lwk電路與電子學實驗指導書64頁

1、電路與電子學實驗指導書湘南學院計算機系硬件教研室 陸武魁編（內(nèi)部使用，非經(jīng)同意不得轉載）第1章 Multisim 10基本操作Multisim 10是IIT公司06年底推出的版本。Multisim 10提供了全面集成化的設計環(huán)境，完成從原理圖設計輸入、電路仿真分析到電路功能測試等工作。當改變電路連接或改變元件參數(shù)，對電路進行仿真時，可以清楚地觀察到各種變化對電路性能的影響 。1.1 Multisim 10基本操作1.1.1 基本界面仿真電源開關菜單欄工具欄元器件欄儀器儀表欄電路工作區(qū)狀態(tài)欄1.1.2 文件基本操作 與Windows常用的文件操作一樣，Multisim 10中也有：New-新建文

2、件、Open-打開文件、Save-保存文件、Save As-另存文件、Print-打印文件、Print Setup-打印設置和Exit-退出等相關的文件操作。以上這些操作可以在菜單欄File子菜單下選擇命令，也可以應用快捷鍵或工具欄的圖標進行快捷操作。 1.1.3 元器件基本操作常用的元器件編輯功能有：90 Clockwise-順時針旋轉90、90 CounterCW-逆時針旋轉90、Flip Horizontal-水平翻轉、Flip Vertical-垂直翻轉、Component Properties-元件屬性等。這些操作可以在菜單欄Edit子菜單下選擇命令，也可以應用快捷鍵進行快捷操作。

3、原始圖像 順時針旋轉90 逆時針旋轉90 水平翻轉 垂直翻轉1.1.4 文本基本編輯 對文字注釋方式有兩種：直接在電路工作區(qū)輸入文字或者在文本描述框輸入文字，兩種操作方式有所不同1. 電路工作區(qū)輸入文字 單擊Place / Text命令或使用Ctrl+T快捷操作，然后用鼠標單擊需要輸入文字的位置，輸入需要的文字。用鼠標指向文字塊，單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇Color命令，選擇需要的顏色。雙擊文字塊，可以隨時修改輸入的文字。2. 文本描述框輸入文字利用文本描述框輸入文字不占用電路窗口，可以對電路的功能、 實用說明等進行詳細的說明，可以根據(jù)需要修改文字的大小和字體。單擊View/ Circu

4、it Description Box命令或使用快捷操作Ctrl+D ，打開電路文本描述框，在其中輸入需要說明的文字，可以保存和打印輸入的文本。 1.1.5 圖紙標題欄編輯 單擊Place / Title Block命令，在打開對話框的查找范圍處指向Multisim / Titleblocks目錄，在該目錄下選擇一個*.tb7圖紙標題欄文件，放在電路工作區(qū)。用鼠標指向文字塊，單擊鼠標右鍵，在彈出的菜單中選擇Properties命令。如下圖所示： 1.1.6 子電路創(chuàng)建 子電路是用戶自己建立的一種單元電路。將子電路存放在用戶器件庫中，可以反復調(diào)用并使用子電路。利用子電路可使復雜系統(tǒng)的設計模塊化、層

5、次化，可增加設計電路的可讀性、提高設計效率、縮短電路周期。創(chuàng)建子電路的工作需要以下幾個步驟：選擇、創(chuàng)建、調(diào)用、修改 。子電路創(chuàng)建：單擊Place/Replace by Subcircuit命令，在屏幕出現(xiàn)Subcircuit Name的對話框中輸入子電路名稱sub1 ，單點OK，選擇電路復制到用戶器件庫，同時給出子電路圖標，完成子電路的創(chuàng)建。子電路調(diào)用：單擊Place/Subcircuit命令或使用Ctrl+B快捷操作，輸入已創(chuàng)建的子電路名稱sub1，即可使用該子電路。子電路修改：雙擊子電路模塊，在出現(xiàn)的對話框中單擊Edit Subcircuit命令，屏幕顯示子電路的電路圖，直接修改該電路圖。

6、子電路的輸入/輸出：為了能對子電路進行外部連接，需要對子電路添加輸入/輸出。單擊Place / HB/SB Connecter命令或使用Ctrl+I快捷操作，屏幕上出現(xiàn)輸入/輸出符號，將其與子電路的輸入/輸出信號端進行連接。帶有輸入/輸出符號的子電路才能與外電路連接。子電路選擇：把需要創(chuàng)建的電路放到電子工作平臺的電路窗口上，按住鼠標左鍵，拖動，選定電路。被選擇電路的部分由周圍的方框標示，完成子電路的選擇。1.2 Multisim 10電路創(chuàng)建1.2.1 元器件1. 選擇元器件 在元器件欄中單擊要選擇的元器件庫圖標，打開該元器件庫。在屏幕出現(xiàn)的元器件庫對話框中選擇所需的元器件，常用元器件庫有13

