《电子电路仿真》-第一章

第1章Multisim2001电路基础设计实践［技能目标］1.熟悉Multisim2001软件的操作界面；2.学会如何创建一个仿真电路，掌握编辑电路的方法；3.学会查找元器件及参数设定的方法；4.掌握直流扫描分析方法。［知识目标］1.电位器的设置及使用；2.电压表、电流表的连接及设置；3.后处理器的使用；4.波特图仪、函数信号发生器、示波器的使用。下一页返回第1章Multisim2001电路基础设计实践［教学法建议］1.本章内容以《电工学》知识为基础，在项目实践分析时可附加一部分课时对前期知识点进行回顾；2.实践项目教学建议使用多媒体教室进行讲解，采用边学边做的方式进行；3.课后习题中的实践项目应作为必做项目。上一页返回1.1电阻伏安特性的测试电阻的伏安特性是了解电阻特性的必要手段，通过对电阻元件的测量，了解如何测试一个电阻的性质，首先建立如图1−1所示电路，该电路采用阻值可调的50Ω电阻，调节电压从0V升高到24V，负载电阻为100kΩ，远大于可调电阻阻值，因此负载电阻对可调电阻的影响可以忽略。本例使用两种方法测量电阻元件伏安特性：一种是通过电流表和电压表测试该元件的电压和电流；另外一种则是采用Multisim2001的直流扫描分析方法测量。下一页返回1.1电阻伏安特性的测试1.1.1伏安法测量采用伏安法测量的步骤如下：（1）按下键盘上的大写【A】，将可调电阻RP调到100%，使电阻RL上电压为0V。（2）双击可调电阻RP设置增量为20%。激活电路，按下键盘上的小写【a】键，将电阻RL上电压从0V升到24V，每4.8V记录一组电压、电流数据。（3）分析记录得到的每个测试点的电压、电流数据。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试1.1.2采用直流扫描分析测量直流扫描分析的目的是观察直流转移特性。当输入直流在一定范围变化时，分析输出的变化情况。例如，电压源从0V升高到24V，步长可由用户自己设定，步长可选取为4.8V。每个相应的电压都将计算出一套电路参数并用于显示。下面用它来分析电路的伏安特性，步骤如下。（1）把图1−1中可调电阻调到0%，即可调电阻输出电压为24V。在主窗口中依次执行“Simulate”→“Analyses”→“DCSweep”命令，将弹出如图1−2所示对话框，分别设置输入直流电源、扫描初值、终值和步长。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试（2）单击图1−2中“Outputvariables”选项卡，设置输出变量，此处选择电阻RL上电压即图1−1中节点3为输出，单击“Add”按钮，得到输出变量设置对话框，如图1−3所示。（3）单击“Simulate”按钮，得到如图1−4所示分析结果，从结果可看出，纵坐标是电压，不是电流，因为Multisim2001的直流扫描分析不能设置输出结果为电流，但可以使用后处理器来得到电流输出。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试（4）执行“Simulate”→“Postprocessor”命令，将弹出如图1−5所示对话框，把输出节点的电压值除以阻值100kΩ，则可以得到输出的电流值。（5）单击图1−5中“Draw”选项卡，设置pagename和graphname后，即可得到处理后的伏安特性，将纵坐标改为电流，单位为μA，则得到如图1−6所示的最后结果。将图1−6所示结果和伏安法测量的结果进行对比，两者数据完全吻合。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试1.1.3知识链接1.Multisim2001软件操作界面的介绍Multisim的主窗口单击“开始”→“程序”→“Multisim2001”→“Multisim2001”，启动Multisim2001，可以看到如图1−7所示的Multisim的主窗口。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试主窗口分为8部分：（1）电路工作区。（2）元器件栏。（3）菜单栏。（4）工具栏。（5）仪器仪表栏。（6）启动/停止按钮。