《EDA技術(shù)與設(shè)計》全套教學(xué)課件

EDA技術(shù)與設(shè)計NIMultisim14.0基本應(yīng)用第一章電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)系列教材【ch01】NIMultisim14.0基本應(yīng)用【ch02】常用模擬電路Multisim設(shè)計與仿真【ch03】CadenceOrCADPSpice16.6【ch04】模擬系統(tǒng)PSpice設(shè)計與仿真【ch05】Quartusll軟件應(yīng)用【ch06】Vivado軟件應(yīng)用【ch07】硬件描述語言【ch08】常用數(shù)字電路HDL設(shè)計【ch09】數(shù)字系統(tǒng)EDA設(shè)計與實踐全套可編輯PPT課件01NIMultisim14.0簡介Multisim的發(fā)展1996年IIT推出EWB

5.0版本，之后ITT對EWB進(jìn)行了較大改動，名稱改為Multisim

(多功能仿真軟件),并于2001年推出系列化EDA軟件Multisim

2001、Ultiboard2001和Commsim

2001。2003年8月，IIT公司又對Multisim

2001進(jìn)行了較大改進(jìn)，升級為Multisim

7.0。增加了3D元器件以及安捷倫的萬用表、示波器和函數(shù)信號發(fā)生器等仿真實物的虛擬儀表，使得虛擬電子設(shè)備更接近實際的實驗平臺。2005年，IIT公司被NI公司收購，并于同年12月推出了Multisim

9.0。該版本與之前的版本有著本質(zhì)的區(qū)別，第一次增加了單片機和三維先進(jìn)的外圍設(shè)備，并且還與虛擬儀器軟件完美結(jié)合，提高了模擬及測試性能。Multisim的發(fā)展2007年，NI

Multisim

10.0面世，名稱在原來的基礎(chǔ)上添加了NI,除在電子仿真方面有諸多提高，在LabVIEW技術(shù)應(yīng)用方面有增強外，MultiMCU在單片機中的仿真、MultiVHDL在FPGA和CPLD中的仿真應(yīng)用、Multi

Verilog在FPGA和CPLD中的仿真應(yīng)用、Commsim在通信系統(tǒng)中的仿真應(yīng)用等方面的功能同樣得到增強。2010年NI

Circuit

Design

Suite

11.0發(fā)布，包含了NI

Multisim和NIUltiboard產(chǎn)品。引入全新設(shè)計的原理圖網(wǎng)表系統(tǒng)，改進(jìn)了虛擬接口，通過更快地操作大型原理圖，縮短文件加載時間，節(jié)省用戶打開用戶界面的時間。NI

Multisim捕捉和NIUItiboard布局之間的設(shè)計同步化比以前更好。2012年3月，NI又推出了NIMultisim

12.0,該版本與LabVIEW進(jìn)行了前所未有的緊密集成，可實現(xiàn)模擬和數(shù)字系統(tǒng)的閉環(huán)仿真。將虛擬儀器技術(shù)的靈活性擴展到電子設(shè)計者的工作平臺上，彌補了測試與設(shè)計功能之間的缺口，縮短了產(chǎn)品研發(fā)周期。2013年，NIMultisim

13.0發(fā)布，提供了針對模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)以及電力電子技術(shù)的全面電路分析工具，幫助工程師通過混合模式仿真探索設(shè)計決策，優(yōu)化電路行為。2015年，NIMultisim14.0面世，進(jìn)一步增強了仿真功能，新增了全新的參數(shù)分析、嵌入式硬件集成以及通過用戶自定義模板簡化設(shè)計等。Multisim的發(fā)展NI

Multisim

14.0新特性(1)增加主動分析模式(2)增加電壓、電流和功率探針菜單欄中增加了電壓、電流、功率探針，只要在讀取的節(jié)點上放置一個探針，在圖1.1所示的對話框中選擇分析方法，然后單擊對話框或模擬工具欄中的“運行”按鈕，就可以得到該節(jié)點的交互仿真結(jié)果。NI

Multisim

14.0新特性(3)支持粘貼和放置更多格式的圖像在放置圖形或粘貼剪貼板時，NI

Multisim

14.0支持更多的圖像格式，包括：位圖文件格式(*.bmp);JPEG格式(*jpg、*jpeg、*jpe、*jfIF);GIF格式(*.GIF);標(biāo)簽圖像文件格式(*.TIF、*.TIFF);便攜式網(wǎng)絡(luò)圖形文件格式(*.PNG);圖標(biāo)文件格式(*.ICO);游標(biāo)文件格式(*.CUR.)等。(4)先進(jìn)的電源設(shè)計借助來自NXP和美國國際整流器公司開發(fā)的全新MOSFET和IGBT,可搭建先進(jìn)的電源電路。(5)增加6000多種新組件借助領(lǐng)先半導(dǎo)體制造商的新版和升級版仿真模型，可擴展模擬和混合模式應(yīng)用。(6)基于NI

Multisim

14.0和MPLAB的微控制器設(shè)計借助NIMultisim

14.0與MPLAB之間的新協(xié)同仿真功能，使用數(shù)字邏輯搭建完整的模擬電路系統(tǒng)和微控制器。NI

Multisim

14.0新特性NI

Multisim

14.0編譯環(huán)境啟動NIMultisim

14.0,打開圖1.2所示的主窗口。其界面主要由菜單欄、標(biāo)準(zhǔn)工具欄、項目管理器、元器件工具欄、仿真工作區(qū)、信息窗口、虛擬儀器工具欄等組成。菜單欄(1)File

(文件)菜單該菜單提供了文件的打開、新建、保存等操作，如圖1.3所示。(2)Edit

(編輯)菜單該菜單用于在電路繪制過程中，對電路和元器件進(jìn)行剪切、粘貼等編輯操作，如圖1.4所示。菜單欄(3)View

(視圖)菜單該菜單用于控制仿真界面上顯示內(nèi)容的操作命令，如圖1.5所示。(4)Place

(放置)菜單該菜單提供了在電路工作窗口內(nèi)放置元器件、連接器、總線和文字等命令，如圖1.6所示。菜單欄(5)MCU

(微控制器)菜單：該菜單提供在電路工作窗口內(nèi)MCU的調(diào)試操作命令，如圖1.7所示。(6)Simulate

(仿真)菜單：該菜單提供了與仿真有關(guān)的設(shè)置與操作命令，如圖1.8所示。菜單欄(7)Transfer(轉(zhuǎn)換)菜單：該菜單提供了將原理電路圖傳送到其他工具的命令，如圖1.9所示。(8)Tools

(工具)菜單：該菜單提供了各種元器件和電路編輯或管理的命令，如圖1.10所示。菜單欄(9)Reports

(報表)菜單：該菜單提供材料清單等報表生成命令，如圖1.12所示。(10)Options

(選項)菜單：該菜單提供電路界面和電路某些功能的設(shè)置，如圖1.13所示。選中Sheet

properties選項，打開如圖1.14所示頁面設(shè)置對話框，在準(zhǔn)備繪制電路圖時需要對電路圖頁面的細(xì)節(jié)進(jìn)行設(shè)置，如果沒有改動，軟件會按默認(rèn)選項定制。菜單欄(11)Window

(窗口)菜單該菜單用于窗口的縱向排列、橫向排列、層疊或關(guān)閉等操作，如圖1.16所示。(12)Help

(幫助)菜單該菜單用于打開各種幫助信息，如圖1.17所示。工具欄選擇菜單欄中“Options”下的“Customize

interface”選項，系統(tǒng)彈出如圖1.18所示工具欄自定義對話框，該對話框中列出了Multisim

14.0提供的26種工具欄，通過勾選，選擇需要顯示在界面上的工具欄。同時，用戶還可以通過菜單欄中“View”下的“Toolbars”進(jìn)行選擇。Standard工具欄如圖1.19所示，該工具欄為用戶提供了常用文件操作的快捷方式，依次是：新建、打開、打開圖例、保存、打印、打印預(yù)覽、剪切、復(fù)制、粘貼、撤銷、重做等按鈕。用戶將光標(biāo)懸停在某一按鈕圖標(biāo)上，則該按鈕所要完成的功能就會在圖標(biāo)下方顯示出來，便于用戶操作。Standard

(標(biāo)準(zhǔn))工具欄Main工具欄如圖1.20所示，用于電路的建立、仿真及分析，并最終輸出設(shè)計數(shù)據(jù)。主工具欄中常用按鈕的功能如下：Main

