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Multisim数字电路仿真快速上手教程
&&简单介绍了怎样使用multisim实现数字逻辑电路仿真
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电子电工仿真实验教程(Multisim)
贵州大学 EDA 技术教学电子资源电子电工仿真实验教程摘 要本教程涉及 Multisim10 在电工 学、电路分析、模拟电路、数字电路和高频电子电路中的 应用。第一部分通过实例介绍常用仪器仪表的测量方法和高级 命令分析方法，主要应用了安 培表、伏特表、万用表 、信号发生器、示波器、波特图示仪、失真度测量仪、字符发生器、 逻辑转换仪、逻辑分析仪、网络分析仪、频谱分析仪等常用电子仪器 ；在这一部分还应用了 安捷伦（ Agilent ）示波器、信号源、万用表 ，以及泰克（ Tektronix ）示波器、信号实时监测 表等；并重点介绍了电路的直流工作点分析 、交流分析、瞬态分析、温度扫描分析 、参数扫 描分析、蒙特卡罗分析等常用分析方法 。读者可依据所选教材、侧重内容、学习进度适当取 舍。参考书目推荐：1 ． 李良荣 罗伟雄 杨鲁平等 .《 EWB9 电子设计技术》 ，北京：机械工业出版社，2007.7 。 2 ． 李良荣 周骅 林洁馨等 . 《 EDA 技术及实验》 ，成都：电子科技大学出版社， 2008.8 。 3 ． 李良荣 罗伟雄 杨鲁平等 . 《现代电子设计技术》 ，北京：机械工业出版社， 2004.7 。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”1贵州大学 EDA 技术教学电子资源第一章 Multisim 10 基本应用第一节 资源简介1．Multisim 10 设计界面设计界面如图 1-1-1 所示，元器件工具条 系统工具条 主菜单设计工具条 仿真开关 查看工具条 虚拟器件工具条 正在使用的元件列表仪表工具条设计管 理窗口设计工作窗口设计翻页标签图 1-1-1 Multisim10 的工作界面 2. 元件工具条 主数据库的元器件资源如图 1-1-2 所示。图 1-1-2 元件库资源李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 2贵州大学 EDA 技术教学电子资源选择元器件工具条中每一个按钮都会弹出相应的元器件选择窗口，如图 1-1-3 所示是 元件组的器件选择界面，其中一个 Group（元器件组）有多个 Family（元器件系列） ，每一个 元器件系列有多个 Component （器件） 。数据库 选择确定 电路符号 关闭窗口 元 器 件 选 元器件组 择窗口 功能描述 详细资料报表 模型数据报表 模型商 模型名 元件系列 封装商 封装类型 应用帮助 器件搜索超连接也叫封装名图 1-1-3 通用器件选择窗口3. 仪器工具条仪表工具条如图 1-1-4 所示，它是进行虚拟电子实验和电子设计仿真的最快捷而又形象 的特殊工具，各仪表的功能名称 与 Simulate 菜单下的虚拟仪表相同，如图 1-1-5 所示。图 1-1-4仪表工具条李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”3贵州大学 EDA 技术教学电子资源图 1-1-5 虚拟仪表名称4. 设计窗口翻页在窗口中允许有多个项目 ，点击如图 1-1-1 所示下部的翻页标签，可将其置于当前视窗。5. 设计管理器如图 1-1-1 所示左边的设计管理器可以将所有打开的设计项目中的任何一页置为当前设 计窗口，可以利用设计工具条中的 按钮开启/关闭。6. 设计工具条设计工具条如图 1-1-6 所示：图 1-1-6 李良荣 设计工具条 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”4贵州大学 EDA 技术教学电子资源（ 1） （ 2） 据表。 （ 3） 编辑。 （ 4） （ 5） （ 6） （ 7） （ 8） （ 9） （ 10 ） (11) （ 12 ） (13)层次项目栏按钮 （ Toggle Project Bar ） ，用于设计管理器的开启 / 关闭。 层次电子数据表按钮 （ Toggle Spreadsheet view ） ，用于开关当前电路的电子数数据库按钮（ Database management ） ，可开启数据库管理对话框，对元件进行元件编辑器按钮（ Create Component ） ，用于调整或增加 、创建新元件。 分析结果示窗按钮，其后的箭头下拉菜单选择分析命令。 后处理器窗口开 / 关，可以对已分析过的数据进行综合处理。 电气规则检查按钮。 屏幕捕捉器按钮 。 返回顶层按钮 。 由 Ultiboard 反注释到 Mutisim 。 注释到 Ultiboard 10 。 使用中的元件列表 ，列出了当前电路中用过的全部元件种类 。 Multisim 的帮助文件。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”5贵州大学 EDA 技术教学电子资源第二节电工原理电路的分析与测试一、欧姆定律验证1．目的： （1） 学习并掌握欧姆定律； （2） 验证欧姆定律。 2．原理： 欧姆定律 3.实验电路 电路如图 1-2-1 所示。 4.理论分析 图 1-2-1 所示电路中，电源电压为 10V ，负载电阻 为 10 Ω，理论值电流I?U RI?5.仿真分析U 12 ? ? 1 .2 A R 10图 1-2-1欧姆定律实验电路在 Multisim10 的设计界面中，从虚拟器件工具条中点击 V1 和点选 放置 ；从快捷工具条中点击 图标，然后选择图标，然后选择放置电源放置电阻 R1 ，双击 R1, 在 （电流表） 、 （电压弹出窗口中修改 R1 的值，再从虚拟器件工具条中点击图标，选择表） ， 连接电路如图 1-2-2 所示， 然后点击屏幕右上角的仿真开关， 仿真结果也示于图中。（图中使用欧制符号系统 ，要进行美制/欧制符号系统的转换可通过主菜单 Options/Global李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 6贵州大学 EDA 技术教学电子资源Preferences…，在参数设置窗口的 Parts 标签下选择 ANSI/DIN 实现） 。图 1-2-2 欧姆定律验证 结论： 实验数据与理论计算结果相符合。思考 ： 试修改电路参数，用 Multisim10 验证欧姆定律，体会 Multisim10 仿真的特点。二、串联电路测试1.目的： （1） 学习串联电路的定律、特性，验证其规律。 （2） 熟悉测量仪表的使用。 2.原理： （1） 串联电路中各部分的电流相等，等于电路的总电流； （2） 串联电路中总电压等于各部分电压之代数和。 3.实验电路： 实验电路如图 1-2-3 所示。 4.实验及仿真 （1）建立电路 图 1-2-3 串联电路1) 串联电路的总电压与各支路分电压的关系实验：调用电阻器件 ，修改阻值，调用电压 表后连接电路如图 1-2- 4 所示，点击屏幕右上角的仿真开关 结论分析： 电路的总电压为电源电压李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 7，结果也示于图中。贵州大学 EDA 技术教学电子资源U ? E ? 12V图 1-2-4 串联电路的电压仿真结果 串联电路中U ? U1 ? U 2 ? U 3即U ? 0.858 ? 4.286 ? 6.856 U ? 12V【注】在实际电路实验时是有误差的 。误差原因很多，如元器件参数误差、测量工具误 差、测量读数误差、数据计算中的约数等，这些都会造成误差，以后不再阐述 。 理论计算： 串联电路的总电阻 电路总电压 电路总电流R ? R1 ? R 2 ? R3 ? 14KΩ U ? 12VU 12 ? ? 10 ? 3 R 14 I ? 0 .857 mA I ?各电阻上的电压V 1 ? IR1 ? 0.857 V V 2 ? IR 2 ? 4.285 V V 3 ? IR 3 ? 6.856 V结论：理论计算与实验结果相符，串联电路的总电压等于各支路电压之代数和。 2）串联电路的总电流与各支路电流的关系实验：连接仿真仪表后电路如图 1-2-5 所示， 仿真结果也示于图中。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 8贵州大学 EDA 技术教学电子资源图 1-2-5 串联电路的电流 仿真结果 结论：从图 1-2-5 中可以看出，串联电路的总电流等于电路中各部分的电流。思考： 任意调整电路中的参数（电源原理。V1 和电阻的值） ，反复实验 ，以验证串联电路三、并联电路测试1.目的： （1）学习并联电路的定律、特性，验证其规律。 （2）进一步学习、掌握 Multisim10 的仪表应用。 2.原理： 并联电路的总电压等于各支路电压；并联电路的总电流等于各支路电流之代数和。 3.实验电路： 实验电路如图 1-2-6 所示。 4.实验及仿真 电流测试： 建立实验电路，添加实验仪表后如图 1-2-7 所示，仿真结果也示于图中。 电压测试： 添加仪表后电路如图 1-2-8 所示，仿真结果也示于图中。 并联电路的总电压等于各支路电压。 5.分析李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 9贵州大学 EDA 技术教学电子资源图中 U4 表读数为串联电路的总电流I ? 0.016A图 1-2-6并联电路的实验电路图 1-2-7 实验电路及仿真结果U1、U2、U3 表读数分别为 R1、R2、R3 支路电流I 1 ? 0.012 A I 2 ? 2.402 mA ? 0.0024 A I 3 ? 1.499 mA ? 0.0015 A总电流I ? I 1 ? I 2 ? I 3 ? 0.0159 A理论计算： 电路的总阻值1 1 1 1 ? ? ? R R1 R 2 R3R ? 755?图 1-2-8 并联电路的电压测试电路的总电压U ? 12V则，电路的总电流 I ?U R 12 ? 0.0I?并联电路电压不变 ，总电流等于各支路电流之和，各支路电流的电流也用上述公式计算 ， 只是将电阻值分别用 R1、R2、R3 的值代入即可，在此不作详细计算 。 结论： 由理论计算与实验结果对照，并联电路的总电流等于各支路电流之和，各支路电 压相等。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 10贵州大学 EDA 技术教学电子资源思考：任意改变电路参数（电压值或电阻值，添加支路等） ，反复实验 、验证并联电路理论。四、电路功率的测量方法1.目的： （1）学习功率计的使用方法 ； （2）学习电功率的基本原理。 2.基本原理 电功率是一个重要的参数， 主要指电源提供的功率和电路消耗的功率两大类。 如图 1-2-9 所示，电源提供的最大功率是指电压提供的最大电流与其能输出的最大电流之积Ps ? U s I s电路消耗的功率是指通过用电器的电流与在用电器上产生的电压降之 积 图 1-2-9 原理图P ? IU一般情况下，电源提供的功率等于用电器消耗的功率 。另外，用电器上消耗的功率通过 其等效电阻来换算P ? I 2R P?3.实验电路： 实验电路如图 1-2-10 所示，电路中电源电压为 12V，负载等效电阻为 10Ω，那么电路消 耗的功率理论计算为U2 RP?U 2 12 2 ? ? 14.4 W R 1011李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源功率计（仪表工具条的第 4 个）连接如图 1-2-11 所示，运行仿真，测试结果示于图中。