Mutisims9在模擬電路中的應(yīng)用解讀

1、第4章 Mutisims9在模擬電路中的應(yīng)用模擬電路是電子專業(yè)學(xué)習(xí)專業(yè)課的基礎(chǔ)，主要內(nèi)容包括了半導(dǎo)體器件如：二極管、三極管、晶閘管等的工作原理，分立放大電路、集成運(yùn)算放大器以及濾波電路的分析和設(shè)計(jì)等主要內(nèi)容。在本章中，將結(jié)合上述內(nèi)容來介紹 9的使用方法，以便幫助讀者在熟練使用9的基礎(chǔ)上，快速地使用 9來分析和設(shè)計(jì)電路。4. 1常用半導(dǎo)體器件4. 1 . 1.二極管仿真測(cè)量9在元件庫(kù)中提供了幾百種不同型號(hào)的二極管。二極管傳統(tǒng)的測(cè)試方法有電壓電流表和萬(wàn)用表測(cè)試法、晶體管圖示儀測(cè)試法， 在9中也同樣可以用虛擬電壓電流表和虛擬萬(wàn)用表法 及IV分析儀法測(cè)試二極管。1用虛擬電流、電壓表測(cè)量二極管在電路工作

2、窗口中建立如圖4-1所示的二極管測(cè)量電路。這是PN結(jié)或二極管加正向電壓的特性演示左側(cè)為 3D理想二極管，右側(cè)為真實(shí)二極管1N4148。先通過 A、B鍵使J1、J2兩個(gè)開關(guān)打開，單擊 Simulate按鈕，開始仿真，按下A鍵，電壓表 U1顯示D1極管兩端的正向壓降，電流表U2顯示流過 D1二極管的正向電流。按下B鍵，電壓表 U3顯示二極管IN4148兩端的正向壓降，電流表 U4顯示流過二極管IN4148的正向電流。正向壓 降較小，正向電流較大，稱為二極管的正向?qū)?。?shù)據(jù)如圖4-1中電表所示。U20.6730,651Ui DC 1QMQU3 DC02U4DC 1e-00M1N4148_IV2VRe

3、sistori 1 Okfl圖4-1二極管加正向電壓仿真電路將圖4-1中的二極管反向連接， 將電壓表改接（電壓表內(nèi)阻會(huì)引起測(cè)量誤差），就組成圖4-2 所示二極管加反向電壓電路。對(duì) PN結(jié)或二極管加反向電壓做仿真演示，數(shù)據(jù)如圖4-2中電表所示。反向壓降很大，反向電流極小，稱為二極管的反向截止。U1U1DC 10MflDC 10MQD2iodeiU20.032UU31N414SDC 1e-0092-2 J1 Key = AKey = AR1V1_V1-10 V10VKey 二 BrV2=DC 1e-009i先弓J21 OkU10 VR21 OKDResistori圖4-2二極管加反向電壓仿真電路按

4、照?qǐng)D4-1和圖4-2電路，多次改變電阻 R1、R2的阻值，可測(cè)量到一組電壓與電流的 數(shù)值，用這些數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上可描繪出一條曲線，這就是二極管的特性曲線。2用IV分析儀測(cè)量二極管IV分析儀可以很方便地測(cè)量常用半導(dǎo)體器件的伏安特性，圖4-3是IV法測(cè)二極管伏安特性電路，其左圖中的二極管為3D理想二極管，右圖中的二極管為真實(shí)二極管IN4148。雙擊IV分析儀圖標(biāo)，打開分析儀面板。按下述方法進(jìn)行設(shè)置：Components欄，選擇Diode ; Current Range (A)區(qū)，選擇 Log，設(shè)定適當(dāng)?shù)碾娏鞣秶?；Voltage Range (V)區(qū)，選擇Log，設(shè)定適當(dāng)?shù)碾妷悍秶?。打開仿真開關(guān)，即可

5、觀察到二極管的正向特性曲線。拖動(dòng) 讀數(shù)指針，可以測(cè)出具體數(shù)據(jù)。如圖4-4所示。XIV1圖4-3 IV分析儀測(cè)量二極管IV Analyzer-XIV1圖4-4 IV分析儀面板及測(cè)量的二極管特性曲線4. 1. 2 三極管仿真測(cè)量1 用虛擬萬(wàn)用表測(cè)量三極管圖4-5是用虛擬萬(wàn)用表測(cè)晶體三極管。用萬(wàn)用表的電阻擋，對(duì)比各電極間的正反向電阻，可以測(cè)量晶體管，通常使用指針式萬(wàn)用表。打開仿真開關(guān)，前4個(gè)圖用于判斷基極 b和確定晶體管的類型，后兩個(gè)圖用于判定集電極 c和發(fā)射極e,還可以估測(cè)放大倍數(shù)。實(shí)際測(cè)量時(shí)： 首先判定基極b。具體方法是：先將萬(wàn)用表的某一表筆固定接晶體管的某一管腳，用另一 表筆分別接另外兩支管腳

6、， 測(cè)它們的電阻，如果測(cè)得的數(shù)值都很大或都很?。ㄈ鐖D中萬(wàn)用表XMMI、XMMZ的讀數(shù)或 XMM3、XMM4的讀數(shù)）；再將表筆交換，重復(fù)上述測(cè)量，證實(shí) 測(cè)得的數(shù)值與先前的測(cè)量完全相反，那么，可斷定這支管腳是b。如果紅表筆接b時(shí)測(cè)得圖4-5用虛擬萬(wàn)用表測(cè)三極管的數(shù)值大，黑表筆接 b時(shí)測(cè)得的數(shù)值小，則斷定此晶體管是 NPN型的。先假定另外兩支 管腳中的某一支是 C,則按第5種接法測(cè)量c、e之間的電阻，再在 c、e間接一個(gè)幾十千歐 的電阻，重復(fù)測(cè)量，看電阻值的變化。如果第一次像萬(wàn)用表XMM5 一樣數(shù)值很大，第二次像XMM6那樣數(shù)值較大，可判定這一假設(shè)是正確的。1 .用IV分析儀測(cè)量三極管圖4-6是IV

