《Multisim及其在電子設計中的應用》課件第5章

第5章仿?真?分?析?法5.1基本仿真分析法5.2掃描分析法5.3統(tǒng)計分析5.4電路性能分析5.5其他分析法5.6后處理器5.7Multisim11與Multisim2001在分析法中的差異及Multisim11新增分析法

Multisim2001提供了18種基本仿真分析方法。啟動Simulate菜單中的Analysis命令，或點擊設計工具欄中的按鈕 ，即可彈出圖5-1所示的菜單項。從上至下各分析法分別為直流工作點分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅立葉分析、噪聲分析、失真分析、直流掃描分析、靈敏度分析、參數(shù)掃描分析、溫度掃描分析、極-零點分析、傳遞函數(shù)分析、最壞情況分析、蒙特卡羅分析、批處理分析、自定義分析、噪聲圖形分析和RF分析。如此多的仿真分析方法是其他電路分析軟件所不能比擬的。

Multisim11在Multisim2001的基礎上新增了單一頻率交流分析法、噪聲系數(shù)分析法、線寬分析法等3種分析法。為了讓大家更好地了解這些分析方法，本章將結合圖5-2所示的簡單晶體管放大電路，根據(jù)各種分析方法的特性，將Multisim的所有分析方法分類加以介紹。其中，5.1～5.6節(jié)介紹的分析方法是以Multisim2001為基礎進行分析的，而5.7節(jié)介紹的分析方法是Multisim11中新增的分析法。

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圖5-1仿真分析菜單圖5-2簡單晶體管放大電路

本節(jié)將介紹模擬電子線路分析與設計中經常用到的幾種基本仿真分析法——直流工作點分析、瞬態(tài)分析和交流分析的使用。5.1基本仿真分析法5.1.1直流工作點分析

直流工作點分析(DCOperatingPointAnalysis)主要用來計算電路的靜態(tài)工作點。進行直流工作點分析時，Multisim自動將電路分析條件設為電感短路、電容開路、交流電壓源短路。

首先創(chuàng)建圖5-2所示電路，然后啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的DCOperatingPoint命令項，即可彈出圖5-3所示的對話框。該對話框包括Outputvariables、MiscellaneousOptions和Summary這3個翻頁標簽。

圖5-3直流工作點分析對話框

(1)?Outputvariables頁：主要作用是選擇所要分析的節(jié)點或變量。

●?Variablesincircuit欄：用于列出電路中可供分析的節(jié)點、流過電壓源的電流等變量。如果不需要分析這么多變量，可以從Variablesincircuit的下拉列表中選擇所需要的變量，如電壓、電流或元件/模型參數(shù)。如果還需顯示其他參數(shù)變量，可點擊FilterUnselectedVariables按鈕，對程序沒有自動選中的變量進行篩選?！?Selectedvariablesfor欄：用來確定需要分析的節(jié)點或變量。該欄默認狀態(tài)下為空，需要用戶從Variablesincircuit欄內選取。方法是：首先選中Variablesincircuit欄內需要分析的一個或多個節(jié)點或變量，然后點擊Plotduringsimulation按鈕，即可把所需分析的節(jié)點或變量加到Variablesincircuit欄內。如果不想分析其中已選中的某個節(jié)點或變量，可以在SelectVariablesfor欄內選中該變量，再點擊Remove按鈕，即可將其移回Variablesincircuit欄內?！?More按鈕：點擊該按鈕，可得到圖5-4所示的對話框。該對話框中共有3個按鈕：Adddevice/modelparameter，表示添加元件或模型參數(shù)；Deleteselectedvariables，表示刪除已選的變量；FilterSelectedVariables，表示過濾選擇的變量。

圖5-4More選項對話框

(2)?MiscellaneousOptions頁：與仿真分析有關的其他分析選項設置頁，如圖5-5所示。

在圖5-5中，Usethiscustomanalysis用來選擇程序是否采用用戶所設定的分析選項。可供選取的設定選項已出現(xiàn)在下面的欄中，其中大部分項目應該采用默認值。如果想要改變其中某一個分析選項，則在選中該項后，再選中下面的Usethisoption選項，此時在其右邊會出現(xiàn)一個欄，可在該欄中指定新的參數(shù)。

(3)?Summary頁：對分析設置進行匯總確認，如圖5-6所示。

圖5-5MiscellaneousOptions頁對話框

圖5-6Summary頁對話框在Summary頁中，程序給出了所設定的參數(shù)和選項，用戶可確認并檢查所要進行的分析設置是否正確。

經過前兩頁的設置，再在Summary頁內確認前兩頁設置正確后，點擊Simulate按鈕即可進行直流工作點分析。對于圖5-2所示電路，在Outputvariables頁中的Variableincircuit欄內選擇Allvariables，Selectedvariablesfor欄內選擇Allvariables，即選擇分析所有的參數(shù)變量，分析結果如圖5-7所示。圖中各數(shù)據(jù)表示節(jié)點電壓(單位為V)和電流源支路電流(單位為mA)的大小。

圖5-7直流工作點分析的分析結果在DCOperatingPointAnalysis對話框中，每一頁的最下方都有More、Simulate、Accept、Cancel和Help5個按鈕，各按鈕的功能如下：

(1)點擊More按鈕可以獲得更多選中頁的信息；

(2)點擊Simulate按鈕可以進行仿真分析；

(3)點擊Accept按鈕可以保存已有的設定，而不立即進行分析；

(4)點擊Cancel按鈕可以取消尚未保存的設定；

(5)點擊Help按鈕可以獲得與直流工作點分析相關的幫助信息。

在后面介紹的各種分析方法對話框中，以上5個按鈕的功能基本相同，因此在介紹后續(xù)分析方法時，對這5個按鈕的功能就不再介紹了。

5.1.2瞬態(tài)分析

瞬態(tài)分析(TransientAnalysis)是一種非線性時域分析方法，可以分析在激勵信號作用下電路的時域響應。通常以分析節(jié)點電壓波形作為瞬態(tài)分析的結果，因此，瞬態(tài)分析的結果同樣可以用示波器觀察到。

啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的TransientAnalysis命令項，即可彈出圖5-8所示的對話框。該對話框包括4個翻頁標簽，除了AnalysisParameters頁外，其他3個翻頁標簽的設置與直流工作點分析中的設置相同，因此，在此僅介紹AnalysisParameters頁的功能設置。

