精品電工電子技巧仿真試驗(yàn)教材

1、電工與電子技術(shù)計算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)?zāi)暇┖娇蘸教齑髮W(xué)自動化學(xué)院2009.11第一章,Multisim軟件簡介§1-1,Multisim軟件簡介,Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive,Image,Technoligics，簡稱IIT公司)推出的用于電路仿真與設(shè)計的EDA軟件。Multisim具有強(qiáng)大的仿真分析功能，可以進(jìn)行電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真。Multisim軟件的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實(shí)驗(yàn)室所用的通用儀器，如直流電源、函數(shù)信號發(fā)生器、萬用表、雙蹤示波器，還有一般實(shí)驗(yàn)室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀

2、、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。該軟件的元器件庫中有數(shù)以萬計的電路元器件供實(shí)驗(yàn)選用，不僅提供了元器件的理想模型，還提供了元器件的實(shí)際模型，同時還可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中查到，與生產(chǎn)實(shí)際緊密相聯(lián)，可以非常方便地用于實(shí)際的工程設(shè)計。該軟件可以對被仿真的電路中的元器件設(shè)置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進(jìn)行仿真的同時，該軟件還可以存儲測試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等；該軟件還具有多種電路分析功能，如直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分

3、析、傅里葉分析、失真分析、噪聲分析、直流掃描分析、參數(shù)掃描分析等，便于設(shè)計人員對電路的性能進(jìn)行推算、判斷和驗(yàn)證。較之于傳統(tǒng)的實(shí)物實(shí)驗(yàn)，基于,Multisim 軟件的仿真實(shí)驗(yàn)主要有以下特點(diǎn)：1設(shè)計和實(shí)驗(yàn)用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室的各種條件限制，完成各種類型的電路設(shè)計與實(shí)驗(yàn)。2實(shí)驗(yàn)成本低，實(shí)驗(yàn)中不消耗實(shí)際的元器件，實(shí)驗(yàn)所需元器件的種類和數(shù)量不受限制。有些實(shí)驗(yàn)設(shè)備價格昂貴，使用復(fù)雜，在一般傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室里很難為學(xué)生提供使用機(jī)會，而在虛擬實(shí)驗(yàn)室里則可輕而易舉地解決這個難題，讓學(xué)生隨心所欲地調(diào)用各種實(shí)驗(yàn)設(shè)備。從而可以克服因經(jīng)費(fèi)不足造成對實(shí)驗(yàn)的制約。3實(shí)驗(yàn)效率高。在仿真實(shí)驗(yàn)中，

4、可以克服采用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時所遇到的諸多因素的干擾和影響，例如不會因?yàn)閷?shí)驗(yàn)設(shè)備的損壞、接觸不良而影響實(shí)驗(yàn)的正常進(jìn)行，從而使實(shí)驗(yàn)結(jié)果更好地反映出實(shí)驗(yàn)的本質(zhì)過程，更加快捷、準(zhǔn)確。4分析方法多，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，能夠快速、輕松、高效地對電路參數(shù)進(jìn)行測試和分析，使設(shè)計與實(shí)驗(yàn)可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計邊實(shí)驗(yàn)，修改調(diào)試方便。還可直接打印輸出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖。這些都是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)方式無法比擬的。運(yùn)用Multisim軟件進(jìn)行計算機(jī)仿真實(shí)驗(yàn)，可以很

5、好的解決理論教學(xué)與實(shí)際動手實(shí)驗(yàn)相脫節(jié)的這一老大難問題。學(xué)生可以很方便、快捷地把剛剛學(xué)到的理論知識用計算機(jī)仿真真實(shí)地再現(xiàn)出來，不僅可以克服傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室各種條件的限制，還可以針對不同的目的，例如針對驗(yàn)證、測試、設(shè)計、糾錯、創(chuàng)新等目的進(jìn)行訓(xùn)練，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。真正的做到了變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，使學(xué)生的分析、應(yīng)用、設(shè)計和創(chuàng)新能力顯著提高。Multisim的工作界面非常直觀，形象逼真，只要稍加學(xué)習(xí)就可以較熟練地使用該軟件。本書以Multisim,9為例介紹Multisim軟件的使用方法。,§1-2,Multisim的主窗口界面,啟動,Multisim,9軟件后，屏幕上將出現(xiàn)M

6、ultisim,9,軟件的主窗口界面。Multisim9的主窗口界面主要由標(biāo)題欄、菜單欄、系統(tǒng)工具欄、設(shè)計工具欄、使用中的元件清單、仿真開關(guān)、元件工具欄、儀表工具欄、電路窗口、狀態(tài)欄等幾個部分組成。一、Multisim,9的主窗口界面,圖1-1,Multisim,9的主窗口界面1、菜單欄標(biāo)題欄位于主窗口的最上部，顯示當(dāng)前運(yùn)行的軟件名稱。標(biāo)題欄的下面是菜單欄，通過菜單可以對Multisim的所有功能進(jìn)行操作。不難看出菜單中有一些與大多數(shù)Windows平臺上的應(yīng)用軟件一致的功能選項(xiàng)，如File（文件菜單）、Edit（編輯菜單）、View（視圖菜單）、Help（幫助菜單）等。此外，還有一些EDA軟件