7、法測(cè)量晶體管的伏安特性。左側(cè)3只為3D理想管，右側(cè)3只為真實(shí)管。2N2222A、ZSA1015和BSP149是常見的幾種晶體管。按圖4-6所示建立測(cè)量電路，雙擊IV分析儀的圖標(biāo)，按下述進(jìn)行設(shè)置：Components欄：第I、4臺(tái)IV儀選擇BJT NPN，第 2、5 臺(tái) IV 儀選擇 BJT PNP，第 3、6 臺(tái) IV 儀選擇 NMOS Current Range( A)區(qū)和 Voltage Range (V )區(qū)均選擇Lin，F(xiàn)和I值均不需設(shè)定。打開仿真開關(guān)，即可以對(duì)比觀察它們的伏 安特性，如圖4-7所示，拖動(dòng)讀數(shù)指針還可以進(jìn)行精確測(cè)量。圖4-6 IV法測(cè)量晶體管伏安特性圖4-7 IV法測(cè)量

8、NPN管伏安特性曲線4. 2放大電路分析放大電路是構(gòu)成模擬電子電路的基本單元，分析電子電路首先要從它的基本單元著手。4. 2. 1.單管放大電路仿真測(cè)量晶體管單管放大電路是最常見的低頻小信號(hào)放大電路，它的實(shí)質(zhì)是利用小信號(hào)來控制大信號(hào)。放大器是電子器件中不可缺少的部分，而晶體管單管放大電路是學(xué)習(xí)大信號(hào)放大器的基礎(chǔ)。根據(jù)晶體管單管放大電路的組成原理，在Multisim9的電路窗口中建立如圖4-8所示的放大電路。對(duì)于此電路可以進(jìn)行如下的常見的電路分析方法。vccWuFPOLcc2 c.V21IrlUAOKy=% R210Ke50CtK1C1hWuF-POL/ 01 Nl2SC1815R55.1k廠5

9、mV（、I 1kHzODegR315kQR4 丄 C3147Ulf-PCL圖4-8單管共發(fā)射極放大電路1.直流工作點(diǎn)分析單擊Simulate/Analysis/DC Operation Point Analysis，在彈出的對(duì)話框中將全部電壓節(jié)點(diǎn) 都作為輸出節(jié)點(diǎn)，單擊Simulate按鈕，開始仿真。結(jié)果如圖4-9所示。DC Operating Pointrr莎2.77B472$32.312B63Svcc12.300004$50.000005$i5.503426o.oaooo圖4-9單管共發(fā)射極放大電路直流工作點(diǎn)分析2. 動(dòng)態(tài)分析（1）瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析是電路的響應(yīng)在激勵(lì)的作用下在時(shí)間域內(nèi)的函數(shù)波

10、形。在這里利用示波器來觀測(cè)晶體管單管放大電路的輸入輸出信號(hào)波形的比較。結(jié)果如圖4-10所示。在圖4-10中，可以看到晶體管單管放大電路的輸入與輸出之間，在相位上基本是反相 的關(guān)系，但是存在一定的相位誤差。T1 *T2 土創(chuàng)T2-T1Tim淮Channel AChznwl B125 53S ms-7.069 mV674.035 mVReuerw127 see ms7.D60 mV674.046 mVSave1 000 ms0J01 pV11 751 uVTriggerEdseChaininel A-Chanriel 6Scale 相 mVDivSemlemWDivY petition L* po

11、siticn D| |aT jJ dc| 件AC- 0 |0C | - |( |ThntiaScale ZDDusJoiw X positioh DyTT AJd | b/a| zvb ILevel伊引廠一回|o1VTyp Sirifl. Nsr. 乂創(chuàng)R尿圖4-10單管共發(fā)射極放大電路瞬態(tài)分析（2）交流分析交流分析就是對(duì)電路的交流頻率響應(yīng)分析。單擊Simulate/Analysis/AC Analysis，將節(jié)點(diǎn)$ 4和$ 5作為輸出節(jié)點(diǎn)，其余保持默認(rèn)設(shè)置。交流分析的結(jié)果如圖4-11所示。DE 口孕直 站當(dāng)皚Q 宙亡旺爾也 詮禺勵(lì)涼0scill(KMpe-XSC1 Oxilloscope-X

12、SCI ACAnasis26基本共發(fā)射板放大電路(4)AC AnalysisMPl-aKLkIDOL0li1。血ti JOrtl.2C0-1000- -iro- -200-100r* ! rLOkIMFrequency (Hz)JUTi 56xl瓷.3570Hyi北-加陽(yáng)xz513 1y298.3675加-23570Mdy-99哎7目1/dx-42 4 玄719II.l/dy-10-0524min x:1OQQDmax x1D0000Gmin y50 8233nshiax y101,4409offset x0000offset yo.aooa邑Selected Diagram： AC Anal

13、ysis圖4-11單管共發(fā)射極放大電路交流分析在交流分析的幅頻和相頻響應(yīng)曲線中，只是簡(jiǎn)單地列出了晶體管單管放大電路的響應(yīng)曲線，如果想知道比較確定的游標(biāo)數(shù)值，可以單擊圖：:中的按鈕。本例中，晶體管單管放大3. 放大倍數(shù)的分析放大倍數(shù)是單管放大電路的重要的參數(shù)指標(biāo)，表征了小信號(hào)對(duì)大信號(hào)控制能力的強(qiáng)弱。 在圖4-8中加入相應(yīng)的測(cè)量?jī)x表，如圖4-12所示。圖4-12單管共發(fā)射極放大電路放大倍數(shù)的分析從圖4-12中的儀表U2和U3中，可以大概地估算單管放大電路的放大倍數(shù)為100左右。在本例中，R2是滑動(dòng)變阻器。9中的滑動(dòng)變阻器使用十分方便，在Multisim9的元件庫(kù)中添加滑動(dòng)變阻器后，其默認(rèn)值為總阻值

