MultiSIM7游标等特殊工具等

第八章進階模擬與分析實例演練困難度指數：JJJKKK學習條件：MultiSIM基本操作學習時間：180分鐘本章綱要：1. 認識波形視窗2. 跟著範例走大部分電路模擬軟體，在模擬小電路、基本電路時都嘎嘎叫的，不過，遇到較複雜的電路時，那就有點困難了！當然，想要舉出一些較複雜的電路為例，也不是那麼簡單！偏偏MultiSIM所提供的範例，就有點深度，好像就是特別要展示它的功能一樣！在本章裡，就以MultiSIM所提供的範例，實例演練電路分析與模擬。8-1認識波形視窗不管是利用程式所提供的儀表來測量電路，還是以程式所提供的分析功能，其結果都將出現在波形視窗之中。當我們進行分析時，波形視窗將自動出現在螢幕之中。此外，我們也可以啟動View/Show/Hide Grapher命令來開關波形視窗。圖(1) 波形視窗如上圖所示之波形視窗，其中包括兩頁，在Bode Plotter-XBP1頁裡，顯示XBP1波德圖描繪器測量的波形，其中包括兩個波形圖；在Oscilloscope-XSC1頁裡，顯示XSC1示波器所測量的波形，其中只有一個波形圖，我們只要指向Oscilloscope-XSC1標籤，按滑鼠左鍵即可切換到該頁，如下圖所示：圖(2) 示波器裡的波形不管是一個波形還是兩個波形，我們只要指向該波形，按滑鼠左鍵，即可選取該波形，視窗左邊的紅色小三角形即移至該波形的左邊。同時，工具列上的按鈕，大部分都可用了。當然，只要認識工具列的操作，就很好玩了！工具列裡的各按鈕，如下說明：n ：本按鈕的功能是開啟一頁新的波形，按滑鼠左鍵即可拉出命令，如下圖所示：圖(3) 開新波形頁其中的New Page命令就可開啟一個空白的波形頁，而Delete All Pages命令就是刪除該視窗裡所有的波形頁。n ：本按鈕的功能是開啟波形檔(*.gra)。n ：本按鈕的功能是將波形視窗裡的波形存檔。n ：本按鈕的功能是列印波形視窗裡的波形。n ：本按鈕的功能是預覽列印，按本按鈕後，視窗改變如下：圖(4) 預覽列印這時候，可按鈕切換到下一頁，也可按鈕列印該頁，或按鈕關閉預覽列印狀態。n ：本按鈕的功能是剪下目前所指定的波形(左邊有紅色小三角形的波形)，則該波形將被丟到剪貼簿裡，而視窗裡該波形將消失。我們可藉此功能將所指定的波形貼到其它文件中(如Word等)。n ：本按鈕的功能是複製目前所指定的波形(左邊有紅色小三角形的波形)，則該波形將被複製到剪貼簿裡，而視窗裡該波形不會消失。我們可藉此功能將所指定的波形貼到其它文件中(如Word等)。n ：本按鈕的功能是將剪貼簿裡的圖件，貼到指定的頁上。n ：本按鈕的功能是恢復前一個動作，即復原(Undo)功能。n ：本按鈕的功能是開關格線，如下圖所示，上面的波形圖裡顯示格線，而下面的波形圖裡沒有顯示格線：圖(5) 格線n ：本按鈕的功能是開關圖例，如下圖所示：圖(6) 圖例n ：本按鈕的功能是開關游標，視窗裡將出現兩個游標(紅色與藍色)，同時，視窗裡也將顯示游標所指波形的相關資訊，如下圖所示：圖(7) 游標n ：本按鈕的功能是縮小波形顯示比例，嘿嘿，有必要嗎？n ：本按鈕的功能是反相顯示，也就是黑底的波形圖，很炫喔！如下圖所示：圖(8) 反相顯示n ：本按鈕的功能是設定波形圖的屬性，按本按鈕後，螢幕出現如下圖所示之對話盒：圖(9) 波形圖之屬性如上圖所示為General頁，我們可以在Title欄位裡輸入該波形圖的名稱(可用中文)，也可按鈕進入設定其字型。在Grid區塊裡，可設定格線的顏色，及是否顯示格線。在Trace Legend區塊裡，設定是否顯示圖例。在Cursors區塊裡，設定是否使用游標。圖(10) Left Axis頁如上圖所示為左邊軸線(垂直軸)之設定頁，我們可以在Label區塊裡，指定垂直軸名稱(可用中文)。在Axis區塊裡，指定要不要顯示軸線，或軸線的顏色。在Scale區塊裡，垂直軸的刻度。在Range區塊裡，指定刻度範圍，Minimum欄位為最低刻度、Maximum欄位為最高刻度。另外，Bottom Axis頁、Right Axis頁及Top Axis頁，分別為下邊、右邊及上邊的軸線設定，與左邊軸線頁類似。圖(11) Traces頁如上圖所示為曲線設定頁，我們可以在Color欄位裡，指定曲線的顏色。在X Range區塊裡，指定採用的水平軸、在Y Range區塊裡，指定採用的垂直軸。