电工电子学仿真实验

1、电工电子学仿真实验电工电子学仿真实验Multisim软件仿真软件仿真2008.2周 静实验内容实验内容 一、一、Multisim 软件使用软件使用 二、直流电路实验二、直流电路实验 三、交流电路实验三、交流电路实验 四、简单放大电路实验四、简单放大电路实验一、一、Multisim 软件使用软件使用 Multisim 的发展的发展 Multisim是加拿大是加拿大Interactive Image Technologies公公司推出的电子电路设计及仿真软件司推出的电子电路设计及仿真软件EWB5.12Multisim2001Multisim v7Multisim v8Multisim v9 教材中

2、介绍的是教材中介绍的是 Multisim 7 。Multisim 7是是IIT公司推出公司推出Multisim 2001之后的之后的Multisim最新版本。最新版本。Multisim 7提供了全提供了全面集成化的设计环境，完成从面集成化的设计环境，完成从原理图设计输入原理图设计输入、电路仿真分电路仿真分析析到到电路功能测试电路功能测试等工作。当改变电路连接或改变元件参数，等工作。当改变电路连接或改变元件参数，对电路进行仿真时，可以清楚地观察到各种变化对电路性能对电路进行仿真时，可以清楚地观察到各种变化对电路性能的影响的影响 。 实验使用的是实验使用的是Multisim 9版本版本，功能基本相

3、同。，功能基本相同。Multisim 7与与Multisim 9Multisim 9 基本操作界面基本操作界面菜单栏菜单栏工具栏工具栏元器件栏元器件栏仪器仪表栏仪器仪表栏电路工作区电路工作区状态栏状态栏菜单菜单ViewView：调整视图窗口：调整视图窗口PlacePlace：在编辑窗口中放置节点、元器件、：在编辑窗口中放置节点、元器件、总线、输入总线、输入/ /输出端、文本、子电路等对象输出端、文本、子电路等对象SimulateSimulate：提供仿真的各种设备和方法：提供仿真的各种设备和方法TransferTransfer：将所搭电路及分析结果传输给其：将所搭电路及分析结果传输给其他应用程

4、序他应用程序ToolsTools：用于创建、编辑、复制、删除元件：用于创建、编辑、复制、删除元件OptionsOptions：对程序的运行和界面进行设置：对程序的运行和界面进行设置定制定制Multisim用户界面用户界面 设置菜单栏设置菜单栏Option /Global Preferences属性属性选择元件的符号标选择元件的符号标准准ANSI：美国标准：美国标准DIN：欧洲标准。：欧洲标准。Place 菜单菜单放置元件放置元件放置结点放置结点放置连线放置连线Companent (元件库元件库)选择数选择数据库据库选择元选择元件组件组选择元选择元件族件族选择选择元件元件元件元件符号符号元件工具

5、栏元件工具栏电源按钮电源按钮二极管按钮二极管按钮基本元件按钮基本元件按钮晶体管按钮晶体管按钮模拟元件按钮其他数字元器件按钮模数混合元器件按钮杂项库元器件按钮指示器件按钮电机元器件按钮射频元器件按钮设置元器件按钮放置总线按钮教育资源按钮网站按钮元器件按钮（74系列）元器件按钮（COMS系列）实际元件与虚拟元件实际元件与虚拟元件 在在Multisim Master中有实际元器件和虚拟中有实际元器件和虚拟元器件，它们之间根本差别在于：元器件，它们之间根本差别在于： (1) 实际元器件实际元器件 一种与实际元器件的型号、参数值以一种与实际元器件的型号、参数值以及封装都相对应的元器件，在设计中选用及封装

6、都相对应的元器件，在设计中选用此类器件，不仅可以使设计仿真与实际情此类器件，不仅可以使设计仿真与实际情况有良好的对应性，还可以直接将设计导况有良好的对应性，还可以直接将设计导出到出到Ultiboard中进行中进行PCB的设计。的设计。(2) (2) 虚拟元器件虚拟元器件 器件的参数值器件的参数值是该类器件的典是该类器件的典型值，不与实际型值，不与实际器件对应，用户器件对应，用户可以根据需要改可以根据需要改变器件模型的参变器件模型的参数值，只能用于数值，只能用于仿真，这类器件仿真，这类器件称为虚拟器件。称为虚拟器件。虚拟器件虚拟器件Multisim 9 电路创建电路创建 取用取用元件：元件： 从

7、元器件库中取用所需从元器件库中取用所需元件；元件； 摆放摆放元件：元件： 调整调整元件元件的位置与方向；的位置与方向； 线路连接：线路连接： 连接连接元件元件的的引引脚。脚。 元件元件元素元素 Multisim 9的元件的元件均具有下列元素均具有下列元素: : Symbol 元件符号（元件符号（ for Schematic） Model 元件模型（元件模型（ for Simulation） Footprint 元件外型（元件外型（ for Layout） Electronic Parameter 电子元件参数电子元件参数 User Defined Info. 使用者自定资讯使用者自定资讯 Pi

