟练运用虚拟仪器对电路进行仿真测试 3 虚拟仪器介绍图标Icon 用于在工具栏中代表相应的虚拟仪器符号图Symbol 用于在仿真电路图中放置仪器 将符号图的测试端子与电路相连接仪器面板Panel 用户与仪器的交互界面 用于设置参数和显示数据 图标 符号图 连接端子 仪器面板 4 虚拟仪器特点仿真的同时可以改变设置仿真的同时重新连接仪器端子在一个电路图中可以使用多个同样的仪器对仪器进行的设置和显示的数据可以和电路图一起保存仪器显示的数据可以同样在图形窗口显示仪器面板可以根据屏幕分辨率和显示模式自动改变大小可以非常方便地将显示结果保存为txt lvm和tdm格式的数据文件 5 虚拟仪器的分类交流和直流测量类仪器数字逻辑测试类仪器射频测量类仪器仿真仪器测量笔基于LabVIEW的仪器 6 交流和直流测量类仪器该类仪器主要用来在频域和时域中对电路的参数进行分析 测试和电路故障诊断 万用表1 功能 测量电路两点之间的交流或者直流电压 电流 阻抗和衰减 图标 符号图 正接端 负接端 面板 结果显示 测量选择 交直流选择 设置按钮 7 2 操作 通过 两个端子来连接电路的测试点 1 测量选择 用来选择测量的是电压 V 电流 I 还是电阻 其中db表示测试电平值是用分贝来表示的 2 交直流选择 为测量交流量 测量直流量 电气特性设置 显示特性设置 8 3 举例 用万用表测量电压电流 9 用万用表测量电阻 10 函数发生器1 功能函数发生器能产生正弦波 三角波和方波3种常用的波形 可以用于提供方便 真实的激励信号源 图标 符号图 正接线端 公共端 负接线端 波形选择 参数设置 11 2 操作函数发生器共有三个接线端 其中 和 输出端分别产生两路相位相反的输出信号 公共端为输出信号的参考电位端 通常用来接地 1 Waveform波形选择 从左起依次为正弦波 三角波和方波按钮 单击不同按钮 即可输出相应的波形 2 SignalOptions波形参数设置 Frequency 设置输出信号的频率 范围为1Hz 999MHzDutyCycle 设置方波和三角波的占空比 范围为1 99 Amplitude 设置输出波形的峰 峰值 范围为1mv 999kvOffset 设置叠加在交流信号上的直流分量 范围为 999 999kv设定信号的上升和下降时间 只对方波有效 12 3 举例 使用函数发生器产生各种波形XFG1 产生两路极性相反的正弦波XFG2 产生三角波XFG3 产生方波 13 举例 用函数发生器实现两路信号的叠加XFG1产生10KHz 100mv的正弦波 XFG2产生500Hz 5v的方波叠加在XFG1产生的正弦波上 14 双通道示波器1 功能双通道不仅用来显示信号的波形 还可以用来测量信号的频率 幅度和周期等参数 图标 符号图 通道A 通道B 外触发端 波形显示区 通道控制区 通道控制区 触发控制区 波形参数测量区 时基控制区 15 2 操作双通道示波器包括通道A和B以及外触发端3对接线端 虚拟示波器的连接和实际的示波器有所不同 AB通道可以只用一根线与被测点链接 测量的是该点与地之间的波形 示波器的每个通道的 端接地时 测量的是该点与地之间的波形 可以将示波器的每个通道的 和 端接在某两点上 示波器显示的是这两点之间的电压波形双通道示波器面板由波形显示区 波形参数测量区 时基控制区 通道控制区和触发控制区5部分组成 16 1 Timebase区 用来设置X轴的时间基准扫描时间Scale 设置X轴方向每一大格所表示的时间Xposition 表示X轴方向时基准位置Y T 显示随时间的变化的信号波形Add 显示的波形为A和B通道的输入信号的和B A 将A通道的输入信号作为X轴扫描信号 B通道的输入信号施加在Y轴上 此时Scale设置不能被使用A B 与B A相反 此时Scale设置也不能被使用 17 2 ChannelA区 用来设置A通道的输入信号在Y轴的显示刻度Scale 设置Y轴的刻度Yposition 用来设置Y轴的显示刻度AC 输入交流耦合方式 仅显示输入信号的交流成分0 A通道的输入信号被短路DC 输入直流耦合方式 实时显示信号的实际大小 3 ChannelB区 用来设置B通道的输入信号在Y轴的显示刻度 方法与ChannelA的方法相同 18 4 Trigger区 设置示波器的触发方式Edge 表示将输入信号的上升沿或下降沿作为触发信号Level 