双击图 1-2-10 实验电路图 1-2-11 功率计的连接及实验结果李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”12贵州大学 EDA 技术教学电子资源第三节 电路分析基础一、网络的线性性关系研究1.实验目的： (1) 理解线性网络的线性性关系。 (2) 了解和掌握 Multisim10 的测量设备。 2.基本原理： 在含有一个独立源的线性网络中 ， 每一个电流和电压响应与该独立源的数值成线性关系。 3.实验电路： 实验电路如图 1-3-1 所示。图 1-3-1 线性性研究实验电路 4.添加仪表及仿真 添加仪表后的实验电路如图 1-3-2 所示，Vs 为可调电源，取不同值时电路的仿真结果如 图 1-3-2、3-2-3 所示。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”13图 1-3-2 Vs=5V 时的仿真结果贵州大学 EDA 技术教学电子资源图 1-3-3添加仪表及仿真结果5.结论分析 从图 1-3-2 和 3-2-3 中可以看出，支路上的电压与电源电压成线性关系 ，其电流也与电 源电压成线性关系。二、线性网络的叠加原理研究 1.实验目的 理解和掌握线性网络的叠加原理 2.基本原理 在含有多个独立源的线性网络中 ，任一支路上的电流或电压响应可以看成是每一个独立 源单独激励所产生响应的代数和。 3.实验电路 实验电路如图 1-3-4 所示。 （1）要求测试节点“2”处的电压（在窗口的空白处点击鼠标右键 ，的弹出式菜单中选 择 ，在弹出窗口的 翻页标签中选中 ，即可显示节点，它是绘图时计算机根据连接顺序自动产生的，不需要修改 ） 。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 14贵州大学 EDA 技术教学电子资源（2）测试通过 R3 的电流。 4.理论计算 计算“2”的电压响应： （1）根据叠加原理计算节点“2”处的电压： 第一步，短路 V2，电路如图 1-3-5 所示。我们先计算“1”节点的电压值“ V 11 ” ：图 1-3-4叠加原理实验电路图 1-3-5 仅 V1 独立源作用( R 2 ? R 4) // R3 ? V1 R1 ? ( R 2 ? R 4) // R3 300 ? 100 300 ? 100 ? 8＝1.6 V V 11 ? 300 ? 100 300 ? 300 ? 100 V 11 ?再计算节点“2”的电压V 21 ?R4 ? V 11 ? 0.8 V R2 ? R4第二步，短路 V1，电路如图 1-3-6 所示，计算“2”节点的电压 V 22( R1 // R3) ? R 2 ? V2 ( R1 // R3) ? R 2 ? R 4 75 ? 150 V 22 ? ? 15 ? 9 V 75 ? 150 ? 150 V 22 ?第三步，两个独立源同时作用时 在节点“2”处的 电压“ V ”李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 15图 1-3-6 独立源 V2 作用贵州大学 EDA 技术教学电子资源V ? V 21 ? V 22 ? 9.8 V（2）根据叠加原理计算通过 R3 的电流： 前面我们已经计算出 V1 独立源作用时的节点 “1”处的电压 V 11 ? 1.6 V ，那么，通过 R3 的电流为“ I 11 ”I11 ?V 11 1.6 ? ? 16 mA R3 100独立源 V2 作用时 ， “1”节点的电压为“ V 12 ”V 12 ?V 12 ?R1 // R3 ? V2 ( R1 // R3) ? R 2 ? R 475 ? 15 ? 3 V 75 ? 150 ? 150那么独立源 V2 作用时 ，通过 R3 的电流为“ I 12 ”I12 ?V 12 3 ? ? 30 mA R3 100两个独立源共同作用 （叠加） ，通过 R3 的电流“ I ”I ? I11 ? I12 ? 46 mA5.实验及仿真 （1）测试节点“2”处的电压： 1）根据叠加原理，首先短路掉 V2，在“2”节点接电压表 U1，如图 1-3-7 所示，独 立源 V1 作用的仿真结果也示于图中 。同理，可仿真独立源 V2 作用的响应值 ，如图 1-3-8 所 示。 按叠加原理叠加（代数和） ，那么节点“2”的电压响应值:V ? 0.8 ? 9 ? 9.8 V李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”16图 1-3-7 独立源 V1 作用的响应值图 1-3-8 独立源 V2 作用的响应值贵州大学 EDA 技术教学电子资源2）下面我们直接测量 V1、V2 同时作用时 ，节点“2”的电压响应，如图 1-3-9 所示， 仿真结果示于图中，仿真结果直接读出。图 1-3-9V1 、 V2 同时作用的响应值3）结果分析 通过理论计算结果与仿真实验结果的比较看出，结果相符。 （2）通过 R3 的电流，我们直接测量就可以了 。添加仪表后电路如图 1-3-10 所示，其 仿真结果也示于图中。图 1-3-10 测量通过 R3 的电流 结论：从图 1-3-10 中可以看出，其仿真结果与理论计算结果相符。三、线性网络的互易定理李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 17贵州大学 EDA 技术教学电子资源1. 实验目的 （1）学习线性双口网络的互易定理； （2）学习欧制和美制符号的转换方法。 2. 实验原理 在如 图 1-3-11 所示的无源线性双口网络中， 无论从哪一个端口激励， 另一个端口的电流 响应与电压激励的比值是一样的，即：I2 Vs1?Vs 2 ? 0I1 Vs 2Vs 1 ? 0V s1NI2 NI1 NNV s21图 1-3-11 无源双口网络3.实验步骤 （1）如图 1-3-12 所示的双口网络，以左端为电压（ V1, 电压 12V ）激励端，那么，在右 端输出的电流为 5.714mA 。I1 Vs 2?Vs 1 ? 05.714 ? 0.476 。 12图 1-3-12 左端电压激励（2）如图 1-3-13 所示的双口网络，以右端为电压（ V1, 电压 12V ）激励端，那么，在左 端输出的电流为 5.714mA 。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 18贵州大学 EDA 技术教学电子资源实验结果与（1）相同。图 1-3-13 右端电压激励 （3）如图 1-3-14 所示的双口网络，以右端为电压（ V1, 电压 24V ）激励端，那么，在左 端输出的电流为 11mA 。I1 Vs 2?Vs 1 ? 011 ? 0.458 24由（1） 、 （3）的结果分析，因实验误差造成了数值不等 ，但可以看出，输出电流与激励 电压是满足比例关系的。图 1-3-14 激励电压改变时四、简单电子电路分析1．实验目的： （1） 学习用 Multisim10 简化电路分析课程中的某些复杂计算 ； （2） 通过一个简单电子电路的分析，让我们体会先进的工具软件可以提高学习效率。 2．简单网络分析： 如图 1-3-15 所示， 我们先用传统的教学方法解这个题 （编写节点方程并解出各支路变量） 。 详细步骤如下：19李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源（ 1 ）将电路按简化 ，节点编号如图 1-3-16 所示，选择节点 n5 为参考节点，其它节点电 压分别为 Un1 、 Un2 、 Un3 、 Un4 ； （ 2 ）给各支路编号为 b1 、b 2 、b 3 、b 4 、b5、b6、b7、b8，并标明每一支路的参考方向 如图 1-3-16 所示，用变量 Gi 表示第 i 支路的电导， 建立关联矩阵 An1 b5b1 b6 n5 n2 b2b4 b8 n3 b3 b7 n4图 1-3-15 简单网络图 1-3-16 节点设定b1 n1 n2 1 -1 0 0b2 0 1 0 -1b3 0 0 1 -1b4 -1 0 1 0b5 -1 0 0 0b6 0 1 0 0b7 0 0 0 -1b8 0 0 1 04? 8A = n3n4（3）建立支路电导矩阵，由于电路具有 8 条支路，该矩阵为 8*8 阶，且为对角线矩阵b1 b2 b31 0 0 0 0 0 00 1 0 0 0 0 00 0 1/7 0 0 0 00 0 0 1/5 0 0 00 0 0 0 1/2 0 00 0 0 0 0 1/5 00 0 0 0 0 0 1/30 0 0 0 0 0 020G = b4b5 b6 b7李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源b800000001/28? 8（4）根据 Gn ? AGAT计算节点电导矩阵， Gn ? AGAT10 1 00 0 1/7-1/5 0 1/5 0-1/2 0 0 00 1/5 00 0 00 0 -1/3 04? 8Gn = -10 0-1 -1/70 -1/31 0 0X=-1 1 0 0 0 1 0 0 10 0 10 -1 -1 0-1 -1 0 0 00 0 0 10 0 -1 08? 4故得17/10-1 11/5 0 -1-1/5 0 59/70 -1/70 -1 -1/7 31/214? 4Gn =-1 -1/5 0（5）确定独立电压源向量和独立电流源向量 （电压，电流的符号均根据图 8-25 所示决定）Us = 0Is = 000C100000T-3000000T李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”21贵州大学 EDA 技术教学电子资源（6）根据 In ? AGUs ? AIs 确定节点电流源向量。 0 1 0 1 0 0 0 1/7 -1/5 0 1/5 0 -1/2 0 0 0 0 1/5 0 0 0 0 0 0 1/2 04? 80AGUs = -10 0?-10 00-1 -1/70 -1/30 08? 1计算得：20 ， - AGUs = 3 04? 1AGUs =0 -2 0-34? 1故得 2In ? AGUs ? AIs=3 -2 -3（7）得节点方程 GnUn ? In17/10 -1 -1/5-1 11/5 0-1/5 0 59/700 -1 -1/7Un12 ＝ 3 -222?Un2 Un3李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源0-1-1/731/214? 4Un4-3 4 ? 1（8）通过逆矩阵 Gn?1来求解节点电压Un1 Un2 Un3 Un4 =17/10 -1 -1/5 0-1 11/5 0 -1-1/5 00 -1-1 =2 3 -2 -34? 159/70 -1/7 -1/7 31/21 4 ? 41.043 = 0.706 0.334 0.5110.7.6 1.14 0.303 0.8020.334 0.303 1.322 0.3340.511 0.802 0.334 1.253 =4? 42 3 -2 -34? 1解得： Un1 = 2.004V Un3 = -2.067V 3. 用 Multisim10 来仿真分析： （ 1 ） 连接如图 1-3-17 所示。 （ 2 ） 在设计工具条的 下拉菜单中选择 DC Operating Point ，在 Output variables 翻页 Un2 = 1.821V Un4 = -0.999V标签中选择分析 V(1) 、 V(2) 、 V(3) 、 V(4) ，单击 Simulate 按钮，分析结果如图 1-3-18 所示。