而在Offsets區塊裡，指定偏移調整，不過，最好是按鈕，讓程式自動調整。最後按鈕，即可反應到波形視窗裡，如下圖所示：圖(12) 設定後的波形圖n ：本按鈕的功能是將此波形圖的屬性，複製到剪貼簿裡。n ：本按鈕的功能是貼上剪貼簿裡的波形圖屬性。n ：本按鈕的功能是將波形圖裡，曲線的數字資料(曲線是由點所點起來的，而每個點都有垂直與水平座標)輸出到Excel試算表裡，如下圖所示：圖(13) 資料輸出到試算表n ：本按鈕的功能是開啟將波形圖裡，曲線的數字資料輸出到MathCAD。8-2跟著範例走在本單元裡，將準備二十一個範例電路圖，經過簡單說明後，請繪製電路圖，然後進行各項模擬與分析。8-2-1 信號合成電路示範電路圖(14) 示範電路說明n 如上圖所示，其中包括三個信號源V1(120V60Hz)、V2(40V180Hz)及V3(15V300Hz)，V1永遠接到信號加總器(A1)的C點；V2則是經過S2才接到信號加總器的A點，而S2是由鍵所控制的，如果按鍵V2接到信號加總器的A點，再按一次鍵，則V2不接到信號加總器的A點；同樣的，V3則是經過S1才接到信號加總器的B點，而S1是由鍵所控制的。而信號加總器的輸出端，就是將A、B、C三點的電壓合成，在此利用示波器分別觀察只有V1時的信號波形、V1加上V2之後的信號波形、V1加上V3之後的信號波形，以及這三個信號的合成信號波形。n 示波器量測波形後，再進行暫態分析，看看暫態分析的結果是否與示波器量測的波形一樣？8-2-2 電壓限制器示範電路圖(15) 示範電路說明n 如上圖所示，其中包括兩個信號源V3(2V100Hz)、V4(10V5000Hz)，這兩個信號串接，而得到一個調幅信號，其信號在12V之間變化。這個調幅信號經過D3、V1，而將正電壓限制在5V(即VD3+4.3V)；經過D4、V2，而將負電壓限制在-5V(即-VD4-4.3V)。n 利用示波器量測此電路的輸出入波形後，再進行暫態分析，看看暫態分析的結果是否與示波器量測的波形一樣？8-2-3 倍頻電路示範電路圖(16) 示範電路說明n 如上圖所示，我們利用信號產生器，提供一個1000Hz、責任週期(Duty Cycle)為50%、振幅為2.5V、偏移電壓(Offset)為2.5V之方波，輸入到電路。則電路的輸出端將產生2000Hz之方波輸出。n 對於輸出波形的責任週期，我們可以由鍵來控制，按鍵則責任週期將降低、按+鍵，則責任週期將增加。n 示波器量測波形後，再進行暫態分析，看看暫態分析的結果是否與示波器量測的波形一樣？8-2-4 取樣電路示範電路圖(17) 示範電路說明n 如上圖所示，其中包括類比零件與TTL數位零件，使用到TTL數位零件，要記得放置VCC及VGND，以提供TTL之電源。n 此電路的動作來自R3與C1構成的充電電路，當C1上的充電電壓高於Q2基極的切入電壓時，Q2即飽和、VCE2=0.2V。所以LED會亮，而這個電壓接到74LS00D的兩個輸入端(這個反及閘被當成反閘使用)，其輸出端將為高電壓。74LS00D所輸出的高電壓接到Q1的基極，使Q1導通，C1將透過Q1的CE放電。當C1因放電而低於Q2基極的切入電壓時，Q2即截止、VCE2=5V。所以LED就不亮了，74LS00D的兩個輸入端變成高電壓，其輸出端降為低電壓，使Q1截止，C1不再放電，而轉為充電狀態，如此週而復始。n 示波器量測波形後，再進行暫態分析，看看暫態分析的結果是否與示波器量測的波形一樣？8-2-5 偉恩電橋示範電路圖(18) 示範電路說明n 如上圖所示為一個含有自動增益控制(AGC)的音頻正弦波信號產生器，也就是偉恩電橋。其中的AGC電路，就是輸出端經D1、D2、R5、C3，回授到Q1 FET的閘極上，以改變此FET的通道電阻。而這個通道電阻與電橋的R4並聯，如此將會影響到此電橋的振盪頻率。n 測量時，電路會經過幾個週期之後，其輸出波形將會更漂亮！示波器量測波形後，再進行暫態分析，看看暫態分析的結果是否與示波器量測的波形一樣？8-2-6 史密特觸發電路示範電路圖(19) 示範電路說明n 如上圖所示，這是一個利用555所設計的史密特觸發電路。我們利用一個正弦波信號源V2(12V1000Hz)做為輸入的信號；而電路的輸出將是一個方波。n 請用示波器量測輸出入信號的關係，並找出高臨界點電壓，以及低臨界點電壓。