Multisim基礎(chǔ)使用方法詳解

1、精品第 2 章 Multisim9的基本分析方法主要內(nèi)容?2.1 直流工作點(diǎn)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 Analysis）? 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(diǎn)分析直流

2、工作點(diǎn)分析也稱 靜態(tài)工作點(diǎn)分析，電路的直流分析是在電路中電容開路、電感短路時(shí)，計(jì)算電路的直流工作點(diǎn)，即在恒定激勵(lì)條件下求電路的穩(wěn)態(tài)值。在電路工作時(shí)， 無論是大信號(hào)還是小信號(hào)，都必須給半導(dǎo)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(diǎn)，才能進(jìn)一步分析電路在交流信號(hào)作用下電路能否正常工作。求解電路的直流工作點(diǎn)在電路分析過程中是至關(guān)重要的。2.1.1構(gòu)造電路為了分析電路的交流信號(hào)是否能正常放大，必須了解電路的直流工作點(diǎn)設(shè)置得是否合理，所以首先應(yīng)對(duì)電路得直流工作點(diǎn)進(jìn)行分析。在Multisim9工作區(qū)構(gòu)造一個(gè)單管放大電感謝下載載精品路，電路中電源電壓、各電

3、阻和電容取值如圖所示。注意：圖中的1 ，2 ，3 ，4，5 等編號(hào)可以從Options-sheet properties circuit showall 調(diào)試出來。執(zhí)行菜單命令（仿真）Simulate/（分析） 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(diǎn)分析對(duì)話框，如圖A 所示。直流工作點(diǎn)分析對(duì)話框 B。1. Output選項(xiàng)Output用于選定需要分析的節(jié)點(diǎn)。左邊 Variables in circuit欄內(nèi)列出電路中各節(jié)點(diǎn)電壓變量和流過電源的電流變量。右邊感謝下載載精品Selected variables for欄用于存放需要分析

4、的節(jié)點(diǎn)。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(biāo)拖拉進(jìn)行全選），再單擊 Add 按鈕，相應(yīng)變量則會(huì)出現(xiàn)在Selected variables for欄中。如果Selected variables for欄中的某個(gè)變量不需要分析，則先選中它， 然后點(diǎn)擊Remove按鈕，該變量將會(huì)回到左邊Variables in circuit欄中。2.AnalysisOptions和 Summary選項(xiàng)表示： 分析的參數(shù)設(shè)置和Summary頁中排列了該分析所設(shè)置的所有參數(shù)和選項(xiàng)。用戶通過檢查可以確認(rèn)這些參數(shù)的設(shè)置。2.1.3檢查測(cè)試結(jié)果點(diǎn)擊 B 圖下部 S

5、imulate按鈕，測(cè)試結(jié)果如圖所示。測(cè)試結(jié)果給出電路各個(gè)節(jié)點(diǎn)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(diǎn)是否合理。如果不合理，可以改變電路中的某個(gè)參數(shù)，利用這種方法， 可以觀察電路中某個(gè)元件參數(shù)的改變對(duì)電路直流工作點(diǎn)的影響。2.2交流分析交流分析 是在正弦小信號(hào)工作條件下的一種頻域分析。它計(jì)算電路的幅頻特性和相頻特感謝下載載精品性，是一種線性分析方法。Multisim 9在進(jìn)行交流頻率分析時(shí)，首先分析電路的直流工作點(diǎn)，并在直流工作點(diǎn)處對(duì)各個(gè)非線性元件做線性化處理，得到線性化的交流小信號(hào)等效電路，并用交流小信號(hào)等效電路計(jì)算電路輸出交流信號(hào)的變化。在進(jìn)行交流分析時(shí)，電路工作區(qū)中自行設(shè)

6、置的輸入信號(hào)將被忽略。也就是說，無論給電路的信號(hào)源設(shè)置的是三角波還是矩形波，進(jìn)行交流分析時(shí)， 都將自動(dòng)設(shè)置為正弦波信號(hào)，分析電路隨正弦信號(hào)頻率變化的頻率響應(yīng)曲線。2.2.1構(gòu)造電路這里仍采用單管放大電路作為實(shí)驗(yàn)電路，電路如圖所示。 這時(shí)， 該電路直流工作點(diǎn)分析的結(jié)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(dòng)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AC Analysis ，則出現(xiàn)交流分析對(duì)話框，如圖所示。感謝下載載精品對(duì)話框中 Frequency Parameters頁的設(shè)置項(xiàng)目、單位以

7、及默認(rèn)值等內(nèi)容見表所示。2.2.3檢查測(cè)試結(jié)果電路的交流分析測(cè)試曲線如圖所示,測(cè)試結(jié)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(hào)節(jié)點(diǎn)（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(hào)節(jié)點(diǎn)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7Hz24MHz范圍內(nèi)放大信號(hào)，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(huì)衰減，相位會(huì)改變。感謝下載載精品2.3瞬態(tài)分析瞬態(tài)分析 是一種非線性時(shí)域分析方法，是在給定輸入激勵(lì)信號(hào)時(shí)，分析電路輸出端的瞬態(tài)響應(yīng)。 Multisim在進(jìn)行瞬態(tài)分析時(shí)，首先計(jì)算電路的初始狀態(tài)，然后從初始時(shí)刻起，到某個(gè)給定的時(shí)間范圍

