電路實(shí)驗(yàn)與仿真第3章-軟件仿真-實(shí)驗(yàn)課件

第3章軟件仿真實(shí)驗(yàn)3.1Multisim電路仿真軟件簡介及其應(yīng)用3.2Multisim的基本操作3.3仿真實(shí)驗(yàn)

3.1Multisim電路仿真軟件簡介及其應(yīng)用

Multisim是原EWB(ElectronicsWorkbench)軟件的升級版本。用它進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)，一方面可以克服實(shí)驗(yàn)室各種條件限制；另一方面又可以針對不同目的(驗(yàn)證、測試、設(shè)計(jì)、糾錯(cuò)和創(chuàng)新)進(jìn)行訓(xùn)練，培養(yǎng)學(xué)生分析、應(yīng)用和創(chuàng)新的能力。與傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方式相比，采用Multisim軟件進(jìn)行電路分析與設(shè)計(jì)，突出了實(shí)踐教學(xué)以學(xué)生為中心的開放模式。不僅實(shí)驗(yàn)效率得到了提高，還能訓(xùn)練學(xué)生正確地使用測量方法和熟練地使用儀器。仿真實(shí)驗(yàn)幾乎可以完成在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行的所有電子電路實(shí)驗(yàn)，并和實(shí)際實(shí)驗(yàn)結(jié)果非常貼切，選用的元件和儀器也和實(shí)際情況非常相近。由于Multisim軟件是基于Windows操作環(huán)境的，它的操作方法和其他基于Windows環(huán)境下的軟件一樣，所見即所得。同時(shí)，Multisim軟件還在EWB的基礎(chǔ)上增加了射頻電路的仿真功能，擴(kuò)充了元件庫，增加了瓦特表、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等新的測試儀表，支持VHDL語言的電路仿真與設(shè)計(jì)?？傊?，該軟件具有入門容易、結(jié)合實(shí)際、富有趣味等特點(diǎn)。由于Multisim軟件具有豐富的元件庫和強(qiáng)大的仿真功能，因此在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中被廣泛應(yīng)用。一、Multisim仿真軟件的安裝

本實(shí)驗(yàn)以安裝Multisim7Demo版為例。

1.安裝條件

安裝時(shí)，系統(tǒng)必須滿足以下要求：

(1)操作系統(tǒng)：Windows2000/XP。

(2)CPU等級：PentiunⅡ以上。

(3)RAM：128MB以上。

(4)顯示器：分辨率至少800像素×600像素。

(5)光驅(qū)：必備。

(6)硬盤：至少200MB。

2.安裝步驟

(1)退出所有Windows應(yīng)用程序。

(2)將光盤放入光驅(qū)，打開光驅(qū)，點(diǎn)擊光盤中的“SETUP.EXE”安裝程序，屏幕顯示如圖3-1和圖3-2所示。

用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“Next”按鈕，屏幕顯示如圖3-3所示。

用鼠標(biāo)點(diǎn)擊“Browse”按鈕，選擇安裝路徑，然后點(diǎn)擊“Next”按鈕，屏幕顯示如圖3-4所示。

繼續(xù)點(diǎn)擊“Next”按鈕，屏幕顯示安裝模塊過程如圖3-5和圖3-6所示。

點(diǎn)擊“Finish”按鈕完成軟件安裝。圖3-1屏幕顯示(一)圖3-2屏幕顯示(二)圖3-3屏幕顯示(三)圖3-4屏幕顯示(四)圖3-5屏幕顯示(五)圖3-6屏幕顯示(六)二、Multisim主窗口

啟動(dòng)Multisim軟件，屏幕出現(xiàn)該軟件的主窗口(見圖3-7)。

主窗口是該軟件的控制中心，分成以下幾個(gè)部分。

1.主菜單

Multisim的主菜單包含文件(File)、編輯(Edit)、顯示(View)、放置(Place)、仿真(Simulate)、轉(zhuǎn)換(Transfer)、工具(Tools)、報(bào)告(Reports)、選項(xiàng)(Options)、窗口(Window)和幫助(Help)等11個(gè)主菜單。每一個(gè)主菜單選項(xiàng)都可用鼠標(biāo)單擊打開其下拉菜單，顯示出該選項(xiàng)下的各種操作命令(見圖3-8)。圖3-7主窗口圖3-8主菜單

2.標(biāo)準(zhǔn)工具欄

標(biāo)準(zhǔn)工具欄包含有關(guān)電路窗口基本操作的按鈕，從左至右依次是新建、打開、保存、剪切、復(fù)制、粘貼、打印、放大、縮小、100%放大、全屏顯示、項(xiàng)目欄、電路元件屬性視窗、數(shù)據(jù)庫管理、創(chuàng)建元件、仿真啟動(dòng)、圖表、分析、后處理以及使用元件列表和幫助按鈕(見圖3-9)。

3.仿真開關(guān)

仿真開關(guān)主要用于仿真過程的開啟、暫停等(見圖3-10)。

4.虛擬元件工具欄

虛擬元件工具欄(呈墨綠色)主要提供一些常用的虛擬元件，單擊某一個(gè)虛擬按鈕時(shí)，會彈出該按鈕下的元件庫(見圖3-11)。圖3-9標(biāo)準(zhǔn)工具欄圖3-10仿真開關(guān)圖3-11虛擬元件工具欄

5.元件工具欄

元件工具欄有13個(gè)元件庫，供使用者調(diào)用。單擊某一個(gè)庫的圖標(biāo)，會彈出對應(yīng)該圖標(biāo)的元器件，供使用者選擇(見圖3-12)。

(1)電源庫。它分別包含電源、電壓信號源、電流信號源、控制功能模塊、受控電壓源及受控電流源等器件。

(2)基本元件庫。它分別包含基本虛擬器件、額定虛擬器件、3D虛擬器件、電阻、電阻排、電位器、電解電容、電容、可變電容、可變電感、電感、開關(guān)、變壓器、非線性變壓器、Z負(fù)載、繼電器、連接器及插座等器件。圖3-12元件工具欄