7、個：信號源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬器件庫、TTL數(shù)字集成電路庫、CMOS數(shù)字集成電路庫、其他數(shù)字器件庫、混合器件庫、指示器件庫、其他器件庫、射頻器件庫、機電器件庫等。2. 選中元器件 鼠標點擊元器件，可選中該元器件。3. 元器件操作 選中元器件，單擊鼠標右鍵，在菜單中出現(xiàn)下列操作命令：Cut：剪切Copy：復制Flip Horizontal：選中元器件的水平翻轉；Flip Vertical：選中元器件的垂直翻轉；90 Clockwise：選中元器件的順時針旋轉90；90 CounterCW：選中元器件的逆時針旋轉90；Color：設置器件顏色Edit Symbol：設置器件參數(shù)

8、Help：幫助信息4. 元器件特性參數(shù) 雙擊該元器件，在彈出的元器件特性對話框中，可以設置或編輯元器件的各種特性參數(shù)。元器件不同每個選項下將對應不同的參數(shù)。 例如：NPN三極管的選項為： Label - 標識 Display - 顯示 Value - 數(shù)值 Pins 管腳1.2.2 電路圖1. Circuit選項Show欄目的顯示控制如下：Labels 標簽RefDes 元件序號Values 值Attributes 屬性Pin names 管腳名字Pin numbers 管腳數(shù)目 2.Workspace 環(huán)境Sheet size欄目實現(xiàn)圖紙大小和方向的設置；Zoom level欄目實現(xiàn)電路工作

9、區(qū)顯示比例的控制。 3.Wring 連線Wire width欄目設置連接線的線寬； Autowire欄目控制自動連線的方式。 4.Font 字體5.PCB 電路板PCB選項選擇與制作電路板相關的命令 。6.Visibility 可視選項選擇菜單Options欄下的Sheet Properties命令，出現(xiàn)如圖所示的對話框，每個選項下又有各自不同的對話內(nèi)容，用于設置與電路顯示方式相關的選項。1.3 Multisim 10操作界面1.3.1 Multisim 10菜單欄12個菜單欄包括了該軟件的所有操作命令。從左至右為：File（文件）、Edit（編輯）、View（窗口）、Place（放置）、MC

10、U（微控制器）、Simulate（仿真）、Transfer（文件輸出）、Tools（工具）、Reports（報告）、Options（選項）、Window（窗口）和Help（幫助）。1. File（文件）菜單建立一個新文件打開文件打開示例關閉關閉所有保存保存為保存所有建立一個新項目打開一個新項目保存項目關閉項目項目備份打印打印預覽打印選項曾打開文件曾打開項目退出2. Edit（編輯）菜單撤銷重做剪切拷貝粘貼刪除全選刪除電路中的其他頁作為子電路粘貼查找圖形順序分配到層層設置元件旋轉表題區(qū)位置編輯表題字體對話框注釋所選元件屬性3. View（窗口）菜單全屏顯示參數(shù)列表放大電路縮小電路以100%的比率

11、來顯示電路窗口適合窗口顯示按比率放大顯示窗格顯示電路邊界顯示紙張邊界顯示或關閉標尺顯示或關閉狀態(tài)欄設計工具箱電子表格視圖電路描述框工具注釋/圖表放置元器件連接點連接線總線連接器從文件中放置分層模塊新建分層模塊用分層模塊來取代新建子電路用子電路取代多頁電路合并總線注釋放置文字放置圖形放置標題信息欄4. Place（放置）菜單 5. Simulate（仿真）菜單運行暫停儀表仿真交互設置數(shù)字仿真設置選擇仿真方法電路仿真錯誤記錄/檢查數(shù)據(jù)跟蹤裝載仿真設置保存仿真設置VHDL 仿真觀察屬性對話框方向觀察清除儀器數(shù)據(jù)全局元件誤差對話框設置6. Transfer（文件輸出）菜單轉換到Ultiboard轉換到

12、其他PCB制版將Multisim數(shù)據(jù)傳給Ultiboard從Ultiboard傳入數(shù)據(jù)導出列表7. Tools（工具）菜單元件設計向導數(shù)據(jù)庫重新命名/重新編號元件置換元件更新電路元件電氣規(guī)則檢查清除ERC標記符號編輯器標題塊編輯描述框編輯對話框編輯標簽捕獲屏幕區(qū)域網(wǎng)絡設計資源共享8. Reports（報告）菜單 9. Options（選項）菜單全局設置操作環(huán)境工作表單屬性用戶命令交互設置10. Window（窗口）菜單新窗口層疊窗口水平分割排列顯示垂直分割排列顯示關閉所有窗口窗口對話框當前用戶文檔名稱11. Help（幫助）菜單1.3.3 Multisim 10元器件欄由于該工具欄是浮動窗口，

13、所以不同用戶顯示會有所不同（方法是：用鼠標右擊該工具欄就可以選擇不同工具欄，或者鼠標左鍵單擊工具欄不要放，便可以隨意拖動）。從左到右依次是：新建，打開，保存，打印，打印預覽，剪切，復制，粘貼，撤銷，重做。滿屏顯示，放大，縮小，選擇放大，100%顯示。電源，電阻，二極管，三極管，集成電路，TTL集成電路，COMS集成電路，數(shù)字器件，混合器件庫，指示器件庫，其他器件庫，電機類器件庫，射頻器件庫。導線，總線。顯示或隱藏設計項目欄，電路屬性欄，電路元件屬性欄，新建元件對話框，啟動仿真分析，圖表，電氣規(guī)則檢查，從Unltiboard導入數(shù)據(jù)，導出數(shù)據(jù)到unltiboard，使用元件列表，幫助。1.3.4

