第10章 可编程模拟器件与电子电路仿真软件.doc

第 10 章 可编程模拟器件与电子电路仿真软件 2 10 1 在系统可编程模拟电路 ispPAC 原理与应用 2 10 1 1 ispPAC10 的结构和原理 2 10 1 2 其它 ispPAC 器件的结构和原理 5 10 1 3 ispPAC 的典型应用 9 10 2Multisim 软件及其应用 10 10 2 1 Multisim 8 的基本界面 10 10 2 2 元件库 13 10 2 3 仿真仪器 23 10 2 4 仿真分析方法 24 10 2 5 在模拟电路设计中的应用 27 思考题 32 习题 32 第第 10 章章 可编程模拟器件与电子电路仿真软件可编程模拟器件与电子电路仿真软件 内容提要内容提要 近年来 模拟集成电路的设计工艺 模拟器件的功能 模拟电子电路的设计方 法 设计手段等得到了快速的发展 本章简单介绍功能可通过编程方式改变的模拟器件 ispPAC 的原理及应用 改变了传统的模拟电子电路设计方法 设计手段的 EDA 软件 Multisim 8 的功能及应用 10 1 在系统可编程模拟电路 在系统可编程模拟电路 ispPAC 原理与应用 原理与应用 在系统可编程模拟电路 In System Programmable Analog Circuit 简称 是 Lattice 公司推 出的一种新型模拟集成电路 目前主要有 5 种芯片 ispPAC10 ispPAC20 ispPAC30 ispPAC80 和 ispPAC81 通过开发软件 PAC Designer 及 相应的配套硬件 可以改变 ispPAC 的内部连接和元件参数 从而获得用户所需的特定功 能集成电路 在系统可编程模拟电路可用于工业自动化 电子测量 通信等领域 器件的在系统可编程性能给用户设计 修改电路带来了极大的方便 在 PAC Designer 环境下 输入 编辑电路 进行电路特性仿真 仿真通过后 只要用编程电缆将计算机的 并行口和电路板联接起来 就可将设计的电路下载至 ispPAC 中 完成硬件的设计和修改 10 1 1 ispPAC10 的结构和原理的结构和原理 1 电路结构 ispPAC10 的功能方框图如图 10 1 所示 包括四个独立的 PAC Programmable Analog Circuits 块 配置存贮器 Configuration Memory 模拟布线池 ARP Analog Routing Pool 参考电压 自校正单元 Reference Auto Calibration 以及 isp 接口等 其中 PAC 块是 ispPAC 的核心部分 ARP 实现器件内部电路的互连 内部电路与输入 输出引脚之间的连 接 ispPAC10 的内部原理图如图 10 2 所示 2 PAC 块的工作原理 如图 10 3 所示 每一个 PAC 块由两个差分输入的仪表用放大器 IA1 IA2 和一个双 端输出的输出放大器 OA1 组成 由于 OA1 兼有滤波 相加功能 故该 PAC 块称为 Fi Sum Filtering Summation PAC 块 电路的输入阻抗高达 109 共模抑制比为 69dB 输入信号频率为 10KHz 条件下测试 增益调节范围为 10 10 输出放大器的反馈电容 CF有 128 种值 1pF 62pF 反馈电阻 RF可接入或断开 各 PAC 块或 PAC 块之间可通过模拟布线池 ARP 实现可编程和级联 以 构成 1 10000 倍的放大器或复杂的滤波器电路 PAC 块的内部结构如图 10 4 所示 两个仪表用放大器 IA1 IA2 是具有差分输入 差 分输出的放大器 能够将输入差模电压转换为输出差模电流 如图 10 5 所示 故这种放大 器称为跨导运算放大器 OTA Operational Transconductance Amplifeer 该类电路是一种输 入电压控制输出电流的增益器件 用跨导 gm来表征其放大能力 当一对差模电压信号 Ui Ui 输入时 输出端会产生正比于输入电压 Ui Ui Ui 的电流 即 图 10 1 ispPAC10 的功能方框图 图 10 2 ispPAC10 的内部原理图 Ui1IA1 2 k1 Ui2IA2 2 k2 OA1 2 5V 2 Uo CF RF 共模电压输入 差分输出 反馈使能 求和 差分输入 差分输入 图 10 3 PAC 块的等效电路 Uo Uo Ui1 Ui1 Ui1 Uo CF IAF gm3 CF IA1 gm1 gm2 IA2 Ui2 Ui2 Ui2 OA1 a b 图 10 4 PAC 块的内部结构 IP Ui Ui Ui gm IM 图 10 5 仪表用放大器结构 10 1 1 Pmi Ig U 10 1 2 Mmi Ig U 式中 跨导 gm在 2 A V 和 20 A V 范围内可分 10 级步进编程 且其极性也可编程控制 输出放大器是一个双端输入双端输出的运算放大器 其中反馈支路中的电容 CF是一个 具有 128 种数值的可编程阵列 反馈放大器 IAF 的跨导 gm固定为 2 A V 其等效为一个 反馈电阻 RF RF的存在 便于组成信号求和电路或去除 RF后构成理想积分器 对图 10 4 假设只有一个输入信号 Ui1加到 IA1 对于 a b 两点 根据基尔霍夫电流 定理 有 10 1 3 ab 0II 即 10 1 4 i11o3o Fi11o3o F 0 mmmm U gU gUUsCU gU gUUsC 式 10 1 4 中 U U 分别为 