7、專用的選項(xiàng)，如Place（放置菜單），Simulate（仿真菜單），Transfer（文件輸出菜單）、Options（選項(xiàng)菜單）等，如圖1-2。圖1-2,菜單欄,以下分別介紹菜單欄中各欄目的子項(xiàng)目。File菜單中包含了對文件和項(xiàng)目的基本管理和打印等命令：,New：建立一個新文件。Open：打開一個文件。Close：關(guān)閉當(dāng)前文件。Save：保存當(dāng)前文件。Save,As：將當(dāng)前文件另存為。New,Project：建立一個新項(xiàng)目。Open,Project：打開一個項(xiàng)目。Save,Project：保存當(dāng)前項(xiàng)目。Close,Project：關(guān)閉當(dāng)前項(xiàng)目。Print,Setup：打印設(shè)置。Print,Ci

8、rcuit,Setup：打印電路圖設(shè)置。Print,Instruments：打印當(dāng)前文件中的儀表波形圖。Print,Preview：打印預(yù)覽。Print：打印。Recent,Files：最近幾次打開過的文件。Recent,Project：最近幾次打開過的項(xiàng)目。Exit：退出Multisim。Edit菜單中包含了對電路圖進(jìn)行編輯的命令：Undo：撤消操作。Redo：不撤消操作。Cut：剪切。Copy：復(fù)制。Paste：粘貼。Paste,Special：粘貼所選擇內(nèi)容。Delete：刪除。Delete,Multi-Page：刪除多頁。Select,All：全選。Find：查找。Flip,Horiz

9、ontal：將所選的元件水平翻轉(zhuǎn)。Flip,Vertical：將所選的元件垂直翻轉(zhuǎn)。90,ClockWise：將所選的元件順時針90度旋轉(zhuǎn)。90,ClockWiseCW：將所選的元件逆時針90度旋轉(zhuǎn)。Component,Properties：打開所選的元件屬性對話框。,View菜單中包含了確定使用軟件時的視圖以及對一些工具欄和窗口進(jìn)行控制的命令：Toolbars：顯示各種工具欄。Show,Grid：顯示網(wǎng)格。Show,Page,Bounds：顯示頁邊界。Show,Title,Block：顯示圖明細(xì)表。Show,Border：顯示圖框。Show,Ruler,Bars：顯示標(biāo)尺。Zoom,In：放

10、大顯示。Zoom,Out：縮小顯示。Zoom,Area：以100%的比率來顯示。Zoom,Full：全部顯示。Grapher：打開仿真結(jié)果的圖形顯示窗口。Hierarchy：層次。Circuit,Description,Box：打開電路描述窗口。,Place菜單中包含了在電路窗口內(nèi)放置元件、連接點(diǎn)、總線和文字等命令：Component：放置一個元件。Junction：放置一個節(jié)點(diǎn)。Bus：放置一根總線。Bus,Vector,Connect：總線矢量連接。HB/SB,Connector：放置HB/SB連接器。Hierarchical,Block：放置層次模塊。Create,New,Hierarc

11、hical,Block：新建層次模塊。Subcircuit：新建子電路。Replace,by,Subcircuit：用一個子電路替代。Off-Page,Connector：Off-Page連接器。Multi-Page：多頁設(shè)置。Graphics：制圖,Title,Block：放置標(biāo)題塊。,Simulate菜單中包含了電路仿真設(shè)置與操作命令：Run：執(zhí)行仿真。Pause：暫停仿真。Instruments：選擇儀表。Default,Instrument,Settings：打開預(yù)置儀表設(shè)置對話框，設(shè)置儀表的預(yù)置值。Digital,Simulation,Settings：設(shè)定數(shù)字仿真參數(shù)。Analys

12、es：選擇仿真分析方法。Postprocess：打開后處理器對話框。Simulation,Error,Log/Audit,Trail：電路仿真錯誤記錄/檢查數(shù)據(jù)跟蹤。XSpice,Command,Line,Interface：打開XSpice命令行界面。VHDL,Simulation：進(jìn)行VHDL仿真。Verilog,HDL,Simulation：進(jìn)行Verilog,HDL仿真。Auto,Fault,Option：自動設(shè)置電路故障。Global,Component,Tolerances：設(shè)置全部元件的容差。,Transfer菜單包含了將仿真結(jié)果用其它EDA軟件需要的文件格式輸出的命令：Tran

13、sfer,to,Ultiboard,V7：轉(zhuǎn)換為Ultiboard,V7（Multisim中的電路板設(shè)計軟件）的文件格式。Transfer,to,Ultiboard,2001：轉(zhuǎn)換為Ultiboard,2001的文件格式。Transfer,to,other,PCB,Layout：轉(zhuǎn)換為其他電路板設(shè)計軟件所支持的文件格式。Forward,Annotate,to,Ultiboard,V7：建立Ultiboard,V7注釋文件。Backannotate,from,Ultiboard,V7：將Ultiboard,V7注釋文件傳入到當(dāng)前文件中。Highlight,selection,in,Ultiboa

14、rd,V7：加亮所選擇區(qū)域。Export,Simulation,Results,to,MathCAD：將仿真結(jié)果輸出到MathCAD。Export,Simulation,Results,to,Excel：將仿真結(jié)果輸出到Excel。Export,Netlist：輸出電路網(wǎng)表文件。,Tools菜單中包含了編輯與管理元器件和元件庫的命令：,Database,Management：啟動元器件數(shù)據(jù)庫管理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的編輯管理工作。Symbol,Editor：打開符號編輯器。Component,Wizard：打開元件編輯器。555,Timer,Wizard：555定時器編輯。Filter,Wizard