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”23图 1-3-17仿真模型图 1-3-18仿真的结果贵州大学 EDA 技术教学电子资源4.实验数据及结论： 从图 1-3-18 中读取的仿真数据和理论计算结果是一致的，但大量、复杂 的计算交给计算 机来完成。思考 ： （1）在“电路分析”课程学习中，有哪些理论可以用 Multisim10 验证？（ 2 ）试选几个复杂的串并联电路 ，用以上两种方法进行分析比较 。五、含 L、C 的电路特性分析1. 实验目的 （1）分析含有 L、C 元件的电路的特性； （2）学习一阶电路、二阶电路的暂态响应。 2. 实验原理 对于 R（电阻） 、L（电感）和 C（电容）这三个二端器件来说，其电特性： R：i??Rdu c dt di L dt（没有能量聚集）C：ic ? C iL ? L（与能量有关）L：（与能量有关）L、C 是储能元件，在电路中有充 （能量聚集） 、放（能量释放）电现象。 流经电感的电流不能突变 ；电容两端的电压不能突变 。也就是说 ，能量的聚集或耗散是 需要时间的。 通常称包含 L、C 的电路为动态电路。描述动态电路的方程用微分方程 ，电路的阶数决定 微分方程的阶数。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 24贵州大学 EDA 技术教学电子资源含有一个储能元件和电阻的电路称为一阶电路，有 RC、RL 电路两种。一阶电路的暂态特 性公式为：f (t ) ? f (?) ? [ f (0 ? ) ? f (?)]e ? t / ?式中 f (t ) 为电压或电流信号， f (?) 为电压或电流的稳态值， f (0 ? ) 为初始值，τ为时 间常数（τ ? RC 或τ ? L / R ） 。 （1）一阶电路通常有如图 1-3-19 所示形式，即 RC、RL 形式。在图 1-3-19（a）所示电 路的输入端口加上方波信号 vi ，其暂态响应曲线如图 1-3-19（b）所示，同样在 3-2-19（c） 加入 vi ，其响应曲线如图 1-3-19（d）所示。υiυCυiυL（ a ） RC 电路（ c ） LC 电路输入信号响应曲线输入信号响应曲线（b）RC 电路的暂态响应曲线 图 1-3-19（d）RL 电路的暂态响应曲线一阶电路及其暂态响应曲线（2）二阶电路的组合形式较多，我们以一个 RLC 串联电路为例分析其电特性，电路如图 1-3-20 所示。 其对阶跃信号响应的微分方程为LCd 2 vc dv ? RC c ? vc ? ? (t ) 2 dt dtvi图 1-3-20 RLC 串联电路vo特征方程为25李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源2LC s ? RC s ? 1 ? 0方程的根为s?R 1 ? R ? 2 ? ? ? ? ? ?? ? ? 2 ? ? 0 2L LC ? 2L ?2其中α为衰减系数，ω 0 为固有谐振频率。 1）α&ω 0 即 R& 2L 时，称为过阻尼，响应为非振荡型； C L 时，称为临界阻尼，响应为临界振荡型； C2) α＝ω 0 即 R＝ 2 3) α&ω 0 即 R& 2 3.实验与分析L 时，称为欠阻尼，响应为振幅按指数衰减的正弦振荡。 C（ 1 ）RC 电路：实验电路如图 1-3-21（a）所示，信号源设置为，幅度为 10V ，频率为 100Hz ，其输入输出曲线如图 1-3-21（b）所示，分别改变电阻值和电容值，观察响应曲 线的变化。 （图中示波器图标信号输入端的“－”未接入电路，它默认接地）输出(a) RC 电路 图 1-3-21 结果分析：（ b ） RC 网络的输入输出曲线 RC 实验电路及其响应曲线因τ ? RC ，即上升时间 （下降时间）τ在电容值确定时 ，与电阻值成正比，于是，在 当电容值为不变 ，电阻值增加时，波形的上升时间和下降时间都 会增加，同理，电阻固定，26李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源电容值增加时，波形的上升时间和下降时间也都会增加 。 （2）RL 电路：实验电路如图 1-3-22（ a ）所示，信号源设置为 ，幅度为 10V ，频率为 100Hz ，其输入输出曲线如图 1-3-22（b）所示，分别改变电阻值和电感值，观察响应曲 线的变化。 （ 3）RLC 串 联 电 路 ： 实 验 电 路 如图 1-3-23 所 示 ， 当 激 励 源 （ 取 元 器 件 工 具 条 内的 ，也可以在虚拟器件工具条的 内选 中 ，双击之，在弹出窗口中修改其参数 ） V1 幅度为 5V ，频率为 100Hz 时方波，在输出端口的 响应曲线如图 1-3-24 所示。响应曲线（ a ） RL 实验电路 图 1-3-22 RL 电路分析（ b ）输入输出曲线图 1-3-23RLC 串联实验电路27李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源放大输入信号激励输出信号图 1-3-24RLC 串联电路的输出响应曲线结果分析： R=100Ω，2显然 R& 2L 10 ? 10 ?3 ?2 &2KΩ C 7 ? 10 ?9L ，即α&ω 0 ，电路处于欠阻尼状态 ，响应曲线为振幅按指数衰减的正弦振荡。 C思考： 1.在图 1-3-21（a）中，分别改变 R1、C1 的值后仿真，分析仿真结果。 2.在图 1-3-22（a）中，分别改变 R1、L1 的值后仿真，分析仿真结果。 3.在图 1-3-23 中，分别改变 R、L、C 的值后仿真，分析仿真结果。六、受控源仿真实验1. 实验目的 （1）测量受控量与控制量之间的关系，加深对受控源原理的理解； （2）学习和巩固欧制与美制符号的转换。 2. 实验 原理李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 28贵州大学 EDA 技术教学电子资源受控源是一种理想电路元件，它具有与独立源完全不同的特点 ，是用来表示在电子器件 （如它励直流发电机、晶体管、场效应管、集成电路等）中发生的物理现象的一种模型，它 反映是电路中某处的电压或电流能够控制另一处的电压或电流的关系。根据受控量和控制量 的不同 ， 受控源有电压控制电压源 （VCVS） 、 电压控制电流源 （VCCS） 、 电流控制电压源 （CCVS） 、 电流控制电流源（CCCS）四种,如图 1-3-25 所示。 i1 Ui i2 i1 Ui i2 I1 i2 I1 i2?U igU i（ b ） VCCSγI 1（ c ） CCVSαI 1（ d ） CCCS（ a ） VCVS图 1-3-25 受控源 2. 实验步骤 实 验 电 路 如 图 1-3-26 所 示 ， 电 压 控 制 电 压 源 在 源 组 标 签 的 （电（控制电压源） 内选压控制电压源） ，其它受控源依法选用，本书不再提及 ，控制信号电压为 3V， 设信号源内阻 Rs 为 2Ω，负载电阻 R L ＝100Ω，受控源设置为 ? ? 2V/V，试求 Uo 与 Us 的关系，并求受控源 的功率。iiL＋ UoD 图 1-3-26 VCVS 实验电路 D（1)首先，我们用理论计算 ：对含 U s 的回路运用 KVL，可得U s ? Rs i ? U 2 ? 0因 u 2 为开路（据原理图） ，则 i ? 0 ，故①李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”29贵州大学 EDA 技术教学电子资源Us ? U2②对 RL 的回路运用 KVL，此时把受控源看做是端电压为 ?u 2 的独立电压源，那么?U 2 ? Uo ? 0由②③得③ ④Uo ? ?Us由④试可知， Uo 与 Us 呈线性关系Uo ? 2 ? 3 ? 6 V考虑电流方向，由公式 p (t ) ? ?u (t )i (t ) 得 那么p ? ?U o i L ? ? ?U 2 ( ?U 2 / R L ) ? ?( ?U 2 ) 2 / R Lp ? ?(2 ? 3) 2 / 100 ? ?0.36 W（2)下面我们用 Multisim10 对其仿真，仿真结果如图 1-3-27 所示图 1-3-27 VCVS 的仿真结果 从图中可以读出输出电压 U o ? 6 Vi L ? ?0.06 Ap ? U o i L ? ?6 ? 0.06 ? ?0.36 W通过理论与实验数据的比较，我们更加确信计算结果的正确性。七、受控源电路分析1. 实验目的 研究受控量和控制量之间的变化关系（受控源特性） 。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 30贵州大学 EDA 技术教学电子资源2. 实验原理 原理参看例六，参看图 1-3-25 所示： （1）电压控制电压源（VCVS） 其关系式为：?i1 ? ?0 ?U ? ? ? ? ? o? ?其中 i1 ? 0 时， U o ? ?U i0? ?U i ? ? ? 0? ? ?i2 ?如图 1-3-28 所示的电压串联负反馈电路中， i1 ? 0 ，可以清楚地表明其对应关系：U o ? (1 ?R1 )U i R2i1（2）电压控制电流源（VCCS） 其关系式为： Uo?i1 ? ?0 ?i ? ? ? g ? 2? ?其中 i1 ? 0 ，故 i 2 ? gU i0? ?U i ? ? ? 0? ? ?U o ?Ui Uf也有其对应电路，如场效应管构建的电流串联 负反馈电流电路。 （3）电流控制电压源（CCVS） 其关系式为： 图 1-3-28 电压串联负反馈电路?U i ? ?0 ?U ? ? ?? ? o? ?其中 U i ? 0 ，故 U o ? ?i10? ?i1 ? ? ? 0? ? ?i2 ?如图 1-3-29 所示的电压并联负反馈电路中，理想状态的 U ? ? U ? ，事实上就是电流起作 用，则Uo ? ?R1 Ui R231李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源换言之，电流转换为电压（反向放大器，可以作电流 -电压变换器） 。 （4）电流控制电流源（CCCS） 其关系式为：UiUo?U i ? ?0 ?i ? ? ? ? ?2 ? ?其中 U i ? 0 , 故 i2 ? ? i10? ?i1 ? ? ? 0? ? ?U o ?图 1-3-29 电压并联负反馈电路也有其对应电路，如由结型晶体三极管构成的电流并联负反馈电路。 其它还有 BVSRC、BISRC 等非线性受控源，本例我们只讨论线性受控源电路。 3. 实验电路 （1）VCVS 测试电路如图 1-3-30 所示，其 V1 设定为 3V/V（鼠标双击之可设定） ，仿真结 果如图所示，即控制电压为 5V 时，输出电压 U o 为 15V。 实验电路如图 1-3-31 所示，其仿真结果示于图中。图 1-3-30 结果分析：VCVS 测试图 1-3-31 中 R1=2K Ω ，R2=1K Ω ， V1=5V ，则：U o ? (1 ?R1 20000 )U i＝（ 1? ） ?5 R2 10000U o ? 15 V李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”32图 1-3-31VCVS 实验电路图贵州大学 EDA 技术教学电子资源由此，理论计算与实结果相符。 （2）CCVS 测试电路如图 1-3-32 所示，其 V1 设置为 5 Ω，可以观察到仿真结果为 5V 。图 1-3-32CCVS 测试电路实验电路如图 1-3-33 所示，其仿真结果示于图中。图 1-3-33 结果分析：电压并联负反馈电路图 1-3-23 中 R1=2K Ω，R2=1K Ω， V1=2V ，则：U0 ? ?R1 50000 U i＝ ? ） ?5 R2 10000U o ? ?5 V由此，理论计算与实验结果是一致的。