8、n model管脚模型管脚模型 General元件描述元件描述取用取用元件元件- -元件属性对话框元件属性对话框 在在元件元件上双击鼠标左键开启上双击鼠标左键开启属性对话框属性对话框 Label Label： 修改修改元件元件序号、标识；序号、标识； Display Display： 设置设置元件元件标识是否显示；标识是否显示； Value Value： 设定设定元件元件参数值；参数值； Fault Fault： 设定设定元件故障。元件故障。摆放摆放元件元件 将将元件元件拖拽至适当位置摆放。拖拽至适当位置摆放。 旋转旋转元件。元件。 设定设定元件元件标识。标识。 缩放视窗至最佳视点。缩放视窗至

9、最佳视点。 实例说明Multisim 9的虚拟仪器的虚拟仪器数字万用表（数字万用表（Multimeter）函数信号发生器（函数信号发生器（Function Generator）瓦特表（瓦特表（Wattmeter） 示波器（示波器（Oscilloscope）波特图仪（波特图仪（Bode Plotter）字信号发生器（）字信号发生器（Word Generator）逻辑分析仪（逻辑分析仪（Logic Analyzer）逻辑转换仪（逻辑转换仪（Logic Converter）失真分析仪（失真分析仪（Distortion Analyzer）频谱分析仪（频谱分析仪（Spectrum Analyzer）网络

10、分析仪（网络分析仪（Network Analyzer）Multisim 9的的Agilent仪器仪器 1. Agilent信号发生器Agilent信号发生器的型号是信号发生器的型号是33120A，其图标和面板如图所，其图标和面板如图所示，这是一个高性能示，这是一个高性能15 MHz的综合信号发生器。的综合信号发生器。Agilent信信号发生器有两个连接端，上方是信号输出端，下方是接地号发生器有两个连接端，上方是信号输出端，下方是接地端。单击最左侧的电源按钮，即可按照要求输出信号。端。单击最左侧的电源按钮，即可按照要求输出信号。2. Agilent万用表万用表 Agilent万用表的型号是万用表

11、的型号是34401A，其图标和面板如图所，其图标和面板如图所示，这是一个高性能示，这是一个高性能6位半的数字万用表。位半的数字万用表。Agilent万用表有五万用表有五个连接端，应注意面板的提示信息连接。单击最左侧的电源按个连接端，应注意面板的提示信息连接。单击最左侧的电源按钮，即可使用万用表，实现对各种电类参数的测量。钮，即可使用万用表，实现对各种电类参数的测量。3. Agilent示波器示波器 Agilent示波器的型号是示波器的型号是54622D，图标和面板如图所示，图标和面板如图所示，这是一个这是一个2模拟通道、模拟通道、16个逻辑通道、个逻辑通道、100-MHz的宽带示波器。的宽带示

12、波器。Agilent示波器下方的示波器下方的18个连接端是信号输入端，右侧是外接触个连接端是信号输入端，右侧是外接触发信号端、接地端。单击电源按钮，即可使用示波器，实现各发信号端、接地端。单击电源按钮，即可使用示波器，实现各种波形的测量。种波形的测量。MultimeterMultimeter万万 用用 表表 MultimeterMultimeter是一种常用的、具有多功能是一种常用的、具有多功能的测量仪表。的测量仪表。 M Multiultisimsim 9 9提供一个提供一个5 5位的数字万用表，位的数字万用表，除了可以用来测量交直流电流、交直流除了可以用来测量交直流电流、交直流电压与电阻外

13、，电压与电阻外，还还可以测量分贝值。可以测量分贝值。万用表测量直流电压和电流值万用表测量直流电压和电流值Function GeneratorFunction Generator信号发生器信号发生器 信号发生器能输出正弦波、三角波和方波等信信号发生器能输出正弦波、三角波和方波等信号。输出频率号。输出频率1H1H999MHz999MHz、振幅、振幅1uV1uV999KV999KV，另可，另可调整工作周期和直流偏差。调整工作周期和直流偏差。 用信号发生器产生正弦波、三角波和方波用信号发生器产生正弦波、三角波和方波OscilloscopeOscilloscope示波器示波器该示波器可以观察一路该示波器