（7）暂停/恢复按钮。（8）状态栏。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试从图1−7可以看出，Multisim2001的主窗口如同一个实际的电子实验台。屏幕中央区最大的窗口就是电路工作区，在电路工作区内可将各种电子元器件和测试仪器仪表连接成实验电路。电路工作窗口上方是菜单栏、工具栏。从菜单栏中可以选择电路连接，以及实验所需的各种命令。工具栏包含了常用的操作命令按钮。通过鼠标器操作即可方便地使用各种命令和实验设备。电路工作窗口两边是元器件栏和仪器仪表栏。元器件栏存放着各种电子元器件，仪器仪表栏存放着各种测试仪器仪表，用鼠标操作可以方便地从元器件库和仪器库中提取实验所需的各种元器件及仪器仪表到电路工作窗口并连接成实验电路。按下电路工作窗口上方的“启动/停止”按钮或“暂停/恢复”按钮可以方便地控制实验过程。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试2.创建一个新仿真电路的步骤进行电路仿真实验前必须搭接好线路，仿真电路的建立主要包括以下几个过程。（1）设置电路工作窗口。首先新建文件，然后对电路窗口有关选项进行设置，包括：图纸大小、是否显示栅格、页边缘和标题栏、电路图选项设置和元器件符号设置等。（2）选择和放置元器件。主要是完成调用、设置和选中元器件，以及在选中元件状态下执行菜单命令完成元器件删除、复制、旋转和设置元器件特性等操作。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试（3）连接线路。元器件布局完成后，可通过手工连线和自动连线进行电路的连接。具体包括：连接导线、节点的使用、设置导线参数、设置节点特性等。（4）调用和连接仪器。软件所提供的仪器、仪表均存放在相应库内，使用数量是没有限制的，选择相应仪器图标，并将其移动到所需位置，再按电路测试需求连接好即可。（5）编辑元器件，设置元器件和仪器参数。Multisim2001的元器件模型建立在SPICE模型的基础上，用户可以通过元器件编辑、元器件属性设置对话框，定义所选用元器件的参数，另外还可以创建新的元器件。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试在进行仿真分析前还必须根据测试需要的内容确定输出节点编号、分析方法、输出变量设置等，然后才可以进行仿真分析。为了叙述方便，对Windows平台上鼠标和键盘的有关操作术语作如下的约定。“单击”指在鼠标的左键上点击一次；“双击”指在鼠标的左键上连续快速点击两次；“拖曳”指用鼠标点击某一对象（如某元器件），并按住鼠标左键不放，移动鼠标到另一个位置，然后再释放鼠标；Ctrl+X表示按下“Ctrl”键的同时再按“X”操作。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试3.电压表、电流表的连接及设置Multisim2001的指示器件库（Indicators）中提供有电压表（Voltmeter）和电流表（Ammeter），如图1−8所示。电压表和电流表分别测量电路中交、直流电压和电流，其数值可直接从表头上读取，仪表有两个端子与电路连接，并且有“+”、“–”标志，仪表的接线端可以进行旋转操作。双击电压表或电流表，屏幕弹出仪表设置对话框，单击“Value”选项卡，设置仪表参数，图1−9、图1−10中所示的“Resistance”栏用于设置内阻，一般为提高测量精度，电压表的内阻要设置大一些，电流表的内阻要设置小一些；“Mode”下拉列表框用于选择交流（AC）、直流（DC）工作方式。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试4.直流扫描分析方法直流扫描分析是计算各节点直流工作点随直流电源电压变化的情况。通过该分析可以观察电源电压变化时直流工作点的变化情况，以便从中找出最佳的工作电压。数字电路在该分析中做高阻接地。分析步骤如下：（1）选择要分析的电路。图1−11所示为单管放大电路，将基极电源电压U3由0V变成6V，观察发射极工作点的变化。