電工電子學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)

電工電子學(xué)仿真實(shí)驗(yàn)第一頁，共六十四頁，2022年，8月28日實(shí)驗(yàn)內(nèi)容一、Multisim軟件使用二、直流電路實(shí)驗(yàn)三、交流電路實(shí)驗(yàn)四、簡單放大電路實(shí)驗(yàn)第二頁，共六十四頁，2022年，8月28日一、Multisim軟件使用Multisim的發(fā)展

Multisim是加拿大InteractiveImageTechnologies公司推出的電子電路設(shè)計(jì)及仿真軟件EWB5.12Multisim2001Multisimv7Multisimv8Multisimv9第三頁，共六十四頁，2022年，8月28日

教材中介紹的是Multisim7。Multisim7是IIT公司推出Multisim2001之后的Multisim最新版本。Multisim7提供了全面集成化的設(shè)計(jì)環(huán)境，完成從原理圖設(shè)計(jì)輸入、電路仿真分析到電路功能測試等工作。當(dāng)改變電路連接或改變元件參數(shù)，對電路進(jìn)行仿真時，可以清楚地觀察到各種變化對電路性能的影響。

實(shí)驗(yàn)使用的是Multisim9版本，功能基本相同。Multisim7與Multisim9第四頁，共六十四頁，2022年，8月28日Multisim9基本操作界面菜單欄工具欄元器件欄儀器儀表欄電路工作區(qū)狀態(tài)欄第五頁，共六十四頁，2022年，8月28日菜單View：調(diào)整視圖窗口Place：在編輯窗口中放置節(jié)點(diǎn)、元器件、總線、輸入/輸出端、文本、子電路等對象Simulate：提供仿真的各種設(shè)備和方法Transfer：將所搭電路及分析結(jié)果傳輸給其他應(yīng)用程序Tools：用于創(chuàng)建、編輯、復(fù)制、刪除元件Options：對程序的運(yùn)行和界面進(jìn)行設(shè)置第六頁，共六十四頁，2022年，8月28日定制Multisim用戶界面設(shè)置菜單欄Option/GlobalPreferences屬性選擇元件的符號標(biāo)準(zhǔn)ANSI：美國標(biāo)準(zhǔn)DIN：歐洲標(biāo)準(zhǔn)。第七頁，共六十四頁，2022年，8月28日Place菜單放置元件放置結(jié)點(diǎn)放置連線第八頁，共六十四頁，2022年，8月28日Companent(元件庫)選擇數(shù)據(jù)庫選擇元件組選擇元件族選擇元件元件符號第九頁，共六十四頁，2022年，8月28日元件工具欄電源按鈕二極管按鈕基本元件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(xiàng)庫元器件按鈕指示器件按鈕電機(jī)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）第十頁，共六十四頁，2022年，8月28日實(shí)際元件與虛擬元件在MultisimMaster中有實(shí)際元器件和虛擬元器件，它們之間根本差別在于：(1)實(shí)際元器件一種與實(shí)際元器件的型號、參數(shù)值以及封裝都相對應(yīng)的元器件，在設(shè)計(jì)中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計(jì)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(jì)導(dǎo)出到Ultiboard中進(jìn)行PCB的設(shè)計(jì)。第十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日(2)虛擬元器件器件的參數(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，只能用于仿真，這類器件稱為虛擬器件。虛擬器件第十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日Multisim9電路創(chuàng)建取用元件：從元器件庫中取用所需元件；擺放元件：調(diào)整元件的位置與方向；線路連接：連接元件的引腳。

第十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日元件元素Multisim9的元件均具有下列元素:

