電工電子學仿真實驗

1、電工電子學仿真實驗電工電子學仿真實驗Multisim軟件仿真軟件仿真2008.2周 靜實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容 一、一、Multisim 軟件使用軟件使用 二、直流電路實驗二、直流電路實驗 三、交流電路實驗三、交流電路實驗 四、簡單放大電路實驗四、簡單放大電路實驗一、一、Multisim 軟件使用軟件使用 Multisim 的發(fā)展的發(fā)展 Multisim是加拿大是加拿大Interactive Image Technologies公公司推出的電子電路設(shè)計及仿真軟件司推出的電子電路設(shè)計及仿真軟件EWB5.12Multisim2001Multisim v7Multisim v8Multisim v9 教材中

2、介紹的是教材中介紹的是 Multisim 7 。Multisim 7是是IIT公司推出公司推出Multisim 2001之后的之后的Multisim最新版本。最新版本。Multisim 7提供了全提供了全面集成化的設(shè)計環(huán)境，完成從面集成化的設(shè)計環(huán)境，完成從原理圖設(shè)計輸入原理圖設(shè)計輸入、電路仿真分電路仿真分析析到到電路功能測試電路功能測試等工作。當改變電路連接或改變元件參數(shù)，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的影響 。 實驗使用的是實驗使用的是Multisim 9版本版本，功能基本相

3、同。，功能基本相同。Multisim 7與與Multisim 9Multisim 9 基本操作界面基本操作界面菜單欄菜單欄工具欄工具欄元器件欄元器件欄儀器儀表欄儀器儀表欄電路工作區(qū)電路工作區(qū)狀態(tài)欄狀態(tài)欄菜單菜單ViewView：調(diào)整視圖窗口：調(diào)整視圖窗口PlacePlace：在編輯窗口中放置節(jié)點、元器件、：在編輯窗口中放置節(jié)點、元器件、總線、輸入總線、輸入/ /輸出端、文本、子電路等對象輸出端、文本、子電路等對象SimulateSimulate：提供仿真的各種設(shè)備和方法：提供仿真的各種設(shè)備和方法TransferTransfer：將所搭電路及分析結(jié)果傳輸給其：將所搭電路及分析結(jié)果傳輸給其他應用程

4、序他應用程序ToolsTools：用于創(chuàng)建、編輯、復制、刪除元件：用于創(chuàng)建、編輯、復制、刪除元件OptionsOptions：對程序的運行和界面進行設(shè)置：對程序的運行和界面進行設(shè)置定制定制Multisim用戶界面用戶界面 設(shè)置菜單欄設(shè)置菜單欄Option /Global Preferences屬性屬性選擇元件的符號標選擇元件的符號標準準ANSI：美國標準：美國標準DIN：歐洲標準。：歐洲標準。Place 菜單菜單放置元件放置元件放置結(jié)點放置結(jié)點放置連線放置連線Companent (元件庫元件庫)選擇數(shù)選擇數(shù)據(jù)庫據(jù)庫選擇元選擇元件組件組選擇元選擇元件族件族選擇選擇元件元件元件元件符號符號元件工具

5、欄元件工具欄電源按鈕電源按鈕二極管按鈕二極管按鈕基本元件按鈕基本元件按鈕晶體管按鈕晶體管按鈕模擬元件按鈕其他數(shù)字元器件按鈕模數(shù)混合元器件按鈕雜項庫元器件按鈕指示器件按鈕電機元器件按鈕射頻元器件按鈕設(shè)置元器件按鈕放置總線按鈕教育資源按鈕網(wǎng)站按鈕元器件按鈕（74系列）元器件按鈕（COMS系列）實際元件與虛擬元件實際元件與虛擬元件 在在Multisim Master中有實際元器件和虛擬中有實際元器件和虛擬元器件，它們之間根本差別在于：元器件，它們之間根本差別在于： (1) 實際元器件實際元器件 一種與實際元器件的型號、參數(shù)值以一種與實際元器件的型號、參數(shù)值以及封裝都相對應的元器件，在設(shè)計中選用及封裝