（2）执行菜单“Simulate”→“Analyses”→“DCSweep”，屏幕弹出一个对话框，选中“AnalysisParameter”选项卡，对话框如图1−12所示，具体内容见表1−1。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试确定电路中扫描参数为：电压源选择vv3，扫描起始值为0V，终止值为6V，增量步长为1V。（3）选择要分析的输出变量为节点5，即晶体管的发射极。（4）单击【Simulate】按钮，在显示图上显示直流参数扫描输出的曲线，如图1−13所示。5.后处理器的使用Multisim2001提供的后处理器（Postprocessor）是专门用来对仿真结果进行进一步数学处理的工具，它不仅能对仿真所得的曲线和数据单个化处理（如取开平方、绝对值等），还可以对多个曲线或数据彼此之间进行运算处理，处理的结果仍可以通过曲线或数据表的形式显示出来。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试利用后处理器，可以对仿真结果和波形进行传统的数学和工程运算。如算术运算、三角运算、代数运算、布尔代数运算、矢量运算和复杂的数学函数运算。实训及思考题实训：1.电容器充放电过程分析；2.微分电路；3.积分电路。实训目的：1.要求学生掌握示波器的使用；2.要求学生学会用示波器验证电路。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试实训步骤：1.电容器充放电过程分析如图1−14所示，当电路中含有电容元件和电感元件时，如果电路中发生换路现象，电路要进入过渡（暂态）过程。利用示波器或瞬态分析可直观准确地观察暂态的变化过程。当开关K1拨在左边时电容充电，拨在右边时放电，运行仿真开关，反复按下键盘上的Space键（空格键），利用示波器观察的波形如图1−15所示。上一页下一页返回1.1电阻伏安特性的测试2.微分电路和积分电路微分电路和积分电路在工程实践中应用较多。在电路分析中，微分电路和积分电路可以由电容与电阻元件或电感与电阻元件串联组成。利用示波器或瞬态分析可直观、准确地观察微分电路和积分电路的输入、输出波形。（1）按图1−16绘出电路图，运行仿真开关，利用示波器观察波形，从图1−17中可以看出，输出的正负尖脉冲与输入的方波波形之间呈微分关系。（2）按图1−18绘出电路图，运行仿真开关，利用示波器观察波形，从图1−19中可以看出，输出的正负尖脉冲与输入的方波波形之间呈积分关系。返回上一页下一页1.1电阻伏安特性的测试思考题：1.熟悉Multisim2001的工作环境，并创建和保存一个原理图文件。2.Multisim2001的基本界面包括哪些部分？说明各部分的作用。3.说明虚拟元件工具栏和元件工具栏所包含的元件有何不同。4.如何显示电路中导线节点的编号，它有什么作用？5.如何设置原理图背景颜色、导线颜色、元件颜色？6.说明在Multisim2001放置元件和连线导线的方法。上一页返回1.2串联谐振电路特性分析在电阻、电感及电容所组成的串联电路内，当容抗XC与感抗XL相等时，即XC＝XL，电路中的电压U与电流I的相位相同，电路呈现纯电阻性，这种现象叫串联谐振（也称为电压谐振）。当电路发生串联谐振时，电路的阻抗，电路中总阻抗最小，电流将达到最大值。发生谐振时，由于感抗和容抗相等，所以电感和电容两端的电压有效值相等，即：UL=UC。又由于其相位相反，因此这两个电压是相互抵消的。电容或电感的电压有效值为：UL=UC=XLo=ωoLIo=ωoLU/R。式中ωoL/R称为谐振电路的品质因数，它代表电压比，即UC/U或UL/U。下一页返回1.2串联谐振电路特性分析品质因数是衡量谐振电路特性的一个重要参数。如电路中电抗越大，电阻越小，则品质因数越高，因此电容或电感上的电压值将比外加电压大得多。一般电感、电容谐振电路的品质因数可达几十甚至几百，所以串联谐振又叫电压谐振。在电力系统中，串联谐振将会产生高出电网额定电压数倍的过电压，对电力设备的安全造成很大危害。在RLC串联电路中，出现线路端电压和电流同相位的现象叫串联谐振。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析1.2.1LC谐振电路特性测试1.LC谐振电路的主要参数谐振是正弦电路中的一种常见现象。