(主)工具欄Components

(元器件)工具欄元器件工具欄按元器件模型分類放入元器件庫中，用鼠標(biāo)左鍵單擊元器件工具欄的某一個圖標(biāo)即可打開該元器件庫。各個按鈕所代表的元器件庫如圖1.21所示。Virtual工具欄如圖1.22所示，該工具欄共有10個按鈕，單擊每個按鈕都可打開相應(yīng)的子工具欄，利用該工具欄可以放置各種虛擬元器件。Virtual(虛擬元器件)工具欄Simulation工具欄如圖1.23所示，是運行仿真的一個快捷鍵，原理圖輸入完畢后，可以使用虛擬儀器進(jìn)行測量，也可以選擇仿真分析方法進(jìn)行仿真。Simulation

(仿真)工具欄Instruments

(虛擬儀器)工具欄Instruments工具欄是進(jìn)行虛擬電子實驗和電子設(shè)計仿真時最快捷、最形象，且使用頻率最高的窗口，也是Multisim仿真軟件的一大特色，該工具欄提供實驗室里見到的各種測量儀器，如圖1.25所示。Place

probe

(放置探針)工具欄Place

probe工具欄如圖1.26

(a)所示，可以在電路中直接放置電壓、電流、功率、電勢差等，方便觀測某一節(jié)點的電壓值和某一支路的電流值。需要時只要將這些探針放置到相應(yīng)位置即可，放置探針后就會顯示如圖1.26

(b)所示的數(shù)據(jù)顯示框，默認(rèn)情況下從上到下依次包含五項：電壓的瞬時值、電壓的峰峰值、電壓的有效值、電壓中的直流分量和電壓的頻率。02虛擬儀器儀表的使用Multisim軟件為用戶提供了大量虛擬儀器儀表，用于電路的仿真測試和研究，這些虛擬儀器儀表的操作、使用、設(shè)置和觀測方法與真實儀器幾乎完全相同，就好像在真實的實驗室環(huán)境中使用儀器。這些儀器能夠非常方便地監(jiān)測電路工作情況并對仿真結(jié)果進(jìn)行顯示和測量。本節(jié)介紹Multisim14.0虛擬儀器工具欄(InstrumentsToolbars)中的19個虛擬儀器儀表，以及指示元器件庫中包含的電壓表、電流表的使用方法和基本功能。常用虛擬仿真儀器的使用電壓表(VOLTMETER)和電流表(AMMETER)單擊元器件工具欄中的按鈕，即可看到指示元器件庫中包含電壓表(VOLTMETER)和電流表(AMMETER),其圖標(biāo)如圖1.27所示。在使用中對數(shù)量沒有限制，可用來測量直流(DC)電壓和電流，也可用來測量交流(AC)電壓和電流，注意電壓表需要并聯(lián)到電路中，而電流表需要串聯(lián)到電路中。數(shù)字萬用表(Multimeter)數(shù)字萬用表是一種多用途的常用儀器，它除了可以測量電壓和電流，還可以測電阻值以及分貝值。在儀器欄中選中數(shù)字萬用表，在電路工作區(qū)中會顯示萬用表的圖標(biāo)，如圖1.28(a)所示。雙擊圖標(biāo)彈出如圖1.28

(b)所示的數(shù)字萬用表面板，以顯示測量數(shù)據(jù)和進(jìn)行數(shù)字萬用表參數(shù)的設(shè)置。函數(shù)信號發(fā)生器(Function

Signal

Generator)函數(shù)信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、三角波和矩形波，信號頻率可在1Hz到999MHz的范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。信號的幅值以及占空比等參數(shù)也可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)節(jié)。函數(shù)信號發(fā)生器的圖標(biāo)和面板如圖1.30所示圖1.30

(b)所示面板中還包含了信號參數(shù)的設(shè)置，具體為：(1)頻率(Frequency):設(shè)置輸出信號的頻率。(2)占空比(Duty

cycle):設(shè)置輸出信號的持續(xù)期和間歇期的比值，該設(shè)置僅對三角波和方波有效，對正弦波無效。(3)振幅(Amplitude):設(shè)置輸出信號的幅度。注意，如果輸出信號含有直流成分，那么所設(shè)置的幅度指的是從直流電壓到信號波峰的大小，也就是說這個振幅是交流部分的幅度。(4)偏差(Offset):設(shè)置輸出信號中直流成分的大小。默認(rèn)值為0,表示輸出電壓沒有疊加直流成分。函數(shù)信號發(fā)生器(Function

Signal

Generator)瓦特表(Wattmeter)瓦特表一用來測量電路的交流或直流功率，常用于測量較大的有功功率，也就是電壓差和流過電流的乘積。瓦特表不僅可以顯示功率大小，還可以顯示功率因數(shù)，功率因數(shù)指的是電壓向量和電流向量之間夾角的余弦值。瓦特表的圖標(biāo)和面板如圖1.31所示。雙通道示波器可以觀察一路或兩路信號的波形形狀，分析被測周期信號的幅值和頻率。雙通道示波器的圖標(biāo)和面板如圖1.32所示。雙通道示波器(Oscilloscope)四通道示波器的圖標(biāo)和面板如圖1.35所示，它與雙通道示波器的使用方法和參數(shù)調(diào)整方式基本相同，不過顯示略有不同，并且多了一個通道控制器旋鈕。四通道示波器(4

Channel

Oscilloscope)模擬電子電路中常用虛擬儀器的使用—波特圖儀(Bode

Plotter)波特圖儀也就是掃頻儀，它可以方便地測量和顯示電路的頻率響應(yīng)。波特圖儀適合分析電路的頻率特性，包括電路的幅頻特性和相頻特性。波特圖儀的圖標(biāo)和面板見圖1.37。圖1.37(a)的圖標(biāo)有N和OUT兩對端口，其中IN端口的“+”和“-”分別接電路輸入端的正端和負(fù)端:OUT端口的“+”和“-”分別接電路輸出端的正端和負(fù)端。使用波特圖儀時，必須在電路的輸入端接交流信號源。模擬電子電路中常用虛擬儀器的使用—伏安特性分析儀(IV

Analyzer)伏安特性分析儀簡稱IV分析儀，專門用來測量二極管的伏安特性曲線、晶體三極管的輸出特性曲線，以及MOS場效應(yīng)管的輸出特性曲線。IV分析儀相當(dāng)于實驗室的晶體管圖示儀，需要將晶體管與連接電路完全斷開，才能進(jìn)行IV分析儀的連接和測試。圖1.39

(a)所示是IV分析儀測量晶體三極管的電路。圖1.39

(b)是IV分析儀的面板，面板的左側(cè)是顯示窗口，右側(cè)是功能選擇和參數(shù)設(shè)置區(qū)域。對IV分析儀面板參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。失真分析儀是專門用來測量電路的總諧波失真(THD)和信號與噪聲的失真比(SINAD)的儀器。失真分析儀的圖標(biāo)和面板如圖1.43所示。失真分析儀圖標(biāo)只有一個端子，用來連接電路的輸出信號。模擬電子電路中常用虛擬儀器的使用—失真分析儀(Distortion

Analyzer)數(shù)字邏輯電路中常用虛擬儀器的使用—頻率計數(shù)器(Frequency

counter)頻率計數(shù)器主要用于測量信號的頻率、周期、相位，以及脈沖信號的上升沿和下降沿。頻率計數(shù)器的圖標(biāo)和面板如圖1.46所示，圖標(biāo)只有一個儀器輸入端，用來連接電路的輸出信號。字信號發(fā)生器是一個通用的數(shù)字激勵元編輯器，可以產(chǎn)生32位同步數(shù)字信號。在數(shù)字電路的測試中應(yīng)用非常靈活。字信號發(fā)生器的圖標(biāo)和面板如圖1.47所示。數(shù)字邏輯電路中常用虛擬儀器的使用—

字信號發(fā)生器(Word

Signal

Generator)邏輯轉(zhuǎn)換儀是NIMultisim特有的虛擬儀器，它能夠完成真值表、邏輯表達(dá)式和邏輯電路三者之間的相互轉(zhuǎn)換，而實際中并不存在這種儀器。圖1.49所示為邏輯轉(zhuǎn)換儀的圖標(biāo)和面板。數(shù)字邏輯電路中常用虛擬儀器的使用—邏輯轉(zhuǎn)換儀(Logic

Converter)邏輯分析儀用于對數(shù)字邏輯信號的高速采集、時序分析以及大型數(shù)字系統(tǒng)的故障分析。邏輯分析儀的圖標(biāo)和面板如圖1.52所示。由圖可見，邏輯分析儀圖標(biāo)的連接端口有：16路信號輸入端、外接時鐘端C、時鐘限制端Q以及觸發(fā)限制端T。數(shù)字邏輯電路中常用虛擬儀器的使用—