(3)二極管庫。它分別包含虛擬二極管、二極管、齊納二極管、發(fā)光二極管、橋式整流器、可控硅整流器、雙向開關(guān)二極管、可控硅開關(guān)及變?nèi)荻O管等器件。

(4)晶體管庫。它分別包含虛擬晶體管、NPN晶體管、PNP晶體管、達(dá)靈頓NPN晶體管、達(dá)靈頓PNP晶體管、BJT晶體管陣列、絕緣柵雙極型晶體管、三端N溝道耗盡型MOS管、三端N溝道增強(qiáng)型MOS管、三端P溝道增強(qiáng)型MOS管、單結(jié)晶體管等器件。

(5)模擬元件庫。它分別包含模擬虛擬器件、運(yùn)算放大器、諾頓運(yùn)算放大器、比較器、寬帶放大器及特殊功能運(yùn)算放大器等器件。

(6)TTL元件庫。它分別包含74STD系列集成電路，型號為7400~7493；74LS系列低功耗集成電路，型號為74LS00N~74LS93N等器件。

(7)CMOS元件庫。它分別包含4×××型(CMOS_5V、10V、15V)系列CMOS邏輯器件、74HC型(高速74HC_2V、4V、6V)系列CMOS邏輯器件。

(8)數(shù)字元件庫。它分別包含TTL電路的與非門、非門、異或門、RAM、三態(tài)門等VHDL編寫的若干常用的數(shù)字邏輯器件及VERILOG_HDL編寫的若干常用的數(shù)字邏輯器件。

(9)混合元件庫。它分別包含555定時(shí)器、單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器、模擬開關(guān)、鎖相環(huán)、AD/DA轉(zhuǎn)換器等器件。

(10)指示元件庫。它分別包含電壓表、電流表、探測器、蜂鳴器、燈泡、虛擬燈泡、十六進(jìn)制顯示器及條形光柱等器件。

(11)其他元件庫。它分別包含虛擬元件(晶振、電機(jī)光耦等虛擬元件)、傳感器、真空管、晶振、熔絲、電壓調(diào)節(jié)器、降壓變壓器、升壓變壓器、有損耗傳輸線、無損耗傳輸線、網(wǎng)絡(luò)等器件。

(12)射頻元件庫。它分別包含射頻電容器、射頻電感器、射頻NPN晶體管、射頻PNP晶體管、射頻MOSFET、射頻隧道二極管及射頻傳輸線。

(13)機(jī)電元件庫。它分別包含感測開關(guān)、瞬時(shí)天關(guān)、接觸器、定時(shí)接觸器、線圈、繼電器、線性變壓器、保護(hù)裝置、輸出裝置等器件。

6.虛擬儀器工具欄

Multisim7軟件提供17種虛擬儀器(見圖3-13)。使用時(shí)，只需用鼠標(biāo)單擊虛擬儀器工具欄上的圖標(biāo)，然后將該儀器拖到電路工作區(qū)，再雙擊該圖標(biāo)打開該儀器的控制面板即可設(shè)置參數(shù)，使用非常方便。圖3-13虛擬儀器工具欄三、虛擬儀器簡介

1.電壓表和電流表

電壓表和電流表都放在指示元件庫中，其圖標(biāo)如圖3-14所示。在使用中數(shù)量沒有限制，可用于測量交(直)流電壓和交(直)流電流，其中電壓表并聯(lián)、電流表串聯(lián)。圖3-14電壓表和電流表

(1)電壓表。雙擊電壓表圖標(biāo)將彈出電壓表參數(shù)對話框。電壓表預(yù)置的內(nèi)阻很高，在10MΩ以上。電壓表參數(shù)設(shè)置對話框包括Label(標(biāo)識)、Display(顯示)、Value(數(shù)值)頁的設(shè)置，設(shè)置方法與元器件中標(biāo)簽、編號、數(shù)值、模型參數(shù)的設(shè)置方法相同。

(2)電流表。雙擊電流表圖標(biāo)將彈出電流表參數(shù)對話框。電流表預(yù)置的內(nèi)阻很低，為1nΩ。電流表參數(shù)設(shè)置對話框包括Label(標(biāo)識)、Display(顯示)、Value(數(shù)值)的設(shè)置，設(shè)置方法與元器件中標(biāo)簽、編號、模型參數(shù)的設(shè)置方法相同。

2.數(shù)字萬用表

數(shù)字萬用表是一種多用途的常用儀器，它能完成交直流電壓、電流、電阻的測量及顯示，也可以用分貝(dB)形式顯示電壓和電流，其圖標(biāo)和面板如圖3-15所示，雙擊圖標(biāo)彈出設(shè)置面板。

(1)使用。圖標(biāo)上的(+)、負(fù)(-)兩個(gè)端子用于連接所要測試的端點(diǎn)，與現(xiàn)實(shí)萬用表一樣，使用時(shí)必須遵循如下原則：①測量電壓時(shí)，數(shù)字萬用表圖標(biāo)的正、負(fù)端子應(yīng)并聯(lián)在被測元件兩端。

②測量電流時(shí)，數(shù)字萬用表圖標(biāo)的正、負(fù)端子應(yīng)串聯(lián)于被測支路中。圖3-15圖標(biāo)和面板③測量電阻時(shí)，數(shù)字萬用表圖標(biāo)的正、負(fù)端子應(yīng)與所要測試的端點(diǎn)并聯(lián)，使仿真開關(guān)的“啟動(dòng)/停止開關(guān)”處于“啟動(dòng)”狀態(tài)。