15、：濾波器編輯。Electrical,Rules,Check：電氣規(guī)則測試。Renumber,Components：元件重命名。Replace,Components：替代元件。Update,HB/SB,Symbols：升級HB/SB符號。Convert,V6,Database：V6數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。Modify,Title,Block,Data：更改標(biāo)題塊數(shù)據(jù)。Title,Block,Data：標(biāo)題塊編輯。Reports菜單中包含了產(chǎn)生當(dāng)前電路的各種報告的命令：Bill,of,Materials：材料清單。Component,Detail,Report：元器件詳細(xì)參數(shù)報告。Netlist,Report：

16、電路網(wǎng)表報告。Schematic,Statistics：簡要統(tǒng)計報告。Spare,Gates,Report：未用元件門統(tǒng)計報告。Cross,Reference,Report：元件交叉參照表。Options菜單中包含了定制電路的界面和電路的某些功能的設(shè)定命令：Preferences：打開參數(shù)選擇對話框，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。Customize：常規(guī)命令設(shè)置。Global,Restrictions：軟件限制設(shè)置。Circuit,Restrictions：電路限制設(shè)置。Simplified,Version：簡化版本。,Window菜單中包含了控制窗口顯示的命令，并列出所有被打開的文件。Cascade：層疊窗

17、口。Tile：平鋪窗口。Arrange,Icons：重新排列圖標(biāo)。,2、設(shè)計工具欄設(shè)計工具欄是Multisim的核心欄，通過對該工具欄按鈕的操作可以完成對電路從設(shè)計到分析的全部工作，如圖1-3圖1-3,設(shè)計工具欄圖3中紅線框內(nèi)的按鈕自左向右依次為：設(shè)計項(xiàng)目欄按鈕：用于顯示或隱藏設(shè)計項(xiàng)目欄。電子數(shù)據(jù)表按鈕：用于顯示或隱藏電路的電子數(shù)據(jù)表。元器件數(shù)據(jù)庫按鈕：用于啟動元器件數(shù)據(jù)庫管理器，進(jìn)行元器件的編輯管理工作。元件編輯器按鈕：打開新建元件對話框，用于調(diào)整或新建元件。仿真按鈕：用于執(zhí)行或停止仿真。圖形編輯器按鈕：用于顯示仿真分析的圖形結(jié)果。分析按鈕：用于選擇要進(jìn)行的分析方法。后分析按鈕：用于進(jìn)行對仿

18、真結(jié)果的進(jìn)一步操作。3、使用中的元件清單在使用中的元件清單中列出了當(dāng)前電路所使用的全部元件，以便檢查和重復(fù)調(diào)用，如圖1-4。圖1-4,在用元件4、元件工具欄Multisim,9為用戶提供了豐富的元件，用戶可以方便地從元件工具欄中提取。通常將元件工具欄放在主窗口的左邊，也可以用鼠標(biāo)將元件工具欄拖拽到任意位置，并讓其橫向放置。元件工具欄上的每一個按鈕都對應(yīng)一個元器件庫，每個器件庫就像是一個元件箱，里面放置著同一類型的元件。只要用鼠標(biāo)單擊元件工具欄上的按鈕便可打開它所對應(yīng)的元器件庫，從中提取元件。元件工具欄中的按鈕對應(yīng)的元器件庫從上到下依次是：電源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬元件庫、TT

19、L元器件庫、COMS元器件庫、其它數(shù)字元器件庫、模數(shù)混合元器件庫、指示器件庫、其他器件庫、射頻器件庫、電機(jī)類器件庫、放置層次模塊、放置總線、鏈接教育網(wǎng)站、鏈接EDA網(wǎng)站，如圖1-5。圖1-5,元件工具欄5、虛擬元件工具欄在Multisim不僅為用戶提供實(shí)際元器件，還提供虛擬元器件。它們之間的區(qū)別在于：實(shí)際元器件是與生產(chǎn)實(shí)際中真實(shí)的元器件的型號、參數(shù)值以及封裝都相對應(yīng)的元器件，在設(shè)計中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計仿真與實(shí)際情況有良好的對應(yīng)性，還可以直接將設(shè)計導(dǎo)出到Ultiboard中進(jìn)行PCB的設(shè)計。而虛擬元器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實(shí)際器件對應(yīng)，用戶可以根據(jù)需要改變器件模型的參數(shù)值，

20、只能用于仿真。通常將虛似元件工具欄與實(shí)際元件工具欄并排排列在主窗口的左邊。在元件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類實(shí)際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬元器件的按鈕有底色，而實(shí)際元器件的按鈕沒有底色。其按鈕從上到下依次是：電源、信號源元器件、基本元件、二極管、FET元器件、模擬元件、其他虛擬器件、虛擬定值元器件、3D元器件、測量元器件，如圖1-6。圖1-6,虛擬元件工具欄6、儀表工具欄儀表工具欄中放置了Multisim為用戶提供的虛擬儀器儀表，這些虛擬儀器儀表的外形、面板設(shè)計和操作方法都與實(shí)際儀器很相似，用戶可以方便、快捷地選擇自己需要的儀器對電路進(jìn)行測試。通常將儀表工具欄放在主窗口的右邊。

21、其按鈕對應(yīng)的虛擬儀器從上到下依次是：依次為數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、功率表、雙通道示波器、四通道示波器、波特圖儀、頻率計、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、IV分析儀、失真度分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器、實(shí)時測量探針，如圖1-7。,圖1-7,儀表工具欄§1-3,Multisim的使用入門一、 基本設(shè)置在做仿真實(shí)驗(yàn)之前，可以根據(jù)自己的需求和習(xí)慣對Multisim,9的界面進(jìn)行一番設(shè)置。具體做法是：執(zhí)行Options菜單中的Preferences命令，打開Preferences對話框，如圖1-8。圖1-8,P