邏輯分析儀(Logic

Analyzer)通信電子電路中常用虛擬儀器的使用—頻譜分析儀(Spectrum

Analyzer)頻譜分析儀用于分析信號的頻域特性，NIMultisim

14.0中頻譜分析儀頻率分析的上限為4GHz,它是一種分析高頻電路的儀器。頻譜分析儀圖標(biāo)和面板如圖1.55所示。圖標(biāo)中IN端子是儀器的輸入端，用來與電路的輸出端連接；T端子是觸發(fā)信號的連接端。通信電子電路中常用虛擬儀器的使用—頻譜分析儀(Spectrum

Analyzer)(1)Span

control選項區(qū)：用來設(shè)置頻率范圍，有三個按鈕可以選擇。Set

span:頻率范圍由該按鈕下方的“Frequency”選項區(qū)中設(shè)定的區(qū)域參數(shù)決定。Zero

span:僅顯示以中心頻率為中心的小范圍內(nèi)的權(quán)限，此時在“Frequency”選項區(qū)中僅可設(shè)置中心頻率(Center)值。Full

span:頻率范圍自動設(shè)為0～4GHz,此時“Frequency”區(qū)域不起作用。(2)Frequency選項區(qū)用來設(shè)置頻率的，其中Start設(shè)置起始頻率，Center設(shè)置中心頻率，End設(shè)置終止頻率。通信電子電路中常用虛擬儀器的使用—頻譜分析儀(Spectrum

Analyzer)(3)Amplitude選項區(qū)用來設(shè)置幅值單位即縱坐標(biāo)刻度，以及顯示形式。(4)Resolution

freq選項區(qū)用來設(shè)置頻率分辨率，其數(shù)值越小，分辨率越高，但計算時間也會相應(yīng)延長。(5)控制按鈕區(qū)該區(qū)域包含五個按鈕，單擊“Start”按鈕將啟動分析；單擊“Stop”按鈕將停止分析；單擊"Reverse"按鈕將使波形顯示區(qū)的背景顏色反色；單擊“Show

refer”按鈕表示顯示或隱藏波形顯示區(qū)的參考直線；單擊“Set”按鈕將彈出設(shè)置對話框，可以對觸發(fā)源、觸發(fā)方式以及觸發(fā)開啟電壓等進(jìn)行設(shè)置。網(wǎng)絡(luò)分析儀的圖標(biāo)和面板見圖1.56。圖標(biāo)有兩個端子P1和P2,分別用于連接電路的輸入端和輸出端。面板分為五個選項區(qū)域，具體說明如下。通信電子電路中常用虛擬儀器的使用—網(wǎng)絡(luò)分析儀(Network

Analyzer)NI

Multisim提供的函數(shù)信號發(fā)生器是Agilent

33120A,它是安捷倫公司生產(chǎn)的一種寬頻帶、多用途、高性能的函數(shù)信號發(fā)生器，頻寬為15MHz。Agilent

33120A

的面板和面板上的按鍵名稱如圖1.58所示。安捷倫和泰克仿真儀器的使用—安捷倫函數(shù)信號發(fā)生器(Agilent

Function

Generator)安捷倫和泰克仿真儀器的使用—安捷倫萬用表(Agilent

Multimeter)Agilent

34401A

的圖標(biāo)如圖1.59所示，共有5個接線端，用于連接被測電路的被測端點。其中上面的4個接線端子分為兩對測量輸入端，右側(cè)上下兩個端子為1對，左側(cè)上下兩個端子為1對：上面的端子用來測量電壓(為正極)。安捷倫和泰克仿真儀器的使用—安捷倫數(shù)字示波器(Agilent

Oscilloscope)NI

Multisim提供的數(shù)字示波器是Agilent

54622D,它的帶寬是100MHz,是具有兩個模擬通道和16個邏輯通道的高性能示波器。它不僅可以顯示信號波形，還可以進(jìn)行多種數(shù)字運算。Agilent

54622D的圖標(biāo)如圖1.61所示。安捷倫和泰克仿真儀器的使用—泰克數(shù)字示波器(Tektronix

Oscilloscope)NIMultisim提供的泰克數(shù)字示波器是Tektronix

TDS

2024,它是一個4通道200MHz帶寬、取樣速率高達(dá)2.0GS/s、每個記錄長度為2500點、彩色的示波器，能自動設(shè)置菜單，光標(biāo)帶有讀數(shù)，并具有波形平均和峰值檢測功能。Tektronix

TDS

2024的圖標(biāo)如圖1.63所示，圖中標(biāo)注了7個接線端的含義。03仿真分析方法概述NI

Multisim

14提供了19種仿真分析方法，包括了絕大多數(shù)電路仿真軟件的分析方法。在主窗口中執(zhí)行菜單“Simulation→Analyses

and

simulation”,或者在工具欄中單擊仿真工具欄中的Interacive按鈕，都會彈出圖1.65所示的對話框?；痉治龇椒ā绷鞴ぷ鼽c(DC

Operating

Point)分析在工作區(qū)中繪制如圖1.66所示的共射放大器，注意在繪圖之前記得對電路界面進(jìn)行定制：在菜單欄的Options選項中選擇GlobalOptions和Sheet

Properties,如圖1.67所示，在Global

Options中對電路圖中符號的標(biāo)準(zhǔn)以及放置元器件的模式等進(jìn)行設(shè)置，并顯示電路圖中各節(jié)點名稱。交流掃描分析是分析電路的頻率特性，這里以一個簡單的帶通濾波器為例來說明該分析方法的使用和仿真結(jié)果。首先在工作區(qū)中繪制出如圖1.73所示的帶通濾波器電路，并參照上面介紹直流工作點分析時的電路界面定制方法顯示各節(jié)點名稱?；痉治龇椒ā涣鲯呙璺治?AC

Sweep)基本分析方法—瞬態(tài)分析(Transient)下面以分析靜態(tài)工作點的放大電路(見圖1.66)為例來說明瞬態(tài)分析的操作步驟。首先繪制好電路圖后，選擇菜單欄“Simulation→Analyses

and

simulation”,或者單擊仿真工具欄中的nteracie按鈕，在彈出的如圖1.65所示的仿真對話框中選擇“Transient”,彈出如圖1.76所示的對話框。直流掃描分析是根據(jù)電路直流電源數(shù)值的變化，計算電路中某一節(jié)點直流工作點隨著電路中一個或兩個直流電源數(shù)值變化的情況。在分析前，可以選擇直流電源的變化范圍和增量。在直流掃描分析時，電路中的所有電容視為開路，所有電感視為短路?；痉治龇椒ā绷鲯呙璺治?DC

Sweep)基本分析方法—單頻交流分析(Single

Frequency

AC)單頻交流分析是NI

Multisim

14.0中包含的虛擬儀表的仿真分析。它類似于交流掃描分析(ACSweep),只是它僅在一個頻率上計算結(jié)果。因此，仍使用AC

Sweep分析方法中的帶通濾波器(見圖1.73)。選擇菜單欄“Simulation→Analyses

and

simulation”,或者單擊仿真工具欄中的Interacive按鈕，在彈出的如圖1.65所示的仿真對話框中選擇"Single

Frequency

AC",彈出如圖1.81所示的對話框。首先在..samples\Analyses\

ParameterSweep-Colpitts

Oscillator.ms14下打開仿真軟件，在顯示區(qū)內(nèi)顯示圖1.83所示的考畢茲振蕩器。進(jìn)階分析方法—參數(shù)掃描分析(Parameter

Sweep

Analysis)進(jìn)階分析方法—參數(shù)掃描分析(Parameter

Sweep

Analysis)然后選擇菜單欄“Simulation→Analysesand

simulation”,或者單擊仿真工具欄中的Psrameter

sweep按鈕，得到如圖1.84所示的對話框。該范例通過掃描電感L1數(shù)值的變化，觀察輸出端電壓時域波形的變化，因此，基本分析類型項中應(yīng)選擇瞬態(tài)分析(Transient),其參數(shù)設(shè)置可以單擊“Edit

analysis”完成，設(shè)置頁面與基本分析方法中瞬態(tài)分析的參數(shù)設(shè)置一致。依照已設(shè)置好的參數(shù)，單擊“Run”按鈕得到圖1.85所示的仿真結(jié)果。在一個坐標(biāo)系下顯示了電感L1在三個不同值下，得到的三條輸出端電壓時域波形。進(jìn)階分析方法—參數(shù)掃描分析(Parameter

