基于Multisim的模拟电路仿真技术
- 格式:doc
- 大小:747.56 KB
- 文档页数:35
基于multisim仿真电路的设计与分析
Multisim是一种电路仿真软件,可用于设计、验证、测试电路、系统,以及进行以及抗干扰性分析。
多西姆允许用户模拟几乎所有类型的器件,从单个P型半导体到功率调制器,而且还可以快速分析仿真结果。
首先,用户可以使用Multisim设计和模拟他们需要的电路。
用户可以使用基于PCB 的图形用户界面来构建电路,并选择多种不同的器件进行模拟,还可以使用贴片微电子器件实现更精确的模拟效果。
其次,用户可以使用Multisim验证设计的电路,比如测量器件的电压和电流,计算电感和电容的时间常数,以及检测电路的故障和短路情况等等。
这可以帮助用户确保设计的电路是否按他们希望的方式正常运行,也可以帮助用户更好地理解复杂的电路结构与特性之间的关系。
最后,用户还可以利用Multisim对电路进行抗干扰性分析,测量系统的信号完整性和可靠性,以及对抗外界的干扰因素的敏感程度等等。
这对于确保电路和系统具有良好的可靠性和性能是至关重要的,这也是Multisim非常强大的一个特性。
总之,Multisim是一款全面功能强大的仿真软件,可用于设计、验证、测试电路和系统,以及对抗干扰性分析等等,它可以帮助用户找出电路存在的问题或弱点,确保系统具有良好的可靠性和性能。
Multisim模拟电路仿真实验电路仿真是电子工程领域中重要的实验方法,它通过计算机软件模拟电路的工作原理和性能,可以在电路设计阶段进行测试和验证。
其中,Multisim作为常用的电路设计与仿真工具,具有强大的功能和用户友好的界面,被广泛应用于电子工程教学和实践中。
本文将对Multisim模拟电路仿真实验进行探讨和介绍,包括电路仿真的基本原理、Multisim的使用方法以及实验设计与实施等方面。
通过本文的阅读,读者将能够了解到Multisim模拟电路仿真实验的基本概念和操作方法,掌握电路仿真实验的设计和实施技巧。
一、Multisim模拟电路仿真的基本原理Multisim模拟电路仿真实验基于电路分析和计算机仿真技术,通过建立电路模型和参数设置,使用数值计算方法求解电路的节点电压、电流以及功率等相关参数,从而模拟电路的工作情况。
Multisim模拟电路仿真的基本原理包括以下几个方面:1. 电路模型建立:首先,需要根据电路的实际连接和元件参数建立相应的电路模型。
Multisim提供了丰富的元件库和连接方式,可以通过简单的拖拽操作和参数设置来搭建电路模型。
2. 参数设置:在建立电路模型的基础上,需要为每个元件设置合适的参数值。
例如,电阻器的阻值、电容器的容值、电源的电压等。
这些参数值将直接影响到电路的仿真结果。
3. 仿真方法选择:Multisim提供了多种仿真方法,如直流分析、交流分析、暂态分析等。
根据不同的仿真目的和需求,选择适当的仿真方法来进行仿真计算。
4. 仿真结果分析:仿真计算完成后,Multisim会给出电路的仿真结果,包括节点电压、电流、功率等参数。
通过分析这些仿真结果,可以评估电路的性能和工作情况。
二、Multisim的使用方法Multisim作为一款功能强大的电路设计与仿真工具,具有直观的操作界面和丰富的功能模块,使得电路仿真实验变得简单而高效。
以下是Multisim的使用方法的基本流程:1. 新建电路文件:启动Multisim软件,点击“新建”按钮创建一个新的电路文件。
一、实验目的1.认识并了解Multisim的元器件库;2.学习使用Multisim绘制电路原理图;3.学习使用Multisim里面的各种仪器分析模拟电路;二、实验内容【基本单管放大电路的仿真研究】1.仿真电路如图所示。
2.修改参数,方法如下:双击三极管,在Value选项卡下单击EDIT MODEL;修改电流放大倍数BF为60,其他参数不变;图中三极管名称变为2N2222A*;双击交流电源,改为1mV,1kz;双击Vcc,在Value选项卡下修改电压为12V;双击滑动变阻器,在Value选项卡下修改Increment值为0.1% 或更小。
三、数据计算1.由表中数据可知,测量值和估算值并不完全相同。
可以通过更精细地调节滑动变阻器,使V E更接近于1.2V.2.电压放大倍数测量值A u =−13.852985 ;估算值A u =−14.06 ;相对误差=−13.852985−(−14.06)−14.06×100% =−1.47%由以上数据可知,测量值和估算值并不完全相同,可能的原因有:1) 估算值的计算过程中使用了一些简化处理,如动态分析时视电容为短路,r be =300+(β+1)∙26I E等与仿真电路并不完全相同。