22、references對話框,通過該對話框的標(biāo)簽選項(xiàng)，用戶可以對界面顏色、電路尺寸、縮放比例、自動存儲時間等內(nèi)容作相應(yīng)的設(shè)置。,例如，要進(jìn)行歐、美的元件符號系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。,在Symbol,standard區(qū)內(nèi)，Multisim,9提供了兩種電氣元器件符號標(biāo)準(zhǔn)，一種是ANSI（美國標(biāo)準(zhǔn)），另一種是DIN（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）。DIN與我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)比較接近，所以建議最好選擇DIN。,二、建立電路文件啟動Multisim后，會自動建立一個默認(rèn)文件名為“Circuit,l”的電路文件。單擊系統(tǒng)工具欄中的保存按鈕,（或執(zhí)行File菜單中的Save命令），如果是第一次保存文件，將打開“另存為”對話框，在對話框中輸入文件

23、名，并選擇存儲路徑，單擊“保存”按鈕即可。,如果還想另外再創(chuàng)建一個新文件，則單擊系統(tǒng)工具欄中的新建按鈕,（或執(zhí)行File菜單中的New命令），就可以再建立一個新文件。三、放置元器件及儀器儀表,Multisim,為用戶提供了豐富的元件和虛擬儀器儀表，用戶可以方便地從各個工具欄中調(diào)用。元件工具欄通常放在主窗口的左邊，儀表工具欄通常放在主窗口的右邊。如果看不見工具欄，可執(zhí)行View菜單中的Toolbars命令選擇需要顯示各個工具欄。元件工具欄上的每一個按鈕都對應(yīng)一個元器件庫，每個元器件庫就像是一個元件箱，里面放置著同一類型的元件。只要用鼠標(biāo)單擊元件工具欄上的按鈕便可打開它所對應(yīng)的元器件庫，從中提取元

24、件。如果不知道要提取的元件屬于哪個元器件庫，也可以執(zhí)行Place菜單中的Component命令來放置元件。如果放置虛擬元件且需要改變元件參數(shù)，則用鼠標(biāo)雙擊該電阻元件，打開其屬性對話框，如圖所示。選擇Value頁，進(jìn)行參數(shù)值的設(shè)置。四、將元器件連接成電路把電路需要的元器件放置在電路窗口后，用鼠標(biāo)就可以方便地將元器件連接起來。具體操作方法是：1元件與元件之間的連接：把鼠標(biāo)指針移到要連接的元件的一個引腳處，等鼠標(biāo)指針自動變?yōu)橐粋€帶十字的小圓點(diǎn)時，單擊鼠標(biāo)，連出一根線。接著移動鼠標(biāo)到另一個元件的引腳處，再單擊鼠標(biāo)，兩元件之間的連接就完成了。如果想控制連線的形狀，可在移動鼠標(biāo)的過程中，在連線的拐彎處單擊

25、一下鼠標(biāo)，以固定連線的位置。2元件與導(dǎo)線中間的連接：把鼠標(biāo)指針移到要連接的元件的一個引腳，等鼠標(biāo)指針自動變?yōu)橐粋€帶十字的小圓點(diǎn)時，單擊鼠標(biāo)。接著移動鼠標(biāo)到要連接的導(dǎo)線上，再單擊鼠標(biāo)，元件與導(dǎo)線中間的連接就完成了，同時系統(tǒng)會自動在兩根導(dǎo)線的連接處放置一個連接點(diǎn)。3改變導(dǎo)線和連接點(diǎn)的顏色：將鼠標(biāo)指針移到該導(dǎo)線上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單，選擇菜單中的Color命令，打開Colors對話框，點(diǎn)擊想要的顏色，然后單擊“OK”按鈕即可。4移動導(dǎo)線：用鼠標(biāo)單擊該導(dǎo)線，使該導(dǎo)線處于被選中狀態(tài)，將鼠標(biāo)指針移到該導(dǎo)線或?qū)Ь€的小方塊上，按下鼠標(biāo)左鍵不放，拖動鼠標(biāo)，便可將導(dǎo)線拖拽到所需位置。,5刪除導(dǎo)線和連接點(diǎn)：

26、用鼠標(biāo)單擊要刪除的導(dǎo)線，按Delete鍵，即可刪除該導(dǎo)線。如果要刪除某連接點(diǎn)，則用鼠標(biāo)單擊需刪除的連接點(diǎn)，使該連接點(diǎn)處于被選中狀態(tài)，按Delete鍵即可刪除該連接點(diǎn)。五、運(yùn)行仿真、進(jìn)行仿真分析連接好電路后，用鼠標(biāo)單擊仿真開關(guān)，便可運(yùn)行仿真。,如果需要暫停仿真，則單擊暫停按鈕，便可暫停仿真。,如果需要停止仿真，則用鼠標(biāo)單擊仿真開關(guān)即可。,單擊設(shè)計工具欄中的分析按鈕（或執(zhí)行Simulate菜單中的Analyses命令），便可選擇仿真分析方法，對電路進(jìn)行各種仿真分析。六、注意事項(xiàng)1Multisim軟件中的有些元器件符號、單位等與我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)存在差異。例如，電阻的單位“”在Multisim中用“oh