8、內(nèi)，選擇合理的時(shí)間步長(zhǎng)，計(jì)算輸出端在每個(gè)時(shí)間點(diǎn)的輸出電壓，輸出電壓由一個(gè)完整周期中的各個(gè)時(shí)間點(diǎn)的電壓來決定。啟動(dòng)瞬態(tài)分析時(shí)， 只要定義起始時(shí)間和終止時(shí)間， Multisim可以自動(dòng)調(diào)節(jié)合理的時(shí)間步進(jìn)值，以兼顧分析精度和計(jì)算時(shí)需要的時(shí)間，也可以自行定義時(shí)間步長(zhǎng)，以滿足一些特殊要求。2.3.1構(gòu)造電路構(gòu)造一個(gè)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。感謝下載載精品2.3.2啟動(dòng)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TransientAnalysis ，出現(xiàn)瞬態(tài)分析對(duì)話框，如圖所示。瞬態(tài)分析對(duì)話框中Analysis Parameters

9、頁的設(shè)置項(xiàng)目、單位以及默認(rèn)值等內(nèi)容見表所示。感謝下載載精品2.3.3檢查分析結(jié)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(diǎn)2 和輸出節(jié)點(diǎn) 5 的電壓隨時(shí)間變化感謝下載載精品的波形， 縱軸坐標(biāo)是電壓，橫軸是時(shí)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?yàn)樵摲糯箅娐肪w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(fù)雜周期性信號(hào)的方法。它將非正弦周期信號(hào)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(jí)數(shù)的數(shù)學(xué)原理，周期函數(shù)f(t)可以寫為f (t )A0A1 costA2 cos 2 tB1 sintB2 sin 2

10、 t傅立葉分析以圖表或圖形方式給出信號(hào)電壓分量的幅值頻譜和相位頻譜。傅立葉分析同時(shí)也計(jì)算了信號(hào)的總諧波失真（ THD ），THD 定義為信號(hào)的各次諧波幅度平方和的平方根再除以信號(hào)的基波幅度，并以百分?jǐn)?shù)表示：1THD i 2U i2 2/U1 100%2.4.1構(gòu)造電路構(gòu)造一個(gè)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(hào)源電壓幅值達(dá)到50mv時(shí)，輸出端電壓信號(hào)已出現(xiàn)較嚴(yán)重的非線性失真，這也就意味著在輸出信號(hào)中出現(xiàn)了輸入信號(hào)中未有的諧波分量。感謝下載載精品2.4.2啟動(dòng)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Fouri

11、erAnalysis ，則出現(xiàn)傅立葉分析對(duì)話框，如圖所示。傅立葉分析對(duì)話框中Analysis Parameters頁的設(shè)置項(xiàng)目及默認(rèn)值等內(nèi)容見表所示。感謝下載載精品2.4.3檢查分析結(jié)果傅立葉分析結(jié)果如圖所示。如果放大電路輸出信號(hào)沒有失真，在理想情況下， 信號(hào)的直流分量應(yīng)該為零，各次諧波分量幅值也應(yīng)該為零，總諧波失真也應(yīng)該為零。從圖可以看出， 輸出信號(hào)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1.58V ，從圖表中還可以查出3 次、 4 次及 5 次諧波幅值。同時(shí)可以看到總諧波失真感謝下載載精品（THD ）約為 35.96% ，這表明輸出信號(hào)非線性失真

12、相當(dāng)嚴(yán)重。線條圖形方式給出的信號(hào)幅頻圖譜直觀地顯示了各次諧波分量的幅值。感謝下載載精品2.5失真分析放大電路輸出信號(hào)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(huì)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(gè)交流信號(hào)，Multisim的失真分析將計(jì)算每點(diǎn)的二次和三次諧波的復(fù)變值；如果電路有兩個(gè)交流信號(hào)，則分析三個(gè)特定頻率的復(fù)變值，這三個(gè)頻率分別是：（f1 f2 ），（ f1 f2 ），（ 2f1 f2 ）。2.5.1構(gòu)造電路設(shè)計(jì)一個(gè)單管放大電路，電路參數(shù)及電路結(jié)構(gòu)如圖所示。對(duì)該電路進(jìn)行

13、直流工作點(diǎn)分析后，表明該電路直流工作點(diǎn)設(shè)計(jì)合理。在電路的輸入端加入一個(gè)交流電壓源作為輸入信號(hào)，其幅度為 4V ，頻率為 1kHz 。注意： 雙擊信號(hào)電壓源符號(hào)，在屬性對(duì)話框中Distortion Frequency1 Magnitude:項(xiàng)目下設(shè)置為 4V 。 Distortion Frequency2 Magnitude:項(xiàng)目下設(shè)置為4V 。然后繼續(xù)分析該放大電路。2.5.2啟動(dòng)失真分析工具感謝下載載精品執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇DistortionAnalysis ，則出現(xiàn)瞬態(tài)分析對(duì)話框，如圖所示。感謝下載載精品失真分析對(duì)話框中Analys