圖5-8TransientAnalysis對話框

(2)?Parameters區(qū)：用于設置分析的時間參數(shù)。

●?Starttime：設置分析的起始時間。

●?Endtime：設置分析的終止時間。

●?Maximumtimestepsettings：設置最大時間步長。選擇該項后，可以從下面3個選項中選取一種。

①?Minimumnumberoftimepoints：以單位時間內的取樣點數(shù)作為分析的步長。選擇該項后，要在右邊欄內設定單位時間內最少要取樣的點數(shù)。

②?Maximuntimestep(TMAX)：以時間間距設置分析步長。

③?Generatetimestepsautomatically：由程序自動設置分析步長。

(3)?Resettodefault按鈕：按下此按鈕，AnalysisParameter頁中的所有設置恢復為默認值。

我們仍以圖5-2所示電路為例，在圖5-8所示對話框中，InitialCondition區(qū)選中Automaticallydetermineinitialconditions，即由程序自動設置初態(tài)，起始時間(Starttime)設為0，終止時間(Endtime)設為0.001sec，選中Maximuntimestepsettings且同時選中Geaneratetimestepsautomatically，即由程序自動決定分析步長，在OutputVariables頁中選擇節(jié)點4作為分析節(jié)點。點擊Simulate按鈕，即可得到圖5-9所示分析結果。

圖5-9TransientAnalysis仿真結果若同時按下這3個按鈕，可得到圖5-10所示的分析結果。從圖5-10中可以看到，節(jié)點4的波形用紅顏色表示，移動指針1或2，取值關系表中的x1、y1或x2、y2的值會隨著指針的移動而變化。x1、y1和x2、y2分別表示指針1和指針2所處的位置，以及指針在該位置時對應的節(jié)點電壓值。由圖5-10所示節(jié)點4的取值關系變化表可以看到：紅色指針1指示節(jié)點4在1.3425ms時的電壓大小為-673.3mV；藍色指針2指示節(jié)點4在2.6738ms時的電壓大小為1.7661V。

圖5-10用快捷分析工具欄觀測仿真分析結果分析工具欄中的其他按鈕的功能與Windows窗口中的各相應按鈕功能相同，在此不再贅述。

5.1.3交流分析

交流分析(ACAnalysis)可以對模擬電子線路進行交流頻率響應分析，即獲得模擬電子線路的幅度頻率響應和相位頻率響應。在對交流小信號進行分析時，要求直流電壓源短路、耦合電容短路。

進行交流分析前，Multisim2001會自動進行直流工作點分析，以獲得交流分析時非線性元件的線性化小信號模型。而且，在交流分析中，所有輸入源都被認為是正弦信號。如果信號發(fā)生器設置為方波或三角波，它也將被自動轉換為正弦波。

啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的ACAnalysis命令項，即可彈出圖5-11所示的對話框。除FrequencyParameters頁外，其他三頁的設置方法與直流工作點分析中的設置方法相同，因此，在此僅介紹FrequencyParameters頁的功能設置。

圖5-11ACAnalysis對話框

FrequencyParameters頁主要用來設置AC分析的頻率參數(shù)。

(1)?Startfrequency：交流分析法的起始頻率。

(2)?Stopfrequency：交流分析法的終止頻率。

(3)?Sweeptype：掃描方式?？梢詮南吕藛沃羞x擇線性(Liner)、十倍頻(Decade)和八倍頻(Octave)。

(4)?Numberofpointsperdecade：每十倍頻中計算的頻率點數(shù)。

(5)?Verticalscale：縱坐標?？梢詮南吕藛沃羞x擇線性(Liner)、分貝(Decibel)、對數(shù)(Logarithmic)或八倍頻程(Octave)作為縱坐標的取值刻度。

(6)?Resettodefault按鈕：功能同前。

對圖5-2所示電路，我們采用圖5-11所示頻率進行設置。在Outputvariables頁中選擇節(jié)點4作為輸出節(jié)點。在Summary頁內確認設置無誤后，點擊Simulate按鈕即可進行交流仿真分析，分析結果如圖5-12所示。圖5-12所示仿真結果描述了圖5-2所示基本共射放大電路在1Hz～10GHz頻率范圍內的幅度頻率特性和相位頻率特性。

圖5-12ACAnalysis仿真結果交流分析的結果也可以通過仿真儀器庫中的波特圖儀來觀察。方法是：將圖5-2所示電路中的節(jié)點5作為輸入端，節(jié)點4作為輸出端，節(jié)點0作為輸入、輸出的公共端，合理設置波特圖儀的頻率參數(shù)(關于波特圖儀的使用，請參看第4章內容)，即可獲得圖5-2所示電路的幅度頻率特性和相位頻率特性。

通過掃描分析法可以非常直接地看到掃描參數(shù)的變化對仿真輸出的影響。本節(jié)將介紹Multisim提供的三種掃描分析法——直流掃描分析、參數(shù)掃描分析和溫度掃描分析在電路分析中的使用。

5.2掃?描?分?析?法5.2.1直流掃描分析

直流掃描分析(DCSweep)用于計算電路中某一節(jié)點上的直流工作點隨電路中的一個或兩個直流電壓源變化的情況。利用直流掃描分析，可以快速地根據(jù)直流電源的變動范圍來確定電路的直流工作點。

啟動Simulate菜單中Analysis命令下的DCSweep命令項，即可彈出圖5-13所示的對話框。在該對話框中，除AnalysisParameters頁外，其他三頁的設置方法與直流工作點分析中的設置方法相同，因此，在此僅介紹AnalysisParameters頁的功能設置。

AnalysisParameters頁共有Source1、Source2兩個區(qū)，提供兩個可供選擇的電壓源。Source1和Source2的參數(shù)設置方法相同。需要注意的是，Source2區(qū)各參數(shù)必須在選中Source2區(qū)右邊的UseSource2后才能進行設置。

Source：選擇要掃描的直流電壓源；

Startvalue：設置開始掃描的電壓源大小；

Stopvalue：設置結束掃描的電壓源大??；

Increment：設置掃描的電壓增量值。

圖5-13DCSweepAnalysis對話框通常，以Source1作為掃描分析的橫坐標，然后分析在Source2取不同值時，需要分析的各節(jié)點的電壓值。

