EDA技术及应用项目化教程 -基于Multisim的电路仿真分析 课件 项目3 学习电路特性的常用分析方法-新版

项目3

学习电路特性的常用分析方法主要内容

任务3.1电路的参数扫描分析1

任务3.2电路的时域与频域特性分析2

任务3.3其他仿真分析3任务3.1电路的参数扫描分析参数扫描分析是电路分析中的常用方法，包括直流工作点分析、直流扫描分析、参数扫描分析、温度扫描分析4种分析方法。为方便介绍Multisim14分析方法，本章以如图3-1所示的共射放大电路为例进行各种方法介绍，读者可拓展到其他电路中。图3-1共射放大电路任务3.1电路的参数扫描分析直流工作点分析是最基本的电路分析，通常是为了计算一个电路的静态工作点。合适的静态工作点是电路正常工作的前提，如果设置的不合适，会导致电路的输出波形失真。直流分析的结果通常是后续分析的桥梁。直流工作点分析图3-2直流工作点分析对话框任务3.1电路的参数扫描分析图3-3分析选项卡图3-4Summary选项卡直流工作点分析任务3.1电路的参数扫描分析图3-1共射放大电路图3-5放大电路静态工作点分析结果直流工作点分析以图3-1所示BJT共射放大电路为例，来对所有直流工作点仿真方法加以说明。选择3，4，5点为仿真节点来分析放大电路的静态工作点，点击“Run”按钮，得到分析结果如图3-5所示。由工作在静态工作区时晶体管基极、集电极和发射极需满足的电压关系可知，此放大电路可稳定工作。任务3.1电路的参数扫描分析直流扫描分析在Multisim中进行直流扫描分析要进行以下过程：(1) 得到直流工作点；(2) 增加信号源的值，重新计算直流工作点。Multisim可同时对两个直流源进行扫描，当仿真时选择第二个直流源时，扫描曲线的数量等于对第二个直流源的采样点数，其中每条曲线相当于当第二个直流源取某个电压值时，对第一个直流源进行直流扫描分析所得的曲线。这个过程允许对电路进行多次仿真，在预设的范围内扫描直流量。用户可以通过选择直流源范围的起始值、终止值和增量来控制电源值。对于扫描中的每个值，将计算电路的偏置点。为计算电路的直流响应，SPICE中把所有电容看成开路，所有电感看成短路，并只利用电压源和电流源的直流值。任务3.1电路的参数扫描分析直流扫描分析图3-6直流扫描对话框任务3.1电路的参数扫描分析直流扫描分析图3-7共射放大电路对于图3-7所示电路，在Analysisparameter中选择第1个电源V3的变动范围是2到8V，增量是1V；第2个电源VCC的变动范围是8到16V,增量是2V；在Output中选取节点4为输出节点，仿真结果如图3-8所示。图3-8直流扫描分析结果任务3.1电路的参数扫描分析参数扫描分析参数扫描分析是对电路里的零件，分别以不同的参数值进行分析。这样和对电路进行多次仿真，每次仿真一个参数值的效果相同。在Multisim里，进行参数扫描分析时，可设定为直流工作点分析、瞬态分析或交流分析的参数扫描。图3-9参数扫描分析对话框任务3.1电路的参数扫描分析参数扫描分析图3-10Analysisparameter标签设置对话框图3-1共射放大电路任务3.1电路的参数扫描分析参数扫描分析图3-11参数扫描分析结果图3-1共射放大电路任务3.1电路的参数扫描分析温度扫描分析应用温度扫描分析，可以通过在不同的温度下仿真电路来很快的检验电路的性能。其实温度扫描分析也是参数扫瞄的一种，只有模型中包括温度相关参数的零件才对温度分析有作用。图3-12温度扫描分析对话框任务3.1电路的参数扫描分析温度扫描分析图3-13温度扫描参数设置图3-1共射放大电路任务3.1电路的参数扫描分析温度扫描分析图3-14温度扫描分析结果图3-1共射放大电路任务3.2电路的时域与频域特性分析交互式分析交互式仿真(InteractiveSimulation)是对电路进行时域仿真，也是NIMultisim14默认的仿真方法。用户可以在仿真过程中改变电路参数，并且立即得到由此导致的结果，其仿真结果需要通过连接在电路中的虚拟仪器或显示器件等显示。