14、 Multisim 儀器儀表欄Multisim 在儀器儀表欄下提供了17個常用儀器儀表，依次為數(shù)字萬用表、函數(shù)發(fā)生器、瓦特表、雙通道示波器、四通道示波器、波特圖儀、頻率計、字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、IV分析儀、失真度儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡分析儀、Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器。1.4 Multisim 儀器儀表使用1.4.1 數(shù)字萬用表（Multimeter） Multisim 提供的萬用表外觀和操作與實際的萬用表相似，可以測電流A、電壓V、電阻和分貝值db，測直流或交流信號。萬用表有正極和負極兩個引線端 。1.4.2 函數(shù)發(fā)生器（Functio

15、n Generator）Multisim 提供的函數(shù)發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、三角波和矩形波，信號頻率可在1Hz到999MHz范圍內(nèi)調(diào)整。信號的幅值以及占空比等參數(shù)也可以根據(jù)需要進行調(diào)節(jié)。信號發(fā)生器有三個引線端口：負極、正極和公共端。1.4.3 瓦特表（Wattmeter） Multisim 提供的瓦特表用來測量電路的交流或者直流功率，瓦特表有四個引線端口：電壓正極和負極、電流正極和負極。1.4.4 雙通道示波器（Oscilloscope）Multisim 提供的雙通道示波器與實際的示波器外觀和基本操作基本相同，該示波器可以觀察一路或兩路信號波形的形狀，分析被測周期信號的幅值和頻率，時間基準可在秒

16、直至納秒范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。示波器圖標有四個連接點：A通道輸入、B通道輸入、外觸發(fā)端T和接地端G。示波器的控制面板分為四個部分：1. Time base（時間基準） Scale（量程）：設置顯示波形時的X軸時間基準。 X position（X軸位置）：設置X軸的起始位置。 顯示方式設置有四種：Y/T方式指的是X軸顯示時間，Y軸顯示電壓值；Add方式指的是X軸顯示時間，Y軸顯示A通道和B通道電壓之和；A/B或B/A方式指的是X軸和Y軸都顯示電壓值。2. Channel A（通道A） Scale（量程）：通道A的Y軸電壓刻度設置。 Y position（Y軸位置）：設置Y軸的起始點位置，起始點為0表明Y軸

17、和X軸重合，起始點為正值表明Y軸原點位置向上移，否則向下移。 觸發(fā)耦合方式：AC（交流耦合）、0（0耦合）或DC（直流耦合），交流耦合只顯示交流分量，直流耦合顯示直流和交流之和，0耦合，在Y軸設置的原點處顯示一條直線。3. Channel B（通道B） 通道B的Y軸量程、起始點、耦合方式等項內(nèi)容的設置與通道A相同。4. Tigger（觸發(fā)） 觸發(fā)方式主要用來設置X軸的觸發(fā)信號、觸發(fā)電平及邊沿等。 Edge（邊沿）：設置被測信號開始的邊沿，設置先顯示上升沿或下降沿。Level（電平）：設置觸發(fā)信號的電平，使觸發(fā)信號在某一電平時啟動掃描。觸發(fā)信號選擇：Auto（自動）、通道A和通道B表明用項應的通

18、道信號作為觸發(fā)信號；ext為外觸發(fā)；Sing為單脈沖觸發(fā)；Nor為一般脈沖觸發(fā)。1.4.5 四通道示波器（4 Channel Oscilloscope）四通道示波器與雙通道示波器的使用方法和參數(shù)調(diào)整方式完全一樣，只是多了一個通道控制器旋鈕 ，當旋鈕撥到某個通道位置，才能對該通道的Y軸進行調(diào)整。 1.4.6 波特圖儀（Bode Plotter） 利用波特圖儀可以方便地測量和顯示電路的頻率響應，波特圖儀適合于分析濾波電路或電路的頻率特性，特別易于觀察截止頻率。需要連接兩路信號，一路是電路輸入信號，另一路是電路輸出信號，需要在電路的輸入端接交流信號。 波特圖儀控制面板分為Magnitude（幅值）或

19、Phase（相位）的選擇、Horizontal（橫軸）設置、Vertical（縱軸）設置、顯示方式的其他控制信號，面板中的F指的是終值，I指的是初值。在波特圖儀的面板上，可以直接設置橫軸和縱軸的坐標及其參數(shù)。 例如：構造一階RC濾波電路，輸入端加入正弦波信號源，電路輸出端與示波器相連，目的是為了觀察不同頻率的輸入信號經(jīng)過RC濾波電路后輸出信號的變化情況。調(diào)整縱軸幅值測試范圍的初值I和終值F，調(diào)整相頻特性縱軸相位范圍的初值I和終值F。 打開仿真開關，點擊幅頻特性在波特圖觀察窗口可以看到幅頻特性曲線；點擊相頻特性可以在波特圖觀察窗口顯示相頻特性曲線 。1.4.7 頻率計（Frequency cou