下面以圖5-14為例進行直流掃描分析，即分析直流偏置電壓V2和電源電壓VCC變化時，對三極管的集電極、發(fā)射極電壓的影響。在圖5-13所示對話框中，在AnalysisParameters頁取直流電壓源V2作為Source1，電源VCC作為Source2，Source1中的Startvalue取4V，Stopvalue取5V，Increment取1V，Source2中的Startvalue取5V，Stopvalue取15V，Increment取5V，如圖5-13所示。在圖5-13所示對話框中的Outputvariables頁中取節(jié)點2和3作為分析節(jié)點。點擊Simulate按鈕，可獲得仿真結果，如圖5-15所示，該圖中共有六條曲線，分別對應VCC為5V、10V、15V時節(jié)點2、3的電壓隨偏置電壓V2變化的曲線。

圖5-14DCSweep仿真電路圖5-14DCSweep仿真電路圖5-15DCSweep仿真結果在圖5-15所示仿真分析結果中，移動指針1或2，可以獲得不同偏置電壓下節(jié)點2和節(jié)點3的電壓值?，F(xiàn)移動指針1，可以看到VCC=15V，V2=4.5016V時，節(jié)點2的電壓V2為11.3781V，節(jié)點3的電壓V3為3.6581V。V23=V2-V3=11.3781-3.6581=7.72V，處于放大區(qū)的中間位置，可以作為靜態(tài)工作點。故選擇電源電壓為15V，靜態(tài)基極偏置電壓為4.5V，可以獲得較好的靜態(tài)工作點。

圖5-16ParameterSweepAnalysis對話框5.2.2參數(shù)掃描分析

當電路中某些元件的參數(shù)在一定取值范圍內變化時，參數(shù)掃描分析(ParameterSweepAnalysis)可以對電路直流工作點、瞬態(tài)特性、交流頻率特性的影響進行分析，以便對電路的某些指標進行優(yōu)化。

啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的ParameterSweepAnalysis命令項，即可彈出圖5-16所示的對話框。該對話框中除AnalysisParameters外，其他三頁的設置方法與直流工作點分析中的設置方法相同，因此，在此僅介紹AnalysisParameters頁的功能設置。

AnalysisParameters頁共有3個區(qū)，各區(qū)功能如下：

(1)?SweepParameter區(qū)用于選擇掃描的元件和參數(shù)。其中的下拉菜單中有元件參數(shù)(DeviceParameter)和模型參數(shù)(ModelParameter)可供選擇。選擇DeviceParameter后，右邊出現(xiàn)與元件參數(shù)有關的一些信息，需進一步選擇。

●?Device：從下拉菜單中選擇要掃描的元件種類；

●?Name：從下拉菜單中選擇要掃描的元件序號；

●?Parameter：從下拉菜單中選擇要掃描的元件的參數(shù)。

(2)?Pointstosweep區(qū)用于選擇掃描方式。其中：

SweepVariationType：選擇變量掃描方式。從下拉菜單中可以選擇十倍頻掃描(Decade)、八倍頻掃描(Octave)、線性刻度掃描(Linear)及列表取值。選定掃描類型后，在Pointstosweep右部設定掃描的起始值(Start)、終值(Stop)和掃描時間間隔(Increment)。

(3)點擊More按鈕可選擇不同的分析類型。Multisim提供了三種分析類型：直流工作點分析、交流分析和瞬態(tài)分析。選定分析類型后，可點擊EditAnalysis按鈕對該項分析進行進一步的設置(參數(shù)設置方法參見5.1節(jié)中的各分析方法)。

我們仍以圖5-2電路為例，對旁路電容C3進行掃描分析，觀察C3對放大電路的頻率特性的影響。分別取電容C3為10μf、100μF，其他參數(shù)設置如圖5-16所示，點擊More按鈕，選擇交流分析法(ACAnalysis)類型，同時按交流分析法設置交流分析的參數(shù)。點擊Simulate按鈕，即可得到圖5-17所示仿真結果。

圖5-17ParameterSweepAnalysis仿真結果圖5-17所示仿真結果為改變C3時，圖5-2所示電路的頻率特性。由圖5-17可以看出，改變旁路電容數(shù)值后，放大器的低頻特性影響較大，而高頻特性曲線基本重合。5.2.3溫度掃描分析

溫度掃描分析(TemperatureSweepAnalysis)研究溫度變化對電路性能的影響。由于許多元(器)件的參數(shù)、特性與溫度有關，所以，當溫度變化時，電路的性能也會發(fā)生一些變化。因此，該分析相當于在不同的工作溫度下多次仿真電路性能。不過，Multisim中的溫度掃描僅限于一些半導體器件和虛擬電阻。

啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的TemperatureSweepAnalysis命令項，可彈出圖5-18所示的對話框。在該對話框中，除AnalysisParameters頁外，其他三頁的設置方法與直流工作點分析中的設置方法相同，因此，在此僅介紹AnalysisParameters頁的功能設置。

圖5-18TemperatureSweepAnalysis對話框

AnalysisParameters共有兩個區(qū)，各區(qū)功能如下：

(1)?SweepParameter區(qū)：掃描參數(shù)區(qū)。

●?Present：當前溫度值；

●?SweepParameter：(從下拉列表中)選擇溫度作為掃描參數(shù)。

(2)?Pointstosweep：選擇掃描方式。

●SweepVariationType：選擇掃描變量類型，可以是十倍頻掃描、八倍頻掃描、線性刻度掃描及列表取值；

●?Values：設置掃描溫度。

圖5-19TemperatureSweepAnalysis仿真結果

(3)點擊More按鈕，選擇掃描分析類型。

我們仍以圖5-2所示電路為例進行溫度掃描分析。設定掃描溫度為0℃、27℃、125℃，選擇瞬態(tài)分析作為掃描分析類型，在圖5-18所示對話框中的OutputVariables頁中選擇節(jié)點2和節(jié)點4作為分析變量，觀察節(jié)點2和節(jié)點4在不同溫度下的瞬態(tài)輸出。點擊Simulate鍵，可得仿真分析結果，如圖5-19所示。圖5-19中下面三條近乎重合的曲線為節(jié)點4在三種不同溫度下的輸出波形，而節(jié)點2在不同溫度下的輸出波形并不相同，且其幅值隨溫度的升高在減小。這是因為溫度的變化影響了放大電路的靜態(tài)工作點，從而使集電極靜態(tài)電位發(fā)生變化，即節(jié)點2的靜態(tài)電位發(fā)生變化。節(jié)點4的輸出通過了隔直流電容，僅為交流輸出，因此溫度的變化對交流輸出的影響不大。