14、可以观察一路或两路信号波形的形或两路信号波形的形状，状，分析被测周期信分析被测周期信号的幅值和频率号的幅值和频率，时，时间基准可在秒直至纳间基准可在秒直至纳秒范围内调节。示波秒范围内调节。示波器图标有器图标有四个连接点：四个连接点：A A通道输入、通道输入、B B通道输通道输入、外触发端入、外触发端T T和接地和接地端端G G。ABTGXSC1OscilloscopeOscilloscope示波器示波器时间基准：时间基准： Scale（量程）：设置显示波形时的（量程）：设置显示波形时的X轴时间基准。轴时间基准。 X position（X轴位置）：设置轴位置）：设置X轴的起始位置。轴的起始位置。

15、 显示方式设置有四种：显示方式设置有四种：Y/T方式指的是方式指的是X轴显示时间，轴显示时间，Y轴显示电压值；轴显示电压值；Add方式指的是方式指的是X轴显示时间，轴显示时间，Y轴轴显示显示A通道和通道和B通道电压之和；通道电压之和；A/B或或B/A方式指的是方式指的是X轴和轴和Y轴都显示电压值。轴都显示电压值。A通道：通道： Scale（量程）：通道（量程）：通道A的的Y轴电压刻度设置。轴电压刻度设置。 Y position（Y轴位置）：设置轴位置）：设置Y轴的起始点位置，轴的起始点位置，起始点为起始点为0表明表明Y轴和轴和X轴重合，起始点为正值表明轴重合，起始点为正值表明Y轴轴原点位置向上

16、移，否则向下移。原点位置向上移，否则向下移。 触发耦合方式：触发耦合方式：AC（交流耦合）、（交流耦合）、0（0耦合）或耦合）或DC（直流耦合），交流耦合只显示交流分量，直流耦（直流耦合），交流耦合只显示交流分量，直流耦合显示直流和交流之和，合显示直流和交流之和，0耦合，在耦合，在Y轴设置的原点处显轴设置的原点处显示一条直线。示一条直线。B通道通道：通道通道B的的Y轴量程、起始点、耦合方式等项轴量程、起始点、耦合方式等项内容的设置与通道内容的设置与通道A相同。相同。触发调节：触发调节：触发方式主要用来设置触发方式主要用来设置X轴的触发信号、轴的触发信号、触发电平及边沿等。触发电平及边沿等。 E

17、dge（边沿）：设置被测信号开始的边沿，设（边沿）：设置被测信号开始的边沿，设置先显示上升沿或下降沿。置先显示上升沿或下降沿。 Level（电平）：设置触发信号的电平，使触发（电平）：设置触发信号的电平，使触发信号在某一电平时启动扫描。信号在某一电平时启动扫描。 触发信号选择：触发信号选择：Auto（自动）、通道（自动）、通道A和通道和通道B表明用项应的通道信号作为触发信号；表明用项应的通道信号作为触发信号；ext为外触发；为外触发；Sing为单脉冲触发；为单脉冲触发；Nor为一般脉冲触发。为一般脉冲触发。测量数据显示区测量数据显示区在示波器显示区有两个可以任意移动的游标，游标所在示波器显示区

18、有两个可以任意移动的游标，游标所处的位置和所测量的信号幅度值在该区域中显示。其中：处的位置和所测量的信号幅度值在该区域中显示。其中：“T1”、“T2”分别表示两个游标的位置，即信号出分别表示两个游标的位置，即信号出现的时间；现的时间；“VA1”、“VB1”和和“VA2”、“VB2”分别表示两分别表示两个游标所测得的个游标所测得的A通道和通道和B通道信号在测量位置具有的通道信号在测量位置具有的幅值。幅值。Simulate: 通过通过Simulate菜单执行仿真分析命令。菜单执行仿真分析命令。仿真结果可以通过图形，数据表格，测试仪器显示等仿真结果可以通过图形，数据表格，测试仪器显示等方式观察；数据

19、还可以通过方式观察；数据还可以通过Excel输出，图形结果可输出，图形结果可以打印拷贝等。以打印拷贝等。命命 令令功功 能能命命 令令功功 能能Run执行仿真执行仿真Analyses选用各项分析功选用各项分析功能能Pause暂停仿真暂停仿真Postprocess启用后处理启用后处理Default Instrument Settings设置仪表的预置值设置仪表的预置值VHDL Simulation进行进行VHDL仿真仿真Digital Simulation Settings设定数字仿真参数设定数字仿真参数Auto Fault Option自动设置故障选自动设置故障选项项Instruments选用

20、仪表（也可通选用仪表（也可通过工具栏选择）过工具栏选择）Global Component Tolerances设置所有器件的设置所有器件的误差误差Multisim 9的的Simulate功能功能Multisim 9的的Analyses方法方法常用的分析方法：常用的分析方法：DC Operation PointAC AnalysisTransient AnalysisDC SweepParameter SweepTransfer Function二、直流电路实验二、直流电路实验主要目的：主要目的： 学习使用万用表学习使用万用表 。 学习利用学习利用“DC Operation Point”分析方法