20、ter）頻率計主要用來測量信號的頻率、周期、相位，脈沖信號的上升沿和下降沿，頻率計的圖標、面板以及使用如圖所示。使用過程中應注意根據(jù)輸入信號的幅值調(diào)整頻率計的Sensitivity（靈敏度）和Trigger Level（觸發(fā)電平）。 1.4.8 數(shù)字信號發(fā)生器（Word Generator）數(shù)字信號發(fā)生器是一個通用的數(shù)字激勵源編輯器，可以多種方式產(chǎn)生32位的字符串，在數(shù)字電路的測試中應用非常靈活。左側是控制面板，右側是字信號發(fā)生器的字符窗口。控制面板分為Controls（控制方式）、Display（顯示方式）、Trigger（觸發(fā)）、Frequency（頻率）等幾個部分。 1.4.9 邏輯分析

21、儀（Logic Analyzer）Multiuse 面板分上下兩個部分，上半部分是顯示窗口，下半部分是邏輯分析儀的控制窗口，控制信號有：Stop（停止）、Reset（復位）、Reverse（反相顯示）、Clock（時鐘）設置和Trigger（觸發(fā)）設置。 提供了16路的邏輯分析儀，用來數(shù)字信號的高速采集和時序分析。邏輯分析儀的圖標如圖所示。邏輯分析儀的連接端口有：16路信號輸入端、外接時鐘端C、時鐘限制Q以及觸發(fā)限制T。 Clock setup（時鐘設置）對話框 Clock Source（時鐘源）選擇外觸發(fā)或內(nèi)觸發(fā)；Clock rate（時鐘頻率）： 1Hz100MHz范圍內(nèi)選擇； Sampl

22、ing Setting（取樣點設置）：Pre-trigger samples （觸發(fā)前取樣點）、Post- trigger samples（觸發(fā)后取樣點） 和Threshold voltage（開啟電壓）設置。 點擊Trigger下的 Set（設置）按鈕時，出現(xiàn)Trigger Setting（觸發(fā)設置）對話框 如圖所示。Trigger Clock Edge（觸發(fā)邊沿）：Positive（上升沿）、Negative（下降沿）、Both（雙向觸發(fā)）。Trigger patterns（觸發(fā)模式）：由A、B、C定義觸發(fā)模式，在Trigger Combination（觸發(fā)組合）下有21種觸發(fā)組合可以選擇

23、。1.4.10 邏輯轉換器（Logic Converter）Multisim提供了一種虛擬儀器：邏輯轉換器。實際中沒有這種儀器，邏輯轉換器可以在邏輯電路、真值表和邏輯表達式之間進行轉換。有8路信號輸入端，1路信號輸出端。6種轉換功能依次是：邏輯電路轉換為真值表、真值表轉換為邏輯表達式、真值表轉換為最簡邏輯表達式、邏輯表達式轉換為真值表、邏輯表達式轉換為邏輯電路、邏輯表達式轉換為與非門電路。1.4.11 IV分析儀（IV Analyzer）IV分析儀專門用來分析晶體管的伏安特性曲線，如二極管、NPN管、PNP管、NMOS管、PMOS管等器件。IV分析儀相當于實驗室的晶體管圖示儀，需要將晶體管與連

24、接電路完全斷開，才能進行IV分析儀的連接和測試。IV分析儀有三個連接點，實現(xiàn)與晶體管的連接。IV分析儀面板左側是伏安特性曲線顯示窗口；右側是功能選擇。1.4.12 失真度儀（Distortion Analyzer）失真度儀專門用來測量電路的信號失真度，失真度儀提供的頻率范圍為20Hz100kHz。 面板最上方給出測量失真度的提示信息和測量值。Fundamental Freq（分析頻率）處可以設置分析頻率值；選擇分析THD（總諧波失真）或SINAD（信噪比），單擊Set按鈕，打開設置窗口如圖所示，由于THD的定義有所不同，可以設置THD的分析選項。 1.4.13 頻譜分析儀（Spectrum A

25、nalyzer）用來分析信號的頻域特性，其頻域分析范圍的上限為4GHz。 Span Control用來控制頻率范圍，選擇Set Span的頻率范圍由Frequency區(qū)域決定；選擇Zero Span的頻率范圍由Frequency區(qū)域設定的中心頻率決定；選擇Full Span的頻率范圍為1KHz4GHz。Frequency用來設定頻率：Span設定頻率范圍、Start設定起始頻率、Center設定中心頻率、End設定終止頻率。Amplitude用來設定幅值單位，有三種選擇：dB、dBm、Lin。Db = 10log10V；dBm = 20log10（V/0.775）；Lin為線性表示。Resol

26、ution Freq.用來設定頻率分辨的最小譜線間隔，簡稱頻率分辨率。1.4.14 網(wǎng)絡分析儀（Network Analyzer）網(wǎng)絡分析儀主要用來測量雙端口網(wǎng)絡的特性，如衰減器、放大器、混頻器、功率分配器等。Multisim提供的網(wǎng)絡分析儀可以測量電路的S參數(shù)、并計算出H、Y、Z參數(shù)。 Mode提供分析模式：Measurement測量模式；RF Characterizer射頻特性分析；Match Net Designer電路設計模式。Graph用來選擇要分析的參數(shù)及模式，可選擇的參數(shù)有S參數(shù)、H參數(shù)、Y參數(shù)、Z參數(shù)等。模式選擇有Smith（史密斯模式）、Mag/Ph（增益/相位頻率響應，波特