統(tǒng)計分析就是根據(jù)一些參數(shù)變化的統(tǒng)計規(guī)律，分析參數(shù)變化對電路的影響。本節(jié)介紹Multisim提供的兩種統(tǒng)計分析法——最壞情況分析和蒙特卡羅分析的使用。5.3統(tǒng)計分析5.3.1最壞情況分析

最壞情況是指電路中的元件參數(shù)在其容差域邊界點上取某種組合時所引起的電路性能的最大偏差，而最壞情況分析(WorstCaseAnalysis)是指在給定電路元件參數(shù)容差的情況下，估算出電路性能相對于標稱值時的最大偏差。

啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的WorstCaseAnalysis命令項，即可彈出圖5-20所示的對話框。該對話框中除Modeltolerancelist、AnalysisParameters外，其他兩頁的設置方法與直流工作點分析中的設置方法相同，因此，在此僅介紹Modeltolerancelist和AnalysisParameters頁的功能設置。

圖5-20WorstCaseAnalysis對話框

1.?Modeltolerancelist頁(模型容差列表頁)

Modeltolerancelist頁中各項的功能如下：

(1)?Currentlistoftolerances用于列出目前的元件模型誤差。

(2)點擊下方的Addanewtolerance按鈕，彈出圖5-21所示對話框。在該對話框中各參數(shù)的設置如下：

●?ParameterType：選擇參數(shù)類型。下拉菜單中可供選擇的類型有元件模型參數(shù)(ModelParameter)和器件參數(shù)(DeviceParameter)。●DeviceType：從下拉菜單中選定器件種類，如三極管類(Triode))、電容器類(Capacitor)、二極管類(Diode)、電阻類(Resistor)和電壓源類(Source)等。

●?Name：從下拉菜單中選擇設定器件的元件序號。

●?Parameter：從下拉菜單中選擇元件類型。

●?Distribution：選擇元件參數(shù)容差的分布類型，如Guassian(高斯分布)和Uniform(均勻分布)。均勻分布是指元件參數(shù)值在誤差范圍內以相等概率出現(xiàn)，而高斯分布是指誤差分布狀態(tài)呈現(xiàn)一種高斯曲線的形式?！?Lotnumber：選擇容差隨機數(shù)出現(xiàn)方式。如Lot表示各元件參數(shù)具有相同的隨機產生的容差，而Unique表示每一個元件參數(shù)隨機產生的容差各不相同。

●?ToleranceType：選擇容差的形式，如Absolute(絕對值)和Percent(百分比)。

●?Tolerance：設定容差的大小。

(3)點擊Editselectedtolerance，可對所選的誤差項目進行重新設置。

(4)點擊Deletetoleranceentry，可刪除所選誤差項目。

當完成圖5-21所示對話框中各參數(shù)的設置后，點擊Accept按鈕即可將新增項目添加到圖5-20所示對話框中。

圖5-21WorstCaseAnalysis參數(shù)設置

2.?AnalysisParameters頁(設定分析參數(shù)頁)

AnalysisParameters頁對話框如圖5-22所示，共有兩個區(qū)，各區(qū)功能如下：

(1)?AnalysisParameters區(qū)：分析參數(shù)。其中：

●?Analysis：選擇分析類型，如交流分析和直流工作點分析。

●?Output：從下拉菜單中選擇所要分析的節(jié)點。●?Function：選擇比較函數(shù)。下拉菜單中的MAX、MIN分別表示Y軸的最大值、最小值，僅在直流工作點分析時選用；RISE-EDGE、FALL-EDGE分別表示第一次Y軸出現(xiàn)大于、小于用戶設定的門限時的X值，其右邊的Threshold欄用于輸入其門限值。

●?Direction：選擇容差變化方向。下拉菜單中包括Default、Low和High3個選項。

●?Restricttorange：用于限定X軸的顯示范圍。選中該項后，在右面的兩個輸入框中分別輸入X軸的最小值(默認值為0)和X軸的最大值(默認值為1)。

圖5-22AnalysisParameter頁對話框

(2)?OutputControl區(qū)：輸出控制參數(shù)。其中：

●?Groupalltracesononeplot：選中此項表示將所有仿真結果和記錄顯示在一個圖形中；否則，將標稱值仿真、最壞情況仿真和RunLogDescriptions分別輸出顯示。

我們仍以圖5-2電路為例，考慮三極管的放大倍數(shù)有20%的容差，分析時其他參數(shù)設置如圖5-21所示，點擊Simulate按鈕，即可得到仿真結果，如圖5-23所示。

圖5-23WorstCaseAnalysis仿真結果5.3.2蒙特卡羅分析

蒙特卡羅(MonteCarlo)分析是一種統(tǒng)計模擬方法，它在給定電路元(器)件參數(shù)容差的統(tǒng)計分布規(guī)律的情況下，用一組偽隨機數(shù)求得元(器)件參數(shù)的隨機抽樣序列，對這些隨機抽樣的電路進行直流、交流和瞬態(tài)分析，并通過多次分析結果估算電路性能的統(tǒng)計分布規(guī)律，如電路性能的中心值和方差、電路合格率及成本等。啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的MonteCarlo命令項，即可彈出圖5-24所示的對話框。該對話框中除AnalysisParameters頁外，其他三頁的設置方法與最壞情況分析中的設置方法相同，因此，在此僅介紹AnalysisParameters頁的功能設置。在圖5-24所示的AnalysisParameters(分析參數(shù))頁中，共有兩個區(qū)，各區(qū)功能如下：

(1)?AnalysisParameters區(qū)：設定分析參數(shù)。其中：

●?Analysis：從下拉菜單中選定分析類型。可供分析的類型有直流工作點分析、交流分析和瞬態(tài)分析。選定分析類型后，點擊右邊的EditAnalysis按鈕，可以對選定的分析類型進行參數(shù)設置。