OA1 同相 反相输入端的电压 Uo Uo Uo 根据运放的虚短 特性 可知 U U 所以可得 PAC 块的传递函数为 10 1 5 1 o13 F i1 F3 3 1 1 22 m mm m m g Usgg H s sC Us sCg g 令 s j 则有 10 1 6 0 j 1j H H H 式中 分别为低频增益 上限截止角频率 由此可 1 3 0 m m g H g 3 H F F 3 21 1 2 m m g C C g 见 PAC 块构成了一个有耗积分器 一阶低通滤波器 电路 与图 7 37 d 反相输入式一 阶低通有源滤波器的上限截止角频率对比 可知等效电阻 2 1 o R C F 3 1 2 m R g 若令 IAF 的 gm3 0 则相当于等效电阻 RF断开 电路则由有耗积分器变成无耗积分 器 即理想积分器 其传递函数为 10 1 7 F 1 1 j j 2 m H C g 若输入放大器 IA1 IA2 分别输入信号 Ui1 Ui2 则总的输出电压 Uo应为 10 1 8 1i12i21i12i2 o FF 33 22 mmmm mm g Ug Uk g Uk g U U CC gsgs 式中 IA1 的跨导 gm1 k1gm k1 2 A V IA2 的跨导 gm2 k2gm k2 2 A V k1 k2均为可 编程的放大倍数 其范围为 1 10 步进为 1 跨导放大器 IAF 的跨导 gm3是一个固定 值 且 gm3 2 A V 在低频区 式 10 1 8 可改写为 10 1 9 1i12i2 o1i12i2 3 mm m g Ug U UkUk U g 式 10 1 6 中 PAC 块的单边低频增益 H 0 为 10 1 10 11 1 33 0 1 10 mm mm gkg Hk gg 10 1 2 其它其它 ispPAC 器件器件的结构和原理的结构和原理 1 ispPAC20 器件的结构和原理 ispPAC20 的功能方框图如图 10 6 所示 包括两个独立的 PAC 块 两个比较器 CP Comparator 一个 8 位 DAC 配置存贮器 E2CMOS Mem 模拟布线池 参考电压 自校正单元以及 isp 接口等 图 10 6 ispPAC20 的功能方框图 ispPAC20 的内部原理图如图 10 7 所示 图 10 7 ispPAC20 的内部原理图 1 输入控制 外部引脚 MSEL 作为二选一多路选择器的地址输入端 从两个输入中选择一个作为 IA1 的输入 2 极性控制 跨导放大器 IA1 IA2 IA3 的增益为 10 10 IA4 的增益极性可控 当外部引脚 PC 1 时 增益调整范围为 10 1 当 PC 0 时 增益调整范围变为 1 10 3 比较器 CP1 CP2 为两个可编程双差分比较器 其正 负输入端均可输入差分电压 只有当 正输入端的差分电压高于负输入端的差分电压时 比较器才输出高电平 比较器的输入是 可编程的 可以是外部输入 PAC 块的输出 固定的参考电压 1 5V 或 3V DAC 的输出 等 比较器的输出有两种选择 直接输出或经异或门 XOR 输出 4 DAC ispPAC20 包含一个电压输出型的 8 位 DAC 输入方式可选择 并行输入 串行 JTAG 输入 串行 SPI 输入 输出为差分形式的双端输出 可以连接器件内部的比较器输入端 仪表放大器的输入端或直接输出 2 ispPAC30 器件的结构和原理 ispPAC30 的内部结构与引脚如图 10 8 所示 内部原理图如图 10 9 所示 包括四个输 入仪表用放大器 IA1 IA4 两个增强型 8 位数 模转换器 MDAC1 和 MDAC2 两个参考 电压基准源 VREF1 和 VREF2 两个输出放大器 OA1 和 OA2 配置存贮器 模拟布线池 自校正单元以及 isp 接口等 图 10 8 ispPAC30 的内部结构与引脚 四个跨导放大器 IA1 IA4 的增益为 10 10 其中 IA1 IA4 的输入端由外部引脚 MSEL1 MSEL2 确定 两个输出放大器 OA1 OA2 为单端输出方式 输出信号范围 0 5V 增益带宽积大于 15MHz 可偏置为放大器 滤波器 积分器和比较器等模式 两个独立的内部可控参考电压基准源 VREF1 和 VREF2 可分为 7 级 分别为 0 064V 0 128V 0 256V 0 512V 1 024V 2 048V 2 5V 两个增强型 MDAC 的参考电压可以为外部信号 内部信号或内部固定 DC 信号 如内 部参考电压基准源 VREF1 和 VREF2 模拟布线池的功能强大 所有 I O 引脚均可与任何 IA 或 DAC 连接 所有 IA 和 DAC 的输出也可叠加到任何输出放大器上 图 10 9 ispPAC30 的内部原理图 3 ispPAC80 器件的结构和原理 ispPAC80 和 ispPAC81 都是低通有源滤波器 两者的结构和工作原理完全相同 它们 的滤波频率范围不同 实现的滤波器类型不同 ispPAC80 的滤波范围为 50KHz 750 KHz ispPAC81 的滤波范围为 10KHz 75KHz ispPAC80 ispPAC81 可实现五阶低通有源滤波器 无需外部元件或时钟 ispPAC80 可实现的滤波器类型有 Elliptical 椭圆型 Chebyshev 切比雪夫型 Bessel 贝赛尔型 Bu tterworth 巴特沃斯型 Linear Phase 线性相位型 Gaussian 高斯型 和 