27、m”表示，電容的單位“F”在Multisim中用“uF”表示等。2每一個電路中必須有一個接地端，如果一個電路中沒有接地端，通常不能有效地進(jìn)行仿真分析。3為了確定線路連接是否可靠，可稍微移動一下與連接點(diǎn)相連的元件，查看是否有“虛焊”現(xiàn)象。,4如果兩根交叉的導(dǎo)線在交叉處沒有連接點(diǎn)，則表示這兩根導(dǎo)線在交叉處不相連接。5為了避免由于突然斷電等原因造成不必要的損失，在建立電路過程中，每進(jìn)行一步操作后，都要單擊系統(tǒng)工具欄中的保存按鈕（或執(zhí)行File菜單中的Save命令）保存電路文件。6在運(yùn)行仿真時，通常不允許改接電路。第二章,電工技術(shù)仿真實(shí)驗(yàn)§2-1,采用虛擬儀器測量電位和電壓一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)

28、設(shè)置Multisim,9的界面。2學(xué)習(xí)建立電路文件。2學(xué)習(xí)電路元件的放置、元件參數(shù)的設(shè)置，熟悉元件的旋轉(zhuǎn)、改變顏色、改變標(biāo)識、移動、刪除等操作。3掌握虛擬電壓表、電流表、實(shí)時測量探針的使用方法。4熟悉連接電路元件、設(shè)置導(dǎo)線和節(jié)點(diǎn)的顏色、移動導(dǎo)線和節(jié)點(diǎn)、刪除導(dǎo)線和節(jié)點(diǎn)等操作。5驗(yàn)證電路中電位的相對性、電壓的絕對性。加強(qiáng)對電位、電壓關(guān)系的理解。6驗(yàn)證電路中等電位點(diǎn)的特性。,二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1直流電壓源,2臺2直流電壓表,1塊3直流電流表,1塊4實(shí)時測量探針,1只5滑動變阻器,1個6電阻,2個三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、打開Preferences對話框。選擇Circuit標(biāo)簽，打開Circuit頁，在Show

29、區(qū)中的Show,node,names選項(xiàng)欄前面打上“”，顯示電路連接點(diǎn)的編號。,2、選擇Component,Bin標(biāo)簽，打開Component,Bin頁。,3、在Symbol,standard區(qū)內(nèi)，選擇DIN（歐洲標(biāo)準(zhǔn)），然后單擊“OK”按鈕。,4、單擊系統(tǒng)工具欄中的保存按鈕,5、在對話框中輸入文件名“采用虛擬儀器測量電位和電壓”，并選擇存儲路徑，單擊“保存”按鈕。6、在電路窗口中建立如圖2-1示電路。,圖2-1,測量電位和電壓電路7、雙擊電路中的滑線變阻器R3，彈出其屬性對話框。,8、選擇Value頁，在Key欄中輸入A，在Increment欄中輸入1。這表示每按一次A鍵，滑動點(diǎn)右邊的電阻所

30、占百分比增大1%。這相當(dāng)于滑動變阻器的滑動觸頭向左移動；按shift+A，滑動點(diǎn)右邊的電阻所占百分比減小1%，這相當(dāng)于滑動變阻器的滑動觸頭向右移動。并設(shè)置R3的電阻值為500,ohm，然后單擊“確定”按鈕。,9、單擊仿真開關(guān),。10、將實(shí)時測量探針的探頭移到電路的各點(diǎn)上，測出各點(diǎn)的電位，并計算三個電阻的電壓。,11、測量完畢后，再單擊實(shí)時測量探針按鈕，放回實(shí)時測量探針。12、單擊仿真開關(guān)，停止仿真。,13、改選節(jié)點(diǎn)6為參考點(diǎn)，將接地端改接到節(jié)點(diǎn)6的位置上。16、單擊仿真開關(guān),。17、用實(shí)時測量探針測出各點(diǎn)的電位，并計算三個電阻的電壓。18、反復(fù)按A鍵和shift+A鍵，移動滑動變阻器的滑動觸頭

31、，觀察電壓表的讀數(shù)變化。當(dāng)電壓表的讀數(shù)近似為零時，表明電壓表兩端的兩個節(jié)點(diǎn)的電位相等，是等電位點(diǎn)。,19、單擊仿真開關(guān)，停止仿真。,20、取下電壓表，用一根導(dǎo)線將兩個等電位點(diǎn)連接起來。,21、單擊仿真開關(guān),。22、記錄電流表的讀數(shù)，并用實(shí)時測量探針測出各點(diǎn)的電位，計算三個電阻的電壓。四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1在建立電路過程中，每進(jìn)行一步操作后，都要單擊系統(tǒng)工具欄中的保存按鈕（或執(zhí)行File菜單中的Save命令）保存電路文件，以避免由于突然斷電等原因造成不必要的損失。2在Multisim中用“ohm”表示電阻的單位“”。3在連接電路時，可稍微移動一下與連接點(diǎn)相連的元件，查看是否有“虛焊”現(xiàn)象。特別要注意

32、接地端的連接，如果一個電路沒有連接上接地端，通常不能有效地進(jìn)行仿真。4要等電路達(dá)到穩(wěn)定后，再讀取電流表、電壓表的讀數(shù)。5在運(yùn)行仿真時，不允許改接電路。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析1分析參考點(diǎn)改變時，電路中各點(diǎn)的電位和兩點(diǎn)間的電壓的改變情況。2分析將兩個等電位點(diǎn)之間用導(dǎo)線短接時，對其他支路的影響情況。3總結(jié)電路中電位與電壓的區(qū)別與聯(lián)系。4總結(jié)使用Multisim軟件進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)的操作經(jīng)驗(yàn)。,六、思考題試用Multisim軟件的電壓表、電流表測量如圖2-2所示電路中各支路的電流和各支路的電壓，驗(yàn)證基爾霍夫定律。分別以a點(diǎn)、b點(diǎn)為參考點(diǎn)，用實(shí)時測量探針測量出電路中各點(diǎn)的電位。圖2-2,直流電路§2-