要了解谐振电路的特性和分析方法，可通过示波器和波特图仪观察谐振电路的特点。如图1−20所示为LC串联谐振电路，图中接入了波特图示仪，串联谐振电路频率特性曲线呈单峰特性；当电路工作在谐振频率时，电路呈纯阻态，电压与电流相位差为零；单峰波形的平坦程度与电路品质因数的大小有关。由电工学基础知识可以知道该串联谐振电路的谐振频率为上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析品质因数为频带带宽为上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析2.波特图仪测定频率特性的步骤（1）根据图1−20搭接电路图。（2）双击波特图仪，设置其参数为：垂直坐标为Lin，水平坐标为Lin；垂直坐标的坐标起点值为0，坐标终点值为1；水平坐标的坐标起点值为300Hz，坐标终点值为3kHz。（3）运行电路仿真，观察频率曲线，如图1−21所示移动读数轴，从中读出其中心频率约为1.017kHz，与理论计算值基本相符。（4）测量频带宽度BW。移动读数轴，分别在峰值电压的0.707位置读出上下限频率分别为1.514kHz和684Hz，可以计算出其频带宽度BW=830Hz，与理论计算值基本相符。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析（5）计算品质因数Q。，与理论计算基本相符。由于波特图示仪精度问题，测量的结果存在一定的误差，要提高精度，可以将扫描波形的点数设置大一些。3.利用参数扫描法分析不同R1对频率特性曲线的影响从原理分析可知，电阻R1对电路的谐振频率不产生影响，但R1的大小会影响电路的品质因数Q的大小，从而影响频率特性曲线的平坦度。（1）执行菜单“Simulate”→“Analyses”→“ParameterSweep”进行参数扫描分析。（2）根据如图1−22所示的设置分析参数，其中选择分析的元件为电阻R1。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析（3）单击图1−22中的【EditAnalysis】按钮，设置“ACanalysis”参数为：Startfrequency为300Hz；Stopfrequency为3kHz；Sweeptype为Linear；Numberofpoints为100；Verticalscale为Linear。如图1−23所示。（4）根据图1−20设置输出节点为R1，图中为节点3，如图1−24所示。（5）单击图1−24中的【Simulate】按钮，系统进行仿真分析，屏幕弹出分析结果图，如图1−25所示。从分析结果中可以看出：R1对电路的谐振频率不产生影响；R1越小，BW越小，Q值越大。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析1.2.2知识链接1.函数信号发生器函数信号发生器（FunctionGenerator）是可提供正弦波、三角波和方波3种不同波形的电压信号源。双击如图1−26所示函数信号发生器的图标，即可出现如图1−27所示的函数信号发生器的面板。对函数信号发生器面板从上到下依次说明如下：（1）“Waveforms”（输出波形选择）：通过最顶上3个按钮依次选择正弦波、三角波、方波。（2）“Frequency”（工作频率）：设置输出信号频率，频率设置范围为0.001pHz～1000THz。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析（3）“DutyCycle”（占空比）：设置输出方波和三角波信号的占空比，占空比调整值为1%～99%，仅对方波和三角波信号有效。（4）“Amplitude”（幅度）：设置输出信号幅值，幅度设置范围为0.001pV～1000TV。（5）“Offset”（直流偏置）：设置输出信号的直流偏置电压，设置范围为−1000TV～+1000TV。默认设置为0，表示输出电压没有叠加直流分量。（6）“SetRise/FallTime”按钮：设置方波的上升和下降时间，仅对方波有效。单击该按钮则弹出如图1−28所示的参数设置对话框，在此窗口内可以设置“Rise/FallTime”参数。