(2)面板設(shè)置。數(shù)字萬用表面板共分四個(gè)區(qū)，從上到下、從左至右各區(qū)的功能如下：

①顯示區(qū)：顯示萬用表測量結(jié)果，測量單位由萬用表自動(dòng)產(chǎn)生。

②功能設(shè)置區(qū)：單擊面板上各按鈕，可進(jìn)行相應(yīng)的測量與設(shè)置。單擊“A”按鈕，可以測量電流；單擊“V”按鈕，可以測量電壓；單擊“Ω”按鈕，可以測量電阻；單擊“dB”按鈕，測量結(jié)果以分貝(dB)值表示。③選擇區(qū)：單擊“~”按鈕，表示測量各交流參數(shù)，測量值是其有效值，單擊“-”按鈕，測量各直流參數(shù)，如果在直流狀態(tài)下用以測量交流信號，則其測量所得的值是其交流信號的平均值。

④參數(shù)設(shè)置區(qū)：“Set”(參數(shù)設(shè)置)按鈕用于對數(shù)字萬用表內(nèi)部的參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。單擊數(shù)字萬用表面板中的“Set”按鈕，就會彈出如圖3-16所示的對話框，該對話框中包括兩欄：電子設(shè)置欄和顯示設(shè)置欄。圖3-16對話框·ElectronicSetting(電子設(shè)置)欄。

Ammeterresistance(R)：用于設(shè)置與電流表并聯(lián)的內(nèi)阻，其大小會影響電流的測量精度；

Voltmeterresistance(R)：用于設(shè)置與電壓表串聯(lián)的內(nèi)阻，其大小會影響電壓的測量精度；

Ohmmetercurrent(I)：用于設(shè)置用歐姆表測量時(shí)，流過歐姆表的電流；

dBRelativeValue(V)：相應(yīng)的dB電壓值?！?/p>

DisplaySetting(顯示設(shè)置)欄。

AmmeterOverrange(Ⅰ)：用于設(shè)置電流表范圍；

VoltmeterOverrange(V)：用于設(shè)置電壓表范圍；

OhmmeterOverrange(R)：用于設(shè)置歐姆表范圍。

3.瓦特表

瓦特表是用于測量電路功率的一種儀表。它測得的是電路的有效功率，即電路終端的電勢差與流過該終端電流的乘積，單位為瓦特。另外還能測量功率因數(shù)，因此在電路測量中得到廣泛的應(yīng)用，其圖標(biāo)和面板如圖3-17所示。雙擊圖標(biāo)彈出設(shè)置面板。圖3-17圖標(biāo)和面板

(1)使用。瓦特表圖標(biāo)中有兩組端子：左邊兩個(gè)端子為電壓輸入端子，與所要測試的電路并聯(lián)；右邊兩個(gè)端子為電流輸入端子，與所要測試的電路串聯(lián)。

(2)面板設(shè)置。瓦特表面板共分兩欄，其功能如下：

①顯示欄：顯示所測量的功率，該功率是平均功率，單位自動(dòng)調(diào)整；

②PowerFactor欄：顯示功率因數(shù)，數(shù)值在0～1之間。

4.函數(shù)信號發(fā)生器

函數(shù)信號發(fā)生器是一種能產(chǎn)生正弦波、三角波及方波的信號源，可以為電路實(shí)驗(yàn)提供方便、真實(shí)的激勵(lì)信號。輸出信號的頻率、幅度、占空比及直流分量等都可以設(shè)置，其圖標(biāo)和面板見圖3-18。雙擊圖標(biāo)彈出設(shè)置面板。

(1)使用。連接“+”和“Common”端子，輸出信號為正極性信號；連接“-”和“Common”端子，輸出信號為負(fù)極性信號；連接“+”和“-”端子，輸出信號為雙極性信號；同時(shí)連接“+”、“Common”和“-”端子，并把“Common”端子與電路的公共地(Ground)符號相連，則輸出兩個(gè)幅值相等、極性相反的信號。圖3-18圖標(biāo)和面板

(2)面板設(shè)置。通過函數(shù)信號發(fā)生器面板上的相關(guān)設(shè)置，可改變輸出電壓信號的波形類型、大小、占空比或偏置電壓等。

①Waveforms選項(xiàng)組：選擇輸出信號的波形類型，有正弦波、三角波和方波3種周期性信號供選擇。

②SignalOptions選項(xiàng)組：對Waveforms選項(xiàng)組中選取的信號進(jìn)行相關(guān)參數(shù)設(shè)置。

③Frequency：設(shè)置所要產(chǎn)生信號的頻率，范圍為1Hz～999MHz。

④DutyCycle：設(shè)置所要產(chǎn)生信號的占空比，范圍為1%～99%。此設(shè)置僅對三角波和方波有效。⑤Amplitude：設(shè)置所要產(chǎn)生信號的幅值，范圍為1μV～999kV。

⑥Offset：設(shè)置偏置電壓值，范圍為1μV～999kV。

⑦SetRise/FallTime按鈕：設(shè)置所要產(chǎn)生信號的上升時(shí)間與下降時(shí)間，而該按鈕只在方波時(shí)有效。單擊該按鈕后，彈出參數(shù)輸入對話框，其可選范圍為1ns～500ms，默認(rèn)值為10ns。

5.雙蹤示波器

示波器是用于觀察信號波形并測量信號幅度、頻率及周期等參數(shù)的儀器，是電子實(shí)驗(yàn)中使用最為頻繁的儀器之一，其圖標(biāo)和面板如圖3-19所示。雙擊圖標(biāo)彈出設(shè)置面板。圖3-19圖標(biāo)和面板