●?Numberofruns：用來設定運行次數(shù)(不能小于2)?！?Output：用于從下拉菜單中選擇輸出節(jié)點。

●?Function和Restricttorange：其設置與最壞情況分析相同。

(2)?OutputControl區(qū)：輸出控制區(qū)。

●?Groupalltracesononeplot：選中該項后，表示把所有的仿真結果和記錄顯示在一個圖形中。

我們仍以圖5-2電路為例，若電容C3的容差為20%，選擇瞬態(tài)分析類型進行蒙特卡羅分析，蒙特卡羅參數(shù)設定如圖5-24所示。點擊Simulate鍵，得到仿真結果，如圖5-25所示。

圖5-24MonteCarlo分析對話框

圖5-25MonteCarlo仿真結果

本節(jié)主要介紹Multisim提供的四種分析電路性能的仿真分析法——噪聲分析、失真分析、極-零點分析和傳遞函數(shù)分析。5.4電路性能分析5.4.1噪聲分析

噪聲分析(NoiseAnalysis)用于分析噪聲對電路性能的影響，檢測電路輸出信號的噪聲功率幅度，分析并計算電路中各種無源器件或有源器件產生的噪聲效果。噪聲分析提供了三種不同的噪聲模型：熱噪聲、散彈噪聲和閃爍噪聲。分析時，假定電路中各噪聲源互不相關，總噪聲為每個噪聲源對指定的輸出節(jié)點產生的噪聲均方根的和。

啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的NoiseAnalysis命令項，即可彈出圖5-26所示的對話框。

圖5-26NoiseAnalysis對話框該對話框中，除AnalysisParameters頁外，其他四頁的設置方法與直流工作點分析中的設置方法相同。

AnalysisParameters頁中各項的功能如下：

(1)?Inputnoisereferencesource：選擇輸入噪聲的參考交流信號源。

(2)?Outputnode：選擇噪聲輸出節(jié)點，在此節(jié)點將所有噪聲在該節(jié)點的影響求和。

(3)?Referencenode：設置參考電壓的節(jié)點，通常取0。

(4)?Setpointpersummary：設置每個匯總的取樣點數(shù)。選中該項時，將產生所選噪聲量曲線。在右邊欄內輸入頻率步進數(shù)，數(shù)值越大，輸出曲線的解析度越低。

我們仍以圖5-2電路為例，分析參數(shù)設置如圖5-26所示，選電壓源V1作為輸入噪聲參考源，節(jié)點4作為輸出節(jié)點；頻率參數(shù)采用默認設置，同時在Outputvariables頁中選擇inoise-spectrum(輸入噪聲頻譜)、onoise-spectrum(輸出噪聲頻譜)作為分析變量。點擊Simulate按鈕，顯示輸出噪聲功率譜和輸入噪聲功率譜，單位為V2/Hz或A2/Hz，仿真結果如圖5-27所示。圖5-27中下面的曲線為輸入噪聲功率譜，上面的曲線為輸出噪聲功率譜。

圖5-27NoiseAnalysis仿真結果5.4.2失真分析

失真分析(DistortionAnalysis)用于檢測電路中的諧波失真和內部調制失真。如果電路中只有一個交流源，該分析將確定電路中每一點的二、三次諧波造成的失真。如果電路中有兩個交流源F1和F2，則失真分析將求出電路變量在三個不同頻率點(F1+F2、F1-F2、2F1-F2)的復數(shù)值。

失真分析主要用于對小信號模擬電路的分析。對于瞬態(tài)分析不易觀察到的較小失真，失真分析比較有效。啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的DistortionAnalysis命令項，即可彈出圖5-28所示的對話框。該對話框中，除AnalysisParameters頁外，其他三頁的設置方法與直流工作點分析中的設置方法相同。

在AnalysisParameters頁中，設定掃描頻率的起始值、結束值，掃描的類型，掃描的點數(shù)和縱坐標。F2/F1ratio用于在分析電路內部互調失真時，設置F1、F2的比值，該比值的大小在0～1之間。值得注意的是：F1不是電路中的交流電壓源的頻率，而是對話框中設定的頻率；F2是“F2/F1ratio”的值與對話框中設定的F1的起始頻率的乘積。我們仍以圖5-2所示單級放大電路為例，AnalysisParameters頁的設置如圖5-28所示，選擇節(jié)點4作為輸出節(jié)點，點擊Simulate按鈕，即可得到仿真結果，如圖5-29所示。

圖5-28DistortionAnalysis對話框

圖5-29DistortionAnalysis仿真結果5.4.3極-零點分析

極-零點分析(Pole-ZeroAnalysis)用于求解交流小信號電路傳遞函數(shù)中極點、零點的個數(shù)和數(shù)值，為負反饋放大器和自動控制系統(tǒng)的穩(wěn)定性分析提供了一個很好的工具。進行

極-零點分析時，系統(tǒng)會自動計算電路的靜態(tài)工作點，然后求得非線性元件在交流小信號條件下的線性化模型。

啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的Pole-ZeroAnalysis命令項，即可彈出圖5-30所示的對話框。該對話框中，除AnalysisParameters頁外，其他兩頁的設置方法與直流工作點分析中的設置方法相同。

圖5-30極-零點分析對話框在AnalysisParameters中，共有兩個區(qū)，用于選定分析類型和輸入、輸出節(jié)點。各區(qū)功能如下：

(1)?AnalysisTpye區(qū)：選定分析類型。

●?GainAnalysis(outputvoltage/inputvoltage)：增益分析(輸出電壓/輸入電壓)，用于求解電壓增益表達式中的極-零點。

●?ImpedanceAnalysis(outputvoltage/inputcurrent)：互阻阻抗分析(輸出電壓/輸入電流)，用于求解互阻表達式中的極-零點。●?InputImpedance：輸入阻抗分析(輸入電壓/輸入電流)，用于求解輸入阻抗表達式中的極-零點。