Legendre 拉格朗日型 ispPAC81 可实现的滤波器类型有 Elliptical 椭圆型 Chebyshev 切比雪夫型 Bu tterworth 巴特沃斯型 可设计两组滤波器 其参数分别偏置 在 A B 两组 E2CMOS 存储器中 ispPAC80 的内部结构与引脚如图 10 10 所示 内部原理图如图 10 11 所示 包括一个 增益为 1 2 5 或 10 可选的差分输入仪表用放大器 IA 一个五阶低通有源滤波器 一个 差分输出放大器 OA 参考电压基准源 自校正单元 配置存贮器以及 isp 接口等 通过 片内 E2CMOS 可配置增益设置和电容器的值 双存储器结构 E2CMOS Cfg A E2CMOS Cfg B 可为两个完全不同的滤波器保存配置 图 10 10 ispPAC80 的内部结构与引脚 图 10 11 ispPAC80 的内部原理图 10 1 3 ispPAC 的典型应用的典型应用 1 1 ispPAC 的接口电路设计 要设计 ispPAC 的接口电路 首先要知道输入信号在器件的输入端 IN IN 的允许范围 需注意 ispPAC 系列中不同型号有着不同的输入信号范围 另外还有两个相关的电压 共 模电压和差分电压 共模电压是指两个输入端电压的平均值 差分电压是指两个输入端电 压的差值 信号的共模电压是非常重要的 因为它涉及到可以精确测量的差分信号范围 例如 ispPAC10 输入范围在 1V 到 4V 之间 最大差分输入范围是 3V 若共模电压选在 两个极限电压的中间 即 2 5V 则差分信号的范围可达到 3V 如果把共模电压 CMV 移 至 2V 那么就导致差分信号的范围减少至 2V ispPAC10 器件用 5V 电源供电 其内部包含 2 5V 基准参考电压 由 VREFOUT引脚输 出 VREFOUT引脚只能提供小于 50 350 A 的输出 输入电流 在接口电路设计中 若需要 2 5V 基准电压 可由 VREFOUT引脚直接提供或采用 VREFOUT缓冲电路提供 VREFOUT 缓冲电路由图 10 3 所示的 PAC 块构成 让输入端开路 反馈通路闭合 则输出放大器 OA1 的输出电压即为 VREFOUT 如图 10 12 所示 IA1 2 1 IA2 2 1 OA1 2 5V 2 Uo 2 5V CF RF 悬空 悬空 1 07pF 图 10 12 VREFOUT缓冲电路 2 增益为整数的电压放大器的设计 如果需要的电压放大倍数绝对值小于 10 则只需要利用一个仪表用放大器 例如 电 压放大倍数为 8 可将仪表用放大器 IA1 的增益设置为 8 而 IA2 的增益设置为 1 且没有输 入信号 输出放大器 OA1 的反馈电阻闭合 若要求电压放大倍数绝对值在 10 20 之间 则需要利用两个仪表用放大器 在一个 PAC 块内 例如 要求电压放大倍数为 18 可将仪表用放大器 IA1 的增益设置为 10 而 IA2 的增益设置为 8 且两个仪表用放大器的输入信号为同一个输入信号 输出放大器 OA1 的反馈电阻闭合 根据式 10 1 9 此时的输出为两路增益的相加 如图 10 13 所示 IA1 10 IA2 8 OA1 2 5V Uo CF RF 1 07pF Ui 图 10 13 电压放大倍数为 18 的 PAC 块 3 开发软件简介 Lattice 公司的 PAC Designer 软件支持 ispPAC 系列可编程模拟器件的开发 它为用户 提供了一个图形设计输入环境 若选择 ispPAC10 器件 则其初始界面如图 10 2 所示 用 户只需按设计电路要求 对 ispPAC 的 PAC 块内部或 PAC 块之间进行连线并选择参数 如 IA1 IA2 等的增益 k1 k2 反馈电容 CF的数值 即可 电路的设计和调整非常方便 对于滤波器的设计 PAC Designer 软件中含有专门的 宏 Macro 只要输入 f0 Q 等参数 软件即可自动连线 选择参数 生成所需的滤波电路 如双二阶滤波器 巴特沃斯 Butterworth 滤波器 切比雪夫 Chebyshev 滤波器 简化了设计工作 PAC Designer 软件还集成了一个模拟器 simulator 用于模拟放大器或滤波器的幅 频特性及相频特性 该软件可同时仿真四条幅频特性和四条相频特性 只需输入仿真频率 的起始值和终止值 仿真点数 输入节点及输出节点 软件即可绘制相应的频率响应曲线 10 2Multisim 软件及其应用软件及其应用 计算机技术的发展和人们对电子系统设计的新需求 推动了电子电路设计方法和手段 的进步 传统的设计手段逐步被 EDA Electronic Design Automation 所取代 目前常见的 EDA 软件有 Protel Orcad Pspice 和 EWB 系列软件 Multisim 8 软件的前身是 EWB Electronics Workbench 该软件是加拿大 IIT Interactive Image Technologies 公司在 20 世纪 80 年代后期推出的用于电子电路设计与仿真的 EDA 软 件 2001 年前后 IIT 公司对 EWB 软件进行了较大的改动 将其分为 4 个基本模块 Multisim 设计 仿真模块 Ultiboard PCB 设计模块 Ultiroute 布线引擎 Commsim 通 信电路分析与设计模块 能完成从电路的设计 仿真到电路板图生成的全过程 这四个模 块相互独立 可以分别使用 10 2 1 Multisim 8 的基本界面的基本界面 