2) 仿真电路的静态工作点与理想情况并不相同,也会影响放大倍数。
3. 输入输出电阻验相同的原因外(不再赘述),还有:万用表本身存在电阻。
4.去掉R E1后,电压放大倍数增大,下限截止频率和上限截止频率增大,输入电阻减小。
说明R E1减小了放大倍数,增大了输入电阻。
四、感想与体会电子实验中,估算值与仿真值、仿真值与实际测量值往往并不完全一致。
在设计电路时可以通过估算得到大致的判断,再在电脑中进行仿真,最后再实际测量运行。
用电脑仿真是很必要的,一方面可以及早发现一些简单错误,防止功亏一篑,另一方面还可以节省材料和制作时间。
但必须考虑实际测量与仿真的不同之处,并应以实测值为准。
1 绪论由于集成电路制造技术的发展日新月异,电子电路的设计日趋复杂。
为了能在设计电路实现之前,了解环境因素对电路的影响,我们可以利用电脑辅助软件进行电路模拟与分析设计,并进行输入与输出信号响应的验证,可以有效地节省产品开发的时间与成本。
因此,本文利用了multisim软件进行了电路仿真。
1.1 课题背景倒计时系统从原理上讲是一种典型的数字电路,其中包括了组合逻辑电路和时序电路。
目前,倒计时系统的功能越来越强,且有多种专门的大规模集成电路可供选择。
学会制作倒计时系统,可以进一步的了解各种中小规模集成电路的作用并掌握实用方法和各种组合逻辑电路与时序电路的原理与使用方法。
1.2 Multisim软件的应用EDA技术是现代电子工业中不可缺少的一项技术,是电类专业学生就业的基本条件之一。
Multisim软件把实验过程涉及到的电路、仪器以及实验结果等一起展现在使用者面前,在使用过程中就像在实验室中进行,电路参数调整方便,绝不束缚思维想象和电路创新。
Multisim软件可以用于几乎包含电类专业的所有学科的仿真教学,例如:电工基础、电路、低频电路、高频电路、脉冲与数字电路、电视机电路、音响电路、电子测量电路、射频电路、机电电路、模拟电子技术课程设计、数字电路课程设计以及综合课程设计等。
Multisim软件仿真元器件多,大约一万六千多个,其中包含各种信号源库、基本元件库、晶体二极管库、晶体三极管库、运放库、TTL器件库、CMOS器件库、单元逻辑器件库及可编程逻辑器件库、数字模拟混合库、指示元件库、杂散元器件库、数学控制模型库、机电元件库。
仿真仪器仪表使用方便,约束条件少。
在仿真中步骤如下:①根据原理图放置元器件;②连接导线;③单击仿真开关进行仿真;④利用虚拟仪器仪表观察仿真结果[1]。
1.3 倒计时显示系统的应用倒计时显示系统的计时装置广泛用于大型活动场所,成为人们日常生活中不可缺少的显示设备。
其中倒计时数字系统分为两部分,一部分是实现时、分、秒计时的功能的作用,另外一部分是实现日期的倒计,起到倒计时显示功能的作用。
Multisim电路仿真及应用仿真实训一:彩灯循环控制器的设计与仿真分析变换的彩灯已经成为人们日常生活不可缺少的点缀。
那么这些变化的灯光是如何控制的呢?这就是我们下面要讨论的课题—彩灯循环控制电路。
电路设计分析彩灯循环控制技术指标:1.彩灯能够自动循环点亮。
2.彩灯循环显示且频率快慢可调。
3.该控制电路具有8路以上输出。
仿真实训二:交通信号灯控制系统的设计与仿真分析十字路口的交通信号灯是我们每天出行时都会遇到的,信号灯指挥着行人和各种车辆安全有序的通行。
实现红、绿灯的自动控制是城市交通管理现代化的重要课题,合适的信号灯指挥系统可以提高城市交通的效率。
下面我们以该课题为例进行设计与仿真分析。
电路设计分析交通信号灯控制系统的技术指标:1.主、支干道交替通行,主干道每次放行30s,支干道每次放行20s。
2.绿灯亮表示可以通行,红灯亮表示禁止通行。
3.每次绿灯变红灯时,黄灯先亮5s(此时另一干道上的红灯不变)。
4.十字路口要有数字显示,作为等候时间提示。
要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均以秒为单位作减计数。
5.在黄灯亮时,原红灯按1HZ的频率闪烁。
6.要求主、支干道通行时间及黄灯亮的时间均可在0-99s内任意设定。
仿真实训三:篮球比赛24秒倒计时器的设计与仿真分析电路设计分析:计时器在许多领域均有普遍的应用,篮球比赛中除了有总时间倒计时外,为了加快比赛节奏,新的规则还要求进攻方在24秒内有一次投篮动作,否则视为违规。