14、的50%，如果想要在運(yùn)行中隨時(shí)方便地改變滑動(dòng)受阻器的阻值，可以采用下述辦法：在電路窗口中雙擊滑動(dòng)變阻器的符號(hào)，彈出如圖4-13所示的對(duì)話框。這個(gè)對(duì)話框與前面遇到的其他元件的對(duì)話框基本一致。該對(duì)話框中的 Label、Display、Pin Info、Variant 4個(gè)選項(xiàng)卡與前述的完全一致，只有Value選項(xiàng)卡與其他元件不同。在Value選項(xiàng)卡中，Keys下拉列表框用于設(shè)置控制滑動(dòng)變阻器變化的快捷鍵，其中有 阿拉伯?dāng)?shù)字和英文字母等選項(xiàng)。In creme nt選項(xiàng)用于設(shè)置步進(jìn)增量，可以設(shè)置任意值。本例中，為了仿真運(yùn)行方便，設(shè)置控制R3阻值變化的快捷鍵為 A鍵，而In creme nt項(xiàng)保持默認(rèn)設(shè)

15、置：5%。在仿真運(yùn)行過程中，可以不斷地按Space鍵，以改變滑動(dòng)變阻器的阻值。在觀察兩個(gè)電 壓表中讀數(shù)的變化的同時(shí)，雙擊虛擬示波器以觀察波形的變化。如果波形出現(xiàn)飽和或截至失真，則需要重新調(diào)整 R3，直至波形不失真為止。按Shift+A可反向調(diào)整滑線變阻器 R3。圖4-13元件設(shè)置對(duì)話框4. 輸入電阻和輸出電阻的求解在一般的模擬電子線路的分析中，輸入電阻和輸出電阻的求解需要畫出交流等效電路 后，利用電路分析中的知識(shí)求解。但是，Multisim9為用戶提供了快捷的方式，使用戶能夠迅速、方便地求解出輸入電阻和輸出電阻。對(duì)圖4-12單管共發(fā)射極放大電路進(jìn)行仿真，得到圖中所示的輸入交流電壓、交流電流 和

16、輸出交流電壓的有效值。根據(jù)輸入電阻的定義：RUl，可以立即計(jì)算出輸入電阻的I I數(shù)值。輸出電阻的計(jì)算稍顯復(fù)雜，根據(jù)輸出電阻的定義：R Rl(Uo - 1)。其中，U。為Ul單管放大電路負(fù)載開路時(shí)的輸出電壓，而Ul是單管放大電路接入負(fù)載時(shí)的輸出電壓。所以圖4-12中的交流電壓表 U3應(yīng)該先測(cè)量電阻 R5斷開時(shí)的電壓，然后接入電阻R5，再繼續(xù)測(cè)量。兩次測(cè)量的結(jié)果按照上述公式計(jì)算，即可得到輸出電阻的數(shù)值。5放大器頻率特性測(cè)量放大器的頻率特性是放大器的一個(gè)重要指標(biāo)，是指放大器的電壓放大倍數(shù)Av與輸入信號(hào)頻率f之間的關(guān)系曲線。通常規(guī)定電壓放大倍數(shù)隨頻率變化下降到中頻放大倍數(shù)的0.707AV時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率

17、分別稱為下限頻率fL和上限頻率fH，則通頻帶fBw = fH - fL。在如放大器的頻率特性測(cè)量有兩種方法，一種是通過前面介紹的交流分析得到的結(jié)果。圖4-11所示的交流分析響應(yīng)曲線上，可以看到輸出幅度隨頻率變化的情況，根據(jù)頻率特性 的概念，利用游標(biāo)可分別找到上下限的截止頻率。第二種是使用儀表庫(kù)中的波特圖示儀進(jìn)行測(cè)量。將的波特圖示儀按圖4-14所示接入放大器電路中，雙擊波特圖示儀圖標(biāo)，打開分析儀面板，按下述方法進(jìn)行設(shè)置：Mode欄，選擇Magnitude （幅頻特性）；Horizontal區(qū)，選擇 Log ； Vertical區(qū)，選擇Log。設(shè)定適當(dāng)?shù)乃?平掃描頻率范圍和垂直幅度衰減范圍。打開仿

18、真開關(guān)，即可觀察到如圖4-15特性曲線。拖動(dòng)游標(biāo)指針，可以測(cè)出具體數(shù)據(jù)。圖4-14放大器頻率特性測(cè)量圖4-15利用波特圖示儀測(cè)量放大器的頻率特性對(duì)于同一個(gè)仿真電路而言，對(duì)其進(jìn)行交流分析和采用虛擬儀器分析的效果是等效的。無(wú)論是用那種方法觀測(cè)仿真結(jié)果，其數(shù)據(jù)都是真實(shí)可靠的。4. 2. 2.定制放大電路在421中，已經(jīng)介紹了對(duì)己知電路的性能分析方法，在Multisim9中還提供了根據(jù)用戶需要定制單管放大電路的功能，用戶可以根據(jù)實(shí)際參數(shù)自行設(shè)計(jì)各種參數(shù)值不同的單管放 大電路。單擊Tools/CE BJT Amplifier Wizard，在彈出的對(duì)話框中可以按照事先選定的參數(shù)來完成設(shè)置，如圖4-16所

19、示。BJT SelectionBeta of the BJT (hfe)180Salurated (Vbe)700mV rlAinpiiiriei pcii iGtionPeak input voltage (Vpin) 5rriVwjInput source frequency fsFSignal source resistance Rs 100Quiescent Point SpecificationRc Rl for maximum power transfer)Collectocurrent (Ic)EC Coiledor-emitor voltage (Vce)Peak output

20、 volt swing (Vps)496.639Cutoff frequencii (hmin) 100Load Resistance and Power SupplyPower supply voltage (Vcc)Load resistance |RI lkcl zlBJT Couon Ewitter Aiplifier VizardRsR2mHvwIc vs. vce - Operating ) PointCircuit TopologyVceV)DC Losd Line Vce=Vcc-Rdc*lcAmplifier CharacteristicsEjeiultSettirig?Di