6、都相對應的元器件，在設(shè)計中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計仿真與實際情此類器件，不僅可以使設(shè)計仿真與實際情況有良好的對應性，還可以直接將設(shè)計導況有良好的對應性，還可以直接將設(shè)計導出到出到Ultiboard中進行中進行PCB的設(shè)計。的設(shè)計。(2) (2) 虛擬元器件虛擬元器件 器件的參數(shù)值器件的參數(shù)值是該類器件的典是該類器件的典型值，不與實際型值，不與實際器件對應，用戶器件對應，用戶可以根據(jù)需要改可以根據(jù)需要改變器件模型的參變器件模型的參數(shù)值，只能用于數(shù)值，只能用于仿真，這類器件仿真，這類器件稱為虛擬器件。稱為虛擬器件。虛擬器件虛擬器件Multisim 9 電路創(chuàng)建電路創(chuàng)建 取用元件：取用元件： 從

7、元器件庫中取用所需元件；從元器件庫中取用所需元件； 擺放元件：擺放元件： 調(diào)整元件的位置與方向；調(diào)整元件的位置與方向； 線路連接：線路連接： 連接元件的引腳。連接元件的引腳。 元件元素元件元素 Multisim 9的元件均具有下列元素的元件均具有下列元素: : Symbol 元件符號（元件符號（ for Schematic） Model 元件模型（元件模型（ for Simulation） Footprint 元件外型（元件外型（ for Layout） Electronic Parameter 電子元件參數(shù)電子元件參數(shù) User Defined Info. 使用者自定資訊使用者自定資訊 Pi

8、n model管腳模型管腳模型 General元件描述元件描述取用元件取用元件- -元件屬性對話框元件屬性對話框 在元件上雙擊鼠標左鍵開啟屬性對話框在元件上雙擊鼠標左鍵開啟屬性對話框 Label Label： 修改修改元件序號、標識；元件序號、標識； Display Display： 設(shè)置設(shè)置元件標識是否顯示；元件標識是否顯示； Value Value： 設(shè)定設(shè)定元件參數(shù)值；元件參數(shù)值； Fault Fault： 設(shè)定設(shè)定元件故障。元件故障。擺放元件擺放元件 將元件拖拽至適當位置擺放。將元件拖拽至適當位置擺放。 旋轉(zhuǎn)元件。旋轉(zhuǎn)元件。 設(shè)定元件標識。設(shè)定元件標識。 縮放視窗至最佳視點?？s放視窗至

9、最佳視點。 實例說明Multisim 9的虛擬儀器的虛擬儀器數(shù)字萬用表（數(shù)字萬用表（Multimeter）函數(shù)信號發(fā)生器（函數(shù)信號發(fā)生器（Function Generator）瓦特表（瓦特表（Wattmeter） 示波器（示波器（Oscilloscope）波特圖儀（波特圖儀（Bode Plotter）字信號發(fā)生器（）字信號發(fā)生器（Word Generator）邏輯分析儀（邏輯分析儀（Logic Analyzer）邏輯轉(zhuǎn)換儀（邏輯轉(zhuǎn)換儀（Logic Converter）失真分析儀（失真分析儀（Distortion Analyzer）頻譜分析儀（頻譜分析儀（Spectrum Analyzer）網(wǎng)絡

10、分析儀（網(wǎng)絡分析儀（Network Analyzer）Multisim 9的的Agilent儀器儀器 1. Agilent信號發(fā)生器Agilent信號發(fā)生器的型號是信號發(fā)生器的型號是33120A，其圖標和面板如圖所，其圖標和面板如圖所示，這是一個高性能示，這是一個高性能15 MHz的綜合信號發(fā)生器。的綜合信號發(fā)生器。Agilent信信號發(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(cè)的電源按鈕，即可按照要求輸出信號。端。單擊最左側(cè)的電源按鈕，即可按照要求輸出信號。2. Agilent萬用表萬用表 Agilent萬用表的型號是萬用表

11、的型號是34401A，其圖標和面板如圖所，其圖標和面板如圖所示，這是一個高性能示，這是一個高性能6位半的數(shù)字萬用表。位半的數(shù)字萬用表。Agilent萬用表有五萬用表有五個連接端，應注意面板的提示信息連接。單擊最左側(cè)的電源按個連接端，應注意面板的提示信息連接。單擊最左側(cè)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。鈕，即可使用萬用表，實現(xiàn)對各種電類參數(shù)的測量。3. Agilent示波器示波器 Agilent示波器的型號是示波器的型號是54622D，圖標和面板如圖所示，圖標和面板如圖所示，這是一個這是一個2模擬通道、模擬通道、16個邏輯通道、個邏輯通道、100-MHz的寬帶示波器。的寬帶示