(1)使用。雙蹤示波器有A、B兩個(gè)通道，G是接地端，T是外觸發(fā)端。用示波器進(jìn)行測量時(shí)，可以連接電路。A、B兩個(gè)通道分別用一根線與被測點(diǎn)相連，示波器上A、B兩通道顯示的波形即為被測點(diǎn)與“地”之間的波形。測量時(shí)，接地端G一般要接地(當(dāng)電路中已有接地符號時(shí)，也可不接地)。(2)面板設(shè)置。雙蹤示波器的面板主要由顯示屏以及游標(biāo)測量參數(shù)顯示區(qū)、Timebase區(qū)、ChannelA區(qū)、ChannelB區(qū)和Trigger區(qū)這6個(gè)部分組成。由于顯示屏較簡單，這里不作介紹。①Timebase區(qū)。Timebase區(qū)用來設(shè)置X軸的時(shí)間基準(zhǔn)掃描時(shí)間。

Scale：設(shè)置X軸方向每一大格所表示的時(shí)間。單擊該欄出現(xiàn)一對上下翻轉(zhuǎn)箭頭，可根據(jù)顯示信號頻率的高低，通過上、下翻轉(zhuǎn)箭頭選擇合適的時(shí)間刻度。例如，一個(gè)周期為1kHz的信號，掃描時(shí)其參數(shù)應(yīng)設(shè)置在1ms左右。

Xposition：表示X軸方向時(shí)間基準(zhǔn)的起點(diǎn)位置。

Y/T：顯示隨時(shí)間變化的信號波形。

B/A：將A通道的輸入信號作為X軸掃描信號，B通道的輸入信號施加在Y軸上。

A/B：與B/A相反。

Add：顯示的波形是A通道的輸入信號和B通道的輸入信號之和。②ChannelA區(qū)。ChannelA區(qū)用來設(shè)置A通道的輸入信號在Y軸的顯示刻度。

Scale：設(shè)置Y軸的刻度。

Yposition：設(shè)置Y軸的起點(diǎn)。

AC：顯示信號的波形只含有A通道輸入信號的交流成分。

0：A通道的輸入信號被短路。

DC：顯示信號的波形含有A通道輸入信號的交、直流成分。

③ChannelB區(qū)。ChannelB區(qū)用來設(shè)置B通道的輸入信號在Y軸的顯示刻度，其設(shè)置方法與通道A相同。④Trigger區(qū)。Trigger區(qū)用來設(shè)置示波器的觸發(fā)方式。

Edge：表示將輸入信號的上升沿或下降沿作為觸發(fā)信號。

Level：用于選擇觸發(fā)電平的大小。

Sing.：當(dāng)觸發(fā)電平高于所設(shè)置的觸發(fā)電平時(shí)，示波器就觸發(fā)一次。

Nor.：只要觸發(fā)電平高于所設(shè)置的觸發(fā)電平時(shí)，示波器就觸發(fā)一次。

Auto：若輸入信號變化比較平坦或只要有輸入信號就盡可能顯示波形時(shí)，就選擇它。A：用A通道的輸入信號作為觸發(fā)信號。

B：用B通道的輸入信號作為觸發(fā)信號。

Ext.：用示波器的外觸發(fā)端的輸入信號作為觸發(fā)信號。⑤游標(biāo)測量參數(shù)顯示區(qū)。游標(biāo)測量參數(shù)顯示區(qū)是用來顯示兩個(gè)游標(biāo)所測得的顯示波形的數(shù)據(jù)。可測量的波形參數(shù)有游標(biāo)所在的時(shí)刻、兩游標(biāo)的時(shí)間差和通道A、B輸入信號在游標(biāo)處的信號幅度。通過單擊游標(biāo)中的左右箭頭，可以移動(dòng)游標(biāo)。

6.波特圖儀

波特圖儀是用于測量和顯示一個(gè)電路、系統(tǒng)或放大器幅頻特性A(f)和相頻特性φ(f)的一種儀器，類似于實(shí)驗(yàn)室的頻率特性測試儀(或掃頻儀)，其圖標(biāo)和面板如圖3-20所示。雙擊圖標(biāo)彈出設(shè)置面板。

(1)使用。波特圖儀的圖標(biāo)包括4個(gè)接線端：左邊“IN”是輸入端口，其“+”、“-”分別與電路輸入端和模擬地相連(其“-”端相當(dāng)于掃頻儀的公共端或接地端)；右邊“OUT”是輸出端口，其“+”、“-”分別與電路輸出端和模擬地相連。由于波特圖儀本身沒有信號源，因此在使用時(shí)，必須在電路的輸入端口示意性地接入一個(gè)交流信號源，而對信號源設(shè)置無特殊的要求。圖3-20圖標(biāo)和面板

(2)面板設(shè)置。波特圖儀面板共分6個(gè)區(qū)，以下從左至右、從上到下對它們分別加以介紹。

①顯示區(qū)：顯示波特圖儀的測量結(jié)果。

②Mode(模式)區(qū)：

Magnitude：在左邊顯示屏里顯示幅頻特性曲線。

Phase：在左邊顯示屏里顯示相頻特性曲線。

③Horizontal(水平坐標(biāo))區(qū)：設(shè)定X軸的刻度類型(頻率范圍)。

單擊“Log”(對數(shù))按鈕，標(biāo)尺以對數(shù)刻度表示；若單擊“Lin”(線性)按鈕，則標(biāo)尺以線性刻度表示。當(dāng)測量信號的頻率范圍較寬時(shí)，用“Log”(對數(shù))標(biāo)尺為宜。該區(qū)下面的F欄用于設(shè)置掃描頻率的最終值，而I欄則用于設(shè)置掃描頻率的初始值。為了清楚顯示某一頻率范圍的頻率特性，可將X軸的頻率范圍設(shè)定得小一些。

④Vertical(垂直坐標(biāo))區(qū)：設(shè)定Y軸的刻度類型。Vertical區(qū)共有兩個(gè)按鈕和兩個(gè)欄，其作用如下：

測量幅頻特性時(shí)，若單擊“Log”(對數(shù))按鈕，Y軸刻度的單位是dB(分貝)，標(biāo)尺刻度為20lgA(f)dB，其中A(f)=Uo(f)/Ui(f)；當(dāng)單擊“Lin”(線性)按鈕后，Y軸是線性刻度。一般情況下采用線性刻度。測量相頻特性時(shí)，Y軸坐標(biāo)表示相位，單位是度，刻度是線性的。該區(qū)下面的F欄用于設(shè)置Y軸刻度的最終值，而I欄則用于設(shè)置Y軸刻度的初始值。I和F分別為Y軸刻度Initial(初始值)和Final(最終值)的縮寫。