21、naiamiiaiaa an aanaa-a-aBuid CircuitVerifyDose1Help圖4-16定制共射單管放大電路對(duì)話框在圖4-16中，共有5個(gè)選項(xiàng)區(qū)。（1）BJT Selection區(qū)：用于進(jìn)行晶體管自身重要參數(shù)的設(shè)置。Beta of the BJT :設(shè)置晶體管的單管放大倍數(shù)。其數(shù)值將可能改變Multisim9的元件模型值。Saturated Vbe：設(shè)置基極和發(fā)射極在飽和導(dǎo)通時(shí)的導(dǎo)通飽和電壓。對(duì)于半導(dǎo)體器件 來說，一般都設(shè)置為0.7V左右。（2）Amplifier Specification 區(qū)：用于進(jìn)行信號(hào)源自身參數(shù)的設(shè)置。Peak in put voltage :設(shè)

22、置交流信號(hào)源的峰值電壓。In put source freque ncy :設(shè)置輸入的交流激勵(lì)源的頻率值。In put source resista nee：設(shè)置輸入的交流激勵(lì)源的內(nèi)阻的大小。（3） Quiesce nt Poi nt Specificatio n區(qū)：用于靜態(tài)工作點(diǎn)的選擇設(shè)置，共有3個(gè)單選項(xiàng)。Collector current :設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的集電極電流Icq。Collector-emitor voltage :設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的集電極和發(fā)射極的電壓差值VceQ。Output voltage . Swing :設(shè)置輸出電壓的變化幅度。以上3個(gè)選項(xiàng)為單選項(xiàng)，選中任何一個(gè)后，都將屏

23、蔽其他選項(xiàng)。Multisim9根據(jù)圖4-16中的靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定電路的Icq和VceQ等參數(shù)的計(jì)算方法，當(dāng)用戶選定其中一個(gè)選項(xiàng)后，自動(dòng)計(jì)算出其他兩個(gè)單選項(xiàng)的值。為了方便起見，通常選擇 Collector curre nt或 Collector-emitor voltage的值來定義靜態(tài)工作點(diǎn)，從而定制電路。（4）Load Resista nee and Power Supply區(qū)：用于負(fù)載電阻和直流源的參數(shù)設(shè)置。Power supply voltage :設(shè)置提供直流偏置的直流電源的大小。Load resista nee：設(shè)置負(fù)載電阻的大小。（5）Amplifier Characteristic

24、s 區(qū)：用于放大特性的結(jié)果顯示。Signal voltage gain :顯示電壓放大倍數(shù)。其他參數(shù)設(shè)定完后自動(dòng)顯示。Signal current gain :顯示電流放大倍數(shù)。Maximum voltage gain :顯示最大電壓放大倍數(shù)。在本例中，按照?qǐng)D 4-16中所示的參數(shù)定制一個(gè)晶體管單管共射放大電路。參數(shù)設(shè)置完 畢后，單擊 Verify按鈕，以便檢驗(yàn)圖4-16中所設(shè)置的參數(shù)是否符合電子線路的基本要求。如果存在參數(shù)設(shè)置不當(dāng)?shù)膯栴}，Multisim9將會(huì)彈出新的對(duì)話框指出參數(shù)設(shè)置不合理，并簡(jiǎn)要提示改進(jìn)方法。如果參數(shù)設(shè)置合理，用戶就可以單擊Build Circuit按鈕，然后，新的電路將

25、隨著鼠標(biāo)的移動(dòng)出現(xiàn)在電路窗口中，單擊鼠標(biāo)，完成放置。按照?qǐng)D4-16設(shè)置的單管共射放大電路如圖4-17所示。圖4-17定制的單管共射放大電路同樣，可以對(duì)圖4-17中的定制電路進(jìn)行靜態(tài)和動(dòng)態(tài)性能的分析。4. 2. 3 Multwim9的電路后處理功能Multisim9提供了專門用于對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行后處理的功能，可以將待觀測(cè)的參數(shù)值用公 式編輯出來，顯示在Multisim9中。單擊 Simulate/Postprocessor，彈出如圖 4-18所示的對(duì)話框。圖4-18后處理程序?qū)υ捒蛟趫D4-18所示的對(duì)話框中，共有Expression和Graph兩個(gè)選項(xiàng)卡，現(xiàn)在分別一一介紹如下。Expression

26、選項(xiàng)卡：用于編輯輸出參數(shù)用節(jié)點(diǎn)電壓或支路電流表示的數(shù)學(xué)表達(dá)式。其中 各參數(shù)含義如下所述。(I) Select Simulation Result:用于列出進(jìn)行過電路仿真分析的電路名稱以及分析的項(xiàng) 目和次數(shù)。本例中，電路名為電路 1的仿真電路進(jìn)行了瞬態(tài)分析。ac02表示仿真分析的次數(shù)。使用Multisim9的后處理功能之前，首先要進(jìn)行某種仿真分析，本例選擇瞬態(tài)分析來分 析圖4-17所示的電路。(2) Variables :將圖4-17所示的電路中節(jié)點(diǎn)$1、$ 3、$ 4、$ 5、$ 6在瞬態(tài)分析中設(shè)置為輸出節(jié)點(diǎn)后，這些節(jié)點(diǎn)將自動(dòng)出現(xiàn)在Variables下拉列表框中。(3) Functions :

27、設(shè)置某種數(shù)學(xué)運(yùn)算。在Functions下拉列表框中，給出了編輯代數(shù)和邏 輯表達(dá)式所必需的各類運(yùn)算符號(hào)。在本例中，如果想將節(jié)點(diǎn)$4列入表達(dá)式，則在 Variables項(xiàng)中，首先選中v ($ 4),然后單擊下方的Copy Variable to Equation按鈕，則下方的 Expressions框中出現(xiàn) v ($ 4),用同樣的方法將其他節(jié)點(diǎn)和運(yùn)算符號(hào)列入Expressions框中，圖4-18中表達(dá)式左邊的常數(shù)，需要通過單擊表達(dá)式所在的行來輸入。編輯完表達(dá)式后，單擊Add按鈕，將剛才所編輯的表達(dá)式保存起來。然后，開始下一個(gè)表達(dá)式的編輯。Delete按鈕用于將不需要的表達(dá)式刪除。圖4-19所示為