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析（7）端子“+”表示正极性输出端，“−”表示负极性端，“Common”表示公共端。2.示波器的使用示波器（oscilloscope）是用来显示电压信号波形的形状、大小和频率等参数的仪器。示波器图标如图1−29所示，“A”、“B”表示两个输入通道；“T”为外触发信号输入端，当需要外部信号触发示波器采样时才需要，使用外触发信号时示波器一般需要设置为“Sing.”或“Nor.”触发模式；“G”端是接地端，使用时需接地，如果电路有其他接地点则也可不接地。用鼠标双击该图标即可得到如图1−30所示的示波器面板。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析示波器面板各个按键的作用、调整及参数的设置与实际的示波器类似，具体设置如下。（1）时基控制部分的调整。时间标尺（Scale）：设置X轴刻度显示示波器的时间基准，基准为1ps/div～1000Ts/div，改变其参数可将波形水平方向展宽或压缩。X轴位置控制（Xposition）：X轴位置控制X轴的起始点。当X轴的位置调到0时，信号从示波器显示屏的左边缘开始，正值使起始点右移，负值使起始点左移。X位置的调节范围为−5～+5。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析显示方式选择：示波器的显示方式有“Y/T”（幅度/时间）方式，X轴显示时间，Y轴显示电压值（该方式为默认方式）；“A/B”（A通道/B通道）方式，Y轴显示B通道信号，X轴显示A通道信号；“B/A”（B通道/A通道）方式，与“A/B”方式相反；“Add”方式，X轴显示时间，Y轴显示A通道和B通道的输入电压之和。（2）示波器输入通道的设置。Y轴刻度选择（Scale）：Y轴电压刻度范围10pV/div～1000TV/div，可以根据输入信号大小来选择Y轴刻度值的大小，使信号波形在示波器显示屏上显示出合适的幅度。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析Y轴位置控制：此选项控制Y轴的起始点。当Y的位置调到0时，Y轴的起始点在示波器屏幕中线，如果将Y的位置增加到1，Y轴原点位置从示波器屏幕中线向上移一格，若将Y的位置减小到−1，Y轴原点位置从示波器屏幕中线向下移一格。Y的位置调节范围为−3～+3。改变A、B通道的Y轴的位置有助于比较或分辨两通道的波形。Y轴输入方式：Y轴输入方式即信号输入的耦合方式。当用AC耦合时，示波器显示信号的交流分量即把直流量滤掉。当用DC耦合时，显示的是信号的AC和DC分量之和。当用0耦合时，在Y轴设置的原点位置显示一条水平直线。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析（3）触发参数设置区。触发方式选择：示波器有以下3种触发方式供选择。AUTO：表示不需要触发信号，依靠计算机自动提供触发脉冲触发示波器采样，示波器通常采用该方式。Sing：表示单次触发方式，当满足触发电平后，示波器采样一次后就停止采样，鼠标单击【Sing.】按钮后，等待下次触发脉冲来临后再开始采样。Normal：表示普通的触发方式，当触发电平被满足后，示波器才刷新，开始下次采样。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析触发源选择栏：触发源选择栏包括“A、B”和“EXT”（外触发通道）3个按钮：此项选择仅对“Single”和“Normal”触发方式有效，3个按钮功能如下。A或B：使用相应通道的信号作为触发信号，当该通道电压信号大于预先设置的触发电压时才启动采样。EXT：由外触发端（图1−29中示波器图标的T端）输入的数字信号触发，此项选择只有示波器的外触发端（T端）接输入信号才有效。触发沿（Edge）选择栏：触发沿（Edge）可选择输入信号或外触发信号的上升沿或下降沿触发采样。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析触发电平（Level）选择栏：触发电平（Level）选择栏用以预先设定触发电平的大小，包括两个文本框，左边文本框用于输入触发电平大小，可由用户自行设定，默认值为0；右边文本框用于设置触发电平单位，默认单位为V。