Symbol

–元件符號（forSchematic）Model–元件模型（forSimulation）Footprint–元件外型（forLayout）ElectronicParameter–電子元件參數(shù)UserDefinedInfo.–使用者自定資訊Pinmodel—管腳模型General—元件描述第十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日取用元件-元件屬性對話框在元件上雙擊鼠標(biāo)左鍵開啟屬性對話框Label：修改元件序號、標(biāo)識；Display：設(shè)置元件標(biāo)識是否顯示；Value：設(shè)定元件參數(shù)值；Fault：設(shè)定元件故障。第十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日擺放元件將元件拖拽至適當(dāng)位置擺放。旋轉(zhuǎn)元件。設(shè)定元件標(biāo)識?？s放視窗至最佳視點(diǎn)。實(shí)例說明第十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日Multisim9的虛擬儀器數(shù)字萬用表（Multimeter）函數(shù)信號發(fā)生器（FunctionGenerator）瓦特表（Wattmeter）示波器（Oscilloscope）波特圖儀（BodePlotter）字信號發(fā)生器（WordGenerator）邏輯分析儀（LogicAnalyzer）邏輯轉(zhuǎn)換儀（LogicConverter）失真分析儀（DistortionAnalyzer）頻譜分析儀（SpectrumAnalyzer）網(wǎng)絡(luò)分析儀（NetworkAnalyzer）第十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日Multisim9的Agilent儀器1.Agilent信號發(fā)生器Agilent信號發(fā)生器的型號是33120A，其圖標(biāo)和面板如圖所示，這是一個高性能15MHz的綜合信號發(fā)生器。Agilent信號發(fā)生器有兩個連接端，上方是信號輸出端，下方是接地端。單擊最左側(cè)的電源按鈕，即可按照要求輸出信號。第十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日2.Agilent萬用表Agilent萬用表的型號是34401A，其圖標(biāo)和面板如圖所示，這是一個高性能6位半的數(shù)字萬用表。Agilent萬用表有五個連接端，應(yīng)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(shí)現(xiàn)對各種電類參數(shù)的測量。第十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.Agilent示波器Agilent示波器的型號是54622D，圖標(biāo)和面板如圖所示，這是一個2模擬通道、16個邏輯通道、100-MHz的寬帶示波器。Agilent示波器下方的18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(shí)現(xiàn)各種波形的測量。第二十頁，共六十四頁，2022年，8月28日Multimeter－萬用表Multimeter是一種常用的、具有多功能的測量儀表。Multisim9提供一個5位的數(shù)字萬用表，除了可以用來測量交直流電流、交直流電壓與電阻外，還可以測量分貝值。第二十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日萬用表測量直流電壓和電流值第二十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日FunctionGenerator——信號發(fā)生器

信號發(fā)生器能輸出正弦波、三角波和方波等信號。輸出頻率1H－999MHz、振幅1uV－999KV，另可調(diào)整工作周期和直流偏差。

第二十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日用信號發(fā)生器產(chǎn)生正弦波、三角波和方波第二十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日Oscilloscope－示波器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。第二十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日Oscilloscope－示波器時間基準(zhǔn)：Scale（量程）：設(shè)置顯示波形時的X軸時間基準(zhǔn)。Xposition（X軸位置）：設(shè)置X軸的起始位置。顯示方式設(shè)置有四種：Y/T方式指的是X軸顯示時間，Y軸顯示電壓值；Add方式指的是X軸顯示時間，Y軸顯示A通道和B通道電壓之和；A/B或B/A方式指的是X軸和Y軸都顯示電壓值。A通道：Scale（量程）：通道A的Y軸電壓刻度設(shè)置。Yposition（Y軸位置）：設(shè)置Y軸的起始點(diǎn)位置，起始點(diǎn)為0表明Y軸和X軸重合，起始點(diǎn)為正值表明Y軸原點(diǎn)位置向上移，否則向下移。觸發(fā)耦合方式：AC（交流耦合）、0（0耦合）或DC（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，0耦合，在Y軸設(shè)置的原點(diǎn)處顯示一條直線。B通道：通道B的Y軸量程、起始點(diǎn)、耦合方式等項(xiàng)內(nèi)容的設(shè)置與通道A相同。觸發(fā)調(diào)節(jié)：觸發(fā)方式主要用來設(shè)置X軸的觸發(fā)信號、觸發(fā)電平及邊沿等。Edge（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。Level（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。觸發(fā)信號選擇：Auto（自動）、通道A和通道B表明用項(xiàng)應(yīng)的通道信號作為觸發(fā)信號；ext為外觸發(fā)；Sing為單脈沖觸發(fā)；Nor為一般脈沖觸發(fā)。第二十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日測量數(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(biāo)，游標(biāo)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：●“T1”、“T2”分別表示兩個游標(biāo)的位置，即信號出現(xiàn)的時間；●“VA1”、“VB1”和“VA2”、“VB2”分別表示兩個游標(biāo)所測得的A通道和B通道信號在測量位置具有的幅值。第二十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日第二十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日Simulate:通過Simulate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，測試儀器顯示等方式觀察；數(shù)據(jù)還可以通過Excel輸出，圖形結(jié)果可以打印拷貝等。命令功能命令功能Run執(zhí)行仿真Analyses選用各項(xiàng)分析功能Pause暫停仿真Postprocess啟用后處理DefaultInstrumentSettings設(shè)置儀表的預(yù)置值VHDLSimulation進(jìn)行VHDL仿真DigitalSimulationSettings設(shè)定數(shù)字仿真參數(shù)AutoFaultOption自動設(shè)置故障選項(xiàng)Instruments選用儀表（也可通過工具欄選擇）GlobalComponentTolerances設(shè)置所有器件的誤差Multisim9的Simulate功能第二十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日Multisim9的Analyses方法常用的分析方法：DCOperationPointACAnalysisTransientAnalysisDCSweepParameterSweepTransferFunction第三十頁，共六十四頁，2022年，8月28日二、直流電路實(shí)驗(yàn)主要目的：學(xué)習(xí)使用萬用表。學(xué)習(xí)利用“DCOperationPoint”分析方法分析直流電路。了解DCSweep、parameterSweep分析方法第三十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日1.繪制實(shí)驗(yàn)電路圖注意：（1）接地端（2）直流電壓源（3）虛擬電阻第三十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日2.測量電路中R3支路的電壓和電流(1)萬用表的使用(2)仿真(simulate-run,F5)第三十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日3.利用DCOperationPoint分析方法求節(jié)點(diǎn)電壓和電壓源電流