27、圖）、Polar（極化圖）、Re/Im（實部/虛部）。Trace用來選擇需要顯示的參數(shù)。 Marker用來提供數(shù)據(jù)顯示窗口的三種顯示模式：Re/Im為直角坐標模式；Mag/Ph（Degs）為極坐標模式；dB Mag/Ph（Deg）為分貝極坐標模式。Settings用來提供數(shù)據(jù)管理，Load讀取專用格式數(shù)據(jù)文件；Save存儲專用格式數(shù)據(jù)文件；Exp輸出數(shù)據(jù)至文本文件；Print打印數(shù)據(jù)。Simulation Set按鈕用來設置不同分析模式下的參數(shù)。1.4.15 仿真Agilent儀器仿真Agilent儀器有三種：Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器。這三種儀器與真

28、實儀器的面板，按鈕、旋鈕操作方式完全相同，使用起來更加真實。 1. Agilent信號發(fā)生器Agilent信號發(fā)生器的型號是33120A，其圖標和面板如圖所示，這是一個高性能15 MHz的綜合信號發(fā)生器。Agilent信號發(fā)生器有兩個連接端，上方是信號輸出端，下方是接地端。單擊最左側的電源按鈕，即可按照要求輸出信號。2. Agilent萬用表 Agilent萬用表的型號是34401A，其圖標和面板如圖所示，這是一個高性能6位半的數(shù)字萬用表。Agilent萬用表有五個連接端，應注意面板的提示信息連接。單擊最左側的電源按鈕，即可使用萬用表，實現(xiàn)對各種電類參數(shù)的測量。 3. Agilent示波器 A

29、gilent示波器的型號是54622D，圖標和面板如圖所示，這是一個2模擬通道、16個邏輯通道、100-MHz的寬帶示波器。Agilent示波器下方的18個連接端是信號輸入端，右側是外接觸發(fā)信號端、接地端。單擊電源按鈕，即可使用示波器，實現(xiàn)各種波形的測量。第2章 Multisim10的基本分析方法主 要 內(nèi) 容 2.1 直流工作點分析（DC Operating Point Analysis ） 2.2 交流分析（AC Analysis） 2.3 瞬態(tài)分析（Transient Analysis） 2.4 傅立葉分析（Fourier Analysis） 2.5 失真分析（Distortion An

30、alysis） 2.6 噪聲分析（Noise Analysis） 2.7 直流掃描分析（DC Sweep Analysis） 2.8參數(shù)掃描分析（Parameter Sweep Analysis）2.1 直流工作點分析直流工作點分析也稱靜態(tài)工作點分析，電路的直流分析是在電路中電容開路、電感短路時，計算電路的直流工作點，即在恒定激勵條件下求電路的穩(wěn)態(tài)值。在電路工作時，無論是大信號還是小信號，都必須給半導體器件以正確的偏置，以便使其工作在所需的區(qū)域，這就是直流分析要解決的問題。了解電路的直流工作點，才能進一步分析電路在交流信號作用下電路能否正常工作。求解電路的直流工作點在電路分析過程中是至關重要的

31、。 2.1.1構造電路 為了分析電路的交流信號是否能正常放大，必須了解電路的直流工作點設置得是否合理，所以首先應對電路得直流工作點進行分析。在Multisim 10工作區(qū)構造一個單管放大電路，電路中電源電壓、各電阻和電容取值如圖所示。注意：圖中的1，2，3，4，5等編號可以從Options-sheet propertiescircuitshow all調(diào)試出來。執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇DC Operating Point，則出現(xiàn)直流工作點分析對話框，如圖A所示。直流工作點分析對話框B。 1. Output 選項 Output用于選定需要分析的

32、節(jié)點。 左邊Variables in circuit 欄內(nèi)列出電路中各節(jié)點電壓變量和流過電源的電流變量。右邊Selected variables for 欄用于存放需要分析的節(jié)點。 具體做法是先在左邊Variables in circuit 欄內(nèi)中選中需要分析的變量（可以通過鼠標拖拉進行全選），再單擊Add按鈕，相應變量則會出現(xiàn)在Selected variables for 欄中。如果Selected variables for 欄中的某個變量不需要分析，則先選中它，然后點擊Remove按鈕，該變量將會回到左邊Variables in circuit 欄中。 2.Analysis Option

33、s 和Summary選項表示：分析的參數(shù)設置和Summary頁中排列了該分析所設置的所有參數(shù)和選項。用戶通過檢查可以確認這些參數(shù)的設置。 2.1.3 檢查測試結果 點擊B圖下部Simulate按鈕，測試結果如圖所示。測試結果給出電路各個節(jié)點的電壓值。根據(jù)這些電壓的大小，可以確定該電路的靜態(tài)工作點是否合理。如果不合理，可以改變電路中的某個參數(shù)，利用這種方法，可以觀察電路中某個元件參數(shù)的改變對電路直流工作點的影響。2.2 交流分析交流分析是在正弦小信號工作條件下的一種頻域分析。它計算電路的幅頻特性和相頻特性，是一種線性分析方法。 Multisim 10在進行交流頻率分析時，首先分析電路的直流工作點