此项设置只适用于“Single”和“Normal”采样方式，当A/B通道输入信号大于此处设定的触发电平时，示波器才开始采样。（4）示波器其他设置。波形参数测量：要显示波形读数的精确值时，可用鼠标将垂直光标拖到需要读取数据的位置。在示波器显示屏幕下方的方框内，显示光标与波形垂直相交点处的时间和电压值，以及两光标位置之间时间、电压的差值。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析波形存储和背景颜色控制：单击面板右侧“Reverse”按钮可改变示波器屏幕的背景颜色，单击面板右侧“Save”按钮可按ASCII码格式存储波形读数。3.波特图仪的使用波特图仪（BodePlotter）可以用来测量电路的幅频特性与相频特性，类似于扫频仪。通过双击波特图仪的图标（如图1−31所示），即可得到如图1−32所示的波特图仪面板。如图1−31所示，波特图仪有“in”和“out”两对端口，其中“in”端口的“+”和“−”分别接电路输入端的正端和负端；“out”端口的“+”和“−”分别接电路输出端的正端和负端。使用波特图仪时，必须在电路的输入端接入AC（交流）信号源。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析波特图仪的面板中包括以下内容。（1）方式选择区。单击“Magnitude”按钮，波特图仪显示幅频特性及相关设置；单击“Phase”按钮则显示相频特性及相关设置。（2）坐标设置区。在垂直（Vertical）坐标或水平（Horizontal）坐标控制面板图框内，按下“Log”按钮，则坐标以对数（底数为10）的波形显示；按下“Lin”按钮，则坐标以线性的结果显示。水平坐标刻度总是显示频率值，包括两栏：“F”表示终值频率，“I”表示初始频率。垂直坐标显示纵坐标数值，也包括两栏：“F”表示终值，“I”表示初始值。在信号频率范围很宽的电路中分析电路频率响应时，通常选用对数坐标（以对数为坐标所绘出的频率特性曲线称为波特图）。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析（3）控制区。包括3个按钮，其中“Reverse”按钮和“Save”按钮的功能和示波器的两个按钮的功能一样。单击“Set”按钮将弹出如图1−33所示的参数设置对话框，在此窗口内可以设置求解点数（1～1000点），数值越大分辨率越高。（4）坐标数值的读出。要准确测量特性曲线上任意点的频率、增益或相位差，可用鼠标拖动读数指针（位于波特图仪中的垂直光标），或者用读数指针移动按钮（图1−32中左右箭头）来移动读数指针到需要测量的点，读数指针与曲线的交点处的频率和增益或相位角的数值显示在波特图仪下部的读数框中。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析实训及思考题实训：RC充放电路的分析实训目的：1.掌握Multisim2001的交流电路的分析方法；2.掌握电压表、电流表和信号源的使用方法；3.掌握交流分析方法；4.初步掌握动态电路的测量方法。实训步骤：（1）RC充放电电路。（2）分析RC充放电过程中，电阻和电容上的u、i随时间变化的规律。上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析（3）充放电过程：电容两端电压逐渐增大，电阻两端电压逐渐减小，电路中电流逐渐减小，当充电完毕时，电容两端电压等于电源电压，电阻两端电压为0，电路中电流为0。（4）放电过程：电容两端电压逐渐减小，电阻两端电压逐渐减小，电路中电流逐渐减小。（5）当放电完毕时，电容两端电压等于0，电阻两端电压为0，电路中电流为0。所需仪器：直流稳压电源，电压表2只，电流表1只，电路如图1−34所示。操作：上一页下一页返回1.2串联谐振电路特性分析（1）当K1闭合至1处时，观察电流表和电压表的值的变化，并测试变化结束时所用时间。（2）当K1闭合至2处时，观察电流表和电压表的值的变化，并测试变化结束时所用时间。思考题：1.