思考 ： （1）在“电路分析”课程学习中，有哪些定理可以用 Multisim10 验证？李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 33贵州大学 EDA 技术教学电子资源（ 2 ）调用电压控制电流源 （ VCCS ） 、电流控制电压源（ CCCS ）来进行测试。 （ 3 ）用场效应管构建 电流串联负反馈电路，仿真分析、比较，验证 VCCS 原理。 （4）用晶体管构建电流并联负反馈电路 ，仿真分析、比较，验证 CCCS 原理。八、戴维南及诺顿定理1．实验目的： （ 1 ） 用 Multisim10 验证戴维南及诺顿定理。 （ 2 ） 进一步掌握 Multisim10 界面仪器使用方法 。 2. 电路基本原理： 戴维南定理： 任何一个线性含源二端网络 N ，如图 1-3-34 （ a ）所示，就其端口 a 、 b 而 言，可以用一个电压源与一个电阻相串联的支路来代替 ，如图 1-3-34（ b ）所示，电压源的电 压等于该网络 N 端口 a 、b 处的开路电压 Voc ，其串联电阻 Ro 等于该网络 N 中所有独立源为 0 值时所得网络端口 a 、 b 处的等效电阻。N（ a ）含源二端网络（ b ）戴维南等效网络 图 1-3-34 含源二端网络及等效电路（ c ）诺顿等效网络诺顿定理：任何一个线性含源二端网络 N ，如图 1-3-34（ a ）所示，就其端口 a 、b 而言， 可以用一个电流源与一个电阻相并联的支路来代替 ，如图 1-3-34（ c ）所示，电流源的电流等 于该网络 N 端口 a 、 b 处的短路电流 Isc ，其并联电阻 Ro 等于该网络 N 中所有独立源为 0 值 时所得网络端口 a 、 b 处的等效电阻。 3. 实验要求：李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 34贵州大学 EDA 技术教学电子资源（ 1 ）认真复习有关戴维南及诺顿 定理的内容； （ 2 ）如图 1-3-35 所示电路，已知 I s ? 0.1 mA 。求单口网络 a 、b 的戴维南及诺顿等效电 路。 R3 830 Ω Is 0.1mA R1 10k Ω R2 8.3k Ω 1 × 10 U 2-4Ib ＋ － ＋ U2 － 50I b R4 10k Ω R5 3.8k Ω R6 1k Ωa ＋ Uo－ b图 1-3-35 戴维南及诺顿等效电路分析实验电路图 4.理论计算 （ 1 ）戴维南等效电路。根据电路理论求电路的戴维南等效电路可分为两步，即先求开 路电压 U oc ，再求等效电阻。 1 ）先求开路电压 当 a 、 b 两端开路时 U oc ? U ab ，用节点分析法列出节点方程 ，并取 b 为参考点，节点名 称如图 1-3-28 所示，则 U 2 ? U oc ，节点方程为：? 1 1 1 ? 1 ? ?R ? R ? R ? ?u1 ? R u 3 ? I s 2 3 ? 3 ? 1①?u1 ? u3 ? 1R3? Ib②1 1 ? ? 1 ? ? ? ?U 2 ? ?50 I b ? R 4 R5 R 6 ?u 3 ? 10 ?4 U 2将①②③④联解得开路电压为： U oc ? U 2 ? ?3.5V 2 ）再求等效电阻 Ro 采用外加电压法 ，如图 1-3-36 所示 此时 U ? U 2 ，求解得到：李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”③ ④35贵州大学 EDA 技术教学电子资源Ib ? ?又：10 ?4 U R1 // R2 ? R3I ? 50 I b ? ?R4 // R5 // R6 ?UR3 830 Ω Ib ＋-4＋ U2 － 50I b R4 10k Ω R5 3.8k Ω R6 1k Ωa ＋ U o＋ － － bIs 0.1m AR1 10k ΩR2 8.3k Ω1 × 10 U 2 －图 1-3-36 求等效电阻 R o那么，等效电阻Ro ?U IRo ?1 50 ? 10 ? 3.8 ? 10 ? ?? ? 1? ? 10 3 3 . 8 ? 10 ? 10 ? 8.3 ? ? ? 0.38 ? ? 10 3 ? ? 10 ? 8 . 3 ? ??4? 820?（ 2 ）诺顿等效电路。求诺顿等效电路也分两步，即先求短路电流，再求等效电阻。 等效电阻已经求得（732Ω） ，为求诺顿等效电路，还需求短路电流。如图 1-3-37 所示， 短路电流: R3 830 Ω Is 0.1m A R1 10k Ω R2 8.3k Ω Ib ＋ ＋ U2 － 50I b R4 10k Ω R5 3.8k Ω R6 1k Ω a ＋ Uo I － b1 × 10 -4 U 2 －图 1-3-37 求短路电流I ? ?50 I bI ? ?50 ?R1 // R2 Is R1 // R2 ? R3I ? ?4mA李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 36贵州大学 EDA 技术教学电子资源5.用 Multisim 分析： （ 1 ）测开路电压 U oc ：连接如图 1-3-38 所示，双击用万用表 （仪表工具条中第一个） ， 在弹出窗口中 切换为测量直流电压，运行仿真，即可测出 U oc 的值图 1-3-38 求 U ocU oc ? ?3.466V（ 2 ）测量戴维南等效电阻 Ro 的值； 根据等效电阻的定义，将电路中所有的独立源置 0 ，即电流源开路，电压源短路，得到 无源单口网络，在单口网络的端口处接一个万用表 ，如图 1-3-39 所示，万用表切换为测量直 流电阻，即可测得 Ro图 1-3-39 求 RoRo ? 819.975?（ 3 ）测短路电流； 连接如图 1-3-40 所示，激活电路即可测到短路电流。I ? ?4.227 mA李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”37贵州大学 EDA 技术教学电子资源5. 实验数据及结论： 由实验结果与理论计算结果对照可以看出，结果是一致的。用 Multisim 仿真，大量复杂 的计算由计算机完成，方便、快捷，结论直观，易于理解和掌握。思考 ：（ 1） “电路”课程理论学习的难点在哪里 ？ （2）如何提高电路课程学习的效率。第三节 模拟电子技术仿真分析一、单管放大器1. 实验目的 （1）学习单管放大器的原理。 （2）学习应用 Multisim10 的虚拟仪器的使用方法 。 2. 实验电路 实验电路如图 1-3-1 所示。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”38图 1-3-1 单管放大器实验电路贵州大学 EDA 技术教学电子资源3．实验内容 在晶体管放大电路设计过程中 ，有几个指标是很重要的，即晶体管的 Q 点设计（它直接 影响放大器的性能指标） 、放大倍数 （增益） 、通频带、输入电阻、输出电阻、失真度。 （ 1 ）测量 Ic （ Q 点设计） ； （ 2 ）信号发生器设置为正弦波， f ＝ 1KHz ， V =3 mv ，用示波器观 察输入输出波形； （ 3 ）将 R1 改为一个 10K 电阻 (R1) 与一个 100k 电位器（可用自动产生的标号 ）串联， 调整电位器，使波形输出幅度最大，且不失真 ，找出图 1-3-1 中 R1 的最佳取值； （ 4 ）测量放大器的增益； （ 5 ）测试电路的幅频特性曲线； （ 6 ）测量电路的失真度； （ 7 ）测量输入电阻 Ri ，输出电阻 Ro 。 4．实验步骤 （1） 测量 Ic 修改 R1、R2 可以改变 Q 点，在 Q 点设计中， Ic 是一个重要指标。 Ic 测量的常规方法通 过测量 Ve 来间接测量，在 Multisim10 环境中，可以直接测量。 ① 常规方法测量 Ve 。用 Ie ? Ve / Re ? Ic （基极电流很小，忽略不计 ）计算集电极电流， 如图 1-3-2 所示（万用表在仪器工具条中的第一个 ） 。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”39贵州大学 EDA 技术教学电子资源Ie ? Ic ? Ib ? Ic②?Ic ?Ve 1.833 ? ? 1.833 mA Re 1000内选取） 。用电流表直接测量如 图 1-3-3 所示 （电流表在虚拟元器件工具条的开启仿真，电流表测得Ic =1.869mA结论 ：由上① ②分析看出，两种方法的结果是有些误差的，原因在于 R e (R4)等的值是 有误差的，调入器件时计算机在器件的误差范围内任意取值作计算依据 ，在实际电路中 也往 往如此（不是绝对的标称值 ） ，用万用表测量晶体管发射极电阻上的电压来测量电路的 Ic 是 实际电路设计时一般方法。电 表流图 1-3-3 （2）信号源的设置及信号观察直接测量 Ic调入函数发生器（仪表工具条中第三个）和示波器（仪表工具条中第五个） ，连接后如图 1-3-4 所示。双击函数发生器图标，出现如图 1-3-4 左侧设置窗口，设置交流信号，频率为 1kHz ，幅度为 3 mV ，观察信号波形如图 1-3-5 所示。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 40贵州大学 EDA 技术教学电子资源波形选择 频率设置调整矩 形波 占空 比双击 信号幅值直流分量图 1-3-4 挂上信号源 、示波器的实验电路图及信号源设置 观察方法 ： 在图 1-3-5 所示示波器观察窗口中，可能纵坐标（波形幅度）调整不适当而 不便观察（太低 / 太高） ，这时调整 Channel A/B（通道 A 或通道 B ）的 Scele ，直到方便观察； 也可能横坐标（周期或频率）调整不适当而不便观察（波形太窄 / 太宽） ，这时可调整 Timebase 的 Scale ， 让窗口中出现 3～5 个波形为宜。 调整 X position 可改变横向位移， 调整 Y position 可改变纵向位移。点击 Reverse 按钮可改变窗口底色。用鼠标托动测试指针 （默认状态在窗 口的左右两侧）到需要测试的点，测试光标与波形线的交点坐标即显示于数据显示窗口中， 以 T1 为例，A 通道（ x1,y1 ）＝（ 23.237ms ，2.989mV ） 、B 通道为（ 23.237ms ，-257.050mV ） 。 利用两条测试光标的时间差可以分析信号的周期 、 频率等参数 （图中 T2-T1=1.002ms 为周期） 。 信号类型的“ DC ”方式，波形包含直流成分， “ 0 ”禁止输入， “ AC ”方式不包含直流成分 。 其它按钮的功能暂不介绍 。测试光标 1 测试光标 2测试光标 1输入波形 可改变颜色区分输出波形 示窗基线“ 0 ”A 通道幅 垂直读数差 41 李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 度调整 测试光标 2 垂直读数差 B 通道幅 度调整贵州大学 EDA 技术教学电子资源如 果 要 改 变 某 通 道 波 形 的 颜 色 ， 鼠 标 右 击 其 端 口 连 线 ， 在弹 出 式 菜 单 中 选 择 Change Color ，选择您喜欢的颜色后确定，再次仿真，即可改变波形的颜色。 （3） 确定 R1 的最佳取值 将图 1-3-4 中 R1 的值改为 10K，再串接一个 100K 的电位器（R6） ，实验电路如图 1-3-6 所示。调整 R6（鼠标移近电位器，即显示调整钮，如图 1-3-6 所示，也可以用键盘上的 “A” 控制） ， 使输出波形幅度最大且不失真 ，反复调整 ，直到最佳。电位器粗调为 5％（默认值） ， 即每按一次按键变化为总阻值的 5％，双击之可修改为 1％等，还可以改变为其控制键、改变 元件标号等。