34、，并在直流工作點處對各個非線性元件做線性化處理，得到線性化的交流小信號等效電路，并用交流小信號等效電路計算電路輸出交流信號的變化。在進行交流分析時，電路工作區(qū)中自行設置的輸入信號將被忽略。也就是說，無論給電路的信號源設置的是三角波還是矩形波，進行交流分析時，都將自動設置為正弦波信號，分析電路隨正弦信號頻率變化的頻率響應曲線。2.2.1 構造電路 這里仍采用單管放大電路作為實驗電路，電路如圖所示。這時，該電路直流工作點分析的結果如下：三極管的基極電壓約為0.653V，集電極電壓約為5.46V，發(fā)射極電壓為0V。2.2.2啟動交流分析工具 執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可

35、操作分析類型中選擇AC Analysis，則出現(xiàn)交流分析對話框，如圖所示。對話框中Frequency Parameters頁的設置項目、單位以及默認值等內(nèi)容見表所示。 2.2.3 檢查測試結果 電路的交流分析測試曲線如圖所示,測試結果給出電路的幅頻特性曲線和相頻特性曲線,幅頻特性曲線顯示了3號節(jié)點（電路輸出端）的電壓隨頻率變化的曲線；相頻特性曲線顯示了3號節(jié)點的相位隨頻率變化的曲線。由交流頻率分析曲線可知，該電路大約在7Hz 24MHz范圍內(nèi)放大信號，放大倍數(shù)基本穩(wěn)定，且相位基本穩(wěn)定。超出此范圍，輸出電壓將會衰減，相位會改變。 2.3 瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析是一種非線性時域分析方法，是在給定輸入激勵

36、信號時，分析電路輸出端的瞬態(tài)響應。Multisim在進行瞬態(tài)分析時，首先計算電路的初始狀態(tài)，然后從初始時刻起，到某個給定的時間范圍內(nèi)，選擇合理的時間步長，計算輸出端在每個時間點的輸出電壓，輸出電壓由一個完整周期中的各個時間點的電壓來決定。啟動瞬態(tài)分析時，只要定義起始時間和終止時間，Multisim可以自動調(diào)節(jié)合理的時間步進值，以兼顧分析精度和計算時需要的時間，也可以自行定義時間步長，以滿足一些特殊要求。2.3.1 構造電路 構造一個單管放大電路，電路中電源電壓、各電阻和電容取值如圖所示。 2.3.2 啟動瞬態(tài)分析工具 執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇

37、Transient Analysis，出現(xiàn)瞬態(tài)分析對話框，如圖所示。 瞬態(tài)分析對話框中Analysis Parameters頁的設置項目、單位以及默認值等內(nèi)容見表所示。 2.3.3 檢查分析結果 放大電路的瞬態(tài)分析曲線如圖所示。分析曲線給出輸入節(jié)點2和輸出節(jié)點5的電壓隨時間變化的波形，縱軸坐標是電壓，橫軸是時間軸。從圖中可以看出輸出波形和輸入波形的幅值相差不太大，這主要是因為該放大電路晶體管發(fā)射極接有反饋電阻，從而影響了電路的放大倍數(shù)。2.4傅立葉分析傅立葉分析是一種分析復雜周期性信號的方法。它將非正弦周期信號分解為一系列正弦波、余弦波和直流分量之和。根據(jù)傅立葉級數(shù)的數(shù)學原理，周期函數(shù)f(t)

38、可以寫為傅立葉分析以圖表或圖形方式給出信號電壓分量的幅值頻譜和相位頻譜。傅立葉分析同時也計算了信號的總諧波失真（THD），THD定義為信號的各次諧波幅度平方和的平方根再除以信號的基波幅度，并以百分數(shù)表示：2.4.1 構造電路 構造一個單管放大電路，電路中電源電壓、各電阻和電容取值如圖所示。該放大電路在輸入信號源電壓幅值達到50mv時，輸出端電壓信號已出現(xiàn)較嚴重的非線性失真，這也就意味著在輸出信號中出現(xiàn)了輸入信號中未有的諧波分量。2.4.2 啟動交流分析工具 執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇Fourier Analysis，則出現(xiàn)傅立葉分析對話框，如圖

39、所示。傅立葉分析對話框中Analysis Parameters頁的設置項目及默認值等內(nèi)容見表所示。 2.4.3 檢查分析結果 傅立葉分析結果如圖所示。如果放大電路輸出信號沒有失真，在理想情況下，信號的直流分量應該為零，各次諧波分量幅值也應該為零，總諧波失真也應該為零。 從圖可以看出，輸出信號直流分量幅值約為1.15V，基波分量幅值約為4.36 V，2次諧波分量幅值約為1.58 V，從圖表中還可以查出3次、4次及5次諧波幅值。同時可以看到總諧波失真（THD）約為35.96%，這表明輸出信號非線性失真相當嚴重。線條圖形方式給出的信號幅頻圖譜直觀地顯示了各次諧波分量的幅值。2.5 失真分析放大電路輸