33、2,疊加定理的驗(yàn)證一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證疊加定理。2掌握虛擬電壓表、電流表、單刀雙擲開關(guān)的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1直流電壓源,2臺2直流電壓表,1塊3直流電流表,2塊4電阻,5個5單刀雙擲開關(guān),2個三、實(shí)驗(yàn)原理與說明在含有多個獨(dú)立源的線性電路中，任一支路的電流（或電壓）等于各獨(dú)立源單獨(dú)作用在該電路時，在該支路中產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和。線性電路的這一性質(zhì)稱之為疊加定理。疊加定理說明了線性電路中各個電源作用的獨(dú)立性，這是一個重要的概念。任何一個獨(dú)立電源作用在線性電路中所產(chǎn)生的響應(yīng)，并不因?yàn)槠渌娫吹拇嬖诙艿接绊?。四、?shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、在電路窗口中建立如圖2-3示電路。,圖2-3,實(shí)

34、驗(yàn)電路。2、首先讓電路中兩個電壓源共同作用。,3、單擊仿真開關(guān),。4、電路達(dá)到穩(wěn)定后，記錄兩只電流表和電壓表的讀數(shù)。5、再讓電路中的電壓源V1單獨(dú)作用,。,6、單擊仿真開關(guān),。7、電路達(dá)到穩(wěn)定后，記錄兩只電流表和電壓表的讀數(shù)。8、然后讓電路中的電壓源V2單獨(dú)作用,。,9、單擊仿真開關(guān),。10、電路達(dá)到穩(wěn)定后，記錄兩只電流表和電壓表的讀數(shù)。比較三次測量的數(shù)據(jù)可得各電壓電流的數(shù)值應(yīng)該是兩個分量之和。七、思考題將電路中的電阻R2改為二極管，進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證疊加定理是否適用于非線性電路。§2-3,戴維寧定理的驗(yàn)證,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?學(xué)習(xí)子電路的創(chuàng)建與調(diào)用。2掌握有源單口網(wǎng)絡(luò)等效電路參數(shù)的測量方

35、法。3通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證戴維寧定理。,二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1直流電壓源,2臺2直流電流源,1臺3直流電壓表,2塊4直流電流表,2塊5電阻,4個6可變電阻,2個三、實(shí)驗(yàn)原理與說明具有兩個引出端紐，內(nèi)部含有獨(dú)立電源且兩個端紐上的電流為同一電流（這稱為端口條件）的部分電路稱為有源單口網(wǎng)絡(luò)，也稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)。戴維寧定理指出：對于任意一個線性有源單口網(wǎng)絡(luò)，可用一個電壓源及其內(nèi)阻R0的串聯(lián)組合來代替。電壓源的電壓為該網(wǎng)絡(luò)N的開路電壓；內(nèi)阻R0等于該網(wǎng)絡(luò)N中所有理想電源為零時，從網(wǎng)絡(luò)兩端看進(jìn)去的等效電阻。等效電阻R0的計算，常采用以下四種方法：（1）無源單口網(wǎng)絡(luò)的等效變換法將單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立源置零后，用無源單口

36、網(wǎng)絡(luò)的等效變換方法計算出其等效電阻。（2）開路、短路法先分別用實(shí)驗(yàn)方法測量或用計算方法求出有源單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC和短路電流ISC，如圖2-4所示。,圖2-4,短路法求等效電阻（3）外加電壓法將單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立源置零后，在所得到的無源二端網(wǎng)絡(luò)的兩端鈕之間外加一個電壓U，測量或計算流入網(wǎng)絡(luò)的電流I，如圖2-5所示。再根據(jù)歐姆定律求出等效電阻，即,圖2-5,外加電壓法法求等效電阻四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1建立有源單口網(wǎng)絡(luò)子電路首先在電路窗口中放置所需元件。執(zhí)行Place菜單中HB/SB,Connector命令，放置兩個端鈕。將鼠標(biāo)的光標(biāo)指向端鈕，單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單，在快捷菜單中選擇Fli

37、p,Horizontal命令修改端鈕的方向。分別雙擊兩端鈕，將這兩個端鈕分別命名為a和b。連接各元件，如圖2-6所示。,圖2-6,有源單口網(wǎng)絡(luò)子電路然后，選中圖中所有元件，執(zhí)行Place菜單中Replace,by,Sucircuit命令，在出現(xiàn)的Subcircuit,Name對話框中為子電路命名，單擊OK按鈕后即可得到如圖2-7所示的子電路。,圖2-7,子電路2測量有源單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓,在有源單口網(wǎng)絡(luò)的兩端接一個直流電壓表。單擊仿真開關(guān),。電路達(dá)到穩(wěn)定后，記錄電壓表的讀數(shù)，測得有源單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓3測量有源單口網(wǎng)絡(luò)的短路電流,在有源單口網(wǎng)絡(luò)的兩端接一個直流電流表。單擊仿真開關(guān)。,電路達(dá)到穩(wěn)