从图 10 14 可以看出 Multisim 8 的基本界面主要由菜单栏 Menu Bar 标准工具栏 Standard toolbar 视图工具栏 View toolbar 主工具栏 Main toolbar 使用中元件列表 In Use List 仿真开关 Simulate Switch 元件工具栏 Component toolbar 设计工具箱 Design Toolbox 电路工作区 Circuit window 仪器工具栏 Instruments toolbar 电子数据 表观察区 Spreadsheet view 状态栏 Status bar 等项组成 1 菜单栏 菜单栏中提供了 Multisim 8 的所有功能的命令 共包含 11 个菜单 如图 10 15 所示 图 10 14 Multisim 8 的基本界面 10 15 菜单栏 从左到由分别为 File 文件 Edit 编辑 View 视图 Place 放置 Simulate 仿真 Transfer 传输 Tools 工具 Reports 报告 Options 选项 Window 窗口 和 Help 帮助 每个菜单又包含若干个子菜单或菜单项 以执行相关的功能 2 主工具栏 主工具栏共包含 14 个按钮和 1 个下拉列表框 如图 10 16 所示 从左到右分别为 Toggle Design Toolbox 设计工具箱显示切换 Toggle Spreadsheet View 电子数据表观察区 显示切换 Database Management 数据库管理 Create Component 创建元器件 Run stop Simulation 运行 停止仿真 Grapher Analyses 仿真结果图形显示 分析类型列表 Postprocessor 仿真结果后处理器 Electrical Rules Checking 电气规则检查 Show Breadboard 显示当前电路的三维面包板视图 Back Annotate from Ultiboard 反向标注 Forward Annotate 正向标注 In Use List 当前电路使用元器件列表 Help 帮助 Educational Website 进入教育网站 EDA 进入 EDA 网站 10 16 主工具栏 3 元件工具栏 标准工具栏 菜单栏元件工具栏 主工具栏 仿真开关 仪器工具栏 电路工作区 设计工具箱 视图工具栏 使用中元件列表 状态栏电子数据表观察区 电路标签 梯形图工具栏 Multisim 8 将所有的元件模型分类后放在 13 个元件组 component group 中 如图 10 17 所示 从左到右分别为 Source 信号源 Basic 基本元件 Diode 二极管 Transistor 晶体管 Analog 模拟元件 TTL TTL 元件 CMOS CMOS 元件 Miscellaneous Digita 其它数字元件 Mixed 混合元件 Indicator 显示元件 Miscellaneous 其它元件 Electromechanical 机电类元件 RF 射频元件 图 10 17 最右 边的两个按钮方别为 Place Hierarchical Block 放置低层模块 Place Bus 放置总线 图 10 17 元件工具栏 4 设计工具箱 设计工具箱如图 10 18 所示 通过设计工具箱 可以浏览一个工程 project 中包含的不 同类型文件 如原理图 schematics 印制板图 PCBs 报告 reports 可以观察原理图的层 次结构等 设计工具箱共包含 3 个标签 Hierarchy 层次结构 Visibility 可视图层控制 Project View 工程包含资源查看 图 10 18 设计工具箱 5 电路工作区 电路工作区相当于一个现实工作中的操作平台 电路原理图的绘制 编辑 仿真及波 形显示等都在此窗口完成 6 仪器工具栏 仪器工具栏含有 19 种用来对电路工作状态进行测试的仪器 如图 10 19 所示 从左到 右分别为 Multimeter 万用表 Function Generator 信号发生器 Wattmeter 瓦特表 Oscilloscope 示波器 Four Channel Oscilloscope 4 通道示波器 Bode Plotter 波特仪 Frequency Counter 频率计 Word Generator 字发生器 Logic Analyzer 逻辑分析仪 Logic Converter 逻辑转换器 IV Analysis 伏安特性分析仪 Distortion Analyzer 失真分析 仪 Spectrum Analyzer 频谱分析仪 Network Analyzer 网络分析仪 Agilent Function Generator 安捷伦信号发生器 Agilent Multimeter 安捷伦万用表 Agilent Oscilloscope 安 捷伦示波器 Tektronix Oscilloscope 泰克示波器 Measurement Probe 测量探针 图 10 19 仪器工具栏 7 电子数据表观察区 通过电子数据表观察区 用户可以快速地查看 编辑参数 如元件的封装 footprints 编号 RefDes 属性 attributes 设计约束条件 design constraints 等 可以一次改变部分或 全部元件的参数 共包含 4 个标签 Results 结果 Nets 网络标号 