创建如图1−35所示的电路图，要求用万用表测量结点n1，n2，n3，n4的电压。2.试描述Multisim2001的“Preferences”菜单下的功能。3.试用函数信号发生器产生幅度为5V、频率为1kHz（占空比为50%）的三角波信号，并用示波器观察其波形。4.简述层次电路与子电路的区别和联系。上一页返回1.3戴维南定理验证戴维南定理是化简复杂电路的一个很有用的工具，尤其在解复杂电路中的任一支路的电流时，特别方便。一个含独立源、线性电阻和受控源的二端电路，对其两个端子来说都可等效为一个理想电压源串联内阻的模型。其理想电压源的数值为有源二端电路的两个端子的开路电压，串联的内阻为内部所有独立源等于零时两端子间的等效电阻。例1−l利用戴维南定理求图1−36（a）电路中电流I1和I2。解图1−36（a）是一个非线性电阻电路，但去掉两个理想二极管支路后的图1−36（b）电路是一个含源线性电阻单口网络，可用戴维南等效电路代替。由图1−36（b）求得开路电压下一页返回1.3戴维南定理验证由图1−36（c）求得等效电阻用3V电压源与8Ω电阻的串联代替图1−36（b）所示单口网络，得到图1−36（d）所示等效电路。由于理想二极管D2是反向偏置，相当于开路，即I2=0，理想二极管D1是正向偏置，相当于短路，得到图1−36（e）所示等效电路。由图1−36（e）求得上一页下一页返回1.3戴维南定理验证应用戴维南定理必须注意：（1）戴维南定理只对外电路等效，对内电路不等效。也就是说，不可应用该定理求出等效电源电动势和内阻之后，又返回来求原电路（即有源二端网络内部电路）的电流和功率。（2）应用戴维南定理进行分析和计算时，如果待求支路开路后的有源二端网络仍为复杂电路，可再次运用戴维南定理，直至成为简单电路。（3）戴维南定理只适用于线性的有源二端网络。如果有源二端网络中含有非线性元件，则不能应用戴维南定理来求解。上一页下一页返回1.3戴维南定理验证1.3.1戴维南定理的仿真验证戴维南和诺顿等效电路是电路分析中常用的简化电路的基本方法。在电路原理学习中用人工方法计算十分复杂，而用电路仿真来做则十分简单，因此可以很快做出等效电路。根据戴维南定理，可以从图1−37中获得该电路的等效电路，如图1−38所示，其中Us为理想电压源，Ro为等效电阻。其理论计算如下：上一页下一页返回1.3戴维南定理验证（1）根据图1−37搭接仿真电路。（2）断开图1−37中的负载RL，用直流电压表测量原来RL两端的电压，即为Us，实测电压为9V，与理论计算相符。断开负载RL，在元器件库中选中指示器件如图1−39所示，选中电压表弹出图1−40，选择要用的电压表单击【OK】。将电压表连入电路，打开仿真开关开始仿真，读出电压表的值，如图1−41所示。上一页下一页返回1.3戴维南定理验证（3）继续将电压源U1、U2短路（将其电压设置为0V即可），用数字万用表测量原来RL两端的电阻，即为Ro，实测电阻为1Ω，与理论计算相符。双击电压源弹出图1−42，选中选项卡“DisplayValue”，将Voltage设置为0V，单击【确定】。在常用仿真仪器栏选中数字万用表，单击出来数字万用表，再双击数字万用表弹出图1−43，选择电阻测试挡，将万用表接入原来RL两端，打开仿真开关，结果如图1−44所示。从上面的理论计算和实际测量可以看出两者的数据是一致的，从而验证了戴维南定理的正确性。上一页下一页返回1.3戴维南定理验证1.3.2知识链接1.输入编辑电路的方法输入电路图是分析和设计工作的第一步，用户从元器件库中选择需要的元器件放置在电路图中并连接起来，为分析和仿真做准备。（1）设置Multisim的通用环境变量。为了适应不同的需求和用户习惯，用户可以用菜单“Option”→“Preferences”打开Preferences对话窗口，如图1−45所示。通过该窗口的6个标签选项，用户可以就编辑界面颜色、电路尺寸、缩放比例、自动存储时间等内容作相应的设置。上一页下一页返回1.3戴维南定理验证以标签Workspace为例，当选中该标签时，Preferences对话框如图1−46所示。在这个对话窗口中有3个分项：①Show：可以设置是否显示网格、页边界以及标题框。②Sheetsize：设置电路图页面大小。③Zoomlevel：设置缩放比例。其余的标签选项在此不再详述。（2）取用元器件。