28、 Graph選項(xiàng)卡。PostprocessorT Add1GraphDeleteFoxtProcssDiagr aiTiDiagrams：Expression G*也phPflSt_Process_F4ge_lPages：AddDelete1fr e quencyv ($11)Caleinlats圖4-19 Graph選項(xiàng)卡(1) Page框：用于決定是否顯示后處理的結(jié)果。單擊Pape框右側(cè)的Add按鈕，出現(xiàn)如圖4-19所示的情形。其中，Display項(xiàng)用于設(shè)置是否顯示后處理的結(jié)果。(2) Diagrams框：Type項(xiàng)用于設(shè)置后處理的結(jié)果的顯示模式，有Graph和Chart兩 種模式，單擊T

29、ype項(xiàng)下面的選項(xiàng)設(shè)置，就可以進(jìn)行設(shè)置。所有的設(shè)置完成后，單擊圖 4-19中的Calculate按鈕，則彈出如圖 4-20所示的結(jié)果。Grapher ViewFilt Edit 酉曲 ToolsDR唏尋直為電 Q粗13益巳 狂舷直式甑謝風(fēng)也AC Anasis Post_RtcjcessrPge_1 Bode PlottepXEPICircuitlFrequency (Hz)Selected Trac：B心d電 Result圖4-20后期處理曲線該圖形反映的是在進(jìn)行交流分析后，單管共射放大電路的輸出曲線經(jīng)過數(shù)學(xué)運(yùn)算后所得 的增益特性曲線。在圖4-20中，單擊 人按鈕，則出現(xiàn)如圖 4-21所示的界

30、面。Bode Resultxl749.4719?1S6.614xZ081.4658MS9.7793dx831.仝651KdV3.16491/dx1.1345n1/dy315.9652mmin x1.OOOOftimax xlOOO.OOOOMin in y1.1029Hmax yS9.7793offaet， xo.0000tfset y0.0000圖4-21后期處理數(shù)據(jù)表在圖4-21中顯示了比較多的數(shù)據(jù)。 它們分別是圖4-20中游標(biāo)1和游標(biāo)2移動(dòng)到圖4-20 中的某點(diǎn)時(shí)所對(duì)應(yīng)的 X軸和y軸的值。x1和y1是游標(biāo)1所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。X2和y2是游標(biāo)2 所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。當(dāng)游標(biāo)1移動(dòng)到圖4-20所示的位置

31、時(shí)（圖 4-21中的x1已經(jīng)給出了所在位置的 x軸數(shù)值），所對(duì)應(yīng)的y軸的數(shù)值，即表達(dá)式的值也已經(jīng)給出。同樣，游標(biāo)2移動(dòng)到圖4-20所示的位置時(shí)（圖4-21中的x2已經(jīng)給出了所在位置的 x軸數(shù)值），所對(duì)應(yīng)的y軸的數(shù)值，即表達(dá) 式的值也已經(jīng)給出。dx表示x2與x1的橫坐標(biāo)的差值。移動(dòng)游標(biāo)1和游標(biāo)2可以快速地讀出圖4-20中的任意坐標(biāo)數(shù)值。4. 3反饋放大電路分析反饋在電子線路中至關(guān)重要，它的存在對(duì)于電路的各種性能和參數(shù)指標(biāo)都有重大的影 響。按照反饋的種類區(qū)分，反饋可以分為正反饋和負(fù)反饋、電壓反饋和電流反饋、串聯(lián)反饋和并聯(lián)反饋、交流反饋和直流反饋。這些不同的反饋對(duì)電路的穩(wěn)定工作和特性起到了重要的 作

32、用。例如：負(fù)反饋能夠使放大電路的放大倍數(shù)的穩(wěn)定性提高；負(fù)反饋還能夠展寬頻帶；串 聯(lián)負(fù)反饋使輸入電阻增大，電壓負(fù)反饋能使輸出電阻減小等。4. 3. 1電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路在電路工作區(qū)建立如圖 4-22所示的電路。該電路是電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。圖4-22電壓串聯(lián)負(fù)反饋放大電路在圖4-22中，負(fù)反饋支路增加開關(guān) J1,該開關(guān)受到空格鍵的控制。當(dāng)開關(guān)J1斷開時(shí)，不存在反饋。當(dāng)J1閉合后，接入負(fù)反饋。通過觀察接入負(fù)反饋和不接入負(fù)反饋交流分析的波形對(duì)比，以及讀到的數(shù)據(jù)，可以明顯地看出，引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋后，電路的電壓放大倍數(shù)下降、頻帶展寬。使用421節(jié)介紹的方法，還可以得出輸入電阻的數(shù)值變大，輸出電阻的數(shù)值減

33、小。得出的結(jié)論是：犧牲放大器的放大倍數(shù)，提高了放大器的性能，這是希望看到的情形。圖4-23是接入負(fù)反饋和不接入負(fù)反饋所做的交流分析結(jié)果，左圖為不接入負(fù)反饋的交 流分析數(shù)據(jù)，右圖為接入負(fù)反饋的交流分析數(shù)據(jù)。兩組數(shù)據(jù)均是在測(cè)量上下限截止頻率時(shí)的數(shù)據(jù)。讀者可根據(jù)兩組數(shù)據(jù)做出定量的分析。交直小信號(hào)分析lx$2波特堯果X123S.9392kxl3.5115Myi54.3096yi35.7206x2電0305x29.3614疋34.4570汐35.S549dx-2S5,392kdx-2.S119Mdy117.3554mdy134.2518m1/dx-3.4978Dl/dx-3SS.10B7n1/dy8.