⑤波特圖儀面板下排的3個(gè)按鈕的功能如下：

Reverse：改變顯示區(qū)的顏色(黑色或白色)。

Save：以BOD格式保存測量結(jié)果。

Set：設(shè)置掃描的分辨率。單擊該按鈕后，出現(xiàn)如圖3-21所示的對話框。

在Resolution欄中選定掃描的分辨率，數(shù)值越大讀數(shù)精度越高，但數(shù)值的增大將增加運(yùn)行時(shí)間，默認(rèn)值是100。圖3-21對話框⑥測量區(qū)：該區(qū)有兩個(gè)定向箭頭按鈕和兩個(gè)欄，其作用如下：

定向箭頭：讀數(shù)指針左右移動(dòng)按鈕，用于對波特固定位進(jìn)行分析。

測量讀數(shù)欄：利用鼠標(biāo)拖動(dòng)讀數(shù)指針或單擊讀數(shù)指針移動(dòng)按鈕，可測量某個(gè)頻率點(diǎn)的幅值或相位，其讀數(shù)在面板右下方顯示。

7.邏輯分析儀

邏輯分析儀可以同步記錄和顯示16位數(shù)字信號，主要用于對數(shù)字信號的高速采集和時(shí)序分析，是數(shù)字電路研究和分析的一種重要虛擬儀器。它的圖標(biāo)和面板如圖3-22所示。雙擊圖標(biāo)彈出設(shè)置面板。

(1)使用。邏輯分析儀左邊16個(gè)端子為輸入端，使用時(shí)只要將它與數(shù)字電路的測量點(diǎn)相連即可，Q端是時(shí)鐘控制輸入端，C端是外時(shí)鐘輸入端，T端是觸發(fā)控制端。圖3-22圖標(biāo)和面板

(2)面板設(shè)置。

①面板最左側(cè)16個(gè)小圓圈代表16個(gè)輸入端，如果某個(gè)連接端接有被測信號，則該小圓圈內(nèi)出現(xiàn)一個(gè)黑圓點(diǎn)，被采集的16路輸入信號依次顯示在屏幕上。當(dāng)改變輸入信號連接導(dǎo)線的顏色時(shí)，顯示波形的顏色立即改變。

②左邊第1個(gè)選項(xiàng)組：Stop按鈕為停止仿真；Reset按鈕為邏輯分析儀復(fù)位并清除顯示波形；Reverse按鈕為改變屏幕背景的顏色。

③左邊第2個(gè)選項(xiàng)組：移動(dòng)讀數(shù)指針上部的三角形可以讀取波形的邏輯數(shù)據(jù)。其中，T1和T2分別表示讀數(shù)指針1和讀數(shù)指針2離開掃描線零點(diǎn)的時(shí)間，T2-T1表示兩讀數(shù)指針之間的時(shí)間差。

④Clock選項(xiàng)組：包括Clock/Div欄及Set按鈕。

Clock/Div：設(shè)置在顯示屏上每個(gè)水平刻度顯示的時(shí)鐘脈沖數(shù)。

Set按鈕：設(shè)置時(shí)鐘脈沖，單擊該按鈕后彈出Clocksetup對話框。其中，“ClockSource”選項(xiàng)組的功能是選擇時(shí)鐘脈沖的來源，“External”表示外部時(shí)鐘，“Internal”表示內(nèi)部時(shí)鐘，“ClockRate”選項(xiàng)組的功能是設(shè)置時(shí)鐘頻率，“SamplingSetting”選項(xiàng)組的功能是設(shè)置取樣方式。

⑤Trigger選項(xiàng)組：其功能是設(shè)置觸發(fā)方式，單擊“Set”按鈕，彈出“TriggerSettings”對話框。其中，“TriggerClockEdge”選項(xiàng)組的功能是設(shè)定觸發(fā)方式?！癟riggerQualifier”下拉列表框的功能是選擇觸發(fā)限定字選項(xiàng)，“TriggerPatterms”選項(xiàng)組的功能是設(shè)置觸發(fā)的樣本。

8.邏輯轉(zhuǎn)換儀

邏輯轉(zhuǎn)換儀是Multisim特有的虛擬儀器，實(shí)驗(yàn)室并不存在這樣的實(shí)際儀器。邏輯轉(zhuǎn)換儀的功能包括：邏輯轉(zhuǎn)換儀可以將邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表；將真值表轉(zhuǎn)換為邏輯表達(dá)式；將真值表轉(zhuǎn)換為簡化邏輯表達(dá)式；將邏輯表達(dá)式轉(zhuǎn)換為真值表；將邏輯表達(dá)式轉(zhuǎn)換為邏輯電路；將邏輯表達(dá)式轉(zhuǎn)換為與非門邏輯電路等。邏輯轉(zhuǎn)換儀的圖標(biāo)和面板如圖3-23所示。

(1)使用。邏輯轉(zhuǎn)換儀圖標(biāo)共有9個(gè)端子。左邊8個(gè)端子可用來連接電路輸入端的節(jié)點(diǎn)，右邊的1個(gè)端子是輸出端子。通常只在需要將邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表時(shí)，才將其圖標(biāo)與邏輯電路相連接。該儀器雖然是虛擬的，但是非常實(shí)用。圖3-23圖標(biāo)和面板

(2)面板設(shè)置。該面板包括3個(gè)部分，左邊窗口顯示真值表，底部欄顯示邏輯表達(dá)式，右邊“Conversions”選項(xiàng)區(qū)域顯示控制按鈕，其功能如下：