●?OutputImpedance：輸出阻抗分析(輸出電壓/輸出電流)，用于求解輸出阻抗表達式中的極-零點。

(2)?Nodes區(qū)：選定輸入、輸出節(jié)點。

●?Input(+)、Input(-)：從下拉菜單中選擇節(jié)點作為輸入信號的正端和負端。

●?Output(+)、Output(-)：從下拉菜單中選擇節(jié)點作為輸出信號的正端和負端。以圖5-2所示電路為例，進行增益函數(shù)的極-零點分析。在Pole-ZeroAnalysis對話框中，選擇GainAnalysis作為AnalysisType；選節(jié)點0作為Input(-)、Output(-)；選節(jié)點5作為Input(+)，節(jié)點4作為Output(+)。參數(shù)設置如圖5-30所示。點擊Simulate按鈕，可以得到圖5-31所示仿真結果。仿真分析結果分別以實部、虛部數(shù)值表示，單位為rad/s。由圖5-31可知，圖5-2所示放大電路有兩個極點、一個零點，且這些零、極點都只有實部，沒有虛部。

圖5-31Pole-ZeroAnalysis仿真結果5.4.4傳遞函數(shù)分析

傳遞函數(shù)分析(TransferFunctionAnalysis)用于在直流小信號狀態(tài)下，求解電路中一個輸入源與兩個節(jié)點的輸出電壓之間或一個輸入源和一個輸出電流變量之間的傳遞函數(shù)(注意：電路中的輸入源必須是獨立源)。傳遞函數(shù)分析也具有計算電路輸入阻抗和輸出阻抗的功能，分析結果以表格形式顯示輸出阻抗、傳遞函數(shù)和從輸入源兩端向電路看進去的輸入阻抗。啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的TransferFunctionAnalysis命令項，即可彈出圖5-32所示的對話框。該對話框中，除AnalysisParameters頁外，其他兩頁的設置方法與直流工作點分析中的設置方法相同。

圖5-32TransferFunctionAnalysis對話框

AnalysisParameters頁中各參數(shù)設置如下：

(1)?Inputsource：輸入信號源。從下拉菜單中選擇一個獨立的信號源。

(2)?Outputnodes/source：輸出節(jié)點/變量。

選中Voltage表示以電壓作為輸出變量，從右邊下拉菜單中選擇節(jié)點作為Outputnode、Outputreference。

選中Current表示以電流作為輸出變量，從右邊下拉菜單中選擇作為輸出電流的支路。對于圖5-2所示電路，選擇信號源V1作為Inputsource，節(jié)點4作為Outputnode，節(jié)點0作為Outptutreference，參數(shù)頁設置如圖5-32所示，點擊Simulate按鈕，即可得到如圖5-33所示的仿真結果。

圖5-33TransferFunctionAnalysis仿真結果

本節(jié)介紹Multisim提供的其他分析法——傅立葉分析、靈敏度分析、批處理分析、用戶自定義分析的使用。5.5其?他?分?析?法

圖5-34FourierAnalysis仿真電路5.5.1傅立葉分析

傅立葉分析(FourierAnalysis)是分析周期性非正弦波信號的一種數(shù)學方法。它能將角頻率為ω的周期性非正弦波信號f(t)轉換成一系列正弦波、余弦波的和，即

f(t)=A0+A1cosωt+B1sinωt+A2cosωt+B2sinωt+…

通過傅立葉分析，可以清楚地知道周期性非正弦波信號中的直流分量、基波分量和各次諧波分量的大小。在Multisim電路窗口創(chuàng)建圖5-34所示電路，然后啟動Simulate菜單中Analysis命令下的FourierAnalysis命令項，即可彈出圖5-35所示對話框。該對話框中，除了AnalysisParameters頁外，其他兩頁的設置與直流工作點分析中的設置方法相同。

圖5-35FourierAnalysis對話框

AnalysisParameters頁包括參數(shù)設置區(qū)和分析結果顯示區(qū)，各區(qū)功能如下：

(1)?Samplingoptions：參數(shù)設置區(qū)。

●?Frequencyresolution(FundamentalFrequency)：設置基頻。如果電路中有多個信號源，則取各自信號源頻率的最小公倍數(shù)。如果不知道如何設置，可點擊Estimate按鈕，由程序自動設置。

●?Numberof：設置希望分析的諧波的次數(shù)?！?Stoppingtimeforsampling：設置停止取樣的時間。如果不知道如何設置，可點擊Estimate按鈕，由程序自動設置。

(2)?Results：結果顯示區(qū)，選擇仿真結果的顯示方式。Multisim提供了三種仿真結果顯示方式：

●?Displayphase：顯示幅度頻譜和相位頻譜；

●?Displayasbargraph：以線條繪出頻譜圖；

●?Normalizegraphs：顯示歸一化頻譜圖。在結果區(qū)右側的Display框中可以選擇要顯示的項目，如圖表(Chart)、曲線(Graph)、圖表和曲線(ChartandGraph)；Vertical框用于設置頻譜的縱軸刻度，其中包括分貝刻度、八倍頻刻度、線性刻度和對數(shù)刻度等。

對于圖5-34所示電路，取基頻為100Hz，諧波次數(shù)為9，由程序自動設置取樣停止時間，且在結果顯示區(qū)的Display框中選擇以圖形(Graph)方式顯示仿真結果。各參數(shù)的設置如圖5-35所示。在OutputVariables頁中選節(jié)點2作為輸出節(jié)點。若選擇Displayphase，則點擊Simulate按鈕后，圖5-34所示電路的仿真結果如圖5-36所示。

若選擇Displayasbargraph，則點擊Simulate按鈕后，圖5-34所示電路的仿真結果如圖5-37所示。

圖5-36FourierAnalysis仿真結果(一)

圖5-37FourierAnalysis仿真結果(二)

圖5-38FourierAnalysis仿真結果(三)5.5.2靈敏度分析

靈敏度分析(SensitivityAnalysis)用于研究電路中某個元件參數(shù)值發(fā)生變化時，對電路中節(jié)點電壓、電流的影響程度。靈敏度分析分為直流靈敏度分析和交流靈敏度分析。直流靈敏度分析的仿真結果以圖表的形式顯示，而交流靈敏度分析的結果以相應的曲線的形式給出。可以同時對多個參數(shù)進行靈敏度分析。在Multisim電路窗口創(chuàng)建圖5-39所示電路，啟動Simulate菜單中Analysis命令下的Sensitivity命令項，即可彈出如圖5-40所示的對話框。該對話框中，除了AnalysisParameters頁外，其他兩頁的設置與直流分析中的設置方法相同。