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”42图 1-3-6 调整 (R6) 基极偏置贵州大学 EDA 技术教学电子资源结论：在图 1-3-6 所示电路中，保持信号源设置不变 ，调整 R6 为 36%（接入电路的阻值 为 100K× 36 ％＝ 36K，假如电位器滑动端接到另一端，则应调到 74 ％左右） ，信号输出幅度 最大、失真较小。由此判定图 1-3-1 中 R1 的取值在 46K 左右最佳。 （4）测量放大器的增益 将图 1-3-1 所示电路中 R1 换成 47K（市场上没有 46K 标称值的电阻） ，保存电路，运行 仿真（波形类似图 1-3-5 所示） ，测得输出波形幅度值为 312.617mV（约 312mV ，用一根测试 光标的数据即可） ，输入波形幅值 2.989mV（约 3mV ） ，可用这组参数计算放大区 的放大倍数AV ?其增益U o 312 ? ? 104 Ui 3Uo ? 40dB UiAv ? 20 log结论：放大器的增益为 40dB。 （5）测量电路的幅频特性 用波特图示仪测试电路的幅频特性曲线非常方便 ，波特图示仪（仪表工具条中第九个） 连接如图 1-3-7 所示，运行仿真，可改变波特图示仪窗口中的 F、I 值调整波形的幅度和形状， 如图 1-3-8 所示。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”43图 1-3-7波特图示仪连接方法贵州大学 EDA 技术教学电子资源图 1-3-8 测试指针在波特图的最佳放大区 结论分析： 移动测试指针，可测量放大器的幅度值是 40.526dBAV ? 20 lgUo ? 40.526dB Ui根据频带宽度的测量原理，移动测试指针，使幅度值下降 3dB ，找到半功率点，低端频 率为 f L ，高端频率为 f H ，如图 1-3-9 所示，频率值分别为f L ? 121.404 Hz那么放大器的频带宽度f H ? 7.05 MHzf W ? f H ? f L ? 7.05 MHzfH半功率点找fL半功率点找图 1-3-9 测试指针在波特图的半功率点李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 44贵州大学 EDA 技术教学电子资源（6） 测量电路的失真度 可以用失真度测量仪 （仪表工具条中第二个）直接测量如图 1-3-10 所示。图 1-3-10 失真度测量方法 结论： 电路的失真度为 1.083 % 。 （7）测量输入输出电阻 1）测量输入电阻 Ri 输入电阻的测量方法很多，通常用“替代法” “换算法”等，这些测量方法都较复杂 ，用 Multisim10 可以通过放大器等效电阻的定义进行测量，方法简单，理解容易。 换算法，如图 1-3-11 所示，信号源输出电压为 Vs ，放大器输入电压为 Vi ，测试电阻 R 上的压降为 VRVR图 1-3-11测试输入电阻原理45李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源则输入电阻Ri ?Vi Vi VR ? ? i I i VR / R Vs ? Vi① 用换算法测量 Ri ，电路如图 1-3-12 所示(双击电压表，改为 AC 测试状态)，开启仿 真，读取参数计算图 1-3-12换算法测 Ri输入电阻Ri ? Ri ＝Vi R Vs ? Vi0.337 ? 5.1 ? 10 3 ＝0.96kΩ 2.121 ? 0.337那么② 用 Multisim10 的电流表和电压表测量 Ri 可以通过放大器等效电阻的定义进行测量，电路如图 1-3-13 所示（电流表也要在 AC 测 试状态）李良荣 编著 图 1-3-13 用电流表和电压表测量 Ri 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”46贵州大学 EDA 技术教学电子资源Ri ?Vi 2.121 ? I i 2.207 ? 10 ?3Ri =0.96kΩ结论： 上述 ① ②实验结果相吻合，但方法②更直接，易于理解和掌握。 2) 测量输出电阻 Ro 输出电阻 Ro 也常用“换算法” 、 “替代法”等。 其中“换算法”如图 1-3-14 所示，空载输出电压为 Vo ，接上负载输出电压为 VL 。RLVL图 1-3-14测试 Ro 原理则输出电阻Ro ? (Vo ? 1) ? RL VL我们仍用“替代法”计算 Ro , 如图 1-3-15 所示，在负载电阻 R5（ RL ）上串接一个 开关（从元器件工具条的 中选取 下的 ，用空格键控制 ，双击之可在弹出式窗口中修改其控制键） ，开关合上运行仿真，得到 Vout （ VL ）值为 0.223V；开关断 开后运行仿真，得到 Vout （ Vo ）值为 0.346V。输出电阻Ro ? (Vo 0.346 ? 1) ? RL ? ( ? 1) ? 3 ? 10 3 VL 0.223Ro ? 1.65KΩ李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”47贵州大学 EDA 技术教学电子资源思考： （1）比较 Multisim10 的仪器与实验的仪器的使用方法 ，各有何特点？ （2）信号发生器有三个端子，即“＋” “－” “Common（公共端） ” ，其“＋”或“－”对 “Common”输出信号与“＋”对“－” （用 “－”接地）输出信号相比，有何差别？ （3）试更换电路器件，实验类似电路，理解“构造电路容易、无元器件损坏、无接触不 良、分析结果直接”之含义。二、晶体管负反馈放大电路的分析1 ． 实验目的 （ 1 ） 学习电路的负反馈原理。 （ 2 ） 学习应用 Multisim10 的高级分析功能（本书第二章的各种分析功能） 。 2．实验要求 按电路如图 1-3-16 所示构建电路（在已制作好的电路图的界面空白处单击鼠标右键 ，在 弹出式窗口中选择 ， Circuit 标签里选择 Net Names 下的 Show All ， “ OK”即可显示电路节点） ，利用 Multisim10 进行如下分析 （ 1 ）计算各节点电压（直流工作点分析 ） ； （ 2 ）输入信号设置为 2mV 、10KHz ，采用每 10 倍频程扫描 10 个点的方式，分析 1Hz ～ 100MHz 内电路的频率特性 ( 交流分析 ) ；李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 48贵州大学 EDA 技术教学电子资源（ 3 ）分析 0s ～ 0.0005s 内电路的瞬态特性（瞬态分析） ； （ 4 ）R3 以 20K 为增量从 100K 线性增长到 200K 分析电路的瞬态特性，确定 R3 的最 佳值； R7 分别为 20K ， 24 K ， 51 K， 100K 时分析电路的交流特性（参数扫描分析） ； （ 5 ）工作温度分别为 -25 ℃、 25 ℃、 50 ℃、 100 ℃时分析电路的瞬态特性（温度扫描 分析） ； （ 6 ）若晶体管模型参数 Rb 和 Cjc 的容差为 8% ，分析该容差对电路频率特性的影响 （蒙特卡诺分析） 。 3．分析 （ 1 ）计算各节点电压 : 电路中 9# 节点不用接地 （上例单管放大器测 Ic 时是将输入对地 短路的） ，点击设计工具条中的 按钮，选择 DC Operating Point，设置需要分析的节点，点击 “Simulate”得如图 1-3-17 所示。＋＋Ui－－ 图 1-3-16 负反馈放大器李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”49贵州大学 EDA 技术教学电子资源图表分析：参考图 1-3-16 所示电路，根据节点 2、3、4，2、5，5、1、6 三组数据分析， 各级电路都工作在放大状态 ，其值合乎设计要求。 （ 2 ）交流分析：在图 1-3-16 所示电路中调用、连接并设置好信号源（可用信号发生器 ， 也 可 用虚 拟 源 下的 ， 双 击 之 ， 在弹 出 式 窗 口 中 设 置 参 数 ） ，点击 按 钮 ， 选 择 ACAnalysis，设置分析节点（选择输出节点 V(7) ） ，设置分析的频率范围为 1Hz～100MHz（默认 设置为 1Hz～10GHz，可根据设计要求来设置） ，纵坐标标尺 贝)” ，点击 “Simulate”按钮得如图 1-3-18 所示仿真结果。 设置为“Decibel(分李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”50贵州大学 EDA 技术教学电子资源图例分析：在图 1-3-18 中我们调用测试指针 （点击功能按钮，调用测试指针 ） ，移动指针位于图形中平顶处，如图中 2 号测试指针，此时的坐标为（419.721KHz,27.9021dB）, 这个 y 坐标就是该放大器 的电压增益 （低频段的增益， 高频段的分析本例不作介绍 ） 为 27.9dB。 从图中看到，在 8MHz 左右放大器的性能最好，根据放大器的不同用途具体分析 ，本例我们应 用低频段 （参看单管放大器频带宽度测试） ， f H 选择波形开始上翘的点 （419KHz 左右） ，即 低频段的通带为 22Hz～419KHz，在具体应用时前级应该有滤波器 ，否则可能让系统不稳定 。 另外，相频特性本例不作分析 。 （ 3 ）瞬态分析：点击 按钮，选择 Transient Analysis，设置输出节点（7 号节点） ，设置分析时域，开始时间 0 S ，结束时间 0.0005 S（依据输入信号的频率计算，本例信号 频率 10KHz，计算其周期为 0.0001 S，以观察 3～5 个波形为益） ，点击 “Simulate”按钮， 即得到如图 1-3-19 所示的瞬态特性曲线。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”51贵州大学 EDA 技术教学电子资源波形分析 ： 从图 1-3-19 中调用测试指针 ,如图中的 1、 2 号指针， 查看表中的(x1,y1)、(x2,y2) ，因分析波形是时域波形，故 x 是时间值，y 是 7 号节点信号的电压 幅度（ U o 约 48mV） 。图中 dx 是信号周期（x2-x1，约 100?S） ，即 1/dx 即为信号的频率（约 10KHz） 。 输入信号幅值 U i 为设定值 2mV ，那么放大器的 放大倍数AV ?U o 48 ? ? 24 Ui 2 Uo ? 27.6dB Ui按钮，选择 Parameter Sweep Analysis，出如图 1-3-20增益AV ? 20 lg（ 4 ）参数扫描分析：单击 所示的参数设置标签：1) 扫描 R3 ：图 1-3-20 参数设置标签52李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源分析参数的设置： 在 Sweep Parameter 列表中选择 “ Device Parameter ” ；在 Device Type 列表中选择“ Resistor ” ；在 Name 列表中选择 “ rr3 ” （表示扫描标号为 R3 的那只电阻） ； 在 Sweep Variation Type 列表中选择 “ Linear ” （线性扫描） ；Start（ 起始值）为 100 K， Stop （终止值）为 200K，在 Increment （递增量）中输入 20K（这时 #of points 中会自动生成 6 ， 也可以按您想在规定范围内扫描几个点输入而自动产生递增量的方法 ，本题根据题目要求） ； 在 Analysis to Sweep 列表中选择“Transient Analysis” ，点击 Edit Analysis，设置瞬 态分析的时域（ Start time 为 0 S ，End time 为 0.0003 S ） ；设置分析节点（本例为节点 V(7) ） ， 然后点击 “Simulate”得瞬态分析波形如图 1-3-21 所示。 