本设计题目“篮球比赛24秒倒计时器”从数字电路角度讨论,实际上就是一个二十四进制递减的计数器。
电路设计技术指标:1.能完成24秒倒计时功能。
2.完成计数器的复位、启动计数、暂停/继续计数、声光报警等功能。
仿真实训四:多路抢答器的设计与仿真分析抢答器是各种竞赛活动中一种常用的必备装置,其发展也比较快,从一开始的仅具有抢答锁定功能的单个电路,到现在的具有倒计时、定时、自动(手动)复位、报警(即声响提示,有的以音乐的方式来体现)、屏幕显示、按键发光等多种功能、计数融合的产品。
本科毕业设计(论文)题目基于Multisim的模拟电路仿真技术部系地方生部专业电子信息工程学员郑怿指导教员梁发麦中国人民解放军海军航空工程学院2007 年7 月基于Multisim的模拟电路仿真技术摘要:介绍了Multisim 软件的功能和特点,提出运用Multisim 实现模拟电路的仿真方法。
通过几个电子原理性电路的仿真实例阐述了模拟电路建立、元器件的选用和仿真参数的设置方法等关健问题,同时得到了正确的仿真结果。
关键词:模拟电路;Multisim ;仿真技术;EDA从20 世纪80 年代以来,电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化。
同时深亚微米半导体工艺、B 表面安装技术的发展又支持了产品集成化程度的进步,使电子产品进入了片上系统(SOC )时代。
另外电子产品厂商不懈追求缩短产品设计周期,从而获取高收益。
在这些因素的影响下,EDA 技术应运而生。
EDA ( Electronic Design Automation ,电子设计自动化)技术是一门综合了现代电子与计算机技术,以计算机为平台对电子电路、系统或芯片进行设计、仿真和开发的计算机辅助设计技术。
利用EDA 技术对电力电子电路进行仿真一直是研究电力电子技术的工程技术人员所期望实现的目标。
Multisim 就为此提供了一个良好的平台。
在这个平台上可以容易地实现了基本的电力电子电路的仿真,包括不控整流电路、可控整流电路、逆变电路等电路的仿真分析。
仿真得到的结果与理论分析的结果基本一致,这对电子电路的设计具有重大的意义。
本文主要介绍利用Multisim 10平台对基本电子电路进行仿真的方法,得出与理论相符合的结果,有利于实际的工程设计。
1 Multisim 的功能和特点加拿大Interactive Image Technologie 公司在1958 年推出了一个专门用于电子电路仿真和设计的EDA 工具软件EWB ( Electronics Workbench )。
由于EWB 具有许多突出的优点,引起了电子电路设计工作者的关注,迅速得到了推广使用。
但是随着电子技术的飞速发展,EWB 5 . x 版本的仿真设计功能已远远不能满足复杂的电子电路的仿真设计要求。
因此IIT 公司将用于电路级仿真设计的模块升级为Multi sim ,并于2001 年推出了Multisim 的最新版本Multisim 2001 。
Multisim 2001 继承了 EWB 界面形象直观、操作方便、仿真分析功能强大、分析仪器齐全、易学易用等诸多优点,并在功能和操作上进行了较大改进。
主要表现为:增加了射频电路的仿真功能;极大扩充了元器件库;新增了元件编辑器;扩充了电路的测试功能;增加了瓦特表、失真仪、网络分析仪等虚拟仪器,并允许仪器仪表多台同时使用;改进了元件之间的连接方式,允许任意走向;支持VHDL 和Verilo g 语言的电路仿真与设计;允许把子电路作为一个元器件使用,允许用户自定义元器件的属性等。
工程师们可以使用Multisim交互式地搭建电路原理图,并对电路进行仿真。
Multisim提炼了SPICE仿真的复杂内容,这样工程师无需懂得深入的SPICE技术就可以很快地进行捕获、仿真和分析新的设计,这也使其更适合电子学教育。
通过Multisim和虚拟仪器技术,PCB设计工程师和电子学教育工作者可以完成从理论到原理图捕获与仿真再到原型设计和测试这样一个完整的综合设计流程。
(一)模拟电路举例:1.1 晶体管基本放大电路共射极,共集电极和共基极三种组态的基本放大电路是模拟电子技术的基础,通过EWB对其进行仿真分析,进一步熟悉三种电路在静态工作点,电压放大倍数,频率特性以及输入,输出电阻等方面各自的不同特点。
1.1.1 共射极基本放大电路按图1搭建共射极基本放大电路,选择电路菜单电路图选项(Circuit/Schematic Option )中的显示/隐。