Components 元件 PCB Layers 印制板图层 如图 10 20 所示 图 10 20 电子数据表观察区 8 状态栏 状态栏显示关于当前操作的一些有用信息及鼠标当前所指对象的描述信息 10 2 2 元件库元件库 任何一个电子仿真软件都要有一个供仿真用的元件数据库 习惯称之为元件库 元件 库中元件的数量将直接影响该软件的使用范围 而元件模型的精确程度则影响仿真结果的 准确性 Multisim 8 中的元件存放在三种不同的数据库中 执行 Tools Database Database Manager 命令即可看见数据库管理信息 分别为 Master Database Corporate Database User Database 三个数据库 Master Database 存放 Multisim 8 提供的所有的元件 用户不能添加或移动该库中的元件 Corporate Database 仅在专业版中有效 用于多人共同 开发项目时建立共用的元件库 User Database 用来存放用户使用 Multisim 提供的编辑器自 行开发的元件模型 或者将 Master Database 库中的元件修改后存放于此 Master Database 中包含 1 4 个元件组 component group 该分类中的前 13 个与图 10 17 元件工具栏中的元件组图标相对应 最后一个为梯形图 Ladder Diagrams 与图 10 14 中的梯形图工具栏中左边的图标相对应 每个组中包含若干个系列 component family 每个系列中包含若干个具体的元件 1 信号源 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 1 个按钮 Source 信号源 图标 弹出如图 10 21 所示的信号源元件选择对话框 由图 10 21 可见 Sources 组包含 6 个系列 第 2 个系列中 包含 8 个元件 对话框右边各项的说明如下 1 Symbol ANSI 栏 显示所选择元件的符号 此处采用的是美国国家标准学会标准 ANSI American National Standards Institute 2 Function 栏 显示所选择元件的功能描述 3 Model Manuf ID 栏 显示元件模型对应真实元件的生产商及元件模型在元件库中 的标识符 4 Footprint Manuf Type 栏 显示元件模型对应真实元件的引脚封装的生产商及类型 5 OK 按钮 单击该按钮将选择的元件放到工作区 Circuit window 6 Close 按钮 单击该按钮不放置元件并关闭该对话框 7 Search 按钮 单击该按钮将弹出如图 10 22 所示对话框 根据元件所属的组 系 列 元件名等信息搜索所需要的元件 8 Detail Report 按钮 单击该按钮将显示元件的详细报告 包括所属的库 组 系 列 符号 封装 模型数据等 9 Model 按钮 单击该按钮将仅显示元件的模型数据报告 Model Data Report 10 Help 按钮 单击该按钮将获得有关放置元件的帮助信息 图 10 21 信号源元件选择对话框 图 10 22 元件搜索对话框 由图 10 21 可见 Sources 组包含 6 个系列的信号源 分别说明如下 1 POWER SOURCES 电源 包括交 直流电源 地 数字地 星型 三角形连接 的三相电源等 2 SIGNAL VOLTAGE SOURCES 信号电压源 包括交流电压 AM 电压 时钟电 压 指数电压 FM 电压 分段线性电压 脉冲电压 热噪声电压 3 SIGNAL CURRENT SOURCES 信号电流源 包括交流 直流电流 时钟电流 指数电流 FM 电流 磁通量 磁通量发生器 分段线性电流 脉冲电流 4 CONTROL FUNCTION BLOCKS 控制功能块 包括限流块 除法器 乘法器 积分器 微分器 限压块 三路电压求和等 5 CONTROLLED VOLTAGE SOURCES 受控电压源 包括电流控制电压源 频移 键控电压源 电压控制正弦电压源 电压控制电压源等 6 CONTROLLED CURRENT SOURCES 受控电流源 包括电流控制电流源 电压 控制电流源 2 基本元件 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 2 个按钮 Basic 基本元件 图标 弹出基本元件 选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 23 所示 图 10 23 基本元件组 1 BASIC VIRTUAL 基本虚拟元件 包括虚拟继电器 电容 电感 电位器 电阻 半导体电阻 半导体电容 可变电容 可变电感等 虚拟元件 Virtual Component 是指元件 的大部分模型参数是该类元件的典型值 部分模型参数由用户根据需要自行确定的元件 该类元件没有引脚封装信息 在制作 PCB 时需用有封装的现实元件代替 现实元件是根据 实际存在的元件参数设计的元件 与实际元件相对应 有封装信息 由于可以方便地改变 虚拟元件的参数 故在仿真中经常使用虚拟元件 2 RATED VIRTUAL 额定虚拟元件 包括额定晶体管 有极性电容 电容 二极管 熔丝 电感 发光二极管 继电器 运算放大器 电位器 电阻 变压器 可变电容 可 变电感等 3 3D VIRTUAL 三维虚拟元件 包括常见的电阻 电容 