12、波器。Agilent示波器下方的示波器下方的18個連接端是信號輸入端，右側(cè)是外接觸個連接端是信號輸入端，右側(cè)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。種波形的測量。MultimeterMultimeter萬萬 用用 表表 MultimeterMultimeter是一種常用的、具有多功能是一種常用的、具有多功能的測量儀表。的測量儀表。 MultiMultisim 9sim 9提供一個提供一個5 5位的數(shù)字萬用表，位的數(shù)字萬用表，除了可以用來測量交直流電流、交直流除了可以用來測量交直流電流、交直流電壓與電阻外，

13、還可以測量分貝值。電壓與電阻外，還可以測量分貝值。萬用表測量直流電壓和電流值萬用表測量直流電壓和電流值Function GeneratorFunction Generator信號發(fā)生器信號發(fā)生器 信號發(fā)生器能輸出正弦波、三角波和方波等信信號發(fā)生器能輸出正弦波、三角波和方波等信號。輸出頻率號。輸出頻率1H1H999MHz999MHz、振幅、振幅1uV1uV999KV999KV，另可，另可調(diào)整工作周期和直流偏差。調(diào)整工作周期和直流偏差。 用信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波、三角波和方波用信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波、三角波和方波OscilloscopeOscilloscope示波器示波器該示波器可以觀察一路該示波器可

14、以觀察一路或兩路信號波形的形或兩路信號波形的形狀，狀，分析被測周期信分析被測周期信號的幅值和頻率號的幅值和頻率，時，時間基準可在秒直至納間基準可在秒直至納秒范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。示波秒范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。示波器圖標有器圖標有四個連接點：四個連接點：A A通道輸入、通道輸入、B B通道輸通道輸入、外觸發(fā)端入、外觸發(fā)端T T和接地和接地端端G G。ABTGXSC1OscilloscopeOscilloscope示波器示波器時間基準：時間基準： Scale（量程）：設(shè)置顯示波形時的（量程）：設(shè)置顯示波形時的X軸時間基準。軸時間基準。 X position（X軸位置）：設(shè)置軸位置）：設(shè)置X軸的起始位置。軸的起始位置。

15、顯示方式設(shè)置有四種：顯示方式設(shè)置有四種：Y/T方式指的是方式指的是X軸顯示時間，軸顯示時間，Y軸顯示電壓值；軸顯示電壓值；Add方式指的是方式指的是X軸顯示時間，軸顯示時間，Y軸軸顯示顯示A通道和通道和B通道電壓之和；通道電壓之和；A/B或或B/A方式指的是方式指的是X軸和軸和Y軸都顯示電壓值。軸都顯示電壓值。A通道：通道： Scale（量程）：通道（量程）：通道A的的Y軸電壓刻度設(shè)置。軸電壓刻度設(shè)置。 Y position（Y軸位置）：設(shè)置軸位置）：設(shè)置Y軸的起始點位置，軸的起始點位置，起始點為起始點為0表明表明Y軸和軸和X軸重合，起始點為正值表明軸重合，起始點為正值表明Y軸軸原點位置向上移

16、，否則向下移。原點位置向上移，否則向下移。 觸發(fā)耦合方式：觸發(fā)耦合方式：AC（交流耦合）、（交流耦合）、0（0耦合）或耦合）或DC（直流耦合），交流耦合只顯示交流分量，直流耦（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，合顯示直流和交流之和，0耦合，在耦合，在Y軸設(shè)置的原點處顯軸設(shè)置的原點處顯示一條直線。示一條直線。B通道通道：通道通道B的的Y軸量程、起始點、耦合方式等項軸量程、起始點、耦合方式等項內(nèi)容的設(shè)置與通道內(nèi)容的設(shè)置與通道A相同。相同。觸發(fā)調(diào)節(jié)：觸發(fā)調(diào)節(jié)：觸發(fā)方式主要用來設(shè)置觸發(fā)方式主要用來設(shè)置X軸的觸發(fā)信號、軸的觸發(fā)信號、觸發(fā)電平及邊沿等。觸發(fā)電平及邊沿等。 Ed