40、出信號的失真通常是由電路增益的非線性與相位不一致造成的。增益的非線性將會產(chǎn)生諧波失真，相位的不一致將產(chǎn)生互調(diào)失真。Multisim失真分析通常用于分析那些采用瞬態(tài)分析不易察覺的微小失真。如果電路有一個交流信號，Multisim的失真分析將計算每點的二次和三次諧波的復變值；如果電路有兩個交流信號，則分析三個特定頻率的復變值，這三個頻率分別是：（f1f2），（f1f2），（2f1f2）。2.5.1構造電路 設計一個單管放大電路，電路參數(shù)及電路結構如圖所示。對該電路進行直流工作點分析后，表明該電路直流工作點設計合理。在電路的輸入端加入一個交流電壓源作為輸入信號，其幅度為4V，頻率為1kHz。注意：雙

41、擊信號電壓源符號，在屬性對話框中Distortion Frequency 1 Magnitude:項目下設置為4V。Distortion Frequency 2 Magnitude:項目下設置為4V。然后繼續(xù)分析該放大電路。2.5.2啟動失真分析工具 執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇Distortion Analysis，則出現(xiàn)瞬態(tài)分析對話框，如圖所示。 失真分析對話框中Analysis Parameters頁的設置項目、單位以及默認值等內(nèi)容見表所示。2.5.3檢查分析結果 電路的失真分析結果如圖所示。由于該電路只有一個輸入信號，因此，失真分析結果給

42、出的是諧波失真幅頻特性和相頻特性圖。2.6 噪聲分析電路中的電阻和半導體器件在工作時都會產(chǎn)生噪聲，噪聲分析就是定量分析電路中噪聲的大小。Multisim提供了熱噪聲、散彈噪聲和閃爍噪聲等3種不同的噪聲模型。噪聲分析利用交流小信號等效電路，計算由電阻和半導體器件所產(chǎn)生的噪聲總和。假設噪聲源互不相關，而且這些噪聲值都獨立計算，總噪聲等于各個噪聲源對于特定輸出節(jié)點的噪聲均方根之和。 2.6.1構造電路 構造單管放大電路，雙擊信號電壓源符號，在屬性對話框中Distortion Frequency 1 Magnitude:項目下設置為1V。然后繼續(xù)分析該單管放大電路。2.6.2啟動噪聲分析工具 執(zhí)行菜單

43、命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇Noise Analysis，則出現(xiàn)噪聲分析對話框，如圖所示。 噪聲分析對話框中Analysis Parameters頁的設置項目及其注釋等內(nèi)容見表所示。 噪聲分析對話框中Frequency Parameters頁如圖所示。其中設置項目及其注釋等內(nèi)容見下表所示： 2.6.3檢查分析結果 噪聲分析曲線如圖所示。其中上面一條曲線是總的輸出噪聲電壓隨頻率變化曲線，下面一條曲線是等效的輸入噪聲電壓隨頻率變化曲線。2.7 直流掃描分析直流掃描分析是根據(jù)電路直流電源數(shù)值的變化，計算電路相應的直流工作點。在分析前可以選擇直流電源的變化范圍和

44、增量。在進行直流掃描分析時，電路中的所有電容視為開路，所有電感視為短路。 在分析前，需要確定掃描的電源是一個還是兩個，并確定分析的節(jié)點。如果只掃描一個電源，得到的是輸出節(jié)點值與電源值的關系曲線。如果掃描兩個電源，則輸出曲線的數(shù)目等于第二個電源被掃描的點數(shù)。第二個電源的每一個掃描值，都對應一條輸出節(jié)點值與第一個電源值的關系曲線。2.7.1構造電路 構造如圖所示的電路，MOS管型號為2N7000，屬于N溝道增強型MOS管?，F(xiàn)在要利用直流掃描來測繪MOS管的輸出特性曲線。 執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇DC Sweep，則出現(xiàn)直流掃描分析對話框 直流掃描

45、分析對話框中Analysis Parameters頁中包含Source1和Source2兩個區(qū)，區(qū)中設置項目及其注釋等內(nèi)容見表所示。 2.7.3檢查分析結果 直流掃描分析曲線即MOS管的輸出特性曲線，如圖所示。橫坐標為MOS管的漏極電壓，縱坐標是MOS管的漏極電流（盡管圖上標的是Voltage）。每一條曲線都是MOS管漏極電壓與漏極電流的關系曲線且對應一個固定的柵極電壓。 2.8參數(shù)掃描分析（Parameter Sweep Analysis）參數(shù)掃描分析是在用戶指定每個參數(shù)變化值的情況下，對電路的特性進行分析。在參數(shù)掃描分析中，變化的參數(shù)可以從溫度參數(shù)擴展為獨立電壓源、獨立電流源、溫度、模型參

46、數(shù)和全局參數(shù)等多種參數(shù)。顯然，溫度掃描分析也可以通過參數(shù)掃描分析來完成。 1.構造電路2.啟動參數(shù)掃描分析工具選擇Simulate / Analysis / Parameter Sweep 2.啟動參數(shù)掃描分析工具選項框項 目默認值注 釋Swep Parameters（選擇掃描元件及參數(shù)）Device Parameter（元件參數(shù)）BJT（晶體管）可選電路中出現(xiàn)的元件種類（Device），如Diode、Resistor、Vsource等，元件序號（Name）以及元件參數(shù)（Parameter）Model Parameter（元件模型參數(shù)）BJT（晶體管）表示選中的是元件模型參數(shù)類型，各參數(shù)不僅與