14、is Parameters頁的設(shè)置項(xiàng)目、單位以及默認(rèn)值等內(nèi)容見表所示。2.5.3檢查分析結(jié)果電路的失真分析結(jié)果如圖所示。由于該電路只有一個(gè)輸入信號(hào)，因此，失真分析結(jié)果給出的是諧波失真幅頻特性和相頻特性圖。2.6噪聲分析感謝下載載精品電路中的電阻和半導(dǎo)體器件在工作時(shí)都會(huì)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(hào)等效電路，計(jì)算由電阻和半導(dǎo)體器件所產(chǎn)生的噪聲總和。假設(shè)噪聲源互不相關(guān)，而且這些噪聲值都獨(dú)立計(jì)算，總噪聲等于各個(gè)噪聲源對(duì)于特定輸出節(jié)點(diǎn)的噪聲均方根之和。2.6.1構(gòu)造電路構(gòu)造單管放大電路，

15、 雙擊信號(hào)電壓源符號(hào)，在屬性對(duì)話框中Distortion Frequency1 Magnitude:項(xiàng)目下設(shè)置為1V 。然后繼續(xù)分析該單管放大電路。2.6.2啟動(dòng)噪聲分析工具執(zhí)行菜單命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析類型中選擇Noise Analysis，則出現(xiàn)噪聲分析對(duì)話框，如圖所示。感謝下載載精品噪聲分析對(duì)話框中Analysis Parameters頁的設(shè)置項(xiàng)目及其注釋等內(nèi)容見表所示。噪聲分析對(duì)話框中Frequency Parameters頁如圖所示。感謝下載載精品其中設(shè)置項(xiàng)目及其注釋等內(nèi)容見下表所示：2.6.3檢查分析結(jié)果噪聲分析曲線如圖所示。其中上面一條曲線是總

16、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。感謝下載載精品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(jì)算電路相應(yīng)的直流工作點(diǎn)。在分析前可以選擇直流電源的變化范圍和增量。在進(jìn)行直流掃描分析時(shí)，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(gè)還是兩個(gè)，并確定分析的節(jié)點(diǎn)。如果只掃描一個(gè)電源， 得到的是輸出節(jié)點(diǎn)值與電源值的關(guān)系曲線。如果掃描兩個(gè)電源，則輸出曲線的數(shù)目等于第二個(gè)電源被掃描的點(diǎn)數(shù)。第二個(gè)電源的每一個(gè)掃描值，都對(duì)應(yīng)一條輸出節(jié)點(diǎn)值與第一個(gè)電源值的關(guān)系曲線。2.7.1構(gòu)造電路構(gòu)造如圖所示的電路，MOS 管型號(hào)為2

17、N7000 ，屬于 N 溝道增強(qiáng)型MOS 管?，F(xiàn)在要利用直流掃描來測(cè)繪MOS 管的輸出特性曲線。感謝下載載精品執(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(duì)話框直流掃描分析對(duì)話框中Analysis Parameters頁中包含Source1和 Source2兩個(gè)區(qū)，區(qū)中設(shè)置項(xiàng)目及其注釋等內(nèi)容見表所示。感謝下載載精品2.7.3檢查分析結(jié)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(biāo)為 MOS 管的漏極電壓，縱坐標(biāo)是MOS 管的漏極電流（盡管圖上標(biāo)的是Voltage ）。每一條曲線都是MOS 管漏極電壓與漏極電流

18、的關(guān)系曲線且對(duì)應(yīng)一個(gè)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(gè)參數(shù)變化值的情況下，對(duì)電路的特性進(jìn)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(kuò)展為獨(dú)立電壓源、獨(dú)立電流源、 溫度、 模型參數(shù)感謝下載載精品和全局參數(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(gòu)造電路2. 啟動(dòng)參數(shù)掃描分析工具選擇 Simulate / Analysis / Parameter Sweep感謝下載載精品2. 啟動(dòng)參數(shù)掃描分析工具選項(xiàng)框項(xiàng)目默認(rèn)值注釋可選電路中出現(xiàn)的元件種類（Device ），DeviceBJT如 Diode 、 Resistor 、 Vsource等，元SwepParameter（晶體管）件序號(hào)（ Name ）以及元件參數(shù)Parameters（元件參數(shù)）（ Parameter）（選擇掃描元件表示選中的是元件模型參數(shù)類型，各參及參數(shù)）Model ParameterBJT數(shù)不僅與電路有關(guān)，還與Device（元件模型參數(shù)）（晶體管）Parameter對(duì)應(yīng)的選項(xiàng)有關(guān)Points toDecade確定掃描起始值、終止值及增量步長(zhǎng)感謝下載載精品sweep（選擇掃描方式）More Option（選擇分析類型）3. 查看分析結(jié)果（十倍刻度掃描）Lin