（1）Outputvariables：主要作用是選擇所要分析的節(jié)點(diǎn)電壓、電源和電感支路電流。（2）分析結(jié)果：第三十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日4.驗(yàn)證疊加原理（1）當(dāng)V1=0V時，I=8.571mAU=2.571V（2）當(dāng)V2=0V時，I=6.429mAU=1.929V（3）當(dāng)V1=9V,V2=6V時，應(yīng)用疊加定理：

I=8.571＋6.429＝15mAU=2.571＋1.929＝4.5V第三十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日5.求R3兩端看的戴維寧等效電路（1）斷開R3支路，測開路電壓:（2）斷開R3支路，測短路電流:（3）戴維南等效內(nèi)阻為：（4）戴維南等效模型參數(shù)為：第三十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日6.利用TransferFunction功能求戴維南等效電路第三十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日7.DCSweep分析方法分析電源的變化對電路中節(jié)點(diǎn)電壓、電流等的影響（1）DCSweep分析設(shè)置（2）分析結(jié)果圖形顯示（3）分析結(jié)果輸出到Excel第三十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日8.ParameterSweep分析利用ParameterSweep分析當(dāng)電路中某一參數(shù)發(fā)生變化時，電路中節(jié)點(diǎn)電壓和電流等變化。（1）設(shè)置ParameterSweep分析;(2)分析結(jié)果顯示第三十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日9.作業(yè)（1）求解習(xí)題1.19。（2）利用戴維南定理求解習(xí)題1.21。第四十頁，共六十四頁，2022年，8月28日三、交流電路實(shí)驗(yàn)主要目的：學(xué)習(xí)使用信號發(fā)生器、示波器的使用學(xué)習(xí)利用“瞬態(tài)分析（TransientAnalysis）”觀察動態(tài)電路響應(yīng)的時域波形。第四十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日交流串聯(lián)電路特性1.繪制交串電路，如圖。2.用示波器觀察元件R、L、C兩端的電壓波形。3.利用ACSweep分析方法尋找諧振點(diǎn)。4.利用示波器觀察諧振時元件R、L、C兩端的電壓波形。5.利用萬用表測量諧振時元件R、L、C兩端的電壓。第四十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日用示波器觀察元件L、C兩端的電壓波形（1）A\B通道分別測量L\C的電壓波形；（2）調(diào)節(jié)各項(xiàng)設(shè)置，顯示適當(dāng)?shù)牟ㄐ?；?）測量功能的使用。第四十三頁，共六十四頁，2022年，8月28日用示波器觀察元件R、C兩端的電壓波形第四十四頁，共六十四頁，2022年，8月28日利用ACSweep分析方法尋找諧振點(diǎn)。(1)當(dāng)R兩端的電壓最高時，諧振。讀出諧振頻率為f=10.066kHz.(2)其他方法觀測諧振點(diǎn)。第四十五頁，共六十四頁，2022年，8月28日觀察諧振時元件R、L、C兩端的電壓波形。第四十六頁，共六十四頁，2022年，8月28日觀察諧振特性曲線利用DCSweep分析功能，觀察電路電流隨信號源頻率的變化規(guī)律（諧振特性曲線）。第四十七頁，共六十四頁，2022年，8月28日例1觀察下圖所示RC電路中結(jié)點(diǎn)1的零輸入響應(yīng)uc(t)，已知uc(0+)=10V。（1）設(shè)定電容初始值一階電路的瞬態(tài)響應(yīng)第四十八頁，共六十四頁，2022年，8月28日（2）設(shè)定分析時間工程上認(rèn)為經(jīng)過3τ~5τ，暫態(tài)過程結(jié)束，故仿真的時間取0~0.05s時間常數(shù)第四十九頁，共六十四頁，2022年，8月28日（3）測試時間常數(shù)第五十頁，共六十四頁，2022年，8月28日例2已知R=1Ω，L=20mH，分析在t=0時電壓源由0V變?yōu)?V時電感電流的響應(yīng)。（1）設(shè)定電源的狀態(tài)第五十一頁，共六十四頁，2022年，8月28日（2）分析電流的響應(yīng)第五十二頁，共六十四頁，2022年，8月28日用示波器觀察和測試瞬態(tài)響