34、S2111/dy7,465min x0000min x1.0000max x10.0000Gmax x100.0000Mmin y11,1535mmin y329.9-33610max y733.1107max y87.8077offsetX0.0000offset x0.0000offsety0.0000offset y0.0000圖4-23交流分析數(shù)據(jù)4. 3. 2電流并聯(lián)負(fù)反饋電路圖4-24是電流并聯(lián)負(fù)反饋電路，由集成電路組成的電流并聯(lián)負(fù)反饋電路，也可以用上 述方法進(jìn)行各種觀察和測(cè)量，但是必須用兩臺(tái)示波器，因?yàn)檩敵鲂盘?hào)與輸入信號(hào)不共地。圖4-24電流并聯(lián)負(fù)反饋電路4. 4差分放大電路分析

35、差分放大電路是基本的直接耦合放大電路，利用兩只參數(shù)相同的晶體管和相同的集電極電阻，可以獲得較高的共模抑制比。長(zhǎng)尾式差分放大電路在不減小差模放大倍數(shù)的前提下， 大幅度提高共模抑制比。該電路還有輸入阻抗高， 穩(wěn)定性好的特點(diǎn)，是高性能的直接耦合放大電路，通常用在放大電路的輸入級(jí)。在電路窗口構(gòu)建長(zhǎng)尾式差分放大電路如圖4-25所示，XSC1為四通道虛擬示波器。XSC1匸R4 曲LUK.；2*455-512fJ551RTFEE-12V 口I.Okil圖4-25長(zhǎng)尾式差分放大電路圖4-26和圖4-27分別為圖4-25所示長(zhǎng)尾式差分放大電路的直流靜態(tài)工作點(diǎn)分析和瞬態(tài) 分析結(jié)果。DLUOCfirKlPort1M

36、-679. 47083 m2J13-5.09520 n3$10-5.09520 n4tl6 390705G 39070圖4-26直流靜態(tài)工作點(diǎn)分析結(jié)果瞬態(tài)分祈IE51$9xl495.051ZH499.05123yi6.3968x2256*16700256.1670Zy25*59737.1B10dx-242,8849D-22.8Se3Ddy-7S7 .弓5m75 1772m1/dx-4.1172k.1172k1/dy-1.27041.2752min x0.000000000ma x. x1.0000m1. OOO0IDmin y5.58993-5899max y7.13S371S33offset

37、 xa.oaoo0 0000offset y0.00000.0000圖4-27瞬態(tài)分析結(jié)果。4. 5運(yùn)算放大電路分析在模擬電路的各種運(yùn)算電路中，需要輸出和輸入的模擬信號(hào)之間存在一定的數(shù)學(xué)運(yùn)算關(guān) 系。由于集成運(yùn)算放大器的放大倍數(shù)很高，并且引入深度負(fù)反饋后可以實(shí)現(xiàn)各種性能良好的數(shù)學(xué)運(yùn)算電路，所以在分析線性電子線路中的運(yùn)算電路時(shí)，經(jīng)常引入集成運(yùn)算放大器并將其視為理想的元器件。常用的運(yùn)算電路有加、減法等基本運(yùn)算電路，積分和微分運(yùn)算電路以及模擬乘法器等， 下面簡(jiǎn)要介紹Multisim9在線性電子線路的運(yùn)算電路中的應(yīng)用。4. 1 . 1比例運(yùn)算電路比例運(yùn)算電路的輸出電壓和輸入電壓之間存在著比例運(yùn)算關(guān)系，常

38、用的比例運(yùn)算電路有同相比例運(yùn)算電路和反相比例運(yùn)算電路。本小節(jié)中，主要介紹反相比例運(yùn)算電路。在電路窗口中建立如圖 4-28所示的仿真電路，并在輸入和輸出端連接交流電壓表以及示波器以觀 察測(cè)量結(jié)果。因此，對(duì)于圖4-28對(duì)于理想運(yùn)算放所以可把兩個(gè)輸入在如圖4-28所示的電路中，可以認(rèn)為集成運(yùn)算放大器工作于線性區(qū)。所示的反相比例放大電路而言，可以利用虛斷和虛短的特性來分析其功能。大器而言，其放大倍數(shù)可以認(rèn)為是無(wú)窮大，運(yùn)算放大器的輸入電流為零,端看做為虛開路；理想運(yùn)算放大器的兩個(gè)輸入端之間的電壓近似相等（U5 = U6）,所以可把兩個(gè)輸入端之間看做虛短路。經(jīng)過上述分析，可以知道對(duì)于圖4-28所示的電路，

39、其電壓放大倍數(shù)為。單擊SimulateR2按鈕，啟動(dòng)仿真，得到如圖 4-28所示的結(jié)果。其輸出與輸入的關(guān)系為10倍，并且從波形看到輸入與輸出反相。圖4-28比例運(yùn)算電路4. 1 . 2基本運(yùn)算電路利用集成運(yùn)算放大器， 不僅可以進(jìn)行比例運(yùn)算， 還可以進(jìn)行加、減、乘、除等四則運(yùn)算。1. 反相比例求和電路如圖4-29所示為集成運(yùn)算放大器組成的反相輸入求和運(yùn)算電路。同上例中的反相比例“ + ”、“一”兩個(gè)輸入端均有虛短和虛斷Ui與輸出電壓U。的關(guān)系為：R1U2 肌3)R3運(yùn)算放大器一樣，集成運(yùn)放工作于線性區(qū)。其中， 兩個(gè)特性。因此，可以非常容易地推算出輸入電壓R1Uo = -( Ui U2R2 R3

40、R4根據(jù)圖4-29中給定的電阻值可以很容易地得出輸出電壓為-1.6V ；從電壓表的讀數(shù)中也圖4-29比例求和電路可以證實(shí)這一點(diǎn)。2. 加減比例求和電路圖4-30是加減比例求和電路，在運(yùn)算放大器的正、負(fù)輸入端分別輸入兩組直流電壓信 號(hào)。該電路的輸入電壓 Ui與輸出電壓Uo的關(guān)系為：R1UR4R1 R1R5UR2U3R1 U R33)因?yàn)殡娐分?R仁R2=R3=R4=R5，所以，Uo 一 -(U1 U2 -U3 -U3)。根據(jù)圖4-30中給定的電阻值，由上式計(jì)算出U。= -0.5V，仿真得到的輸出電壓為-0.498V，兩者結(jié)果相符。4-32為積分電路的積分波形。圖4-31積分電路3. 積分運(yùn)算電路