38、定后，記錄電流表的讀數(shù)，測得有源單口網(wǎng)絡(luò)的短路電流。,根據(jù)有源單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓和短路電流的測量值，計算等效電阻。4、在同一電路窗口中，根據(jù)有源單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓和等效電阻，建立有源單口網(wǎng)絡(luò)的戴維寧等效電路。分別在有源單口網(wǎng)絡(luò)和它的等效電路兩端接上一個相同的可變電阻，如圖2-8所示。按A鍵同時改變兩個可變電阻的阻值，測量兩個電路的外特性，比較測量結(jié)果。圖2-8,等效電路五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)時，要注意電壓、電流的實(shí)際方向。2在同一個電路中，可以建立多個子電路，并且可以使用多個相同或不同的子電路。3要先停止仿真，然后再改接電路。4運(yùn)行仿真時，要等電路達(dá)到穩(wěn)定后，再讀取電流表、電壓表的讀數(shù)

39、。,六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析1總結(jié)子電路的創(chuàng)建與調(diào)用的操作經(jīng)驗(yàn)。2分析總結(jié)有源單口網(wǎng)絡(luò)等效電阻的測量方法。七、思考題測量圖2-9所示有源單口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，并建立該有源單口網(wǎng)絡(luò)的戴維寧等效電路。,圖2-9,有源二端電路§2-4,單相RLC串聯(lián)電路分析,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步了解電路的三種性質(zhì)。2學(xué)習(xí)使用虛擬雙通道示波器。3掌握功率表的使用方法。4掌握交流電壓表、交流電流表的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1正弦交流電壓源,1臺2交流電壓表,1塊3交流電流表,1塊4功率表,1塊5雙通道示波器,1臺6電阻,1個7電感,1個8電容,1個三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、在電路窗口中建立如圖2-10所示電路。,圖

40、2-10,RLC串聯(lián)電路2、單擊仿真開關(guān),。3、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄電壓表、電流表的讀數(shù)。4、雙擊功率表，打開功率表面板，記錄功率表的讀數(shù)。5、雙擊打開示波器,6、進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置,。在示波器屏幕上顯示出電路端電壓（藍(lán)色）和電阻電壓（紅色）的波形,。可看出此時端電壓超前電流，電路呈感性。當(dāng)電源頻率為2kHz時，電感電壓大于電容電壓，UL>UC，電路呈感性。,7、單擊仿真開關(guān),，停止仿真。8、將電源的頻率改為1kHz。9、單擊仿真開關(guān),。10、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄電壓表、電流表和功率表的讀數(shù)。11、雙擊打開示波器。,在示波器屏幕上顯示出電路端電壓（藍(lán)色）和電阻電壓（紅色）的波形,?？?/p>

41、看出此時端電壓與電流同相，電路發(fā)生串聯(lián)諧振。發(fā)生諧振的原因是當(dāng)電源頻率為1kHz時，電感電壓和電容電壓大小相等，電阻電壓等于端電壓，功率因數(shù)為1。,13、單擊仿真開關(guān),，停止仿真。14、將電源的頻率改為500Hz。15、單擊仿真開關(guān),。16、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄電壓表、電流表和功率表的讀數(shù)。17、在示波器屏幕上顯示出電路端電壓（藍(lán)色）和電阻電壓（紅色）的波形,。,可看出此時端電壓滯后電流，電路呈容性。四、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1Multisim,9,提供的虛擬雙通道示波器與實(shí)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(zhǔn)可在秒直至納

42、秒范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。示波器圖標(biāo)有四個連接點(diǎn)：A通道輸入、B通道輸入、外觸發(fā)端T和接地端G。2虛擬功率表的外觀和操作與實(shí)際的功率表相似，其電流線圈應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)，電壓線圈應(yīng)與負(fù)載并聯(lián)。接線時要注意遵守“發(fā)電機(jī)端”接線規(guī)則，即要把電流線圈和電壓線圈的標(biāo)有“+”號的兩個端鈕接在電源的同一極性上。3因?yàn)槭墙涣麟娐?，所以需要使用交流電壓表和交流電流表，?yīng)該設(shè)置電壓表、電流表的Mode為AC。4正弦交流電壓源的屬性對話框中的Voltage,(Pk)是指最大值，而Voltage,(RMS)則是指有效值。五、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析1分析總結(jié)使用虛擬雙通道示波器的操作經(jīng)驗(yàn)。2通過仿真實(shí)驗(yàn)分析總結(jié)RLC串聯(lián)電路的三種性質(zhì)。3總結(jié)

43、設(shè)置導(dǎo)線顏色的操作方法。六、思考題RL串聯(lián)電路，已知R=26，L=85mH，接于工頻220V電源上，求其有功功率和功率因數(shù)。分別并聯(lián)15、35、115F電容后，電路的有功功率和功率因數(shù)變?yōu)槎嗌?？?yīng)用Multisim軟件對該電路進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)。§2-5,測定三相電源的相序,一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解三相電源的相序。2學(xué)習(xí)使用虛擬四通道示波器。3掌握用示相器來測定相序的方法。,二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1三相電源,1臺2四通道示波器,1臺3電容,1個4燈泡,2只三、實(shí)驗(yàn)原理與說明三相電源中，每相電壓依次達(dá)到同值(例如正的最大值)的先后次序稱為相序。相序?yàn)锳®B®C®

44、;A，即B相比A相滯后，C相又比B相滯后，稱為正相序（也叫順序或正序）。正序的對稱三相正弦電壓的相量圖如圖2-11（a）所示。,（a）,（b）圖2-11,三相電源相序相序?yàn)镃®B®A®C，即B相比C相滯后，A相又比B相滯后，稱為逆相序（也叫逆序或負(fù)序）。負(fù)序的對稱三相正弦電壓的相量圖如圖2-10（b）所示。工程上通常用的都是正序。A相可以任意指定，但A相一經(jīng)確定，那么比A相滯后的就是B相，而比A相超前就是C相了，這是不可以混淆的。工程實(shí)踐中通常在交流發(fā)電機(jī)出線的三相母線上涂以黃、綠、紅三種顏色來區(qū)分A、B、C三相。在實(shí)際應(yīng)用中，有時需要判斷三相電源的相序。下面通過