47、電路有關，還與Device Parameter對應的選項有關Points to sweep（選擇掃描方式）Decade（十倍刻度掃描）確定掃描起始值、終止值及增量步長Liner（線性刻度值）選中確定掃描起始值、終止值及增量步長Octave（八倍刻度掃描）確定掃描起始值、終止值及增量步長Liste（取列表值掃描）列出掃描時的參數(shù)值，數(shù)字間可用空格、逗點或分號隔開More Option（選擇分析類型）DC Operating Point（直流工作點）未選選中該項，進行直流工作點的參數(shù)掃描分析Transient Analysis（瞬態(tài)分析）選中選中該項，進行瞬態(tài)參數(shù)掃描分析，可以修改瞬態(tài)分析時的參數(shù)

48、設置AC Frequency Analysis（交流頻率分析）未選選中該項，進行交流頻率參數(shù)掃描分析，可以修改交流頻率分析時的參數(shù)設置3.查看分析結果 實驗一 基爾霍夫定律及電位、電壓關系的驗證一、實驗目的1、驗證基爾霍夫電流定律和電壓定律，鞏固所學的理論知識。2、學習電位的測量方法，加深對電位、電壓概念的理解。二、實驗原理基爾霍夫定律是電路的基本定律。它包括基爾霍夫電流定律（KCL）和基爾霍夫電壓定律（KVL）。1基爾霍夫電流定律對電路中的任一節(jié)點，各支路電流的代數(shù)和等于零，即。此定律闡述了電路任一節(jié)點上各支路電流間的約束關系，且這種約束關系與各支路元件的性質(zhì)無關，無論元件是線性的或非線性的

49、、含源的或無源的、時變的或非時變的。2基爾霍夫電壓定律對任何一個閉合電路，沿閉合回路的電壓降的代數(shù)和為零，即。此定律闡述了任一閉合電路中各電壓間的約束關系，這種關系僅與電路結構有關，而與構成電路的元件性質(zhì)無關，無論元件是線性的或非線性的、含源的或無源的、時變的或非時變的。 3參考方向KCL、KVL表達式中的電流和電壓都是代數(shù)量，除具有大小外，還有方向，其方向以量值的正負表示。通常，在電路中要先假定某方向為電流和電壓的參考方向。當它們的實際方向與參考方向相同時，取值為正；相反時，取值為負。4電位參考點測量電位首先要選擇電位參考點，電路中某點的電位就是該點與參考點之間的電壓。電位參考點的選擇是任意

50、的，且電路中各點的電位值隨所選電位參考點的不同而變，但任意兩點間的電位差即電壓不因參考點的改變而變化。所以，電位具有相對性，而電壓具有絕對性。三、實驗儀器和設備在Multisim 10環(huán)境下完成實驗。四、預習要求1復習基爾霍夫定律，根據(jù)本次實驗電路的參數(shù)，估算出待測電流、電壓。2復習電位、電壓的概念及其計算方法，根據(jù)本次實驗電路的參數(shù)，估算出不同參考點時的待測電位值及電壓。五、實驗內(nèi)容及步驟1驗證基爾霍夫電流定律（KCL）本實驗在Multisim 10環(huán)境下完成。按圖1.1設計好電路。將電源US1、US2的值分別設定為US1 = 10V，US2 = 18V，然后將US1和US2接到電路上。圖中

51、X1-X2、X3-X4、X5-X6分別為節(jié)點B的三條支路電流測量接口。測量某支路電流時，將虛擬萬用表接入該支路接口上。實驗前先設定三條支路電流的參考方向，可假定流入節(jié)點的電流為正（反之亦可），并將表筆負極接在靠近節(jié)點的接口上，表筆正極接在遠離節(jié)點的接口上。將測量結果填入表1.1，并與計算結果進行比較分析。2 驗證基爾霍夫電壓定律（KVL）實驗電路同圖1.1，用導線將三個電流接口短接。取回路ABEFA和回路BCDEB，用虛擬電壓表依次測量兩個回路中的各支路電壓UAB、UBE、UEF、UFA和UBC、UCD、UDE、UEB, 將測量結果填入表1.2中。測量時，注意極性及讀數(shù)。3電位、電壓的測量實驗

52、電路同圖1.1，分別以電路的D點、F點為參考點，測量電路中的A、B、C、D、E、F各點電位，將測量結果填入表1.3中。測電位時，應將虛擬電壓表的“正”表筆接在被測點，“負”表筆接在電位參考點上。測量上述每兩點間的電壓UAB、UBC、UCD、UBE、UDE、UEF、UFA、UAD，將測量結果填入表1.4中。根據(jù)以D、F點為參考點而測量的電位值，分別計算上述電壓值，將計算結果也填入表1.4中。FBA510R5330R21kR4510R1510R3+US110V+US218VS1S2EDCI1I2I3圖1.1 基爾霍夫定律及電位、電壓關系的驗證實驗電路X1X2X3X4X5X6表1.1計算值測量值I1（mA）I2（mA）I3（mA）I表1.2 單位：伏特UABUBEUEFUFAUUBCUCDUDEUEBU計算值測量值表1.3電位參考點UAUBUCUDUEUFDF表1.4電位參考點UABUBCUCDUBEUEDUFEUAFUAD測量D（計算）F（計算）六、實驗報告要求