波形分析： 在图 1-3-21（在 Multisim10 环境中可以看到彩色的线条，本例波形线条重 合）中可以看出， R3 在 100K～200K 范围内可以任意取值。说明电压串联负反馈提高了电路 的稳定性，降低了器件的精度要求，在生产过程中可以降低产品的成本 。另外，R3 是一个直 流反馈电路，Q1 的基极电位随 Q3 电路的工作状态变化 。点击图 1-3-21 分析分析结果 2) 扫描 R7： 在图 1-3-20 所示标签中 Name 的下拉列表中选择为 “rr7” ；在 Analysis to Sweep李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 53贵州大学 EDA 技术教学电子资源下拉列表中选择“AC Analysis” ，频率范设置 1Hz～100MHz，在 Sweep Variation Type 的下 拉列表中选择 “list” ；在 Values 中输入 “2，5” ；在 Output 标 签中设置分析节点 V(7) ，点击 “Simulate”得如图 1-3-22 所示波形（波特图组） 。图 1-3-22 对 RF 扫描的波特图组 图形分析 ：在图 1-3-22 中点击波特图（幅频特性）后，工具按钮点亮，点击 按钮可以看出， R11 阻值增大，放大器的频带变窄，放大器的增益增大。本电路是一个电压串联负 反馈电路， R11 增大，反馈到晶体管 Q1 发射极的信号减弱Uf ?R2 Uo R7 ? R 2反馈深度F?R2 R7 ? R 2从而使放大器的输出幅度增大。也就是说 ，R7 减小，反馈速度加深，通频带展宽 ，但放大器 的增益在降低 ，即 “负反馈扩展了放大器的频带宽度 ，但它是以降低增益为代价的” 。 （ 5 ）温度扫描分析 ： 在分析菜单中选择 “Temperature Sweep Analysis” ，在 Analysis to Sweep 下拉列 表中选择 “Transient Analysis” ， 点击 Edit Analysis， 设置分析瞬态分析的时域 （ Start time 为 0 S ， End time 为 0.0003 S ） ；设置分析节点 V(7) ，在 Sweep Variation Type 列表中选择李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 54贵州大学 EDA 技术教学电子资源“ List” ；在 Values 中输入“ -100 ， -50 ， 0 ， 27 ， 60 ， 100 ” ；点击 “Simulate”得如图 9-1-24 所示瞬态分析波形。 结论：以上分析结果表明 ，温度对放大器输出性能影响不大 ，由于负反馈电路的作用 ， 提高了电路的温度稳定性 。图 1-3-23 温度扫描分析 ⑹ 容差分析： 1) 分析晶体管 rb （最大零偏基极电阻）容差为 8% 时，对电路频域性能的影响。 在分析菜单中选择 &Monte Carlo& ，弹出窗口如图 1-3-24 所示（默认状态对所有电阻 5 ％容差分析加载） ，在“ Model tolerance list ” 翻页标签中点击 置后点击 ，删除原设按钮；弹出图 1-3-25 所示 Tolerance 界面，在 Parameter Type 下拉列表中选 Model Parameter （扫描模型参数） ，在 Device Type 下拉列表中选择 BJT ，在 Name 下 选择晶体管型号（默认） ，在 Parameter 下拉列表中选择 rb ，在 Tolerance Type 下拉列表中选 择 Percent （百分数） ，在 Tolerance Value 中键入 8 ，其它默认，点击 Accept 即将分析项目添 加到列表中，类似图 1-3-24 所示。然后选择 Analysis 在 Analysis 下拉列表中选 AC Analysis，点击 Parameter 标签，如图 1-3-26 所示， 按钮（参数设置参考本例交流分析） ，55李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源在 Number of runs 中键入 4（即除标称值外，在其离散范围内任意取值 再运算 4 次， 共 5 次 ） ， 在 Output Variable 下拉列表中选择节点 V(7)，其它默认，点击“Simulate”得如 图 1-3-27 所示波特图组波形。图 1-3-24 蒙特卡诺分析窗口 1图 1-3-25 蒙特卡诺分析窗口 2图 1-3-26 容差分析目标选择标签李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”56贵州大学 EDA 技术教学电子资源图组分析： 从 3-3-27 所示波特图组可以看出， rb 在 8%容差范围内，对电路没有影响。 2) Cjc（基极－集电极零偏 PN 结电容）容差为 8% ，方法同 rb 容差分析，分析结果如 图 1-3-28 所示。李良荣 编著 1-3-28 Cjc 容差的 AC 分析结果 项目来源：贵州省教育厅图 2008 年教学质量与教学改革工程项目“ EDA 教学电子资源的建设”57贵州大学 EDA 技术教学电子资源图组分析： 从图 1-3-28 所示波特图组分析，晶体管的 cjc 容差 8 ％范围内对该电路没有 影响。 【注】rb 、cjc 等是晶体管的模型参数，由于本书字数所限，我们将附录置于书附光盘中 ， 以供读者参考。 思考： （ 1 ）高级分析与虚拟仪器有何关系？（提示：挂上示波器仿真 ，相当于调用瞬态分析 ， 它形象、直观、易于掌握等，但 Transient Analysis 可完成的功能远远多于示波器） （ 2 ）改变电路结构，再运行仿真，试理解“用 Multisim10 仿真实验，学生可以尽情发 挥。如更换元件（或元器件的参数） ，调整元件连通方式，可以出现不同的结果 ，对拓宽思维、 创新电路将起到很好的作用 ，因为它不怕元件损坏 ，不怕电路接错 ，也不怕结果混乱 。 ” （ 3 ）本实验中还有哪些参数需要分析？调用哪些分析 ？三、安捷伦仪表的应用1.实验目的： （ 1 ）理解反向迟滞比较器的工作原理 ； （ 2 ）学习安捷伦信号发生器（ 3D 面板操作）的应用； （ 3 ）安捷伦数字示波器（ 3D 面板操作）的应用。 2. 实验电路： 实验电路如图 1-3-29 所示。图中 741 从元器件工具条的 信号发生器是仪表工具条的第 7 个，安捷伦示波器是第 14 个。 中 下选取，安捷伦李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”58贵州大学 EDA 技术教学电子资源3．仪器设置： （ 1 ）信号源输出设为 500Hz 正弦波 双击安捷伦信号源图标，打开设置界面如图 1-3-30 所示，点击左下角的 Power 按钮开启 信号源，点击 置频率为 500Hz。 （2）信号输出幅度设为 5V 点击面板上的 Ampl 按钮，再调整右上角大旋钮设置输出信号幅度为 5V（设置为 10Vpp， 幅值通常指信号的峰值电压 ，Vpp 指信号的峰峰值电压 ） ，如图 1-3- 31 所示。 在如 图 1-3- 31 所示设置的基础上，可以将输出值转换为有效值显示 。方法是：先点击 按钮，再点击 按钮即可，显示如图 1-3-32 所示（5×0.707=3.535V） 。要重新以 设置为正弦波信号，点击 Freq 按钮（切换频率） ，再旋转右上角大旋钮设Vpp 显示，可以点击按钮后，再点击即可。【注】 安捷伦信号源、 示波器、 泰克示波器等 3D 设备的应用， 请参看李良荣编写的 《EWB9 电子设计技术》中 3D 仪表的功能与应用一节 ，或参看主界面中的 Help 文件。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”59图 1-3-30设置信号源频率贵州大学 EDA 技术教学电子资源图 1-3-31 设置信号源输出信号的幅值4．分析： 信号源设置完毕， 双击安捷伦示波器图标后运行仿真， 可以得到如图 1-3-33 所示的波形。 安捷 伦 示波 器的 简 单使 用： 双 击图 标后 弹 出安 捷伦 示 波器 的 3D 界 面 ，点 击 面板 上的 POWER 按钮开启示波器，点击 可调整该通道的波形的位移，点击 或 按钮开启模拟通道 1 或模拟通道 2 ，鼠标点击 （1mV～ 5 V）旋钮可调整该通道信号波形的幅度（波形高度） ，点击调整（5nS～50S）旋钮可调节扫描速率（让波形展开或压缩 ） 。图 1-3-32 设置信号源输出为有效值显示李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 60贵州大学 EDA 技术教学电子资源波形测试方法：点击按钮开启测试菜单，如图 1-3-34 所示。点击示波器屏幕下的软按钮可被测试通道选择、测试线（1 号、2 号没显示标号，应用时注意感觉和观察 ）选择、横纵向（x/y）测试选择等，选择后点击旋转旋钮，以改变测试线的位置（较淡，注意观察） ，然后示波器会自动计算 dx、1/dx 或 dy、1/dy 等。可切换输入 信号的类型 可使信号波形倒相可调整 波形 的亮 度图 1-3-33 安捷伦示波器测试的波形测试指针 开启测试菜 单自动计算值测试线选择调整通道选择横、纵向选择图 1-3-34 波形测试李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 61贵州大学 EDA 技术教学电子资源四、泰克示波器的应用1.实验目的 （1）学习泰克示波器（3D 仪器面板）的简单应用； （2）学习安捷伦万用表 （3D 仪器面板）的简单应用； （3）学习节点信号实时监测法。 2.实验电路 实验电路及仪器连接如图 1-3-35 所示。 3.信号源设置 信号源设置为 1KHz、幅度为 60mVpp 的正弦波。 4.测试实验 （1）泰克示波器应用：双击泰克示波器图标，弹出泰克示波器 TDS2024 的 3D 界面如图 1-3-36 所示，点击 POWER 按钮开启示波器，本例只用了 “1” 、 “2”两个通道，所以点击按钮 “CH1” 、 “CH2” ， 点击旋钮 VOLTS/DIV 调整该通道的波形幅度，点击旋钮 POSITION 调整该通 道波形的位移（图 1-3-36 中已经调整过位移） ，点击旋钮 SEC/DIV 调整示波器的时基（扫描速率） ，让波形压缩或展开 。点击按钮，显示“光标菜单” 。当显示“光标菜单”并且光标被激活时，CH1、CH2“垂直位置控制”钮下的指示灯亮，该旋钮可以调整光标的位置，类型选择为 Time（测横向）时，调整光标如图 1-3-37 所示；类型选择为 Voltage（测 纵向）时，调整光标如图 1-3-38 所示。离开“光标菜单”后，光标保持显示(除非“类型” 选项设置为“关闭”)，但不可调整 。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 62贵州大学 EDA 技术教学电子资源图 1-3-35 泰克示波器的简单应用图 1-3-36 位移波形后（2）安捷伦万用表的简单应用 ：电路连接如图 1-3-39 所示，信号源设置不变 ，双击安 捷伦万用表图标 ，弹出面板如图 1-3-40 所示，点击 Power 按钮开启万用表 ，选择 钮后运行仿真，测得的输出信号电压如图 1-3-40 所示。 