17、ge（邊沿）：設(shè)置被測信號開始的邊沿，設(shè)（邊沿）：設(shè)置被測信號開始的邊沿，設(shè)置先顯示上升沿或下降沿。置先顯示上升沿或下降沿。 Level（電平）：設(shè)置觸發(fā)信號的電平，使觸發(fā)（電平）：設(shè)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。信號在某一電平時啟動掃描。 觸發(fā)信號選擇：觸發(fā)信號選擇：Auto（自動）、通道（自動）、通道A和通道和通道B表明用項應的通道信號作為觸發(fā)信號；表明用項應的通道信號作為觸發(fā)信號；ext為外觸發(fā)；為外觸發(fā)；Sing為單脈沖觸發(fā)；為單脈沖觸發(fā)；Nor為一般脈沖觸發(fā)。為一般脈沖觸發(fā)。測量數(shù)據(jù)顯示區(qū)測量數(shù)據(jù)顯示區(qū)在示波器顯示區(qū)有兩個可以任意移動的游標，游標所在示波器顯示區(qū)有

18、兩個可以任意移動的游標，游標所處的位置和所測量的信號幅度值在該區(qū)域中顯示。其中：處的位置和所測量的信號幅度值在該區(qū)域中顯示。其中：“T1”、“T2”分別表示兩個游標的位置，即信號出分別表示兩個游標的位置，即信號出現(xiàn)的時間；現(xiàn)的時間；“VA1”、“VB1”和和“VA2”、“VB2”分別表示兩分別表示兩個游標所測得的個游標所測得的A通道和通道和B通道信號在測量位置具有的通道信號在測量位置具有的幅值。幅值。Simulate: 通過通過Simulate菜單執(zhí)行仿真分析命令。菜單執(zhí)行仿真分析命令。仿真結(jié)果可以通過圖形，數(shù)據(jù)表格，測試儀器顯示等仿真結(jié)果可以通過圖形，數(shù)據(jù)表格，測試儀器顯示等方式觀察；數(shù)據(jù)還

19、可以通過方式觀察；數(shù)據(jù)還可以通過Excel輸出，圖形結(jié)果可輸出，圖形結(jié)果可以打印拷貝等。以打印拷貝等。命命 令令功功 能能命命 令令功功 能能Run執(zhí)行仿真執(zhí)行仿真Analyses選用各項分析功選用各項分析功能能Pause暫停仿真暫停仿真Postprocess啟用后處理啟用后處理Default Instrument Settings設(shè)置儀表的預置值設(shè)置儀表的預置值VHDL Simulation進行進行VHDL仿真仿真Digital Simulation Settings設(shè)定數(shù)字仿真參數(shù)設(shè)定數(shù)字仿真參數(shù)Auto Fault Option自動設(shè)置故障選自動設(shè)置故障選項項Instruments選用儀

20、表（也可通選用儀表（也可通過工具欄選擇）過工具欄選擇）Global Component Tolerances設(shè)置所有器件的設(shè)置所有器件的誤差誤差Multisim 9的的Simulate功能功能Multisim 9的的Analyses方法方法常用的分析方法：常用的分析方法：DC Operation PointAC AnalysisTransient AnalysisDC SweepParameter SweepTransfer Function二、直流電路實驗二、直流電路實驗主要目的：主要目的： 學習使用萬用表學習使用萬用表 。 學習利用學習利用“DC Operation Point”分析方法分

21、析方法分析直流電路。分析直流電路。 了解了解DC Sweep、parameter Sweep分析分析方法方法 1.繪制實驗電路圖繪制實驗電路圖 注意注意： （1 1）接地端）接地端 （2）直流電壓源）直流電壓源 （ 3）虛擬電阻）虛擬電阻2.測量電路中測量電路中R3支路的電壓和電流支路的電壓和電流(1)萬用表的使用萬用表的使用(2)仿真仿真(simulate-run, F5)3.利用利用DC Operation Point分析方法求節(jié)點電壓和電壓源電流分析方法求節(jié)點電壓和電壓源電流 （1）Output variables：主要作用：主要作用是選擇所要分析的是選擇所要分析的節(jié)點電壓、電源和節(jié)點電