Sweep

Analysis)電路中電阻和半導(dǎo)體器件在工作時都會產(chǎn)生噪聲，噪聲分析就是定量分析電路中噪聲的大小。它是與交流分析一起使用的，會計算出不同頻率下對指定輸出端的等效輸出噪聲，同時對指定輸入端計算出等效輸入噪聲。輸出和輸入噪聲電平都對噪聲帶寬的平方根進(jìn)行歸一化，噪聲電壓的單位是V/Hz進(jìn)階分析方法—噪聲分析(Noise

Analysis)進(jìn)階分析方法—蒙特卡羅(Monte

Carlo)分析蒙特卡羅分析是一種統(tǒng)計方法，用來分析電路元器件參數(shù)在一定數(shù)值范圍內(nèi)按照指定的誤差分布變化時對電路性能的影響，它可以預(yù)測電路在批量生產(chǎn)時的合格率和生產(chǎn)成本。它是直流工作點分析、交流掃描分析和瞬態(tài)分析的進(jìn)階分析，是對所選擇的基本分析多次運行后的統(tǒng)計分析。第一次運行采用元器件的標(biāo)稱值進(jìn)行運算，隨后按器件容差的分布進(jìn)行取值，將各次運行結(jié)果同第一次運行結(jié)果進(jìn)行比較，得到元器件的容差對輸出結(jié)果偏離的統(tǒng)計分析，如方差、均值等。同樣使用軟件自帶范例，打開軟件安裝目錄下..\samples\Analyses\

Monte

Carlo-RLC

Circuit.ms14,在顯示區(qū)內(nèi)顯示圖1.89所示的RLC電路。進(jìn)階分析方法—蒙特卡羅(Monte

Carlo)分析同樣使用軟件自帶范例，打開軟件安裝目錄下..\samples\Analyses\Fourier-PulseWidthModulator.

ms14電路，在顯示區(qū)內(nèi)顯示圖1.93所示的脈寬調(diào)制電路。進(jìn)階分析方法—傅里葉分析(Fourier)然后選擇菜單欄“Simulation→Analyses

and

simulation”,在彈出的仿真對話框中選擇“Fourier”,或者單擊仿真工具欄的D按鈕，得到圖1.94所示的對話框。進(jìn)階分析方法—傅里葉分析(Fourier)進(jìn)階分析方法—傅里葉分析(Fourier)單擊“Output”下的“V(Probe

output)”,再單擊“Run”按鈕，彈出圖1.95所示的仿真結(jié)果?？梢钥吹椒抡娼Y(jié)果包含兩部分，上半部分是以表格形式顯示總諧波失真(THD)值，以及基波和各次諧波的頻率、幅度和相位情況；下半部分以線條圖形方式顯示各次諧波的幅值。進(jìn)階分析方法—溫度掃描分析(Temperature

Sweep)同樣使用軟件自帶范例，打開軟件安裝目錄下.

.samples\Analyses\TemperatureSweep-Comparator.ms14電路，在顯示區(qū)內(nèi)顯示圖1.96所示的運放比較器電路。單擊“Output”下的“V(OUT)”,單擊“Run”按鈕，彈出圖1.98所示的仿真結(jié)果?？梢钥吹讲煌瑴囟认螺敵龆说碾妷褐?。同樣使用軟件自帶范例，打開軟件安裝目錄下..\samples\Analyses\

Distortion

-

Harmonic.ms14電路，在顯示區(qū)內(nèi)顯示圖1.99所示的甲乙類互補推挽放大器。進(jìn)階分析方法—失真分析(Distortion

Analysis)進(jìn)階分析方法—失真分析(Distortion

Analysis)信號源設(shè)置好后，選擇菜單欄“Simulation→Analyses

and

simulation”,在彈出的仿真對話框中選擇“Distortion”,或者單擊仿真工具欄的Dtotion按鈕，得到圖1.101所示的對話框。由于和交流掃描分析(ACSweep)的參數(shù)設(shè)置相似，所以可以參考圖1.74中對各項的注解。靈敏度分析可以分為直流靈敏度分析和交流靈敏度分析，直流靈敏度分析的作用是定量分析、比較電路特性對每個電路元器件參數(shù)的靈敏程度，主要用于分析指定的節(jié)點電壓對電路中電阻、獨立電壓源和獨立電流源、電壓控制開關(guān)和電流控制開關(guān)、二極管、雙極晶體管這五類元器件參數(shù)的靈敏度，并將計算結(jié)果以數(shù)值形式輸出，并不涉及圖形的輸出。而交流靈敏度分析的仿真結(jié)果則是分析不同頻率下各元器件對節(jié)點電壓或支路電流的影響情況，并繪出相應(yīng)的曲線。高級分析方法—靈敏度分析(Sensitivity

Analysis)高級分析方法—最壞情況分析(Worst

case)最壞情況分析和蒙特卡羅分析(Monte

Carlo)一樣，也是一種統(tǒng)計分析；它和蒙特卡羅分析一致，都得對器件容差進(jìn)行設(shè)置。使用軟件自帶范例，打開軟件安裝目錄下.\samples\Analyses\

Worst

Case

-Speech

Filter.ms14電路，在顯示區(qū)內(nèi)顯示圖1.107所示的語音濾波器。高級分析方法—噪聲系數(shù)(Noise

Figure)噪聲系數(shù)分析是指分析電路的噪聲系數(shù)，也就是求解輸入端信噪比/輸出端信噪比，單位常用“dB”。用來衡量加入信號中的噪聲值。使用軟件自帶范例，打開軟件安裝目錄下..\samples\Analyses\

Noise

Figure-RF

Amplifier.

ms14電路，在顯示區(qū)內(nèi)顯示圖1.110所示的射頻放大電路。使用軟件自帶范例，打開軟件安裝目錄下.\samples\Analyses\

Pole

Zero-Lowpass

Filter.ms14電路，在顯示區(qū)內(nèi)顯示圖1.113所示的低通濾波器。高級分析方法—零極點分析(Pole-Zero

Analysis)使用軟件自帶范例，打開軟件安裝目錄下..\samples\

Analyses\Transfer

Function-Inverting

Opamp.ms14電路，在顯示區(qū)內(nèi)顯示圖1.116所示的反相比例運算放大器。高級分析方法—傳遞函數(shù)分析(Transfer

Function)高級分析方法—傳遞函數(shù)分析(Transfer

Function)選擇菜單欄“Simulation→Analyses

and

simulation”,

在彈出的仿真對話框中選擇“Transfer

Function”,或者單擊仿真工具欄的Transfer

Function按鈕，彈出如圖1.117所示的參數(shù)設(shè)置對話框。高級分析方法—傳遞函數(shù)分析(Transfer

Function)圖1.116的反相比例運算放大器，很明顯其輸出電壓與輸入電壓之比為-2,圖1.117中的設(shè)置也就是為了計算電路的電壓增益。單擊“Run”按鈕后，彈出圖1.118所示的仿真結(jié)果，即輸出電壓/輸入電壓的數(shù)值。布線寬度分析就是計算制作PCB板時導(dǎo)線有效的傳輸電流所允許的最小導(dǎo)線寬度。在制作PCB板時，PCB的覆銅厚度限制了導(dǎo)線的厚度，而導(dǎo)線的電阻率與電流通過導(dǎo)線的橫截面積有關(guān)，那么導(dǎo)線的電阻主要取決于PCB板設(shè)計者對導(dǎo)線寬度的設(shè)置。高級分析方法—布線寬度分析(Trace

Width

Analysis)在實際電路中，通常需要對同一個電路進(jìn)行多種分析，例如對于一個放大電路，既需要進(jìn)行靜態(tài)工作點分析，又需要進(jìn)行直流掃描分析，還需要進(jìn)行參數(shù)掃描分析，可以通過批處理分析，將這些不同的分析功能放在一起，一次執(zhí)行。組合分析—批處理分析(Batched