圖5-39Sensitivity仿真電路

圖5-40SensitivityAnalysis對話框

AnalysisParameters頁參數(shù)設置如下：

Voltage：選擇進行電壓靈敏度分析，同時設定要分析的Outputnode(輸出節(jié)點)、Outputreference(輸出參考點)。

Current：選擇進行電流靈敏度分析。電流靈敏度分析只能對信號源的電流進行分析。

Outputscaling：選擇靈敏度輸出格式，包括Absolute(絕對靈敏度)和Relative(相對靈敏度)兩項。

在AnalysisType(分析類型)中選擇進行何種靈敏度分析，可供選擇的有DCSensitivity(直流靈敏度)和ACSensitivity(交流靈敏度)。

DCSensitivity：直流分析時元件參數(shù)變化對輸出節(jié)點電壓/電流的影響。

ACSensitivity：交流分析時元件參數(shù)變化對輸出節(jié)點電壓/電流的影響。分析時，還可根據(jù)需要對交流靈敏度分析法進行編輯。

對于圖5-39所示電路，選擇節(jié)點2作為輸出節(jié)點，進行電壓靈敏度分析。當選中DCSensitivity時，在Outputvariables頁中選擇全部變量，仿真結果如圖5-41所示，它描述了電阻R1、R2，電壓源V1、V2的變化對節(jié)點的輸出電壓的影響程度。當選中ACSensitivity時，分析電容的變化對輸出節(jié)點電壓的影響，仿真結果如圖5-42所示。

圖5-41DCSensitivity仿真結果

圖5-42ACSensitivity仿真結果5.5.3批處理分析

批處理分析(BatchedAnalysis)是指將不同的分析或者同一分析的不同實例放在一起依次執(zhí)行。

在電路分析中，通常需要對同一個電路進行多種分析。例如，對于圖5-2所示單管放大電路，為了確定靜態(tài)工作點，需要進行直流工作點分析；為了了解其頻率特性，需要進行交流分析；為了觀察輸出波形，可以進行瞬態(tài)分析。這時，使用Multisim的批處理分析會更快捷方便。

啟動Simulate菜單中Analysis下的BatchedAnalysis命令，即可彈出圖5-43所示對話框。

圖5-43BatchedAnalysis對話框該對話框中，左邊Available區(qū)中提供了Multisim的14種仿真分析法。選取所要執(zhí)行的仿真分析法，點擊Addanalysis按鈕，則將彈出所選仿真分析的參數(shù)設置對話框。該對話框的參數(shù)設置和前面介紹的各種仿真分析中的設置基本相同，操作也一樣，唯一不同的是前面介紹的各種仿真分析法對話框中的Simulate按鈕換成了Addtolist按鈕。在設置完各種參數(shù)后，點擊Addtolist按鈕，即回到批處理分析對話框，這時，右邊的AnalysisTo區(qū)中將出現(xiàn)前面選取的仿真分析法。點擊分析區(qū)左側的+(加號)，則顯示該分析的總結信息。如此繼續(xù)添加所希望的分析。全部指定完成后，在AnalysesTo中將依次出現(xiàn)添加的所有仿真分析。點擊RunAllAnalyses按鈕，即可執(zhí)行所選定的全部仿真分析，仿真的結果依次出現(xiàn)在AnalysesGraphs中。圖5-43中其他幾個功能按鈕的功能如下：

(1)?EditAnalysis：從AnalysesTo中選取某一個分析，并對其參數(shù)進行編輯處理。

(2)?RunSelectedAnalysis：從AnalysesTo中選取某一個分析，運行仿真。

(3)?DeleteAnalysis：從AnalysesTo中選取某一個分析，將其刪除。

(4)?RemoveallAnalyses：將添加到AnalysesTo中的所有分析全部刪除。

(5)?Accept：保留批處理分析對話框中的設置，待以后使用。5.5.4用戶自定義分析

用戶自定義分析(UserDefinedAnalysis)是Multisim提供給用戶擴充仿真分析功能的一個途徑。啟動Simulate菜單中Analysis下的UserDefinedAnalysis命令，即可彈出如圖5-44所示對話框。該對話框中共有3頁，需要用戶設置Commands頁，其他兩頁的設置與其他分析方法中這兩頁的設置相同。為了實現(xiàn)某種分析功能，用戶可在輸入框中輸入可執(zhí)行的Spice命令。最后，點擊Simulate按鈕即可執(zhí)行此項分析。

圖5-44UserDefinedAnalysis對話框

Multisim提供的后處理器(Postprocessor)是專門用來對仿真結果進行進一步數(shù)學處理的工具，它不僅能對仿真所得的曲線和數(shù)據(jù)進行單個化處理(如平方、開方等)，還可以對多個曲線或數(shù)據(jù)彼此之間進行運算處理。處理的結果仍以曲線或數(shù)據(jù)表形式顯示出來。5.6后處理器5.6.1后處理器功能介紹

啟動Simulate菜單中的Postprocessor命令，即可彈出圖5-45所示后處理器對話框。

圖5-45后處理器對話框該對話框中的各項功能如下：

(1)?AnalysisResults區(qū)：用來存放已經進行過的電路仿真分析結果。每項左邊有個+或-，如果是+，則使用鼠標左鍵點擊這個+號，即可展開這個+號所對應的仿真分析，選取其中的一項分析，則分析中的所有變量將出現(xiàn)在右邊的AnalysisVariables區(qū)中。若點擊AnalysisResults區(qū)下方的SetDefaultAnalysisResults按鈕，則恢復預置的分析結果。

(2)?Tracetoplot區(qū)：用來放置所要描繪的波形曲線(Graph)或圖表(Chart)的變量或函數(shù)。

(3)?AnalysisVariables區(qū)：顯示該區(qū)左邊AnalysisResults區(qū)所選取分析項目中的所有變量。在該區(qū)中，先選中要處理的變量，再點擊AnalysisVariables區(qū)下方的CopyVariableToTrace按鈕，把該變量放入Tracetoplot區(qū)。