22、壓、電源和電感支路電流。電感支路電流。 （2）分析結(jié)果：）分析結(jié)果：4.4.驗證疊加原理驗證疊加原理（1）當）當V1=0V時，時， I=8.571mA U=2.571V（2）當）當V2=0V時，時， I=6.429mA U=1.929V（3）當）當V1=9V, V2=6V時，應用疊加定理：時，應用疊加定理： I=8.5716.42915mA U=2.5711.9294.5V5.求求R3兩端看的戴維寧等效電路兩端看的戴維寧等效電路50105. 025. 5SCOCOIUR（1）斷開）斷開R3支路，測支路，測開路電壓開路電壓:（2）斷開）斷開R3支路，測支路，測短路電流短路電流:（3）戴維南等效內(nèi)

23、阻為：）戴維南等效內(nèi)阻為：mA105SCIV25. 5OCU（4）戴維南等效模型參）戴維南等效模型參數(shù)為：數(shù)為：50V25. 5OOCRU6.利用利用Transfer Function功能求戴維南等效電路功能求戴維南等效電路7. DC Sweep分析方法分析方法 分析電源的變化對電路中節(jié)點電壓、電流等的影響分析電源的變化對電路中節(jié)點電壓、電流等的影響（1）DC Sweep分析設(shè)置分析設(shè)置（2）分析結(jié)果圖形顯示）分析結(jié)果圖形顯示（3）分析結(jié)果輸出到）分析結(jié)果輸出到Excel8.Parameter Sweep分析分析 利用Parameter Sweep分析當電路中某一參數(shù)發(fā)生變化分析當電路中某一參

24、數(shù)發(fā)生變化時，電路中節(jié)點電壓和電流等變化。時，電路中節(jié)點電壓和電流等變化。（1）設(shè)置）設(shè)置Parameter Sweep分析分析; (2)分析結(jié)果顯示分析結(jié)果顯示9. 作作 業(yè)業(yè) （1）求解習題）求解習題1.19。 （2）利用戴維南定理求解習題）利用戴維南定理求解習題1.21。三、交流電路實驗三、交流電路實驗主要目的：主要目的： 學習使用信號發(fā)生器、示波器的使用學習使用信號發(fā)生器、示波器的使用 學習利用學習利用“瞬態(tài)分析（瞬態(tài)分析（Transient Analysis） ”觀察動態(tài)電路響應的時域波形。觀察動態(tài)電路響應的時域波形。交流串聯(lián)電路特性交流串聯(lián)電路特性 1.繪制交串電路，如圖。繪制交串

25、電路，如圖。 2.用示波器觀察元件用示波器觀察元件R、L、C兩端的電壓兩端的電壓波形。波形。 3.利用利用AC Sweep 分析方法尋找諧振點。分析方法尋找諧振點。 4.利用示波器觀察諧振時元件利用示波器觀察諧振時元件R、L、C兩兩端的電壓波形。端的電壓波形。 5.利用萬用表測量諧振時元件利用萬用表測量諧振時元件R、L、C兩兩端的電壓。端的電壓。用示波器觀察元件用示波器觀察元件L、C兩端的電壓兩端的電壓波形波形（1）AB通道通道分別測量分別測量LC的的電壓波形；電壓波形；（2）調(diào)節(jié)各項）調(diào)節(jié)各項設(shè)置，顯示適設(shè)置，顯示適當?shù)牟ㄐ?；當?shù)牟ㄐ?；?）測量功能）測量功能的使用。的使用。用示波器觀察元件

26、用示波器觀察元件R、C兩端的電壓兩端的電壓波形波形利用利用AC Sweep 分析方法尋找諧振點。分析方法尋找諧振點。(1)當當R兩端的兩端的電壓最高時，電壓最高時，諧振。讀出諧諧振。讀出諧振頻率為振頻率為f=10.066kHz.(2)其他方法觀其他方法觀測諧振點。測諧振點。觀察諧振時元件觀察諧振時元件R、L、C兩端的電兩端的電壓波形。壓波形。觀察諧振特性曲線觀察諧振特性曲線利用利用DC Sweep分析分析功能，觀察功能，觀察電路電流隨電路電流隨信號源頻率信號源頻率的變化規(guī)律的變化規(guī)律（諧振特性（諧振特性曲線）。曲線）。例例 1 觀察下圖所示觀察下圖所示RC電路中結(jié)點電路中結(jié)點1的零輸入響應的零輸入響應uc(t)， 已已知知uc(0+)=10V。一