电感 晶体管 二极管等 该类元件全部以三维真实形态显示 4 RESISTOR 电阻 该类元件是标称电阻 其阻值不能改变 5 RESISTOR SMT 贴片电阻 SMT 的含义为表面粘着技术 Surface Mounted Technology 该类元件阻值不能改变 6 RPACK 排阻 相当于多个电阻并列封装在一个壳内 7 POTENTIOMETER 电位器 可通过键盘字母键动态调节电阻值 单按字母键表 示增加电阻值 同时按 shift 键和字母键表示减小电阻值 调节增量 如 5 可以改变 8 CAPACITOR 电容 所有电容为无极性电容 不能改变参数 没有考虑误差 也 未考虑耐压大小 9 CAP ELECTROLIT 电解电容 所有电容为无极性电容 端需接直流高电位 10 CAPACITOR SMT 贴片电容 情况与贴片电阻类似 11 CAP ELECTROLIT SMT 贴片电解电容 情况与电解电容类似 12 VARIABLE CAPACITOR 可变电容 情况与电位器类似 13 INDUCTOR 电感 情况与电阻 电容类似 14 INDUCTOR SMT 贴片电感 情况与贴片电阻类似 15 VARIABLE INDUCTOR 可变电感 情况与电位器类似 16 SWITCH 开关 包括电流控制开关 单刀单掷开关 单刀双掷开关 按钮开关 延时开关 电压控制开关 17 TRANSFORMER 变压器 包括音频变压器 电源变压器 射频变压器等 18 NON LINEAR TRANSFORMER 非线性变压器 均为考虑了损耗 铁芯磁特性 的非线性及磁滞特性等因素的变压器 19 Z LOAD 阻抗负载 包括 RLC 串联 RLC 并联等阻抗负载 可对其中的电阻 电容 电感等参数进行修改 20 RELAY 继电器 该类元件为控制继电器触点开合的线圈电压值不同的继电器 21 CONNECTORS 连接器 输入 输出连接器 该类元件对仿真结果没有影响 主要 用于 PCB 设计 22 SOCKETS 插座 该类元件为 DIP 封装形式集成电路的插座 其作用与 CONNECTORS 元件类似 3 二极管 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 3 个按钮 Diode 二极管 图标 弹出二极管元 件选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 24 所示 图 10 24 二极管元件组 该组共包含 11 个系列 DIODES VIRTUAL 虚拟二极管 DIODE 二极管 ZENER 稳压二极管 LED 发光二极管 FWB 全波桥式整流器 SCHOTTKY DIODE 肖特基二极管 SCR 可控硅 DIAC 双向开关二极管 TRIAC 双 向可控硅开关 VARACTOR 变容二极管 PIN DIODE PIN 二极管 4 晶体管 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 4 个按钮 Transistor 晶体管 图标 弹出晶体管 元件选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 25 所示 图 10 25 晶体管元件组 该组共包含 20 个系列 TRANSISTORS VIRTUAL 虚拟晶体管 BJT NPN 双极型 NPN 管 BJT PNP 双极型 PNP 管 DARLINGTON NPN 达林顿 NPN 管 DARLINGTON PNP 达林顿 PNP 管 DARLINGTON ARRAY 达林顿阵列 BJT NRES 内部带偏置电阻的 NPN 管 BJT PRES 内部带偏置电阻的 PNP 管 BJT ARRAY 晶体管阵列 IGBT 绝缘栅双极型管 MOS 3TDN 三端耗尽型 NMOSFET MOS 3TEN 三端增强型 NMOSFET MOS 3TEP 三端增强型 PMOSFET JFET N NJFET JFET P PJFET POWER MOS N 功率 NMOS POWER MOS P 功率 PMOS POWER MOS COMP 互补功率 MOS UJT 可编程单结晶体管 THERMAL MODELS 带有热模型的 MOSFET 5 模拟元件 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 5 个按钮 Analog 模拟元件 图标 弹出模拟元 件选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 26 所示 图 10 26 模拟元件组 该组共包含 6 个系列 ANALOG VIRTUAL 模拟虚拟元件 OPAMP 运算放大器 OPAMP NORTON 诺顿运放 COMPARATOR 比较器 WIDEBAND AMPS 宽带运放 SPECIAL FUNCTION 特殊功能运放 6 TTL 元件 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 6 个按钮 TTL TTL 元件 图标 弹出 TTL 元 件选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 27 所示 图 10 27 TTL 元件组 该组共包含 6 个系列 74STD 标准系列 74S 肖特基系列 74LS 低功耗肖特基系列 74F 高速系列 