(4)?Availablefunctions區(qū)：存放Multisim提供的主要數(shù)學運算函數(shù)，見表5-1。

(5)其他按鈕的功能：

●?NewPage：在Tracetoplot中新增一頁；

●?NewGraph：新增一頁波形圖；

●?NewChart：新增一頁圖表；

●?AddTrace：在所編輯頁中新增一條曲線或一個圖表；

●?LoadPages：加載指定的頁；

●?SavePages：存儲當前編輯的頁；

●?DeletePages：刪除當前編輯的頁；

●?DeleteDiagram：刪除當前編輯的圖表或曲線；●?DeleteTrace：刪除當前編輯的結果；

●?Draw：繪出Tracetoplot中當前編輯的曲線和圖表；

●?Close：關閉后處理器對話框；

●?Cancel：取消當前的編輯，并關閉后處理器對話框。

表5-1后處理器中的函數(shù)5.6.2后處理器的使用

圖5-46所示為一個簡單RC電路。利用瞬態(tài)分析或示波器很容易獲得節(jié)點2和4的輸出波形。但如果要獲得電阻R1上的電壓(VR1=V2-V1)波形，只使用示波器或瞬態(tài)分析無法完成，而采用后處理器卻非常方便。具體方法如下：

(1)?創(chuàng)建如圖5-46所示電路。

(2)啟動仿真分析法中的瞬態(tài)分析，對電路進行瞬態(tài)分析。在瞬態(tài)分析對話框中，取節(jié)點2和4作為分析節(jié)點，設置仿真分析時間為0.02s，運行仿真，得到圖5-47所示曲線。

圖5-46簡單RC電路

圖5-47瞬態(tài)分析法曲線

(3)啟動Simulate菜單中的Analysis命令下的Postprocessor或點擊設計工具欄中的后處理器按鈕，啟動后處理器。上面進行的瞬態(tài)分析法的結果已經在后處理器的AnalysisResults(分析結果)區(qū)中。點擊分析結果區(qū)中的仿真結果，將其變量送到AnalysisVariables(分析變量)區(qū)，如圖5-48所示。

圖5-48分析變量的傳遞

(4)在Tracetoplot區(qū)中：

●?點擊NewPage按鈕，在出現(xiàn)的Pagename對話框中鍵入“RC電路分析”，再點擊NewGraph按鈕，輸入輸出曲線名VR1，表示電阻R1兩端的電壓。

●在分析變量區(qū)選擇變量v(4)，點擊CopytoTrace按鈕，即將v(4)放到Tracetoplot區(qū)中，然后在AvailableFunction區(qū)中選取“-”運算符，點擊CopyFunctionToTrace按鈕，將數(shù)學運算符放到變量v(4)的后面。再在分析變量區(qū)選擇變量v(2)，點擊CopytoTrace按鈕，即將v(2)放到Tracetoplot區(qū)中減法運算符之后?！顸c擊AddTrace按鈕，將v(4)-v(2)移入下面的分析欄中。為便于觀察分析結果，可以將v(4)、v(2)一起放入待分析欄，如圖5-49所示。

(5)點擊Draw按鈕，即可獲得如圖5-50所示曲線。圖5-50中，v(2)、v(4)分別表示節(jié)點2、節(jié)點4的輸出波形，v(4)-v(2)表示電阻R1上的輸出波形。

圖5-49Tracetoplot的設置

圖5-50經后處理器處理后的曲線

5.7.1Multisim11與Multisim2001在分析法中的差異

在Multisim11中，有些分析法的選項設置與Multisim2001有所不同，我們以直流工作點分析和瞬態(tài)分析為例對此作一簡單介紹，其他分析法的選項設置可依此參照執(zhí)行。5.7Multisim11與Multisim2001在分析法中的差異及Multisim11新增分析法

1．直流工作點分析

在Multisim11中，對直流工作點進行分析時，程序自動選中的分析變量比Multisim2001要多。我們仍以圖5-2所示電路為例，其直流工作點分析對話框如圖5-51所示。該對話框中的三個翻頁標簽Output、Analysisoptions、Summary替換了Multisim2001中的Outputvariables、MiscellaneousOptions、Summary，但對應標簽頁所包括的內容基本相同。

圖5-51直流工作點分析對話框在圖5-51所示直流工作點分析對話框中選擇三極管各電極電流和圖5-2中各節(jié)點電位作為分析變量，如圖5-52所示，最后點擊Simulate按鈕，即可得到圖5-53所示的直流工作點仿真分析結果。

圖5-52選擇直流工作點分析變量

圖5-53直流工作點分析結果

2．瞬態(tài)分析

在運用Multisim11的仿真分析法分析時，仿真結果將顯示在圖形視窗中。我們仍以圖5-2所示電路為例，瞬態(tài)分析(TransientAnalysis)對話框中各參數(shù)的設置仍參照Multisim2001中圖5-8所示設置，其瞬態(tài)分析時的仿真結果如圖5-54所示。對照圖5-54和圖5-9可知，圖5-54視窗中有些快捷鍵是Multisim11中新增的，在此作一簡單介紹。

圖5-54TransientAnalysis分析結果

圖5-55添加軌跡對話框

圖5-56添加軌跡后的仿真結果5.7.2Multisim11新增分析法

Multisim11中新增了3種分析法，分別是單一頻率交流分析法(SingleFrequencyACAnalysis)、噪聲系數(shù)分析法(NoiseFigureAnalysis)和線寬分析法(TraceWidthAnalysis)。

1．單一頻率交流分析法

單一頻率交流分析法的功能和交流分析法基本相同，不同之處是：交流分析法關注的是一個頻段范圍內電路的幅度、相位和頻率的關系，而單一頻率交流分析法僅關心某一個頻率點的幅度和相位值。單一頻率點的頻率值可以自動獲取或自行設置。啟動Multisim11菜單中的Analysis命令下的SingleFrequencyACAnalysis命令項，即可彈出圖5-57所示的對話框。除Frequencyparameters頁外，其他3頁的設置與ACAnalysis中的設置相同。因此，在此僅介紹Frequencyparameters頁的功能設置。

Frequencyparameters頁主要用來設置SingleFrequencyACAnalysis的頻率參數(shù)。Frequencyparameters頁共有2個區(qū)，功能如下：

(1)

Frequency區(qū)：主要用來設置需要進行單一頻率分析的頻率。該頻率可以自行設定，也可以點擊右側的Auto-detected(自動偵測)按鈕由系統(tǒng)自行偵測后自動提供。

(2)

Output區(qū)：輸出設置。

圖5-57單一頻率