按李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”63贵州大学 EDA 技术教学电子资源光标 1光标 2首先点击，显示 光标菜单 类型选择为时间 亮 通道 旋转它可 自动计算值 dx 1 通道 x 坐标 Td 值 x 坐标 2 通道 移动光标 此时指示灯亮1 通道 y 坐标 Td 值2 通道 y 坐标 Td 值图 1-3-37 波形 x 向测量图 1-3-38 泰克示波器波形的 y 向测试（3）节点信号的实时监控法：点击仪表工具栏的倒数第一个图标，放置于电路的节点上，如图 1-3-41 所示。其默认情况下是显示的，可用鼠标右击之 ，在弹出式菜单中点击选 中 即可隐藏实时监控表，再次可开启实时监控表，如图 1-3-41 所示。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”64贵州大学 EDA 技术教学电子资源图 1-3-40 安捷伦万用表界面及输出交 流信号电压隐藏的实时监控显示的实时监控图 1-3-41 实时监控法五 、晶体管图示仪的应用李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 65贵州大学 EDA 技术教学电子资源1. 实验目的： 学习晶体管特性图示仪（ IV 分析仪）的应用方法 。 2. 实验步骤 （ 1 ）调用晶体管特性曲线测试仪 （ IV 分析仪，在仪表工具条的第 10 个） ，如图 1-3-42 （ a ）所示，双击图标打开测试界面，如图 1-3-42 （ b ）所示。 1) 首先选择被测器件类型，本例选择 BJT NPN（双结型 NPN 三极管） ； 2) 然后进行扫描参数设 置（通常情况下可以默认设置） ，点击 Sim_Param 按钮弹出 3-3-43 所示对话框，可根据需要调整； 3) 按图 1-3-42 的 IV 分析仪弹出界面所示连接器件后如图 1-3-44 （ a ）所示； 4) 运行仿真，结果如图 1-3-44 (b) 所示；点击 Reverse 可转换底色。双击之 选择被测弹出窗口器件类型 电流范围调整(a)电压范围调整 图 1-3-43 晶体管特性的扫描扫描设置 扫描设置 底色转换 连接方法(b) 图 1-3-42（ a ） IV 分析仪图标IV 分析仪界面设置（ b ）晶体管特性曲线测试窗口李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”66贵州大学 EDA 技术教学电子资源Ib=1mA ， Vc=606.667mV Ic=160.403mA图 1-3-44NPN 型晶体管特性曲线测试（ b ）晶体管特性曲线图（ a ）晶体管测试接线图（ 2 ）场效应管的输出特性测量如图 1-3-45 所示。（ a）（ b） 图 1-3-45 场效应管测量 李良荣 编著六 、 VADC67项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“ EDA 教学电子资源的建设” （ a ）场效应管测试接线图 （ b ）场效应管特性曲线图贵州大学 EDA 技术教学电子资源电路设计 1. 实验目的 （1）学习 VADC 原理； （2）巩固显示器件、测量仪表的使用方法 ； （3）巩固可控器件（开关、电位器等）的设置与应用方法 ； （4）学习电子设计方法。 2. 实验原理 将电流信号转变为直流电压信号 。 VADC 在电子测量 、自动控制、可编程控制等方面应 用较为广泛 。 3. 实验内容 （ 1 ）按图 1-3-46 连接电路。数码管（是自带译码驱动器的七段显示器）从元器件工具 条的 中 下选取 ， NE5532AL 从元器件工具条的 中选取 下的 中 下选取，拨码器从元器件工具条的 R2 、 R3 、 R4 的阻值比例。。电路构建时特别注意 R1 、图 1-3-46VADC 原理电路68李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源（ 2 ）用拨码器作数 字输入， Rp 调整数字精度。 （ 3 ）点击屏幕右上角的仿真开关 ，观察数码管的显示和电压表、电流表的显示。调整 Rp ，使数字误差较小；仔细观察数码管读数与电压表读数的对应关系。 思考： （ 1 ）分别修改 Vd 、 R 1～ R5 、 Rp 的值，重复上述实验 ，了解这些参数对输出电压精度 的影响。 （ 2 ）将 NE5532 更换成 741 或其它类型的运放，再次实验，了解运放的性能对电路性能 的影响。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”69贵州大学 EDA 技术教学电子资源第四节数字电路仿真一、门电路的测试1.实验目的： （1）理解“与非门”的逻辑功能； （2）学习发光二极管、电平探测灯的应用； （3）学习字符发生器和逻辑分析仪的使用。 2.实验原理： 二输入端与非门的电路符号如图 1-4-1 所示、真值表如表 1-4-1 所示。 表 1-4-1 二输入端与非门真值表 A A B 0&B 0 0 1 1Y 1 1 1 0Y1 0图 1-4-1 与非门 3.实验电路：1（1）用电平探测灯来实验 。电路连接如图 1-4-2 所示，图中 7400N 在元器件工具条的 TTL 器 件 工 具 箱 下的 中 ， TTL 标 准 系 列 内 选 取 ； 开 关 在通 用器 件 箱 中，选择开关（单刀双掷，双击之，在弹出窗口中可改变其控制键 、标号等） ；探测灯 下选择一个 。电路连接完毕，开启屏幕右上角的仿真开关 ，在虚拟器件工具条的用键盘上的 A、B 键控制（鼠标可直接控制） ，观察探测灯的变化规律，与表 1-4-1 对照，验 证“与非门”的逻辑功能。70李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源（2）用发光二极管来实验 。电路连接如图 1-4-3 所示，图中开关 J1 在通用器件箱 选择开关 下的 （也称之拨码器） ，发光二极管在 的 下选取。中，图 1-4-2与非门逻辑功能测试 1图 1-4-3 与非门逻辑功能测试 2在这个实验的操作中需注意 J1 的连接方法，还要注意 LED 需串一个限流电阻（实际器件 应用时也需要限流电阻 ） 。 开启仿真开关，操作 J1(只能用鼠标操作 )，观察 LED 状态变化，与图 1-4-1 对照，验证 “与非门”的逻辑功能。 （3）用字符发生器来代替 0/1 输入开关，用逻 辑分析仪来分析。电路如图 1-4-4 所示。 字符发生器在仪表工具条的第 11 个，逻辑分析仪在第 13 个。0位1位A BY象征性的放置于 电路中，表示集 成电路的电源、31 位地图 1-4-4与非门的 Multisim10 实验电路设置字符发生器 ：字符发生器在数字电路仿真中应用非常广泛 ，是并行输入多路数字信李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 71贵州大学 EDA 技术教学电子资源号的理想仿真工具，它最多可以输出 32 路数字信号。 双击 XWG1 即弹出字符设置界面如图 1-4-5 所示（已设置好） ，界面中右半部分区域显示输入字元个数，点 击 点击之，出设置窗 口 在窗口中选中后 ， 修改图 1-4-5字符发生器的设置一系列八位并行 16 进制字元，左半部分为 Display（显示设置栏） 、 Controls （控制设置栏） 、 Trigger （触发设置栏） 、 Frequency（输出频率设置栏） 。 D isplay 中有四个条目： Hex（十六进制） 、Dec（十进制） 、Binary（二进制） 、AscII 码， 图中已经选择 Hex ，所以右边窗口中以 8 个 16 进制的字元表示 32 位输出的状态； Controls 中有三个条目： Cycle （循环输出） 、 Burst （一次性从初始地址到最大地址的 字元输出） 、 Step （一次输出一个地址的字元） ； Set … 在弹出窗口的 Buffer Size 栏中设置字符组数，其数字决定输出字符组数（如输入 5 ，按 Accept 按钮即得 Word Generator-XWG1 窗口中右边的字符组数，其它选项暂不介绍 ） ； Trigger 可以设置触发信号， Internal( 内触发 ) 、 External （外触发） ，以及是上升沿触发 还是下降沿触发； Frequency 设置输出频率，是指字符发生器输出字元的频率。 运行仿真：双击逻辑分析仪，开启仿真，调整窗口下边的 Clock ，可以看到如图 1-4-6 所 示的分析波形，例如字符发生器发出的“
” ，每一位都是十六进制数，其“ 3 ”是二李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 72贵州大学 EDA 技术教学电子资源进制的“ 0011 ” ，代表 0 位、 1 位、 2 位和 3 位四根输出线，这组数据只有 0 位（与非门的 B 输入）和 1 位（与非门的 A 输入）输出是“ 1 ” ，其它位均输出“ 0 ” 。结论：从上述三个实验 的结果表明，完全合乎“与非门”的逻辑功能。但 Multisim 环境实验，结果直观，操作方便 、 快捷。 逻辑分析仪还有一些高级应用，可参看李 良荣主编的《EWB9 现代电子设计技术》 ，也可 参看主界面中的 Help 文件，在此不作详细介 绍。时钟 Y B A思考：（1）逻辑分析仪与示波器有何差异？ （2） 字符发生器的置数功能与逻辑开关置 数功能相比较有何特点？时钟调整图 1-4-6 逻辑分析仪分析结果二、逻辑转换仪的使用1． 实验目的： （1）学习 Multisim 中逻辑转换仪的使用； （2）学习简单电路设计方法。 2. 逻辑转换仪的功能： 逻辑转换仪是一个较为有用的虚拟仪表 ， 用它可作一些逻辑转换及简单的数字电路设计 。 双击之，在弹出窗口中 ，可以实现由电路图转换为真值表、真值表转换为逻辑表达式、逻辑 表达式转换为真值表、逻辑表达式转换为电路图等功能。 3. 实验内容： （1）真值表转换为逻辑表达式李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 73贵州大学 EDA 技术教学电子资源在 Multisim10 仪表栏中调出逻辑转换仪（在仪表工具条中第 12 个） ，再双击逻辑转换仪 图标，出现图 1-4-7 所示界面，左上方的 A、B、C、D、E、F、G、H 为输入变量（作输入端口 ） ， 点击其中的某个或某几个字，将会自动列出真值表见 图 1-4-7 所示，只需确定输出状态即可 (点击“？” ，其值在‘0’ 、 ‘1’ 、 ‘X’间变化)。输入端口设置确定输出值选中真值表双击之功 键能逻辑表达式窗口，可以输 入图 1-4-7逻辑转换仪功能描述例如，我们设计一个三人表决器，两人同意为表决通过（确定输出值为‘1’ ） ，即设定真 值表为图 1-4-7 所示。用真值表转换为逻辑表达式 ，只需点击 ， 即可得到化 简 的 逻 辑 表 达 式 ， 如 图 1-4-7 所 示 界 面 的 下 边 框 中 的 AC+AB+BC （ 含 义 是 ；若点击 Y ? AC ? AB ? BC ） ，可以得到与真值表一一对应的逻辑表达式A’ BC+AB ’ C+ABC ’ +ABC（其含义是 Y ? ABC ? ABC ? ABC ? ABC ） 。 （2）逻辑表达式转换为由“与、或、非门等”或由“与非门”组成的电路 在图 1-4-7 中（已经生成了逻辑表达式） ，点击 示的三人表决器电路图；若点击 即可得到如图 1-4-8 所 可以得到只由“与非门”组成的电路，如图 1-4-9 所示。 （节点名 1 、 2 ……是计算机根据连接电路的顺序自动产生的， 可以显示和关闭， 方法是在设计窗口的空白处点击鼠标右键 ，然后点击弹出式菜单中的 出窗口中 标签下的 可显示）74，再选择弹李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”贵州大学 EDA 技术教学电子资源（ 3 ）由逻辑表达式转换为真值表； 假 若 我 们 在逻 辑 转 换 仪 的 下 边 框 内 中 输 入 Y ? ABC ? ABCD ? ABC D ? AD' ， 如 图 1-4-10 所示（用键盘上的单引号键入“” ） ，然后点击 如图 1-4-11 所示，再点击按钮 作电路 。 按钮可得到的真值表，可以化简布尔方程 ，参看上述方法 （ 2 ）可以图 1-4-8三人表决器电路图 1-4-9 只用与非门构成的三人表决器电 路在这 里 输 入 表 达 式图 1-4-10 输入布尔方程李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”75图 1-4-11 由布尔方程转换为真值表贵州大学 EDA 技术教学电子资源（ 4 ）由电路图转换为真值表 ； 假设电路如图 1-4-12 （ a ）所示，将之与逻辑转换仪连接 ，点击 如图 1-4-12 （ b ）所示的真值表，参看上述方法 （ 1 ） 、 （ 2 ）可作化简的布尔方程 。 得到（ a ）实验电路图 图 1-4-12（ b ）实验数据 由逻辑图转换为真值表及其化简表达式思考：（ 1 ）我们在“数字电路”理论学习中遇的难点能否用 Multisim10 帮助我们解决？ （2）简述逻辑转换仪、字符发生器、逻辑分析仪各自的功能和特点，比较示波器和逻辑 分析仪的优点三、用 4017 作循环彩灯控制器1． 实验目的：李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 76贵州大学 EDA 技术教学电子资源（1）熟悉计数器原理； （2）了解数字器件的类型； （3）学习总线的应用。 2． 实验电路： （1）在 CMOS 元件箱中调出 4017（CMOS 元件有 2V、3V、4V、5V、6V、10V、15V 几种工 作电压的器件 ，而同一型号不同工作电压以及不同供应商的器件 ，其逻辑功能是相同的） ，在 虚拟器件工具条的 下调用脉冲源 ，调用电平指示灯 ，调用数字电源 VDD（可以修改值及标号）和数字地 GND（象征性地放置于窗口中，表示与 CMOS 器件的供电连接） ，连接电路 如图 1-4-13 所示。 3． 仿真： 在参数设置后运行仿真 ，可以看到图中 4017 的工作情况 （X1～X10 轮流点亮） 。在这个 实验中用了两个接地符号“ ” 、 “ ” ，前者为模拟地，后者为数字地，数字地通常象征性的放置在电路中 ，表示数字器件的接地（数字器件的接地端一般是隐藏的） 。VDD 是 CMOS 电路的电源，CMOS 器件的电源电压有 2V～18V（TTL 电路供电电压 5V） ，应用时需注意 。4017 的 CP1 为禁止端，O5-9 为进位端（当 0～4 号轮流输出时，该端口输出高电平，5～9 输出时， 该端口输出低电平） 。清 零 开 关李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”77图 1-4-13循环计数器贵州大学 EDA 技术教学电子资源【注】有时器件的引脚功能及标号没有显示，可以在窗口空白处右击鼠标 ，在弹出菜单 中选择 或 ，再在其弹出窗 口中的 （器件引脚） 。 我们将图 1-4-13 信号源换成 LM555（在元器件 工具条的 仿真可以看到类似情况。总线 BUS 点击工具条中的 内选取）构成的信号源，运行 标签页中选择 （符号引脚）即可应用，器件引脚连接到总线上时 ，会自动弹出如图 1-4-15 所示的对话框， 要求你确定端口号， 图中两段总线标号均为 BUS1 （双 击总线，在弹出窗口中可以修改 ）,表明它们为同一总线，同一总线上端口号相同的器件之间 有导线联接关系，引入总线的目的是让电路走线更容易，在有限界面中可扩大设计规模等 。图 1-4-14 循环彩灯控制器思考：改变电容 C1 的容量，即改变振荡器的脉冲频率，从彩色电平指示灯的闪烁可以观察；李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”78图 1-4-15 总线端口输入窗口贵州大学 EDA 技术教学电子资源想 像 这 个 循 环 计 数 器 的 输 出 状 态 与 我 们 日 常 生 活 中 的 哪 些 东 西 有 关 ， 你 想 设 计 些 趣 味 电路 吗？四、译码器功能测试电路1．实验目的： （1）熟悉译码器的功能； （2）熟悉数码管的使用方法 ； （3）进一步学习总线设计方法。 2．实验电路 ： 实验电路如图 1-4-16 所示，图中的拨码器的用法本节 “一”的用法不一致 ，ABCD 分别 代表二进制数的低位到高位，如果“DCBA”设置为“0101”即十进制数的“5” 。通过这 个实验，读者可以很容易理解译码器的功能。 4． 用总线设计 ： 用总 线 设 计 的 目 的 是 使 电 路 更 加 清 晰 明 了 ， 同 时 可 以 大 大 缩小电 原 理 图 的 版 面 ， 在 图 1-4-15 所示的电路中，电路结构完全采用传统方法 ，在电路系统较小的情况下 ，这种方法是 完全可行的，而且直观明了。但是，如果设计的系统较大时，传统方法就显得力不从心了 。李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”79图 1-4-16 七段译码驱动器的测试贵州大学 EDA 技术教学电子资源思考题： （1）器件与 BUS1、BUS2、BUS3 的连接端口都用了（2）BUS3 分两段画（可以多段）有什么好处？ （3）总线的优点在什么时候显得特别突出 ？abc……，它们会冲突吗？图 1-4-17 总线设计方法设计的译码器 实验五、蜂鸣器应用1. 实验目的 （ 1 ）学习 Multisim10 中蜂鸣器的应用方法 ； （ 2 ）学习 D 触发器的工作原理 ； 2. 器件描述 蜂鸣器是一个及其有用的发声器件 ，如全自动洗衣机、微波炉、电子玩具等，以及其它 大型设备在其启动或执行完毕时 ，给设备使用者一个执行提示是很有比要的 ，它可以让使用 者或设备提高工作效率 。 Multisim10 的蜂鸣器仿真工作时 ，由计算机的扬声器代其发声。蜂鸣器内部有振荡电路李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 80贵州大学 EDA 技术教学电子资源及发声器件（是一个组合件） ，一般不用信号源 ，有时应用也可加入低频脉冲源来调制 ，使其 发音更悦耳，但须注意驱动源的信号幅度（实际器件有直流电压值标称） ，也就是说驱动源在 蜂鸣器两端产生的电位差须达到其工作电压 。 D 触发器是双稳态电路，74LS74 是双 D 触发器（在一个芯片中有两个 D 触发器） ，有置 位和清零端口，其 D 端（数据端）的值在 CLK 端由低电平变高电平的瞬间传递到 Q 端（～ Q 即Q ） 。 3. 实验电路 实验电路如图 1-4-18 所示，图中蜂鸣器在元器件工具条 的 内选取，双击之，?在弹出窗口中可以修改其参数 （频率、工作电压 、工作电流 、标号等） 。图 1-4-18 蜂鸣器应用实验 （ 1 ）在图 1-4-18 中拨动开关 J1 、 J2 、 J3 、 J4 ，听蜂鸣器的发声及发光二极管的状态变 化，验证 D 触发器的真值表（如表 1-4-2 所示） ； （ 2 ） J1 、 J4 置“ 1 ” ，调整蜂鸣器的工作电 压为 12V （默认值 9V ） ，再次仿真，观察蜂鸣器 及发光二极管的状态变化（调整为 5V 再实验） ； （ 3 ）调整蜂鸣器的工作频率实验一次 ； 表 1-4-2 PR 0 X 0 0 CLR X 0 0 0 D 触发器真值表 CLK X X X 1 D X X X XQ1 0 0 保持～Q 0 1 1 保持 保持 1 0810 0 0 X 保持 李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 0 0 0 0 ↑ ↑ 0 1 0 1贵州大学 EDA 技术教学电子资源（ 4 ）将蜂鸣器接到晶体管的发射极上再次实验 。第五节 电路设计方法一、VADC 电路设计1. 实验目的 （1）学习 VADC 原理； （2）巩固显示器件、测量仪表的使用方法 ； （3）巩固可控器件（开关、电位器等）的设置与应用方法 ； （4）学习电子设计方法。 2. 实验原理 将电流信号转变为直流电压信号 。 VADC 在电子测量 、自动控制、可编程控制等方面应 用较为广泛 。 3. 实验内容 （ 1 ）按图 1-5-1 所示连接电路。数码管（是自带译码驱动器的七段显示器）从元器件工 具条的 中 下选取 中选取 ， NE5532AL 从元器件工具条的 下的 中 下选取，拨码器从元器件工具条的 R2 、 R3 、 R4 的阻值比例。。电路构建时特别注意 R1 、李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”82贵州大学 EDA 技术教学电子资源（ 2 ）用拨码器作数字输入 ， Rp 调整数字精度。 （ 3 ）点击屏幕右上角的仿真开关 ，观察数码管的显示和电压表、电流表的显示。调整 Rp ，使数字误差较小；仔细观察数码管读数与电压表读数的对应关系。 思考： （ 1 ）分别修改 Vd 、 R 1～ R5 、 Rp 的值，重复上述实验 ，了解这些参数对输出电压精度 的影响。 （ 2 ）将 NE5532 更换成 741 等其它类型的运放，再次实验，了解运放的性能对电路性能 的影响。图 1-5-1VADC 原理电路二、综合设计我们要进行大型设计时，可以采取模块设计方法，即将一个大型设计系统划分成若干个 较小的 、功能相对独立的设计（即模块） ，如图 1-5-2 所示，然后分别对这些模块进行设计， 若某模块还很大，可以再划分成几个小模块 ，如图 1-5-3 所示，最后将这些模块有机地组织 起来，就完成了我们的整体设计系统 。 下面我们以 Multisim10 的 EWB10 文件夹下 samples\Advanced 设计为例加以说明，该设李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 83贵州大学 EDA 技术教学电子资源计的系统是一个铁磁材料探测器的控制器（ ） ，其规划图参看图 1-5-2 所示，然后分别对各个子模块（子系统）进行设计；由于 “ ”子模块电路比较复杂 ，且有一些是重复应用的单元电路 ，于是将该子系统再次划分为几个小模块 ，它们都有其相对独立的功能，然后将它们有机结合 ，如图 1-5-3 中的 X1 、 X3 、 X5 、 X7 、 X8 都是 其 X2 、 X4 、 X6 是 （ 6KHz 信号选通网络） ，其内部结构图如图 1-5-4 所示； （放大器模块） ，其内部结构如图 1-5-5 所示。图 1-5-2总体设计框图（图保存在“综合设计图”文件中，有一页，横向）图 1-5-3子模块内部电路图【注】子模块设计与分页设计方法请参看《 EDA 技术及实验》第一章第五节。 另外，设计中模块间的连接，除用“ ”类似端口连接外（内部模块） ，还可 子模块中以用插头 、插座进行板间连接（板卡结构，如图 1-5-3 中的 J1 与图 1-5-6 所示的 J1 是通过接口相连接的） ，所有模块设计完毕后，再进行整体设计系统的构建，综合结构李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设” 84贵州大学 EDA 技术教学电子资源图如图 1-5-7 所示。图 1-5-5模块内部电路图J1李良荣 编著 项目来源：贵州省教育厅 2008 年教学质量与教学改革工程项目“EDA 教学电子资源的建设”85贵州大学 EDA 技术教学电子资源（图保存在“综合设计图”文件中，有一页，横向）图 1-5-7铁磁材料探测器控制器综合结构图所有模块设计完毕后}