74ALS 先进低功耗肖特基系列 74AS 先进肖特基系列 7 CMOS 元件 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 7 个按钮 CMOS CMOS 元件 图标 弹出 CMOS 元件选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 28 所示 图 10 28 CMOS 元件组 该组共包含 11 个系列 CMOS 5V 5V4000 系列 74HC 2V 2V74HC 系列 CMOS 10V 10V4000 系列 74HC 4V 4V74HC 系列 CMOS 15V 15V4000 系列 74HC 6V 6V74HC 系列 TinyLogic 2V 2V TinyLogic 系列 TinyLogic 3V 3V TinyLogic 系列 TinyLogic 4V 4V TinyLogic 系列 TinyLogic 5V 5V TinyLogic 系列 TinyLogic 6V 6V TinyLogic 系列 8 其它数字元件 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 8 个按钮 Miscellaneous Digita 其它数字元件 图标 弹出其它数字元件选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 29 所示 图 10 29 其它数字元件组 含有 TTL TTL 数字逻辑器件 DSP 数字信号处理器 FPGA 现场可编程门阵列 PLD 可编程逻辑器件 CPLD 复杂可编程逻辑器件 MICROCONTROLLERS 微控制器 MICROPROCESSORS 微处理器 VHDL 用 VHDL 语言编写的数字逻辑器件 VERILOG HDL 用 Verilog HDL 语言编写的数字逻辑器件 MEMORY 存储器 LINE DRIVER 线性驱动器 LINE RECEIVER 线性接收器 LINE TRANSCEIVER 线性 收发器 共 13 个系列 需注意 TTL 系列中的元件没有用于 PCB 设计的封装信息 9 混合元件 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 9 个按钮 Mixed 混合元件 图标 弹出混合元 件选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 30 所示 图 10 30 混合元件组 1 MIXED VIRTUAL 虚拟混合元件 包括 555 定时器 模拟开关 分频器 单稳态 触发器 锁相环 2 TIMER 定时器 包括 8 种不同型号的 555 定时器 3 ADC DAC 模数 数模转换器 包括分辨率为 8 位 16 位等的 ADC DAC 4 ANALOG SWITCH 模拟开关 也称电子开关 通过控制信号控制开关的通断 5 MULTIVIBRATORS 多谐振荡器 包含 8 种单稳态触发器 10 显示元件 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 10 个按钮 Indicator 显示元件 图标 弹出显示 元件选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 31 所示 图 10 31 显示元件组 1 VOLTMETER 电压表 可测量交 直流电压 2 AMMETER 电流表 可测量交 直流电流 3 PROBE 探测器 作用相当于 LED 仅有一个端子 使用时将其与电路中某一点相 连 当该点为高电平时 探测器发光 4 BUZZER 蜂鸣器 当加在该元件端口上的电压超过设定电压值时 元件按设定的 频率发声 5 LAMP 灯泡 该元件的电压和功率不可改变 对直流电压灯泡稳定发光 对交流 电压灯泡闪烁发光 当外加电压超过灯泡所能承受的最大电压时灯泡将烧坏 6 VIRTUAL LAMP 虚拟灯泡 该元件的电压和功率可以改变 其它同现实灯泡 7 HEX DISPLAY 十六进制显示器 包含带译码的 7 端数码显示器 不带译码的 7 端数码显示器等 8 BARGRAPH 条形光柱 每个元件相当于 10 个发光二极管 11 其它元件 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 11 个按钮 Miscellaneous 其它元件 图标 弹 出其它元件选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 32 所示 图 10 32 其它元件组 1 MISC VIRTUAL 其它虚拟元件 包括晶振 熔丝 电机 光耦 真空三极管 2 TRANSDUCERS 传感器 包括位置传感器 压力传感器 霍耳效应传感器 光敏 晶体管 发光二极管 液体温度传感器等 3 OPTOCOUPLER 光耦元件 包括不同生产商的多种类型的光耦合元件 4 CRYSTAL 晶振 包括多个振荡频率的晶振元件 5 VACUUM TUBE 电子管 包含管脚数分别为 3 4 5 6 8 的电子管 6 FUSE 熔丝 包含不同电流规格的熔丝 当电路中的电流超过其额定最大电流时熔 丝将烧断 7 VOLTAGE REGULATOR 电压调节器 包含的元件绝大多数为三端电压调节器 8 VOLTAGE REFERENCE 