45、仿真實(shí)驗(yàn)，學(xué)習(xí)用兩種方法來判斷三相電源的相序。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟（一）、三相電源相序觀測1、在電路窗口中建立如圖2-12所示電路。,圖2-12,三相電源相序觀測電路2、單擊仿真開關(guān),。3、雙擊打開示波器,4、單擊暫停接鈕,5、進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置,。通過示波器顯示的波形來確定相序。,（二）、三相電源相序檢測1、在電路窗口中建立如圖2-13示電路。設(shè)置兩只虛似燈泡的額定功率均為100W，電容為1F。,圖2-13,三相電源相序測量電路2、單擊仿真開關(guān),。3、電壓較高時燈泡上下兩邊都有光線，電壓較低時燈泡僅一邊有光線。,4、如果設(shè)電容所接那相為A相，則電壓較高（燈較亮）的為B相。,5、電壓較低（燈較暗）的

46、為C相。,五、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)1Multisim9提供的虛擬四通道示波器與實(shí)際的示波器外觀和基本操作基本相同。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(dāng)旋鈕撥到某個通道位置，才能對該通道的Y軸進(jìn)行調(diào)整。2三相電源的屬性對話框中的Voltage,(Pk)是指相電壓的最大值。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與分析1分析總結(jié)使用虛擬四通道示波器的操作經(jīng)驗(yàn)。2通過仿真實(shí)驗(yàn)分析總結(jié)三相電源的相序。七、思考題在電路窗口建立由一個電感和兩只瓦數(shù)相同的燈泡組成的無中線的星形電路，構(gòu)成一個示相器。進(jìn)行分析計算，判斷如電感所接那相為A相，則燈較亮（電壓較高）的為哪一相？燈較暗（電壓較低）為

47、哪一相？并通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。§2-6,測量三相電路的電壓、電流一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步掌握線電壓、相電壓、線電流、相電流的概念。2通過仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步理解三相四線制供電系統(tǒng)中中線的作用。二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1三相電源,1臺2交流電流表,4塊3交流電壓表,6塊4電阻,3個5電感,3個6開關(guān),2個三、實(shí)驗(yàn)原理與說明如圖2-14所示，將三相電源的三個負(fù)極性端點(diǎn)連接在一起，形成一個結(jié)點(diǎn)N，稱為中性點(diǎn)。再由三個正極性端A、B、C分別引出三根輸出線，稱為相線(又稱火線、端線)。這樣就構(gòu)成了三相電源的星形連接。圖2-14,星形連接三相電源三相電源作星形連接時，若相電壓是對稱的，那么線電壓也一定是

48、對稱的，并且線電壓有效值是相電壓有效值的關(guān)系為把流過電源每一相的電流稱為相電流，在每一根相線上流過的電流稱為線電流，在中性線上流過的電流稱為中線電流。顯然在三相電源作星形連接時，線電流就等于對應(yīng)的相電流。當(dāng)三相星形負(fù)載不對稱時，如果沒有中性線，或是中性線上阻抗較大，就會出現(xiàn)中性點(diǎn)電壓不為零的情況，即負(fù)載中性點(diǎn)的電位不等于電源中性點(diǎn)的電位，這種現(xiàn)象稱為中性點(diǎn)位移。,中性點(diǎn)位移使負(fù)載相電壓不對稱，有的負(fù)載相電壓低于電源相電壓，而有的負(fù)載相電壓又高于電源相電壓，甚至可能高過電源的線電壓。負(fù)載變化，中性點(diǎn)電壓也會隨著變化，各相負(fù)載電壓也都會跟著改變。不對稱的星形連接負(fù)載，如果裝設(shè)了中性線，而且中性線阻

49、抗很小，就能迫使中性點(diǎn)電壓很?。ň徑庵悬c(diǎn)位移），從而使負(fù)載電壓差不多等于電源相電壓，并且?guī)缀醪浑S負(fù)載的變化而變化。如果中性線斷開，電路便不能穩(wěn)定地工作在正常電壓下，有時可能會造成很大的危害（因?yàn)橛械呢?fù)載相可能會出現(xiàn)很高的電壓）。所以三相四線制電路中，中性線要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，同時中性線上不能裝設(shè)熔斷器和開關(guān)。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟1、在電路窗口中建立如圖2-15示電路。,圖2-15,星形連接三相電路2、分別按空格鍵和A鍵，閉合開關(guān)J1和J2。3、單擊仿真開關(guān),。4、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄各電壓表、電流表的讀數(shù)。三相線電流、線電壓和相電壓均對稱，中性線電流近似為零,。5、單擊仿真開關(guān)，停止仿真。,8、按空格鍵，斷開開關(guān)J1。9、單擊仿真開關(guān),。10、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄各電壓表、電流表的讀數(shù)。11、各相電壓、電流不變，說明在對稱三相電路中，中性線不起作用。12、單擊仿真開關(guān)，停止仿真。,13、按空格鍵，閉合開關(guān)J1。14、按A鍵，斷開開關(guān)J2。15、單擊仿真開關(guān),。16、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄各電壓表、電流表的讀數(shù)。17、