41、積分電路是應(yīng)用很廣泛的模擬信號(hào)運(yùn)算電路，它可以產(chǎn)生各種波形。用電容器替換反相比例運(yùn)算電路中的反饋電阻，就可構(gòu)成積分運(yùn)算電路。在9的電路窗口中建立如圖 4-31所示的電路。在輸入信號(hào)源上串聯(lián)一個(gè)常閉開關(guān)S1，Simulate按鈕前，S1處于斷開在電容兩端并一個(gè)常開開關(guān)J1, J1開關(guān)用于電容放電。接通狀態(tài)，J1處于接通狀態(tài)。單擊Simulate按鈕，開始仿真。單擊Space鍵，使S1閉合J1斷開, 電路開始做積分運(yùn)算。圖圖4-32示波器上的積分曲線4 微分運(yùn)算電路微分運(yùn)算是積分運(yùn)算的逆運(yùn)算，而將積分電路中的反饋電容和電阻交換位置，即可以由積分運(yùn)算電路變?yōu)槲⒎诌\(yùn)算電路。因此，可以很方便地得到圖4-

42、33所示的微分運(yùn)算電路。這里采用Multisim9的瞬態(tài)分析來觀測(cè)最終的仿真結(jié)果。圖5- 44的微分電路信號(hào)輸入端的電阻用于去除高頻干擾。單擊Simulate按鈕，啟動(dòng)仿真，得到如圖4-34所示的結(jié)果。將信號(hào)發(fā)生器設(shè)置為頻率為1kHz、電壓幅度為l0mV的方波電壓，根據(jù)微分運(yùn)算的法則，將得到正/負(fù)脈沖。圖4-33微分運(yùn)算電路圖4-34微分電路輸出波形4. 1. 3創(chuàng)建子電路在實(shí)際中，經(jīng)常將兩個(gè)或兩個(gè)以上的集成運(yùn)算放大器聯(lián)級(jí)使用。比如圖4-35所示的電路。隨著集成運(yùn)算放大器級(jí)數(shù)的增多， 在的仿真電路窗口中的元器件會(huì)越來越多，從而造成元器件之間的連線非常密集，一旦出錯(cuò)，檢查起來很麻煩。圖4-35的

43、二級(jí)集成運(yùn)算放大器電路的電路功能和電路結(jié)構(gòu)非常類似。這樣，利用 Multisim9提供的子電路創(chuàng)建功能來將電路功能與電路結(jié)構(gòu)類似的電路制作成子電路。用以 將比較龐大的電路分成多個(gè)較小的電路，既可以簡(jiǎn)潔電路，又便于管理，是電路設(shè)計(jì)中的常用手段。圖4-35兩級(jí)同相比例放大電路將圖4-35中的兩個(gè)完全相同的同相比例放大電路中的一個(gè)封裝成子電路。封裝時(shí)先將 圖中的電源和地符號(hào)去掉，然后在電路圖中添加連接器。單擊Place/C onn ectors，然后選擇HB/SC Connector，然后在仿真電路窗口中的適當(dāng)位置完成元件的放置。將HB/SC Connector與去掉電源和地符號(hào)的仿真電路圖相連接，

44、如圖4-36所示。完成HB/SC Connector與仿真電路的連接后，在仿真電路窗口的適當(dāng)位置單擊鼠標(biāo)左 鍵，然后將圖4-36中的所有元器件全部選中。這時(shí)，所有被選中的元器件均呈現(xiàn)藍(lán)色。102 102圖4-36子電路形式Place/Replace by Subcircuit，彈出圖 4-37 所示的對(duì)話框。101103102opmlPlace菜單中的Replace by Subcircuit項(xiàng)此時(shí)已經(jīng)被剛才的操作所激活。然后，單擊圖4-38子電路符號(hào)該對(duì)話框只能輸入字母或者opm1，單擊 0K ,完成 Subcircuit圖37子電路對(duì)話框在圖4-37所示的對(duì)話框中輸入正在編輯的子電路的名字

45、， 數(shù)字，而不能輸入漢字。本例中，將正在編輯的子電路取名為 Name對(duì)話框的設(shè)置。這時(shí)，有一個(gè)虛影隨著鼠標(biāo)移動(dòng)，單擊鼠標(biāo)，完成設(shè)置。結(jié)果如圖4-38所示。圖4-38是同相比列放大電路的對(duì)應(yīng)的子電路在Multisim9中的電路符號(hào)。整個(gè)電路只有一個(gè)方框和幾根外接的連線。4-38相連接。按照同樣的方法，將圖 4-35中所示的電路也編輯成子電路，并與圖兩個(gè)子電路相連接的電路圖如圖4-39所示。子電路之間的連接和以前連接普通元器件的方法完全一樣。圖4-39兩個(gè)子電路相連接在圖4-39中，為了更直觀地檢驗(yàn)上述操作的正確性，加入交流電壓源，并將其有效值（RMS）設(shè)置為100mV，頻率保持不變。接入示波器以

46、檢驗(yàn)輸出信號(hào)的波形。單擊Simulate開始仿真。仿真結(jié)果（即示波器的顯示波形）如圖 4-40所示。圖4-40仿真結(jié)果從圖4-40所示的示波器所展示的結(jié)果中看，示波器紅色游標(biāo)1所移動(dòng)到的位置處的幅度值已經(jīng)通過雙蹤示波器顯示屏正下方的白色顯示區(qū)域顯示出來，A和B兩個(gè)通道即輸出值與激勵(lì)值分別為 12.739V和1.414V （最大值）。這兩個(gè)數(shù)值可以充分證明：在Multisim9中對(duì)于同一個(gè)仿真電路而言，無(wú)論采用分立器件的常規(guī)表示方法還是采用剛剛介紹的子電路表示方法，其結(jié)果都是一樣的。 但是，與前一種方法相比較而言，子電路表示方法不僅使電路的表示方法更加簡(jiǎn)單和直觀。更為重要的是，它提供了一種層次化