用于选择触发电平的大小Sing 单脉冲触发Nor 一般脉冲触发Auto 自动触发 若输入信号变化比较平坦或只要有输入信号就尽可能显示波形时 选择此项ExitTrig 用示波器的外触发端的输入信号作为触发信号 5 波形参数测量区 显示两个游标所测得的显示波形的数据 可测量的参数包括 游标所在的刻度 两游标的时间差 通道A B输入信号在游标处的信号幅度 19 3 举例 用双通道示波器观察李莎育图形 20 4通道滤波器4通道滤波器不仅用来显示4路信号的波形 而且还可以用来测量信号的频率 幅度和周期等参数 主要用来观测多路信号 波形显示区 通道控制区 触发控制区 游标参数测量区 时基控制区 图标 符号图 4个通道输入端 接地端 触发端 21 2 操作4通道示波器主要包括通道A B C和D以及接地端G和触发端T共6个接线端 每个通道与测试点的连接与双通道示波器稍有不同 一是每个通道只有一根线与被测点连接 测试的是该点与地之间的波形 二是当电路中有接地符号时 示波器的接地端可以不接 4通道示波器主要由波形显示区 游标参数区 时基控制区 通道控制区和触发控制区5部分组成 各部分的使用与双通道示波器不同之处在于时基和通道控制区的不同 22 1 Timescale控制区A B 将一个通道的输入信号作为X轴的扫描信号 另一个通道的输入信号施加在Y轴上 在此按钮上 右击弹出快捷菜单 选择两个通道信号分别作为X轴和Y轴信号 一旦选中其他选项 此按钮将显示为所选择的选项 A B 显示的波形为4个通道中任意两个不同通道的输入信号的叠加 在此按钮上 右击弹出快捷菜单 可以选择其他菜单项 选择其他两个通道信号之和 一旦选择其他菜单项 该按钮显示为所选择的菜单项 23 2 ChannelA区ChannelA区用来设置4个通道输入信号在Y轴的显示刻度 通过通道选择按钮 选择相应的通道 此时选项区标题变为相应的通道名称 其相应设置也变为该通道的设置 单击选择按钮B 24 3 举例 25 功率表1 功能功率表又称为瓦特表 是用来测量电路功率的一种仪器 它测量的是电路的有效功率 单位为瓦特 还可以用来测量功率因数 2 操作符号包含两对输入端面板显示功率 功率因数 图标 符号图 面板 功率显示区 功率因数显示区 电压输入端 电流输入端 26 3 举例用功率表测量RLC串联电路中电源提供的功率以及功率因数 27 伏安特性分析仪1 功能伏安特性分析仪主要用来测量单个晶体管的伏安特性曲线 可测量的晶体管包括二极管 双极性晶体管和场效应管 在测量的时候 不能连接在电路中 只能单个测量 图标 符号图 晶体管连接端 特性曲线显示区 仪器面板 显示所选择的晶体管符号及其连接办法 晶体管类型选择 电流显示选项 电压显示选项 28 2 操作 1 Component 用于选择晶体管类型 2 CurrentRange A Y轴 用于改变图形显示区的电流显示范围I区 设置Y轴电流初始值及其单位F区 设置Y轴电流终止值及其单位Log按钮 设置Y轴对数刻度坐标Lin按钮 设置啊Y轴等刻度坐标 3 VoltageRange V X轴 用于改变图形显示区的电压显示范围 设置方式与电流范围设置相似 4 Reverse 单击 改变显示区域的背景范围 5 Sim Param 设置晶体管测试所需的扫描参数 29 3 举例 测试二极管的伏安特性 30 测量三极管和场效应管的伏安特性 31 频率计1 功能频率计是测量频率和周期的主要测量仪器 还可以测量脉冲信号的特性如脉冲宽度 上升沿和下降沿时间 图标 符号图 测量结果显示区 测量选项区 耦合方式选择区 灵敏度设置区 触发电平设置区 32 2 操作 1 测量选项区 用于对测量功能进行选择Freq按钮 测量信号频率Pulse按钮 测量正负脉冲的宽度Period按钮 测量信号周期Rise Fall按钮 测量脉冲信号的上升沿和下降沿时间 2 耦合方式选择 选择测量信号的类型AC按钮 只测量显示交流信号DC按钮 显示交直流混合信号 3 灵敏度设置区 用来输入灵敏度值 4 触发电平设置区 用来输入触发电平值 33 3 举例用频率计测量脉冲信号的频率 周期 正负脉冲宽度和上升沿时间 下降沿时间特性 测量频率 测量周期 测量脉冲 脉冲特性测量 34 波特仪1 功能波特仪是通过测量电路的幅频特性和相频特性 从而得到电路的频率响应的常用仪器 特别是对滤波器的分析 