Analysis)用戶自定義分析由用戶通過SPICE命令來定義某些仿真分析的功能，以達(dá)到擴充仿真分析的目的。組合分析—用戶自定義分析感謝觀看，再見！電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)系列教材EDA技術(shù)與設(shè)計EDA技術(shù)與設(shè)計常用模擬電路Multisim設(shè)計與仿真第二章電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)系列教材01單級放大電路設(shè)計與仿真(1)必須根據(jù)所用放大管的類型提供直流電源，以便設(shè)置合適的靜態(tài)工作點，并作為輸出的能源。對于三極管放大電路，電源的極性和大小應(yīng)使三極管發(fā)射結(jié)處于正向偏置，集電結(jié)處于反向偏置狀態(tài)，即保證三極管工作在放大區(qū)。(2)電阻取值要得當(dāng)，保證和電源搭配后使三極管具有合適的靜態(tài)工作電流。(3)電路設(shè)置要求輸入信號能有效地傳輸?shù)捷敵龌芈?。設(shè)計放大電路時必須遵循以下原則(1)使用Multisim軟件進(jìn)行原理圖仿真。(2)掌握仿真軟件調(diào)整和測量基本放大電路靜態(tài)工作點的方法。(3)掌握仿真軟件觀察靜態(tài)工作點對輸出波形的影響。(4)掌握利用特性曲線測量三極管小信號模型參數(shù)的方法。(5)掌握放大電路動態(tài)參數(shù)的測量方法。實驗?zāi)康膶嶒炓?1)設(shè)計一個分壓偏置的單管共射放大電路，調(diào)節(jié)基極偏置電阻，觀察電路出現(xiàn)飽和失真和截止失真的輸出信號波形，并測試對應(yīng)的靜態(tài)工作點的值。(2)放大器輸入端接入峰值為1mV的正弦信號，調(diào)節(jié)電路靜態(tài)工作點(調(diào)節(jié)偏置電阻),觀測電路輸出信號，使得輸出波形不失真。在此狀態(tài)下：①測量電路靜態(tài)工作點；②繪制三極管的輸入、輸出特性曲線，得到三極管小信號模型參數(shù)rbe

、β

、rae

的值；③利用示波器得到輸出波形，求出該放大電路的放大倍數(shù)；④仿真和測量電路的輸入電阻和輸出電阻；⑤測試電路的頻率特性，得到通頻帶BW。實驗步驟打開Multisim

14.0,在繪圖區(qū)繪制如圖2.1所示分壓偏置單管共射放大電路，其中滑動變阻器用于調(diào)節(jié)放大電路中晶體三極管的工作區(qū)域。(1)非線性失真分析從圖2.2所示三極管的輸出特性曲線可以看出，當(dāng)靜態(tài)工作點(Q點)處于放大區(qū)時，三極管才能處于放大狀態(tài)；當(dāng)靜態(tài)工作點接近飽和區(qū)或截止區(qū)時，都會引起失真。(2)正常放大狀態(tài)下的分析

1)靜態(tài)分析①仿真分析打開圖2.2的電路，放大電路要正常放大需要靜態(tài)工作點處于放大區(qū)，調(diào)節(jié)滑動變阻器使得靜態(tài)工作點盡量接近交流負(fù)載線的中心。選擇直流工作點分析(DC

Operating

Point)方法，圖2.9所示的靜態(tài)工作點是滑動變阻器選擇在15%,即滑動變阻器接入電阻為30kΩ時的仿真結(jié)果。實驗步驟實驗步驟②估算法利用Multisim查看晶體三極管2n2222A的模型電流放大倍數(shù)B-220同時理論估算發(fā)射結(jié)導(dǎo)通的電壓值，這里取Vee=0.7V。則③分析研究根據(jù)仿真分析和理論估算的數(shù)據(jù)對比，發(fā)現(xiàn)仿真分析中的電流放大倍數(shù)及發(fā)射結(jié)的導(dǎo)通電壓隨著電路靜態(tài)工作點變化而變化，比理論分析中的固定值更加符合實際電路，說明仿真實驗對實際電路的分析具有指導(dǎo)意義，并且靜態(tài)工作點的值比理論估算更接近實際電路。因此，接下來應(yīng)用仿真獲得的靜態(tài)工作點的值，分析三極管小信號模型參數(shù)。2)三極管小信號模型參數(shù)確定處于小信號線性放大器中的三極管可以用圖2.10所示的H參數(shù)小信號模型代替。實驗步驟3)電壓放大倍數(shù)的估算與測量①微變等效理論估算圖2.1所示放大器正常放大情況下的微變等效電路如圖2.18所示。圖中滑動變阻器放置在15%位置，三極管小信號參數(shù)取式(2.4)、式(2.5)、式(2.6)得到的結(jié)果。實驗步驟實驗步驟②仿真和測量電壓放大倍數(shù)在輸出電壓不失真的情況下，電路的電壓放大倍數(shù)常用示波器或電壓表進(jìn)行測量。用示波器仿真測量輸入和輸出波形，如圖2.19所示，依據(jù)電壓放大倍數(shù)的定義進(jìn)行估算，由于輸入峰值為1mV

的信號，因此測量的電壓放大倍數(shù)為4)放大電路輸入電阻和輸出電阻的估算與測量①微變等效理論估算圖2.18所示微變等效電路中，滑動變阻器放置在15%位置，則實驗步驟實驗步驟②使用電壓表和電流表測量輸入電阻和輸出電阻仿真測量輸入、輸出電阻可以采用定義分析。由定義R=V/I,用輸入電壓有效值和輸入電流有效值的比值獲得。因此在輸入端接入電壓表和電流表，如圖2.20所示。實驗步驟③使用交流掃描分析(AC

Sweep)測量輸入電阻和輸出電阻在圖2.20的輸入電阻的測量電路中，選擇菜單欄“Simulation→Analyses

and

Simulation”,在彈出的對話框中選擇“ACSweep”,頻率參數(shù)設(shè)置和輸出變量設(shè)置如圖2.22所示。實驗步驟5)測量電路的頻率特性①使用交流掃描分析測量通頻帶，打開圖2.1所示的共射放大電路，注意滑動變阻器仍放置于15%的位置。②使用波特圖儀測量頻率特性同樣打開圖2.1電路，接上波特圖儀，如圖2.26

(a)所示，輸入端和輸出端均連接波特圖儀，運行仿真即可得到圖2.26

(b)和圖2.26

(c)所示的幅頻特性曲線，以及圖2.26

(d)所示的相頻特性曲線。6)分析研究根據(jù)理論分析的靜態(tài)工作點、電壓增益、輸入電阻和輸出電阻的數(shù)據(jù)，比對仿真測量的數(shù)據(jù)，可知仿真分析數(shù)據(jù)與理論估算數(shù)據(jù)基本一致，說明仿真實驗對實際電路的分析具有一定的指導(dǎo)意義。同時通過Multisim提供的虛擬儀器電壓表、電流表測量輸入、輸出電阻以及波特圖儀測量頻率。實驗步驟實驗報告內(nèi)容(1)給出滿足一定技術(shù)指標(biāo)的分壓式單管共射放大電路原理圖。(2)給出電路飽和失真和截止失真時輸出電壓的波形圖，以及兩種狀態(tài)下三極管的靜態(tài)工作點，分析出現(xiàn)失真的原因。(3)調(diào)節(jié)靜態(tài)工作點，使得電路工作在不失真狀態(tài)。①給出三極管靜態(tài)工作點的測量值。②給出測量三極管輸入、輸出特性曲線和測量β、rbe

、rce值的實驗圖，并給出測量結(jié)果。③給出輸出波形圖，求出放大倍數(shù)，并與理論計算值進(jìn)行比較。④給出輸入電阻和輸出電阻的測量結(jié)果，并和理論計算值進(jìn)行比較。⑤給出電路的幅頻特性和相頻特性圖，并得出下限截止頻率無fL、上限截止頻率fH，以及帶寬BW的值。實驗報告內(nèi)容思考題(1)設(shè)計一個放大電路應(yīng)注意哪些原則?(2)溫度對放大電路有什么樣的影響?(可以使用溫度掃描分析(Temperature

Sweep)結(jié)果來說明)(3)耦合電容C1、C?和旁路電容Ce。對放大電路的頻率特性有什么影響?(可以使用參數(shù)掃描分析(Parametric

Sweep)結(jié)果進(jìn)行說明)(4)設(shè)計的共射放大電路在保持靜態(tài)工作點不變的前提下，改變信號的輸入端和輸出端，分別連接成共集組態(tài)的放大電路和共基組態(tài)的放大電路，測量電壓增益、輸入電阻、輸出電阻，以及通頻帶，并列表進(jìn)行比較。02差分放大電路設(shè)計與仿真(1)掌握差分放大電路的工作原理。(2)進(jìn)一步熟悉使用Multisim

14.0仿真工具輔助電路分析。(3)理解差分放大電路對溫漂的抑制作用。(4)掌握差分放大電路放大直流小信號時主要性能指標(biāo)的分析。(5)掌握分析差分放大電路傳輸特性曲線的方法。實驗?zāi)康?1)設(shè)計一個差分放大電路，要求空載時雙端輸出的差模增益AVD至少大于20。(2)利用溫度掃描分析檢測差分放大電路靜態(tài)工作點的溫漂特性。(3)電路輸入10mV的直流差模小信號，分別測試雙端輸出時的差模增益AvD