①：由邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表。在將邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表時(shí)，必須先將已畫出的邏輯電路的輸入端連接到邏輯轉(zhuǎn)換儀的輸入端，將邏輯電路的輸出端連接到邏輯轉(zhuǎn)換儀的輸出端。

②：由真值表導(dǎo)出邏輯表達(dá)式。要從真值表導(dǎo)出邏輯表達(dá)式，必須在真值表欄中輸入真值表。輸入方法有兩種：若已知邏輯電路結(jié)構(gòu)，可采用“由邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表”的方式自動(dòng)產(chǎn)生；或者直接在真值表欄中輸入真值表，根據(jù)輸入變量的個(gè)數(shù)用鼠標(biāo)單擊邏輯轉(zhuǎn)換儀面板頂部代表輸入端的小圓圈(A～H)，選定輸入變量。變量被選中后與之對應(yīng)的小圓圈內(nèi)部會泛白。此時(shí)，在真值表欄將自動(dòng)出現(xiàn)輸入變量的所有組合，而右側(cè)靠近滾動(dòng)條的輸出列的初始值全部為0。然后根據(jù)所要求的邏輯關(guān)系來確定或修改真值表的輸出值(0、1或x)，其方法是用鼠標(biāo)多次單擊真值表欄右面輸出列的輸出值，此時(shí)便會自動(dòng)出現(xiàn)0、1或x。確定好真值表后單擊按鈕，這時(shí)在面板底部邏輯表達(dá)式欄將出現(xiàn)相應(yīng)的邏輯表達(dá)式——標(biāo)準(zhǔn)的與或式，其中表達(dá)式中“A”表示邏輯變量A的“非”。③：由真值表導(dǎo)出簡化邏輯表達(dá)式。如果要將已得到的邏輯表達(dá)式進(jìn)一步簡化，只需單擊

按鈕，即可在面板圖底部得到簡化的邏輯表達(dá)式(最簡與或式)。

④：從邏輯表達(dá)式得到真值表。⑤：從邏輯表達(dá)式得到邏輯電路。

⑥：由邏輯表達(dá)式得到與非門邏輯電路。

3.2Multisim的基本操作

在電路設(shè)計(jì)、仿真中，必須完成調(diào)用元器件和對元器件進(jìn)行連線兩個(gè)主要步驟。

1.調(diào)用元器件和設(shè)定其參數(shù)

首先啟動(dòng)Multisim7軟件，當(dāng)出現(xiàn)軟件界面時(shí)，鼠標(biāo)點(diǎn)擊元件工具欄中的圖標(biāo)庫，這時(shí)會彈出“selectaComponent”窗口，點(diǎn)擊所需要的元器件，再點(diǎn)擊“OK”按鈕，將需要的元器件拖移到界面電路工作區(qū)的適合位置單擊，這時(shí)元器件的位置就固定了。

(1)調(diào)整元器件的位置。單擊所需調(diào)整的元器件，這時(shí)在元器件四個(gè)角上出現(xiàn)“■”，然后按住左鍵拖移，即可完成其位置的改變。

(2)調(diào)整元器件方向。單擊所需調(diào)整方向的元器件，再單擊右鍵，出現(xiàn)一個(gè)窗口，在窗口中選擇所需要的方向，然后點(diǎn)擊即可。

(3)調(diào)整元器件參數(shù)。雙擊所需調(diào)整參數(shù)的元器件，這時(shí)會彈出一個(gè)窗口，對于虛擬元件工具欄中的元器件，可直接變成參數(shù)，然后點(diǎn)擊“確定”按鈕。而對于元件工具欄中的元器件，應(yīng)先點(diǎn)擊“Replace”按鈕，出現(xiàn)一個(gè)窗口然后點(diǎn)擊窗口中所需參數(shù)的元器件，再點(diǎn)擊“OK”按鈕即可。

(4)刪除元器件。單擊所需刪除的元器件，并按下鍵盤中的“Delete”鍵即可。

2.對元器件進(jìn)行連線

(1)自動(dòng)連線。將鼠標(biāo)指向第一個(gè)元件的引腳，鼠標(biāo)指示呈十字形，單擊左鍵，然后移動(dòng)鼠標(biāo)到第二個(gè)元件的相應(yīng)引腳，單擊鼠標(biāo)左鍵，即完成了自動(dòng)連線的功能，系統(tǒng)會給繪制的線標(biāo)上結(jié)點(diǎn)號。如果沒有成功，說明連接點(diǎn)與其他元件靠得太近。

如果對所畫的線不滿意，可以選中該線，按“Delete”鍵刪除。

(2)手動(dòng)連線。將鼠標(biāo)指向第一個(gè)元件的引腳，鼠標(biāo)呈十字形，單擊鼠標(biāo)左鍵，導(dǎo)線隨鼠標(biāo)的移動(dòng)而移動(dòng)，當(dāng)連線需要拐彎時(shí)，單擊鼠標(biāo)左鍵，到達(dá)第二個(gè)元件對應(yīng)引腳時(shí)單擊鼠標(biāo)左鍵，導(dǎo)線就連好了。

當(dāng)導(dǎo)線需要從一個(gè)元件上跨過時(shí)，用戶只需移動(dòng)鼠標(biāo)在經(jīng)過該元件時(shí)單擊“Shift”鍵就可以了。

(3)設(shè)置導(dǎo)線的顏色。當(dāng)導(dǎo)線較多時(shí)為了便于區(qū)分，可以將不同的導(dǎo)線標(biāo)上不同的顏色來加以區(qū)分，設(shè)置導(dǎo)線的顏色只需先選中該導(dǎo)線，然后單擊鼠標(biāo)右鍵，通過彈出的快捷菜單中的“Color”來設(shè)置顏色。