基准电压 包括不同生产商的多种类型的基准电压元件 9 VOLTAGE SUPPRESSOR 瞬变电压抑制二极管 一种高效能电路保护器件 它的 外型与普通二极管相同 但却能吸收高达数千瓦的浪涌功率 它的主要特点是在反向应用 条件下 当承受一个高能量的大脉冲时 其工作阻抗立即降至极低的导通值 从而允许大 电流通过 同时把电压箝制在预定水平 其响应时间为 ps 数量级 因此可有效地保护电子 线路中的精密元器件 10 BUCK CONVERTER 降压变换器 用于对直流电压进行降压变换 11 BOOST CONVERTER 升压变换器 用于对直流电压进行升压变换 12 BUCK BOOST CONVERTER 降压 升压变换器 用于对直流电压进行降压 升 压变换 13 LOSSY TRANSMISSION LION 有损耗传输线 有损耗媒介的二端口网络 传输 线长度 单位长度的电阻 电感 电容 电导率共五个参数可改变 14 LOSSLESS LINE TYPE1 无损耗传输线类型 1 无传输损耗 其特征阻抗为纯电 阻性 特征阻抗和传输延迟时间两个参数可改变 15 LOSSLESS LINE TYPE2 无损耗传输线类型 2 无传输损耗 与无损耗传输线类 型 1 相比 不同之处在于传输延迟时间是通过设置传输信号频率和线路归一化长度来确定 的 16 FILTERS 滤波器 包括 5 阶低通滤波器 8 阶低通滤波器等集成滤波器 17 MOSFET DRIVER MOSFET 驱动器 包含单通道 双通道高速 MOSFET 驱动器 18 POWER SUPPLY CONTROLLER 电源控制器 包括 3 个 5 位可编程集成脉宽调 制器 19 MISCPOWER 其它电源 包括数字电位器 桥式推挽功放 三相马达驱动器 智 能电源开关等 20 PWM CONTROLLER 脉宽调制器 包括电压模脉宽调制器 电流模脉宽调制器 21 NET 网络 包含建立电路模型的模板 通过输入网络表来建立一个具有 2 20 个 引脚的模型 22 MISC 其它 包括可编程 DRAM 控制器 驱动器 集成 GPS 接收机 ADSL 驱动 器 开关电容升压转换器 高速电源驱动器 12 机电类元件 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 12 个按钮 Electromechanical 机电类元件 图标 弹出机电类元件选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 33 所示 图 10 33 机电类元件组 1 SENSING SWITCHES 感测开关 可通过键盘上的某个键控制该类开关的开合 2 MOMENTARY SWITCHES 瞬时开关 操作与感测开关类似 只是当其动作后不 能恢复到原来的状态 3 SUPPLEMENTARY CONTACTS 接触器 操作与感测开关类似 4 TIMED CONTACTS 定时接触器 通过设置延迟时间控制其开合 5 COILS RELAYS 线圈与继电器 包括普通继电器 计数器控制继电器 励磁线圈 正转启动继电器 电机启动继电器 反转启动继电器 延时继电器等 6 LINE TRANSFORMER 线性变压器 包括各种空芯类和铁芯类电感器和变压器 7 PROTECTION DEVICES 保护装置 包括磁过载保护器 梯形逻辑过载保护器 过载保护器 热过载保护器 8 OUTPUT DEVICES 输出设备 包括三相电机 直流电机电枢 加热器 指示器 直流电机 螺线管 13 射频元件 单击图 10 17 元件工具栏的左数第 13 个按钮 RF 射频元件 图标 弹出射频元件 选择对话框 左边 Family 栏的内容如图 10 34 所示 图 10 34 射频元件组 当电路工作在射频状态时 由于电路的工作频率很高 所以导致元件模型发生很多变 化 在低频下的模型将不能适用于射频工作状态 该组元件共包含 7 个系列 RF CAPACITOR 射频电容 RF INDUCTOR 射频电感 RF BJT NPN 射频 NPN 晶体管 RF BJT PNP 射频 PNP 晶体管 RF MOS 3TDN 射频耗尽型 NMOSFET TUNNEL DIODE 射频隧道二极管 STRIP LINE 射频传输线 10 2 3 仿真仪器仿真仪器 Multisim 8 的仿真仪器包括仪器工具栏中的 19 种仪器和显示元件组中的电压表 电流 表等 使用仿真仪器时 只需在仪器工具栏中单击选用仪器的图标 然后将该仪器拖到电 路工作区即可 双击该仪器即可打开仪器的控制面板进行参数设置 下面简单介绍常用仪 器的功能 1 Multimeter 万用表 自动调整量程的数字显示的万用表 可测量交 直 流电压 流 电阻及电路中两点 之间的分贝损耗 2 Function Generator 信号发生器 可产生正弦波 三角波和矩形波三种波形的电压信号 频率范围为 0 001pHz 1000THz 幅度范围为 0 001pV 1000TV 直流偏置范围为 1000TV 1000TV 对三角波和矩形波 占空比在 1 99 间可调 3 Wattmeter 瓦特表 用于测量电路的功率和功率因数 功率以瓦特表示 4 Oscilloscope 示波器 双通道示波器 时间标尺范围为 1ps Div 1000Ts Div Y 轴刻度范围为 1pV Div 1000TV Div 控制面板上有两个数字光标 便于读取任一点的数值或两点之间 的差值 可将波形数