非常有用 图标 符号图 输入端 输出端 显示区 功能选择区 坐标设置区 控制区 游标测量显示区 35 2 操作 1 功能选择区Magnitude 幅频特性测量按钮Phase 相频特性测量按钮 2 水平轴设置区I 设置X轴频率初始值以及单位Log X轴对数刻度坐标F 设置X轴频率终止值以及单位Lin X轴等刻度坐标 3 垂直轴设置区为Y轴设置区 用来设置幅度的初始和终止值 与水平轴设置方法类似 4 控制区Reverse 改变显示区的背景颜色Save 保存显示波形Set 设置采样率显示的点数 36 3 举例 使用波特仪测量RC一阶低通滤波器的频率特性 37 失真度分析仪1 功能失真度分析仪能够对频率在20Hz 100KHz范围内的信号失真度进行测量 包括音频信号 图标 符号图 输入端 控制区 显示设置区 面板 显示区 仪器开关 分析设置区 38 2 操作 1 显示区 用来显示测量结果 2 仪器开关区Start 测试开始Stop 测试结束 3 分析设置区FundamentalFreq 设置基准频率ResolutionFreq 设置频率分辨率 4 控制区THD 测试分析总谐波失真SINAD 测量分析信噪比失真Set 用来对THD和SINAD分析进行设置 5 显示设置区 设置分析显示结果为百分比 还是分贝dB 39 举例 用失真分析仪分析甲乙类功率放大电路输出信号的失真情况 双通道示波器观察输入和输出信号 XDA1分析THD XDA2分析SINAD 40 的 输入信号 输入信号 交越失真 41 数字逻辑测试类仪器数字逻辑测试类仪器主要是在数字域中对数字逻辑电路进行测试诊断的测量工具 具体包括逻辑分析仪 逻辑转换仪和字函数发生器逻辑分析仪1 功能逻辑分析仪广泛用于数字电子系统的调试 故障查找 性能分析等 是数字电子系统设计中对数据域进行分析所必备的测量仪器2 操作逻辑分析仪有16个测试信号输入端子 时钟输入端 时钟检验端和触发检验端 42 图标 符号图 时钟输入端 时钟检验端 触发检验端 16个通道信号输入端口 显示区 控制区 游标测量显示区 时钟设置区 触发设置区 43 1 控制区Stop按钮 停止分析Reset按钮 重新测试分析Reverse按钮 设置显示区域的背景颜色 2 游标测量显示区T1 显示T1鼠标指针所指位置的信号T2 显示T2鼠标指针所指位置的信号T2 T1 显示T2与T1鼠标所指位置的信号之差 3 时钟设置区Clock Div 设置显示区每个水平刻度显示的时钟脉冲个数Set按钮 设置时钟脉冲 单击后弹出ClockSetup对话框 44 ClockSetup对话框ClockSource 设置时钟脉冲来源 外部或内部ClockRate 设定时钟脉冲频率SamplingSetting 设定采样方式 其中Pre triggerSample设定预触发采样数 Post trigger设定触发后采样数 ThresholdVolt设定阈值电压 45 4 触发设置区点击Set按钮 弹出TriggerSetup对话框TriggerClockEdge 设定触发方式 包括Positive 上升沿触发 Negative 下降沿触发 Both 上升 下降沿触发 TriggerQualifier 设定触发检验 包括0 1和XTriggerPattern 设定触发模式 可以在PatternA PatternB PatternC三种文本框中设定触发样本 也可以在TriggerCombination下拉表中设定组合的触发样本 46 3 举例 使用逻辑分析仪同时观察4路信号的时序关系 V1为正弦波信号 V2 V3为时钟电压源 V4为脉冲电压源 47 逻辑转换仪1 功能逻辑转换仪是Multisim特有的虚拟仪器 可以将电路 真值表以及逻辑式相互转换 该仪器最多支持8个输入变量单输出的组合逻辑电路的分析 2 操作 图标 真值表区 符号图 8路输入端 逻辑输出端 功能转换区 逻辑函数区 48 1 真值表区 显示或填写真值表 2 逻辑函数区 显示或填写逻辑表达式 3 转换功能区 将2输入与门或者或门组成的逻辑电路转换成真值表并显示在真值表区 将真值表转换为逻辑表达式并显示逻辑表达式区 将真值表转换为逻辑表达式并化简 结果显示在逻辑表达式区 将逻辑表达式转换成真值表 并显示在真值表区 将逻辑表达式转换成2输入与门或者或门组成的组合逻辑电路 并显示在电路图工作区 