注意：導(dǎo)線的顏色會改變示波器等測試儀器觀察到的波形顯示的顏色。

3.3仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)一直流電路中電位實(shí)驗(yàn)仿真(一)

本實(shí)驗(yàn)的仿真操作步驟如下：

(1)啟動(dòng)Multisim軟件，進(jìn)入該軟件的主窗口。

(2)調(diào)出電路圖中所需的元件，并拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置，按圖3-24連線。

(3)對各元器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、編輯、存盤。

(4)點(diǎn)擊仿真按鈕，出現(xiàn)仿真結(jié)果，如圖3-24所示。圖3-24電位仿真(一)實(shí)驗(yàn)二直流電路中電位實(shí)驗(yàn)仿真(二)

本實(shí)驗(yàn)的仿真操作步驟與直流電路中電位實(shí)驗(yàn)仿真(一)相同，其仿真結(jié)果如圖3-25所示。圖3-25電位仿真(二)實(shí)驗(yàn)三疊加原理實(shí)驗(yàn)仿真(一)

本實(shí)驗(yàn)的仿真操作步驟如下：

(1)啟動(dòng)Multisim軟件，進(jìn)入該軟件的主窗口。

(2)調(diào)出電路圖中所需的元件，并拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置，按圖3-26連線。

(3)對各元器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、編輯、存盤。

(4)點(diǎn)擊仿真按鈕，出現(xiàn)仿真結(jié)果。

①U1、U2共同作用，其仿真結(jié)果見圖3-26。

②U1不作用、U2作用，其仿真結(jié)果見圖3-27。

③U1作用、U2不作用，其仿真結(jié)果見圖3-28。圖3-26疊加原理仿真(一)U1、U2共同作用圖3-27U2單獨(dú)作用仿真結(jié)果圖3-28U1單獨(dú)作用仿真結(jié)果

實(shí)驗(yàn)四疊加原理實(shí)驗(yàn)仿真(二)

本實(shí)驗(yàn)的仿真操作步驟與疊加實(shí)驗(yàn)仿真(一)基本相同，但是U1電壓源改成了Is電流源，其結(jié)果如下。

(1)Is、U2共同作用，其仿真結(jié)果如圖3-29所示。

(2)Is不作用、U2作用，其仿真結(jié)果如圖3-30所示。

(3)Is作用、U2不作用，其仿真結(jié)果如圖3-31所示。圖3-29疊加原理仿真(二)(Is、U2共同作用)圖3-30U2單獨(dú)作用仿真結(jié)果圖3-31Is單獨(dú)作用仿真結(jié)果實(shí)驗(yàn)五RLC串聯(lián)諧振實(shí)驗(yàn)仿真

本實(shí)驗(yàn)的仿真操作步驟如下：

(1)啟動(dòng)Multisim軟件，進(jìn)入該軟件的主窗口。

(2)調(diào)出電路圖中所需的元件，并拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置，按圖3-32連線。

(3)從虛擬儀器庫中取出波特圖儀圖標(biāo)，并拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置與電路圖連接。

(4)對電路圖中的元器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、編輯、存盤。(5)點(diǎn)擊仿真按鈕，出現(xiàn)仿真結(jié)果，如圖3-32所示。

(6)雙擊波特圖儀圖標(biāo)，出現(xiàn)波特圖儀面板并對面板參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到出現(xiàn)諧振曲線(見圖3-33)。圖3-32RLC串聯(lián)諧振仿真圖3-33仿真顯示實(shí)驗(yàn)六RLC并聯(lián)諧振實(shí)驗(yàn)仿真

本實(shí)驗(yàn)的仿真操作步驟如下：

(1)啟動(dòng)Multisim軟件，進(jìn)入該軟件的主窗口。

(2)調(diào)出電路圖中所需的元件，并拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置，按圖3-34連線。

(3)從虛擬儀器庫中取出波特圖儀圖標(biāo)，并拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置與電路圖連接。

(4)對電路圖中的元器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置編輯、存盤。

(5)點(diǎn)擊仿真按鈕，出現(xiàn)仿真結(jié)果(見圖3-34)。圖3-34RLC并聯(lián)諧振仿真

(6)電流表必須設(shè)置在交流狀態(tài)。

(7)雙擊波特圖儀圖標(biāo)，出現(xiàn)波特圖儀面板，并對面板參數(shù)進(jìn)行調(diào)節(jié)，直到出現(xiàn)諧振曲線(見圖3-35)。圖3-35仿真顯示實(shí)驗(yàn)七交流電路功率及功率因數(shù)實(shí)驗(yàn)仿真

本實(shí)驗(yàn)的仿真操作步驟如下：

(1)啟動(dòng)Multisim軟件，進(jìn)入該軟件的主窗口。

(2)調(diào)出電路圖中交流源、電阻、電容、電感等元件，并拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置，按圖3-36(a)連線。

(3)從虛擬儀器庫中取出功率表圖標(biāo)，并拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置與電路圖連接。

(4)對電路圖中的元器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，并編輯、存盤。(5)點(diǎn)擊仿真按鈕，再雙擊功率表圖標(biāo)，出現(xiàn)功率表面板，該面板將顯示仿真的具體數(shù)據(jù)(見圖3-36(b))。圖3-36交流電路功率及功率因數(shù)仿真實(shí)驗(yàn)八三相電路實(shí)驗(yàn)仿真

本實(shí)驗(yàn)的仿真操作步驟如下：

(1)啟動(dòng)Multisim軟件，進(jìn)入該軟件的主窗口。

(2)調(diào)出電路圖中交流源、電阻、電感等元件，并拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置，按圖3-37連線。