47、管理Multisim9中的電路的方法，這是最重要的。本例只是采用了比較簡(jiǎn)單的同相比例集成運(yùn)算放大電路，在實(shí)際的電路設(shè)計(jì)和電路仿真中，電路功能和結(jié)構(gòu)可能更復(fù)雜。無(wú)論對(duì)于簡(jiǎn)單電路還是復(fù)雜電路，都可以采用上述方法將其設(shè)置成子電路，采用層次化的模塊電路管理方法。上述的層次化的模塊電路管理功能可以從Multisim9 的基本工作窗口中的DesignToolbox中觀測(cè)到。在 Multisim9的基本工作窗口中的Design Toolbox中，可以看到未進(jìn)行子電路設(shè)置之前，電路 Circuitl只有一個(gè)仿真的原理電路，而經(jīng)過子電路的創(chuàng)建后，電路 Circuitl的仿真電路在原來單一的仿真原理電路的基礎(chǔ)上，

48、又增加了兩個(gè)二級(jí)子電路，即變 為層次化的結(jié)構(gòu)，如圖 4-41所示。在圖4-41中，可以清楚地看到，沒有設(shè)置子電路的Circuit2和設(shè)置了子電路的Circuit1在Multisim9中的電路管理上的不同。Circuit1電路即為圖4-39的仿真電路，在圖4-41所示的窗口中，單擊Circuit1圖標(biāo)，將 出現(xiàn)圖4-39所示的電路，單擊子電路層的Opm0（ x1）將出現(xiàn)圖4-36所示的電路。在圖4-41所示的電路層次窗口中，可以對(duì)主電路或子電路進(jìn)行電路功能和電路結(jié)構(gòu)上 的修改。例如：?jiǎn)螕糇与娐穼拥腛pm0（x1 ）后，將彈出的電路窗口中接在集成運(yùn)算放大器輸出端的反饋電阻由2k Q變換成3k Q,

49、然后單擊仿真開關(guān)，通過示波器觀測(cè)仿真結(jié)果。Design Toolbax圖 4-41Design Toolbox 對(duì)話框讀者可以從示波器的波形中得出結(jié)論，經(jīng)過上述操作的子電路opmO (x1)的電路結(jié)構(gòu)發(fā)生了變化，從而導(dǎo)致整個(gè)仿真電路Circuitl的輸出波形發(fā)生了變化，出現(xiàn)了嚴(yán)重失真。從上例中，可以得出結(jié)論：在Multisim9中，對(duì)于一些功能和結(jié)構(gòu)類似的電路，可以將其設(shè)置為子電路保存起來。當(dāng)遇到類似結(jié)構(gòu)的電路時(shí)，可以將上次保存的子電路調(diào)出并進(jìn)行結(jié)構(gòu)或功能上的修改，另存為其他電路。這樣，不但使Multisim9管理電路更加方便，也使得用戶的仿真電路的設(shè)計(jì)更加快捷。也可以采用其他辦法修改剛剛建立

50、的子電路，方法如下：在圖4-41中，單擊Circuitl的圖標(biāo)，在被激活的電路窗口中出現(xiàn)如圖4-39所示的電路。這時(shí)，可以對(duì)圖 4-39中的兩個(gè)集成運(yùn)算放大電路所構(gòu)造的子電路進(jìn)行修改。本例中，只對(duì) Opml(x2)進(jìn)行修改。在圖 4-39中，雙擊鼠標(biāo)后彈出如圖4-42所示的子電路設(shè)置對(duì)話框。Hierarchical Block/SubcircuitLabel I DisplayRgfliEgKi erarchi cd. BlockE Xmultisini9|擬電子仿真實(shí)埶!4opmL際圖4-42子電路設(shè)置對(duì)話框雙擊圖4-42所示對(duì)話框中的 Edit HB/SC按鈕，將彈出子電路opml ( x

51、2)的內(nèi)部構(gòu)造仿 真電路圖，類似于圖4-35。在該仿真電路圖中，可以根據(jù)需要進(jìn)行參數(shù)修改或器件調(diào)整。本例中，只修改集成運(yùn)算放大器輸出端的反饋電阻R5，將其電阻阻值由2kQ改為2.5kQ ,子電路的參數(shù)修改完畢后，直接關(guān)閉該界面。再次運(yùn)行修改后的仿真電路，得到如圖4-43所示的結(jié)果。Oscilloscope-KSCl備賢僅隘豐;Ilime337 &44 ms 437.S44ms 別 CCO mfti micmTimebaseScale ID ms/Dhr孑殳jr positian|DY pukion 5LevelA D DC-Ty pe Sing ： Noir J Ajt JlNoin 出Tri

52、eeeraco Jdc*JPChannel1.412 V1.412 V 妙pVChannel B匚 h3nntl_A17.314V17.314V0.41C pVChannel AX position pVTf Aid| B；A| 離圖4-43對(duì)opml (x2)修改后的仿真結(jié)果在圖4-43中，雙蹤示波器的 A通道的數(shù)值為17.314V，證明剛才的子電路的改動(dòng)產(chǎn)生 了效果。4. 6濾波器電路分析濾波器的功能就是對(duì)電路的輸入信號(hào)進(jìn)行選頻，只允許某一頻率范圍內(nèi)的信號(hào)能夠通過，而使其他頻帶范圍內(nèi)的信號(hào)被衰減掉，即被濾除。關(guān)于濾波器的設(shè)計(jì)，現(xiàn)代電子學(xué)已經(jīng)有比較成熟的理論和算法。Multisim9中不但能夠按分立元件的方式設(shè)計(jì)濾波電路，也能夠按照用戶規(guī)定的參數(shù)要求，由Multisim9為用戶自動(dòng)定制濾波電路。濾波電路可以分為數(shù)字濾波器和模擬濾波器，本小節(jié)中主要討論模擬濾波器在Multisi