和單端輸出時的差模增益AvD?。(4)電路輸入1V的直流共模信號，分別測試雙端輸出的共模增益Avc和單端輸出的共模增益Avc?。(5)測量差分放大電路的傳輸特性曲線。實驗要求實驗內(nèi)容(1)觀測交流小信號下的差模電壓增益注意圖2.27的示波器連接方式，通道A的“+”“-”端分別連在兩個輸入端上，測量差分放大器兩個輸入端的電壓差，也就是差模輸入信號的波形，通道B的“+”“-”端分別連在兩個輸出端上，測量差分放大器兩個輸出端的電壓差，也就是差模輸出信號的波形。運行仿真，示波器上的波形如圖2.28所示。實驗內(nèi)容(2)檢測靜態(tài)工作點溫漂特性選擇Multisim軟件菜單欄“Simulation→Analyses

and

Simulation”,在彈出的仿真對話框中選擇"Temperature

Sweep",得到圖2.29所示的溫度掃描分析的參數(shù)設(shè)置對話框。實驗內(nèi)容(3)分析輸入直流差模小信號下的電壓增益差分放大電路不僅可以放大交流小信號，也可以放大直流小信號。將輸入信號修改為一對幅度值為±10mV的差模直流信號，并增加一個負(fù)載，如圖2.32所示，使用電壓表測量輸入和輸出的差模電壓，從而得到雙端輸出時的差模增益為(4)分析輸入直流共模小信號下的電壓增益將輸入信號修改為一對幅度值為1V的共模直流信號，并增加一個負(fù)載，如圖2.34所示，由于差放是完全對稱的兩個共射放大電路，因此共模輸入時，雙端輸出也是對稱的，雙端輸出時的共模增益幾乎為零。實驗內(nèi)容(5)測量差放的傳輸特性曲線放大電路輸出電壓與輸入電壓之間的關(guān)系稱為電壓傳輸特性，即v。=f(vi)。如果將差分放大電路的差模輸入信號vid作為輸入信號，令其幅度從零逐漸增大或減小，輸出端vod也將出現(xiàn)對應(yīng)的變化，得到的曲線就是差分放大路的電壓傳輸特性曲線。繪制電壓傳輸特性曲線可以借助Multisim的直流掃描(DCSweep)分析方法。實驗內(nèi)容實驗報告內(nèi)容(1)給出自行設(shè)計的差分放大電路原理圖，測量其空載時的差模增益。(2)給出差分放大電路對溫漂抑制特性的分析過程。(3)給出測量雙端輸出和單端輸出差模增益的電路，求出差模增益的值，并說明單端輸出時從Q1管輸出和從Q2管輸出的不同。(4)給出測量雙端輸出和單端輸出共模增益的電路，求出共模增益，并計算共模抑制比。(5)給出長尾式差分放大電路的原理圖，列表比較長尾式和恒流源式差分放大技術(shù)指標(biāo)的差別，并說明二者的特點。(6)給出電壓傳輸特性曲線，并對曲線進(jìn)行必要的說明。(1)觀察長尾式差分放大電路和恒流源式差分放大電路技術(shù)指標(biāo)的差別，思考它們的差模小信號等效電路是一致的，為什么差模增益仍有差別呢?(2)恒流源式差分放大電路中的恒流源在電路中起什么作用?(3)怎樣提高差分放大電路的共模抑制比和減小零點漂移?思考題03負(fù)反饋放大器設(shè)計與仿真幾乎所有的實用放大電路都要視實際需要引入不同的負(fù)反饋，以改善放大電路某些方面的性能。要設(shè)計一個負(fù)反饋放大器，首先需要保證未接反饋的基本放大電路已經(jīng)工作在放大區(qū)，這樣才能根據(jù)需求引入不同組態(tài)的負(fù)反饋。其次需要了解負(fù)反饋的四種組態(tài)：電壓串聯(lián)負(fù)反饋、電壓并聯(lián)負(fù)反饋、電流串聯(lián)負(fù)反饋和電流并聯(lián)負(fù)反饋的接入特點。概述概述最后要知道負(fù)反饋對性能影響的具體情況：(1)直流負(fù)反饋可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點。(2)串聯(lián)負(fù)反饋使放大器輸入電阻增大；并聯(lián)負(fù)反饋使放大器輸入電阻減??；電壓負(fù)反饋使放大器輸出電阻減??；電流負(fù)反饋使放大器輸出電阻增大。(3)負(fù)反饋可以使放大器的增益穩(wěn)定性提高。(4)負(fù)反饋可以使放大器的通頻帶展寬。(5)負(fù)反饋可以使由基本放大器引起的非線性失真有所改善。(1)熟悉兩級放大電路的設(shè)計方法。(2)掌握在放大電路中引入負(fù)反饋的方法。(3)掌握放大器性能指標(biāo)的測量方法。(4)加深理解負(fù)反饋對電路性能的影響。(5)進(jìn)一步熟悉利用Multisim仿真軟件輔助電路設(shè)計的過程。實驗?zāi)康?1)設(shè)計一個正常放大的兩級電壓放大電路，要求電壓增益大于100。(2)測試兩級放大電路動態(tài)技術(shù)指標(biāo)，包括電壓增益、輸入電阻、輸出電阻及通頻帶。(3)給兩級放大電路引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋，測試引入反饋后電路的電壓增益、輸入電阻、輸出電阻及通頻帶，分析反饋前后的變化。(4)分析負(fù)反饋前后對非線性失真的影響。實驗要求實驗內(nèi)容(1)兩級放大電路的靜態(tài)工作點分析打開NIMultisim

14.0,在繪圖區(qū)內(nèi)繪制如圖2.39所示的電路圖，斷開負(fù)反饋的開關(guān)，使電路工作在開環(huán)狀態(tài)。選擇菜單欄“Simulation→Analyses

and

Simulation”,在彈出的仿真對話框中選擇“DC

Operating

Point",并將兩級放大電路中起放大作用的三極管Q1、Q2、Q3的靜態(tài)工作點均添加至分析變量列表中(如圖2.40(a)所示),單擊“Run”按鈕，得到圖2.40

(b)所示的仿真結(jié)果，可以看出三個放大管均處于放大區(qū)中。實驗內(nèi)容(2)放大電路開環(huán)下動態(tài)性能的仿真同樣在圖2.39的開關(guān)斷開狀態(tài)下，按照2.1節(jié)分析單管共射放大電路動態(tài)指標(biāo)的方法，分析兩級放大電路的動態(tài)指標(biāo)。放大器的電壓增益可以根據(jù)圖2.41所示的示波器波形的峰值比值求得，或者通過在輸入端和輸出端分別接電壓表測出有效值后求得。實驗內(nèi)容而輸入電阻、輸出電阻及通頻帶，均可根據(jù)交流掃描分析獲得相應(yīng)的頻率特性曲線，讀取相應(yīng)的數(shù)據(jù)獲得(步驟和方法詳見2.1節(jié))。圖2.42給出了相應(yīng)的仿真結(jié)果，讀者可以將測量結(jié)果填表2.1中。(3)放大電路閉環(huán)下動態(tài)性能的仿真打開圖2.39的電路，將反饋支路的開關(guān)合上，引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋。圖2