21、分析方法分析直流电路。分析直流电路。 了解了解DC Sweep、parameter Sweep分析分析方法方法 1.绘制实验电路图绘制实验电路图 注意注意： （1 1）接地端）接地端 （2）直流电压源）直流电压源 （ 3）虚拟电阻）虚拟电阻2.测量电路中测量电路中R3支路的电压和电流支路的电压和电流(1)万用表的使用万用表的使用(2)仿真仿真(simulate-run, F5)3.利用利用DC Operation Point分析方法求节点电压和电压源电流分析方法求节点电压和电压源电流 （1）Output variables：主要作用：主要作用是选择所要分析的是选择所要分析的节点电压、电源和节点

22、电压、电源和电感支路电流。电感支路电流。 （2）分析结果：）分析结果：4.4.验证叠加原理验证叠加原理（1）当）当V1=0V时，时， I=8.571mA U=2.571V（2）当）当V2=0V时，时， I=6.429mA U=1.929V（3）当）当V1=9V, V2=6V时，应用叠加定理：时，应用叠加定理： I=8.5716.42915mA U=2.5711.9294.5V5.求求R3两端看的戴维宁等效电路两端看的戴维宁等效电路50105. 025. 5SCOCOIUR（1）断开）断开R3支路，测支路，测开路电压开路电压:（2）断开）断开R3支路，测支路，测短路电流短路电流:（3）戴维南等效

23、内阻为：）戴维南等效内阻为：mA105SCIV25. 5OCU（4）戴维南等效模型参）戴维南等效模型参数为：数为：50V25. 5OOCRU6.利用利用Transfer Function功能求戴维南等效电路功能求戴维南等效电路7. DC Sweep分析方法分析方法 分析电源的变化对电路中节点电压、电流等的影响分析电源的变化对电路中节点电压、电流等的影响（1）DC Sweep分析设置分析设置（2）分析结果图形显示）分析结果图形显示（3）分析结果输出到）分析结果输出到Excel8.Parameter Sweep分析分析 利用Parameter Sweep分析当电路中某一参数发生变化分析当电路中某一

24、参数发生变化时，电路中节点电压和电流等变化。时，电路中节点电压和电流等变化。（1）设置）设置Parameter Sweep分析分析; (2)分析结果显示分析结果显示9. 作作 业业 （1）求解习题）求解习题1.19。 （2）利用戴维南定理求解习题）利用戴维南定理求解习题1.21。三、交流电路实验三、交流电路实验主要目的：主要目的： 学习使用信号发生器、示波器的使用学习使用信号发生器、示波器的使用 学习利用学习利用“瞬态分析（瞬态分析（Transient Analysis） ”观察动态电路响应的时域波形。观察动态电路响应的时域波形。交流串联电路特性交流串联电路特性 1.绘制交串电路，如图。绘制交

25、串电路，如图。 2.用示波器观察元件用示波器观察元件R、L、C两端的电压两端的电压波形。波形。 3.利用利用AC Sweep 分析方法寻找谐振点。分析方法寻找谐振点。 4.利用示波器观察谐振时元件利用示波器观察谐振时元件R、L、C两两端的电压波形。端的电压波形。 5.利用万用表测量谐振时元件利用万用表测量谐振时元件R、L、C两两端的电压。端的电压。用示波器观察元件用示波器观察元件L、C两端的电压两端的电压波形波形（1）AB通道通道分别测量分别测量LC的的电压波形；电压波形；（2）调节各项）调节各项设置，显示适设置，显示适当的波形；当的波形；（3）测量功能）测量功能的使用。的使用。用示波器观察元

26、件用示波器观察元件R、C两端的电压两端的电压波形波形利用利用AC Sweep 分析方法寻找谐振点。分析方法寻找谐振点。(1)当当R两端的两端的电压最高时，电压最高时，谐振。读出谐谐振。读出谐振频率为振频率为f=10.066kHz.(2)其他方法观其他方法观测谐振点。测谐振点。观察谐振时元件观察谐振时元件R、L、C两端的电两端的电压波形。压波形。观察谐振特性曲线观察谐振特性曲线利用利用DC Sweep分析分析功能，观察功能，观察电路电流随电路电流随信号源频率信号源频率的变化规律的变化规律（谐振特性（谐振特性曲线）。曲线）。例例 1 观察下图所示观察下图所示RC电路中结点电路中结点1的零输入响应的零输入响应uc(t)， 已已知知uc(0+)=10V。（1）设定电容初始值）设定电容初始值一阶电路的瞬态响应一阶电路的瞬态响应（2）设定分析时）设定分析时间间工程上认为经过工程上认为经过35 ，暂态过程结束，故暂态过程结束，故仿真的