将逻辑表达式转换成2输入与非门组成的组合逻辑电路 并显示在电路图工作区 49 3 举例 分析电路的真值表 50 将 的真值表转换为逻辑表达式点击按钮 得到逻辑表达式点击按钮 得到化简逻辑表达式 51 字函数发生器字函数发生器是Multisim9的特色仪器之一 能够为数字电路的分析提供快速编辑数字电路激励信号源 图标 符号图 32路输出端 32路输出端 信号准备好端 外部触发端 缓冲区 控制区 显示方式区 触发方式区 频率设置区 52 2 操作 1 控制区 用来设定字组输出方式Cycle按钮 设定字缓冲输出为循环方式Burst按钮 设定从起始地址开始输出 而到终止位置才停止输出Step按钮 设定单步输出 一次只输出一个字Set按钮 设置 保存或调用字产生模式 2 显示方式区 设置缓冲区显示方式 十六进制 Hex 十进制 Dec 二进制 Binary 或者ASICI码 3 触发方式区 设置触发方式 Internal为内部触发 External为外部触发 还可以设置上升沿或者下降沿触发 53 4 频率设置区 设定输出的频率 5 缓冲区 对字序列进行编辑与显示3 举例 用字函数发生器产生0 F输出4路时序信号 54 射频测量类仪器射频测量类仪器主要是针对电路的射频特性和电路的网络特性进行测量的工具 主要包括频谱分析仪和网络分析仪频谱分析仪1 功能 频谱分析仪是一种测试高频电路频率的测量仪器 主要用来分析电路的幅频特性 类似时域的示波器 能够测量信号的功率和所包含的频率成分 图标 频段控制区 符号图 输入端 触发端 显示区 功能控制区 频率设置区 幅度设置区 55 2 操作 1 频段控制区 控制频率设置区参数的设定SetSpan Frequency区中所有项均可被设定ZeroSpan Frequency区中只有Center项可被设定FullSpan 采用全频段分析 Frequency区不能被设定 2 频率设置区 设定频率间距Span设定频率间距 Start设定起始频率Center设定中心频率 End设定终止频率设定频率区参数的方法有频段控制法和频率控制法两 3 幅度设置区 设定垂直的刻度dB按钮 分贝刻度dBm按钮 dBm刻度Lin按钮 线性刻度Range 设定每格代表多少分贝Ref 设定基准值Resolution 设定频率分辨率 56 4 功能控制区 控制及设定频谱分析仪Start 开始分析Stop 停止分析Show Ref 显示基准值Reverse 设定显示区的背景颜色Set 设定频谱分析仪Setting对话框Trigger 选择内部还是外部触发TriggerMode 指定触发模式Threshold 设定触发电平FFTPoints 设定变换点数 57 3 举例 用频谱分析仪分析混频电路 58 网络分析仪1 功能网络分析仪主要用来分析双端口网络的特性 主要包括衰减器 放大器 混频器 功率分配等 而Multisim9的网络分析仪除了测量S参数外 还可以测出H Y及Z参数等 图标 显示区 符号图 输入端 输出端 显示区 图形显示 分析模式区 参数设置区 选择功能区 设置区 显隐参数区 59 1 分析模式区Measurement 设定测量模式MatchNet Designer 设定电路设计模式RFCharacterizer 设定射频电路特性分析模式 2 参数设置区Param下拉列表 选择Z参数 S参数 H参数 Y参数以及稳定因素 Smith按钮 图形以史密斯格式显示Mag Ph 显示增益 相位的频率响应图即波特图Polar 显示极化图Re Im 以实数 虚数显示 60 3 显示 隐藏某个参数区 设定要显示的参数 按下某个按钮表示要显示该参数 4 功能选择区 设置显示方式Marker下拉列表 设定左边显示区中数据的显示模式ReIm 设定以直角坐标模式显示参数Mag Ph 设定以极坐标模式显示参数dBMag Ph 设定以分贝的极坐标模式显示参数Scale按钮 设定刻度AutoScale按钮 设定由程序自动调整刻度Setup按钮 设定图面上的各图形显示模式 如曲线颜色 宽度 样式 背景颜色等 61 5 设置区 对显示屏中的数据进行处理Load按钮 读取专用格式数据文件Save按钮 保存当前数据Exp按钮 输出数据到文本文件Print按钮 打印数据SimulationSet 设置不同分析模式下的参数 62 3 举例 分析RF放大器 63 仿真仪器仿真