.43給出了通過電壓表測量輸出電壓有效值和輸入電壓有效值的方法得到的閉環(huán)電壓增益值，讀者可以根據(jù)自己設(shè)計的電路將數(shù)據(jù)填入表2.1中。實驗內(nèi)容(4)負(fù)反饋對非線性失真的影響由于組成放大電路的晶體管是非線性的，當(dāng)輸入信號幅度較大時，放大電路的輸出因部分進(jìn)入飽和區(qū)或截止區(qū)而產(chǎn)生非線性失真。引入負(fù)反饋后，可使這種由于放大電路內(nèi)部產(chǎn)生的非線性失真減小。①放大電路在開環(huán)時產(chǎn)生非線性失真②放大電路在閉環(huán)時減小非線性失真實驗內(nèi)容實驗內(nèi)容(5)分析反饋電阻與反饋系數(shù)的關(guān)系打開圖2.43的閉環(huán)電路，反饋系數(shù)是反饋量與輸出量的比值，圖2.43中反饋量是反饋網(wǎng)絡(luò)引到Q2管基極的電壓，也就是圖中的V(8),因此反饋系數(shù)就是V(8)/V(13);而閉環(huán)的電壓增益是V(13)/V(11)。(1)給出自行設(shè)計的兩級放大電路原理圖，提供兩級靜態(tài)工作點數(shù)據(jù)，并說明放大器設(shè)計依據(jù)。(2)給出電壓串聯(lián)負(fù)反饋接入前后放大電路的電壓增益、輸入電阻、輸出電阻及通頻帶的測量值。(3)改變輸入信號幅度，觀察非線性失真情況，說明負(fù)反饋減小非線性失真的特性。(4)給出參數(shù)掃描分析觀察反饋電阻與反饋系數(shù)和閉環(huán)增益的關(guān)系，記錄數(shù)據(jù)并分析仿真結(jié)果。實驗報告內(nèi)容(1)分析放大器的上下限頻率和電路中的哪些參數(shù)有關(guān)?(2)圖2.39的電路除了引入電壓串聯(lián)負(fù)反饋外，還可以引入哪幾種負(fù)反饋?使用Multisim軟件畫出電路圖，仿真并說明這幾種反饋類型對電路性能的影響。思考題04階梯波發(fā)生器設(shè)計與仿真(1)掌握階梯波發(fā)生器電路的結(jié)構(gòu)特點。(2)掌握階梯波發(fā)生器電路的工作原理。(3)熟悉使用仿真軟件輔助完成復(fù)雜電子項目的設(shè)計。實驗?zāi)康牟捎眉蛇\算放大器等模擬器件構(gòu)成的階梯波發(fā)生器原理方框圖如圖2.49所示。實驗原理實驗要求(1)設(shè)計一個周期性階梯波電路。(2)要求階梯波周期在20～30ms之間。(3)要求至少產(chǎn)生3個臺階。(4)要求一個周期階梯波的電壓范圍在8～10V之間。(5)要求改變電路元器件參數(shù)，確定影響階梯波個數(shù)、電壓范圍和周期的元器件。(6)使用直流掃描(DCSweep)分析繪制結(jié)型場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線，分析場效應(yīng)管參數(shù)IDss對積分電路放電的影響。實驗步驟(1)方波發(fā)生器在Multisim繪圖區(qū)繪制如圖2.54所示的方波發(fā)生器仿真電路。圖中穩(wěn)壓管D?、D?起限幅作用，決定方波輸出幅度，R?是限流電阻，時間常數(shù)R?C?和方波周期成正比，R1、R?構(gòu)成正反饋網(wǎng)絡(luò)，R1/R?的值影響方波的周期。實驗步驟(2)微分限幅電路圖2.50使用RC

微分電路將方波信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡p向尖脈沖信號，由于目標(biāo)信號為單向階梯波形，因此通過限幅二極管將雙向脈沖信號轉(zhuǎn)變?yōu)閱蜗蛎}沖信號。于是微分和限幅就聯(lián)系在一起了，如圖2.56所示的仿真電路和仿真波形。實驗步驟(3)積分器電路為了理解積分器電路，這里將積分器模塊獨立出來，通過仿真圖2.58

(a)來輔助分析。假設(shè)輸入脈沖信號V?的幅度設(shè)置為1.5V,周期為1ms,占空比為1%,也就是脈寬為10

μs,通過前面的式(2.8)可計算得到每個臺階的高度約為1.5V。實驗步驟(4)遲滯比較器利用式(2.9),令VR=

15V,由于運放在非線性區(qū)時的輸出電壓VoH和VoL與運放的直流供電電壓有關(guān)，設(shè)計時運放的供電電壓為±15V,理論計算時，令VoH=15V,VoL=-15V,如果正反饋支路的三個電阻取相同的值，由式(2.9)能得到兩個門限電壓分別為0和-10V。按照這樣的思路設(shè)計得到如圖2.60所示的反相輸入遲滯比較器。(5)電子開關(guān)本設(shè)計使用結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)作為電子開關(guān)。當(dāng)遲滯比較器輸出為負(fù)飽和值時，JFET處于夾斷狀態(tài)；當(dāng)遲滯比較器輸出跳變?yōu)檎柡椭禃r，JFET處于導(dǎo)通狀態(tài)，如圖2.62所示，將電子開關(guān)連接至積分電路的積分電容兩端。實驗步驟(1)給出階梯波發(fā)生器仿真實驗原理圖。(2)介紹電路的工作原理。(3)設(shè)計電路中各元件參數(shù)的相關(guān)計算結(jié)果。(4)給出Multisim分段測試的仿真波形。(5)給出實際硬件電路圖。(6)繪制場效應(yīng)管的轉(zhuǎn)移特性曲線，分析場效應(yīng)管的IDss對階梯波的影響。實驗報告要求(1)調(diào)節(jié)電路中哪些元器件的值可以改變階梯波的周期?(2)調(diào)節(jié)電路中哪些元器件的值可以改變階梯波的輸出電壓范圍?(3)調(diào)節(jié)電路中哪些元器件的值可以改變階梯波的階梯個數(shù)?(4)階梯波電路中比較器電路的作用如何?(5)若階梯波電路輸出正階梯，如何改進(jìn)設(shè)計?思考題感謝觀看，再見！電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)系列教材EDA技術(shù)與設(shè)計EDA技術(shù)與設(shè)計Cadence/OrCAD

PSpice16.6基本應(yīng)用第三章電子信息科學(xué)與工程類專業(yè)系列教材01Cadence/OrCADPSpice16.6簡介PSpice主要分兩大部分，一部分稱為PSpiceA/D,也稱為模擬和數(shù)字混合信號仿真器，可以仿真模擬電路，也可以仿真數(shù)字電路，以及模數(shù)混合仿真；另一部分稱為PSpiceAA(AdvancedAnalysis)模塊，提供一些高級的分析方法，包括靈敏度分析、優(yōu)化分析、電應(yīng)力分析、蒙特卡羅分析等，可以幫助提高設(shè)計性能，優(yōu)化成本，并提高可靠性。本書僅介紹PSpiceA/D部分的應(yīng)用。簡介PSpice源于模擬電路仿真的SPICE(Simulation

Programwith

Integrated

Circuit

Emphasis),

SPICE軟件于1972年由美國加州大學(xué)伯克利分校的計算機輔助設(shè)計小組利用FORTRAN語言開發(fā)而成，主要用于大規(guī)模集成電路的計算機輔助設(shè)計。同時在隨后的幾年內(nèi)，陸續(xù)推出改進(jìn)版本，比較有影響的是SPICE2和SPICE3系列。1988年SPICE被定為美國國家工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。與此同時，各種以SPICE為核心的商用模擬電路仿真軟件，在SPICE的基礎(chǔ)上做了大量實用化工作，從而使SPICE成為最為流行的電子電路仿真軟件。PSpice起源PSpice的特點(1)豐富的仿真元器件庫元件庫是仿真的精髓，找不到元件再強大的仿真功能也沒有用。PSpice包括了3萬多種可以直接進(jìn)行仿真的元器件，以及各種數(shù)學(xué)函數(shù)和行為模型，使仿真更為高效。(2)強大的集成功能從OrCAD

Capture繪制電路圖，調(diào)用PSpice

A/D進(jìn)行仿真，到高整合度的互動界面，以及強大的波形顯示、分析和后處理表達(dá)式的支持功能深入探索仿真結(jié)果，直至調(diào)用PSpice

AA(Advanced

Analysis)來優(yōu)化設(shè)計電路的特性，最后到用OrCAD

PCB

Editor進(jìn)行印刷板設(shè)計，所有步驟全部在OrCAD集成環(huán)境中完成，無須頻繁切換工作環(huán)境。PSpice的特點(3)完整的分析和顯示功能除了可以完成基本的分析功能如偏置點分析(Bias

Point)、直流掃描分析(DC

Sweep)、交流分析(AC

Sweep)、瞬態(tài)分析(Transient

Analysis),還可以完成溫度分析(Temperature

Sweep)、參數(shù)分析(Parametric

Sweep)、傅里葉分析(Fourier

Analysis)、蒙特卡羅分析(Monte

Carlo)、最壞情況分析(Worst

case)、噪聲分析(Noise)等功能。并且PSpice還提供了一套專門用于觀測和測量仿真結(jié)果的Probe程序，它可以測量出電路參數(shù)和性能特性函數(shù)，如波特圖、直方圖等。(4)數(shù)?；旌戏抡婀δ艹四M電路的仿真功能外，還可以進(jìn)一步執(zhí)行數(shù)字電路以及模數(shù)混合仿真功能。數(shù)字電路仿真包含數(shù)字最壞情況時序分析(digital

worst-case

timing)以及自動查錯的功能。(5)模塊化和層次化設(shè)計功能PSpice支持模塊化和層次化設(shè)計的功能，對于復(fù)雜電路的設(shè)計可以先依據(jù)其特性及復(fù)雜度分成適當(dāng)數(shù)量的子電路，待相關(guān)的子電路一一設(shè)計完成后，再將它們組合起來仿真，調(diào)整參數(shù)，直到滿足相應(yīng)的性能指標(biāo)時，整個電路的設(shè)計才算完成。PSpice的特點(6)提供多種高級分析工具PspiceAA模塊提供多種高級分析工具，包括靈敏度(Sensitivity)分析工具、優(yōu)化(Optimizer)分析工具、電應(yīng)力(Smoke)分析工具、蒙特卡羅(Monte