取用元器件的方法有两种：从工具栏取用和从菜单取用。下面将以74LS00为例说明两种方法。上一页下一页返回1.3戴维南定理验证①从工具栏取用：“Design”工具栏→“MultisimMaster”工具栏→“TTL”工具栏→74LS按钮。从TTL工具栏中选择74LS按钮，打开这类器件的ComponentBrowser窗口，如图1−47所示。其中包含的字段有DatabaseName（元器件数据库名），ComponentFamily（元器件类型列表），ComponentNameList（元器件名细表），ManufactureNames（生产厂家），ModelLevel−ID（模型层次）等内容。②从菜单取用：通过“Place”→“PlaceComponent”命令打开ComponentBrowser窗口。该窗口与图1−48一样。上一页下一页返回1.3戴维南定理验证③选中相应的元器件。在ComponentFamilyName中选择74LS系列，在ComponentNameList中选择74LS00。单击【OK】按钮就可以选中74LS00，出现如图1−49所示备选窗口。74LS00是四/二输入与非门，窗口中的SectionA/B/C/D分别代表其中的一个与非门，用鼠标选中其中的一个放置在电路图编辑窗口中，如图1−49所示。器件在电路图中显示的图形符号，用户可以在上面的ComponentBrowser对话框中的Symbol选项框中预览到。当器件放置到电路编辑窗口中后，用户就可以进行移动、复制、粘贴等编辑工作了，在此不再详述。上一页下一页返回1.3戴维南定理验证（3）将元器件连接成电路。将电路需要的元器件放置在电路编辑窗口后，用鼠标就可以方便地将器件连接起来。方法是：用鼠标单击连线的起点并拖动鼠标至连线的终点。在Multisim中连线的起点和终点不能悬空。2.Multisim对元器件的管理EDA软件所能提供的元器件的多少以及元器件模型的准确性都直接决定了该EDA软件的质量和易用性。Multisim为用户提供了丰富的元器件，并以开放的形式管理元器件，使得用户能够自己添加所需要的元器件。上一页下一页返回1.3戴维南定理验证Multisim以库的形式管理元器件，通过菜单“Tools”→“DatabaseManagement”打开DatabaseManagement（数据库管理）窗口（如图1−50、图1−51所示），对元器件库进行管理。在DatabaseManagement窗口中的Database列表中有两个数据库：MultisimMaster和User。其中MultisimMaster库中存放的是软件为用户提供的元器件，User是为用户自建元器件准备的数据库。用户对MultisimMaster数据库中的元器件和表示方式没有编辑权。当选中MultisimMaster时，窗口中对库的编辑按钮全部失效而变成灰色，如图1−52所示。但用户可以通过这个对话窗口中的ButtoninToolbar显示框，查找库中不同类别器件在工具栏中的表示方法。上一页下一页返回1.3戴维南定理验证据此用户可以通过选择User数据库，进而对自建元器件进行编辑管理。在MultisimMaster中有实际元器件和虚拟元器件之分，它们之间的根本差别在于：一种是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出到Ultiboard中进行PCB的设计；另一种器件的参数值是该类器件的典型值，不与实际器件对应，用户可以根据需要改变器件模型的参数值，只能用于仿真，这类器件称为虚拟器件。它们在工具栏和对话窗口中的表示方法也不同。在元器件工具栏中，虽然代表虚拟器件的按钮的图标与该类实际器件的图标形状相同，但虚拟器件的按钮有底色，而实际器件没有，如图1−53所示。上一页下一页返回1.3戴维南定理验证从图1−53中可以看到，相同类型的实际元器件和虚拟元器件的按钮并排排列。并非所有的元器件都设有虚拟类的器件。在元器件类型列表中，虚拟元器件类的后缀标有“VIRTUAL”，如图1−54所示。实训及思考题实训：诺顿定理的验证仿真实训目的：1.掌握电压表、电流表和信号源的使用方法；2.掌握元器件的调用及参数设置方法。上一页下一页返回1.3戴维南定理验证实训步骤：（1）按图1−55绘制出电路，求取