(3)三個(gè)交流源相位各差120°，設(shè)置好相位角。

(4)所有電壓表、電流表設(shè)置在交流狀態(tài)。

(5)把所有元器件拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置，并正確連線。

(6)對電路進(jìn)行編輯、存盤。圖3-37三相星形負(fù)載對稱有中線

1.三相星形負(fù)載對稱有中線電路仿真

按圖3-37連線，在檢查無誤的情況下，點(diǎn)擊仿真按鈕，出現(xiàn)仿真結(jié)果(見圖3-37)。

仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)中線電流幾乎為零，與理論計(jì)算相符。

2.三相星形負(fù)載不對稱有中線電路仿真

按圖3-38連線，在檢查無誤的情況下，點(diǎn)擊仿真按鈕，出現(xiàn)仿真結(jié)果(見圖3-38)。

仿真結(jié)果顯示中線電流為233mA。圖3-38三相星形負(fù)載不對稱有中線

3.三相星形負(fù)載不對稱無中線電路仿真

按圖3-39連線，在檢查無誤的情況下，點(diǎn)擊仿真按鈕，出現(xiàn)仿真結(jié)果(見圖3-39)。仿真結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在負(fù)載不對稱無中線的情況下，R1、L1這一路負(fù)載電壓明顯偏低(只有165.065V)。

通過上述三個(gè)三相電路的仿真實(shí)驗(yàn)，說明在三相星形負(fù)載電路中，加上中線的重要性。圖3-39三相星形負(fù)載不對稱無中線實(shí)驗(yàn)九網(wǎng)絡(luò)參數(shù)等效變換實(shí)驗(yàn)仿真

在電路實(shí)驗(yàn)中，有時(shí)需要將電阻的星形接法與三角形接法進(jìn)行等效變換。變換的目的是使電路更加簡單。但變換的條件是：變換前后都是三端網(wǎng)絡(luò)，對電路中其他部分的電流、電壓均無影響。如圖3-40(a)、(b)所示，流入電路a、b、c端的電流變換前后相等，電路ab、bc、ca之間的電壓變換前后也相等。圖3-40星形與三角形變換根據(jù)公式推導(dǎo)：

同理

解上列三式，可得出將星形連接等效變換為三角形連接時(shí)的公式：

將三角形連接等效變換為星形連接時(shí)的公式：當(dāng)Ra=Rb=Rc=RY，即電阻的Y形連接在對稱的情況時(shí)，有

Rab=Rbc=Rca=R△=3RY

即變換所得的三角形連接也是對稱的，但每邊的電阻是原Y形連接時(shí)的三倍。

反之

星形連接也常稱為T形連接，三角形連接也常稱為π形連接，如圖3-41所示。圖3-41電阻的T形連接和π形連接本實(shí)驗(yàn)的仿真操作步驟如下：

(1)啟動(dòng)Multisim軟件，進(jìn)入該軟件的主窗口。

(2)調(diào)出電路圖中所需的元件，并拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置，接圖3-41連線。

(3)對各元器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、編輯、存盤。

(4)點(diǎn)擊仿真按鈕，出現(xiàn)仿真結(jié)果，見圖3-42、圖3-43。

通過圖3-42、圖3-43的仿真結(jié)果可知滿足：圖3-42仿真結(jié)果(一)圖3-43仿真結(jié)果(二)實(shí)驗(yàn)十電路過渡過程實(shí)驗(yàn)仿真

本實(shí)驗(yàn)的仿真操作步驟如下：

(1)啟動(dòng)Multisim軟件，進(jìn)入該軟件的主窗口。

(2)調(diào)出電路圖中的電容器、電阻元器件，拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置，分別按圖3-44、圖3-46、圖3-49連線。(3)從虛擬儀器庫中取出函數(shù)信號發(fā)生器、雙蹤示波器圖標(biāo)，拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置與電路連接。

(4)對電路圖中的元器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、編輯、存盤。(5)點(diǎn)擊仿真按鈕，再雙擊函數(shù)發(fā)生器和雙蹤示波器圖標(biāo)，調(diào)節(jié)其參數(shù)，出現(xiàn)最后的仿真結(jié)果，分別如圖3-45、圖3-48、圖3-51所示。圖3-44RC充放電路圖3-45RC充放電過程的波形圖3-46積分電路

1.RC充放電路仿真

反復(fù)按動(dòng)J1開關(guān)，可在示波器上觀察到RC充放電過程的波形，如圖3-45所示。

2.積分電路仿真

按圖3-47所示設(shè)置參數(shù)，可得如圖3-48所示積分電路的波形。

3.微分電路仿真

按圖3-50所示設(shè)置參數(shù)，可得如圖3-51所示微分電路的波形。圖3-47參數(shù)設(shè)置(一)圖3-48積分電路的波形圖3-49微分電路圖3-50參數(shù)設(shè)置(二)圖3-51微分電路的波形實(shí)驗(yàn)十一最大功率傳輸實(shí)驗(yàn)仿真

有源一端口網(wǎng)絡(luò)向終端負(fù)載傳輸功率時(shí)，當(dāng)傳輸?shù)墓β瘦^小(如通信、電子系統(tǒng))，且不需考慮傳輸效率時(shí)，則在負(fù)載上獲得最大功率是這些設(shè)備要考慮的首要條件(電路如圖3-52所示)。

r為含源一端網(wǎng)絡(luò)A的入端電阻，E為A的電源，R為負(fù)載，則電流為圖3-52電路

R的功率為

對P求關(guān)于R的導(dǎo)數(shù)，即

令dP/dR=0，則r-R=0，即R=r。

當(dāng)R=r時(shí)含源一端網(wǎng)絡(luò)向R供給的功率為最大，即其仿真操作步驟如下：

(1)啟動(dòng)Multisim軟件，進(jìn)入該軟件的主窗口。

(2)調(diào)出電路圖中所需的元件，并拖移到電路工作區(qū)的適當(dāng)位置，按圖3-53連線。

(3)對各元器件參數(shù)進(jìn)行設(shè)置、編輯、存盤。

(4)點(diǎn)擊仿真按鈕，出現(xiàn)仿真結(jié)果。