Carlo)分析工具，以及參數(shù)測繪儀(Parametric

Plot)工具。PSpice的特點(7)支持模擬行為級仿真對于復(fù)雜或尚未設(shè)計完成的子電路，用戶可以用模擬電路行為特性的描述方式進(jìn)行仿真，不需真實電路，從而大大減小仿真復(fù)雜度。利用行為模擬器件也使得仿真系統(tǒng)層的電路變得更為方便，甚至還可以推廣到非電子電路系統(tǒng)的仿真和分析。PSpice的特點PSpice的特點(8)利用SLPS接口實現(xiàn)和MATLAB的聯(lián)合仿真SLPS是Cybernet

Systems公司與Cadence

Design

System公司共同開發(fā)的協(xié)同仿真工具，是MATLAB和PSpice的界面接口工具，借助SLPS可以將PSpice電路模型添加到mdl模型中，同時處理復(fù)雜電路和控制系統(tǒng)仿真，綜合利用了兩種軟件各自的優(yōu)點進(jìn)行協(xié)同仿真。而且新版本增加了支持在Simulink中調(diào)用多個SPLS塊的功能，真正實現(xiàn)兩種軟件的無縫結(jié)合。(1)OrCAD

Capture它是PSpice的前端主程序模塊，相當(dāng)于軟件的“面包板”,使用者可以在上面畫好電路圖后調(diào)用PSpice進(jìn)行電路仿真和顯示結(jié)果。通過Capture的菜單可以調(diào)用和控制其他程序模塊運行，可以根據(jù)需要創(chuàng)建、編輯和管理各類模擬電路、數(shù)字電路及數(shù)?；旌想娐穲D，設(shè)置仿真分析類型和參數(shù)，然后運行和分析仿真結(jié)果。Cadence/OrCADPSpice組件Cadence/OrCADPSpice組件(2)PspiceA/D其界面如圖3.1所示，主要負(fù)責(zé)執(zhí)行模擬、數(shù)字或混合式電路的仿真，并為仿真計算結(jié)果提供進(jìn)一步的觀察與分析。不但可以顯示電路中的各個電壓、電流、功率以及噪聲等重要電氣特征量的波形和數(shù)值，而且還可以利用其強大的數(shù)據(jù)處理功能顯示更多重要的輸出統(tǒng)計數(shù)據(jù)。Cadence/OrCADPSpice組件(3)PSpice

Advanced

Analysis(AA)PSpice

AA界面如圖3.2所示。它以PSpice

A/D分析為基礎(chǔ)，通過高級分析工具來提高設(shè)計電路的性能及可靠性。PSpice

AA中的Optimizer工具可以用于電路設(shè)計的優(yōu)化，使用者可以運用該軟件自動計算出使電路特性達(dá)到各項規(guī)格要求的各個元器件值，大幅度縮短設(shè)計過程中常出現(xiàn)的“嘗試錯誤”(Trial

and

Error)時間。Cadence/OrCADPSpice組件(4)Model

Editor通過此工具使用者可以自行利用元件的Datasheet,通過描點法構(gòu)建PSpice元件庫中未提供的元器件?？梢越５脑骷ㄒ韵?1種：二極管(Diode)、晶體三極管(BJT)、結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)、絕緣柵型場效應(yīng)管(MOSFET)、絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)、運算放大器(Operational

Amplifier)、電壓比較器(Voltage

Comparator)、調(diào)壓器(Voltage

Regulator)、基準(zhǔn)電壓源(Voltage

Reference)、磁芯(Magnetic

Core),以及達(dá)林頓管(Darlington

Transistor）。Cadence/OrCADPSpice組件(5)Stimulus

Editor它可以編輯多種模擬與數(shù)字信號，相當(dāng)于“信號發(fā)生器”,模擬信號可以生成指數(shù)信號源(EXP)、脈沖信號源(PULSE)、分段線性信號源(PWL)、調(diào)頻信號源(SFFM),以及正弦信號源(SIN)。數(shù)字信號可以生成周期性的時鐘信號(Clock)、非周期的數(shù)字信號(Signal)和總線信號(Bus)等。其界面如圖3.4所示。Cadence/OrCADPSpice組件(6)Magnetic

Parts

Editor即磁性器件編輯器，其界面如圖3.5所示，它是用來進(jìn)行磁性元件設(shè)計的一種工具軟件。使用者可以設(shè)計電力變壓器、正激轉(zhuǎn)換器、反激轉(zhuǎn)換器和直流電感器等磁性元件。此外，用戶還可以用其生成模型的設(shè)計組件，產(chǎn)生制造商按照最終用戶數(shù)據(jù)要求創(chuàng)造的磁性元件，維持?jǐn)?shù)據(jù)庫的商用組件，如內(nèi)核、電線、絕緣材料，用于磁力的設(shè)計過程等。PSpice

16.6新增功能—PSpice學(xué)習(xí)資料新版本為初學(xué)者和大學(xué)生們提供了仿真實例和教程，使用者可以在Capture的界面下，通過單擊菜單欄中的“Help→Learning

Resources”得到。這些學(xué)習(xí)資源便于電氣電子工程師們，尤其電氣專業(yè)的大學(xué)生們學(xué)習(xí)各種電氣基本理論、電子器件以及電子設(shè)計相關(guān)的典型電路。圖3.6左邊資源列表所示包含：基本電路定律、RLC回路、AC電路、三相電路、二極管、三極管、運算放大器，以及開關(guān)電源范例等。新版本增加了如圖3.7所示的快捷菜單，選擇一些常見器件就可以不需要加載庫文件，只需直接選擇該菜單下的元件即可。從而在選擇常用器件時節(jié)省了時間，提高了繪制電路圖的效率。PSpice

16.6新增功能—快速放置PSpice器件的菜單PSpice

16.6新增功能—支持CPU的多核工作首先打開一個命令輸入窗口，步驟為：開始菜單，選擇運行，在運行窗口中輸入：cmd,打開dos命令窗口。其次將路徑標(biāo)識符改變到范例所在的文件，然后運行命令：psp

cmdmulticore.cir,得到如圖3.8所示的結(jié)果。說明運行時間為106.92s。PSpice

16.6新增功能—設(shè)置節(jié)點極限值新版本在任選項中增加了設(shè)置節(jié)點極限值，以解決在仿真過程出現(xiàn)的數(shù)據(jù)溢出錯誤(INTERNALERROR

-

Overflow,Convert)。設(shè)置步驟：單擊，打開Edit

Simulation

Profile頁面，選擇Option→Advanced

Options,得到圖3.11所示的用戶設(shè)置頁面。PSpice

16.6的數(shù)據(jù)文件存儲格式有所升級，提供32位和64位兩種精度選擇。默認(rèn)情況下，PSpice選擇64位的數(shù)據(jù)精度。改變精度的方法是：打開Edit

Simulation

Profile對話框，選擇DataCollection標(biāo)簽頁，如圖3.12所示，可以在Probe的兩個單選項中進(jìn)行選擇。PSpice

16.6新增功能—數(shù)據(jù)精度升級為64位新版本的ModelEditor提供將IBIS模型轉(zhuǎn)換成PSpice模型的工具。打開ModelEditor軟件，在菜單欄中的Model選項下選擇IBISTranslator，得到如圖3.13的對話框。選擇需要轉(zhuǎn)換的IBIS模型文件，然后單擊左下角的“OK”按鈕就可以完成模型的轉(zhuǎn)換。PSpice

16.6新增功能—提供將IBIS模型轉(zhuǎn)換成PSpice模型的工具PSpice

16.6新增功能—PSpice模型文件的加密功能模型加密是為了將芯片的內(nèi)部關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行保護。PSpice

16.6增加了密碼學(xué)中的高級加密標(biāo)準(zhǔn)(AES,AdvancedEncryption

Standard),AES已經(jīng)成為對稱密鑰加密中最流行的算法。AES比三重DES加密速度快，并和三重DES一樣安全。PSpice

16.6支持選擇多種加密方式，圖3.14所示為加密后的PSpice模型文件，無法用記事本看出內(nèi)部的描述了。在PSpice

16.5或者之前的版本，如果只是在Capture中畫原理圖時，單擊，或者菜單欄Edit下的undo,可以撤銷修改的動作。但是如果一且運行仿真，構(gòu)建過網(wǎng)表，再回到Capture界面中，撤銷按鈕就變?yōu)榛疑?無法恢復(fù)剛才的動作了。PSpice

16.6的改進(jìn)就是在仿真后仍可以撤銷。PSpice

16.