n 示波器量測波形後，再進行暫態分析，看看暫態分析的結果是否與示波器量測的波形一樣？8-2-7 脈波寬度調變電路示範電路圖(20) 示範電路說明n 如上圖所示，我們利用555來設計一個脈波寬度調變電路(PWM)，其中包括兩個信號源V1(10V10KHz)、V2(4.5V400Hz)，V2用來控制脈波的週期，而V1用來控制脈波的責任週期。n 請以示波器測量其中脈波的週期(或頻率)為何？而脈波寬度與V2之間有何關係？n 示波器量測波形後，再進行暫態分析，看看暫態分析的結果是否與示波器量測的波形一樣？8-2-8 握住取樣電路示範電路圖(21) 示範電路說明n 如上圖所示，我們利用一個運算放大器及兩個FET來設計握住取樣電路(Sample Hold Circuit)，其中的V5(5V1KHz)信號源是我們所要追蹤取樣的信號。另外，我們也利用信號產生器，產生15V 16KHz的取樣控制信號，也就是取樣的頻率。n 請用示波器量測輸出入波形，然後暫停模擬，調整信號產生器的頻率，觀察頻率與取樣波形的關係。n 示波器量測波形後，再進行暫態分析，看看暫態分析的結果是否與示波器量測的波形一樣？8-2-9 亂數信號產生器示範電路圖(22) 示範電路說明n 如上圖所示，其中包括由T型正反器與及閘構成的計數器，還有一個數位轉類比的IC(VDAC)，或許你會覺得很奇怪，為什麼在此的數位零件不用接VCC、VGND？主要的原因是這些都是虛擬的零件，在雜項數位零件列所取用的零件，所以不必接用電源。n 在電路中，我們利用一個脈波信號源V1，提供一個10MHz的脈波信號，做為亂數產生的來源。這個信號輸入到計數器，而計數器的輸出分別加到DAC的高四位元及低四位元，再以示波器觀察DAC的輸出波形。n 示波器量測波形後，再進行暫態分析，看看暫態分析的結果是否與示波器量測的波形一樣？8-2-10 八階主動濾波器示範電路圖(23) 示範電路說明n 如上圖所示為八階低通主動濾波器，沒錯，就是八階的濾波器，可千萬不要嚇到！在此以一顆MAX274 IC做為主要的零件，然後測量該電路的頻率響應，我們利用波德圖描繪器，描繪其波德圖。嘿嘿，八階的喔，其每10倍頻所下降的幅度很大！在此可看到接近垂直的下降曲線！n 請以波德圖描繪器，描繪其振幅與相位之頻率響應。再進行交流分析，看看交流分析的結果是否與波德圖描繪器描繪的波形一樣？8-2-11 邏輯狀態指示電路示範電路圖(24) 示範電路說明n 如上圖所示，我們利用簡單的電晶體電路，設計一個能夠指示測試點邏輯狀態的電路。為了觀察電路的動作，在輸入端，利用一個信號產生器，產生一個1Hz、責任週期為50%、振幅為2.5V、電壓偏移2.5V之三角波信號源，如果V1電壓達到邏輯高準位時，Logic 1 LED將會亮；V1電壓低於邏輯低準位時，Logic 0 LED將會亮。n 以示波器量測波形，並觀察電路中LED的變化狀況。8-2-12 精準AC/DC轉換器示範電路圖(25) 示範電路說明n 如上圖所示，我們利用兩個運算放大器，設計一個精準的交流變直流轉換器。其中的交流正弦波信號源V3(2V60Hz)送入電路後，將產生一個固定的直流電壓。n 以示波器觀察輸出入波形的變化，我們將發現經過若干週期後，輸出電壓將趨於穩定的直流電壓。請改變輸入信號的電壓或頻率，再觀察其輸出狀態，有何影響？8-2-13 音頻放大器示範電路圖(26) 示範電路說明n 如上圖所示為一個OCL音頻放大器，其輸入端是一組由兩個電晶體組成的差動放大，而輸出端為2N3055A、MJD2955所構成的推挽放大，其輸出功率應可達到30WRMS以上沒問題！蠻適合個人或在學校製作的實用後級放大電路。n 在此我們除了以示波器測量其輸出入之信號波形外，還利用一個失真儀，量測其總諧波失真與信號雜音比(S/N)。n 示波器量測波形後，再進行暫態分析，看看暫態分析的結果是否與示波器量測的波形一樣？n 失真儀量測後，再進行分真分析，看看分真分析的結果是否與失真儀量測的一樣？8-2-14 網路分析之一示範電路圖(27) 示範電路說明n 如上圖所示為一個被動元件所組成的網路，我們將利用網路分析器，測量各項參數。8-2-15 網路分析之二示範電路圖(28) 示範電路說明n 如上圖所示為一個電晶體所組成的雙埠網路，我們將利用網路分析器，測量各項參數。8-2-16 網路分析之三示範電路圖(29) 示範電路說明n 如上圖所示為一個電晶體所