图3-15Analysesandsimulation对话框图3-16InteractiveSimulation对话框任务3.2电路的时域与频域特性分析交互式分析图3-17Analysisoptions标签图3-18CustomizeAnalysisOptions对话框任务3.2电路的时域与频域特性分析交互式分析图3-19放大电路输入与输出的波形图3-1共射放大电路任务3.2电路的时域与频域特性分析瞬态分析瞬态分析也称时域瞬态分析，相当于连续性的直流工作点分析，通常是为了找出电子电路的时间响应，功能类似于示波器。瞬态分析时，每个输入周期被等间隔划分，然后对这个周期中的每个时间点进行直流分析。图3-20瞬态分析对话框一个节点的电压波形取决于一个完整周期各时间点的电压值。另外，瞬态分析时电容和电感被等效为能量存储模型，用数值积分来计算一定时间间隔内能量传递的多少。任务3.2电路的时域与频域特性分析瞬态分析图3-21瞬态分析结果图3-1共射放大电路任务3.2电路的时域与频域特性分析交流分析图3-22交流扫描分析对话框交流分析用来计算线性电路的频率响应。任务3.2电路的时域与频域特性分析交流分析图3-23交流分析结果图3-1共射放大电路任务3.3其他仿真分析傅里叶分析傅立叶分析是一种在频域(FrequencyDomain)中分析复周期信号的方法，可用于电路的进一步分析，还可观察在原信号中叠加其它信号的效果。傅立叶分析产生的每个频率成分都是由周期性波形的相应谐波产生的。把每个频率成分（每一项）理解为一个独立的信号源，根据叠加原理，总的响应将等于每一项所产生的响应和。我们注意到，当信号谐波的阶次增加时，相应的谐波幅值逐渐减小。这表明用信号的前几个频率成分的叠加来代替原信号是对信号的一个很好的近似。图3-24傅里叶分析设置对话框任务3.3其他仿真分析傅里叶分析图3-25节点6傅里叶分析结果图3-1共射放大电路任务3.3其他仿真分析傅里叶分析图3-26节点1傅里叶分析结果图3-27仿真结果任务3.3其他仿真分析单频交流分析单频交流分析工作原理类似于交流分析，但是只用于测量某个频率下的相应值。可以选择输出结果的表示形式：大小/相位或实部/虚部。图3-28单频交流分析设置任务3.3其他仿真分析单频交流分析图3-29单频交流分析结果图3-1共射放大电路任务3.3其他仿真分析噪声分析噪声分析是分析噪声对电路的影响。噪声是减小信号质量的电的或电磁的能量，它影响数字电路、模拟电路和所有的通信系统。Multisim用每个电阻和半导体元件的噪声模型（而非交流模型）建立一个电路的噪声模型，然后进行类似于交流分析的仿真分析。图3-30噪声分析对话框图3-31FrequencyParameters选项卡任务3.3其他仿真分析噪声分析图3-32噪声分析结果图3-1共射放大电路图3-29中上面的曲线是晶体管Q2对输出节点噪声贡献的谱密度曲线，下面的曲线是电阻R6对输出节点噪声贡献的谱密度曲线。任务3.3其他仿真分析噪声因数分析噪声因数分析(NoiseFigure)主要是研究元器件模型中的噪声参数对电路的影响，用于衡量电路输入输出信噪比的变化程度。信噪比是衡量一个信号质量好坏的重要参数，而噪声系数(F)则是衡量二端口网络性能的重要参数，其定义为:网络的输入信噪比除以输出信噪比。图3-33噪声因数分析对话框任务3.3其他仿真分析噪声因数分析图3-24噪声因数分析结果图3-1共射放大电路任务3.3其他仿真分析失真分析在进行失真分析之前，必须决定要用什么电源，每个电源失真分析参数的设定都是独立的。可按以下步骤设定交流源的参数，要进行谐波分析，按步骤1和2进行；要进行互调失真分析，则要把以下三步全部执行：(1) 双击信号源；(2) 在Value栏下选择“失真频率1幅值（DistortionFrequency1Magnitude）”，设定输入幅值与相位；(3) 在Value栏下选择“失真频率2幅值（DistortionFrequency2Magnitude）”，设定输入幅值与相位（仅互调失真设定该步）。任务3.3其他仿真分析失真分析图3-35失真分析对话框任务3.3其他仿真分析失真分析图3-36失真分析结果图3-1共射放大电路任务3.3其他仿真分析灵敏度分析灵敏度分析可以确定电路中的元件影响输出信号的程度。灵敏度分析计算相当于电路中元件参数变化时，输出节点电压或电流的灵敏度。直流灵敏度的仿真结果以数表的形