藏(Show/Hide)按钮,设置并显示元件的标号与数值等(1)1.静态工作点分析选择分析菜单中的直流工作点分析选项(Analysis/DC Operating Point)(当然,也可以使用仪器库中的数字多用表直接测量)分析结果表明晶体管Q1工作在放大状态。
2.动态分析用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kH),用示波器观察到输入,输出波形。
由波形图可观察到电路的输入,输出电压信号反相位关系。
再一种直接测量电压放大倍数的简便方法是用仪器库中的数字多用表直接测得。
3.参数扫描分析在图1所示的共射极基本放大电路中,偏置电阻R1的阻值大小直接决定了静态电流IC的大小,保持输入信号不变,改变R1的阻值,可以观察到输出电压波形的失真情况。
选择分析菜单中的参数扫描选项(Analysis/Parameter Sweep Analysis),在参数扫描设置对话框中将扫描元件设为R1,参数为电阻,扫描起始值为100K,终值为900K,扫描方式为线性,步长增量为400K,输出节点5,扫描用于暂态分析。
4.频率响应分析选择分析菜单中的交流频率分析项(Analysis/AC Frequency Analysis)在交流频率分析参数设置对话框中设定:扫描起始频率为1Hz,终止频率为1GHz,扫描形式为十进制,纵向刻度为线性,节点5做输出节点。
由图分析可得:当共射极基本放大电路输入信号电压VI为幅值5mV的变频电压时,电路输出中频电压幅值约为0.5V,中频电压放大倍数约为-100倍,下限频率(X1)为14.22Hz,上限频率(X2)为25.12MHz,放大器的通频带约为25.12MHz。
由理论分析可得,上述共射极基本放大电路的输入电阻由晶体管的输入电阻rbe限定,输出电阻由集电极电阻R3限定。
1.1.2共集电极基本放大电路(射极输出器)图2为一共集电极基本放大电路,用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号VI(幅值为1V,频率为10 kHz)采用与共射极基本放大电路相同的分析方法获得电路的静态工作点分析结果。
用示波器测得电路的输出,输入电压波形,选用交流频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数。
(2)由图所示共集电极基本放大电路的频率响应曲线可求得:电路的上限频率(X2)为4.50GHz,下限频率(X1)为2.73Hz,通频带约为4.50GHz。
1.1.3共基极基本放大电路图3为一共基极基本放大电路,用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号Vi(幅值为5mV,频率为10kHz),采用与共射极基本放大电路相同的分析方法获得电路的静态工作点分析结果。
用示波器测得电路的输出,输入电压波形,选用交流频率分析项分析出电路的频率响应曲线及相关参数。
(3)由图所示共基极基本放大电路的频率响应曲线可求得:电路的上限频率(X2)为27.94MHz,下限频率(X1)为261.01Hz,通频带约为27.94MHz。
1.2 场效应管基本放大电路1.2.1 共源极放大电路(4)共源极放大电路如图7.2-1所示,Q1选用三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管。
按图7.2-1在EWB 主界面内搭建电路后,双击Q1,出现三端式增强型N-MOSFET参数设置对话框,选模型(Model) 项,将库元件设置为默认(default) ,理想(ideal) 模式,然后点击对话框右侧编辑(Edit) 按钮,在Sheet 1中将跨导系数(Transconductance coefficient (KP)) 设置为0.001A/V。
分析共源极放大电路可参照共射极放大电路的分析过程进行,可根据图4电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得A V的理论计算值,然后与仿真实测值进行比较。
1.2.2 共漏极放大电路(5)共漏极放大电路如图5所示,按图在EWB主界面内搭建电路后,选Q1为理想三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管,并将跨导值设置为0.001A/V。
电路仿真分析过程可参见7.1节中共集电极放大电路的分析过程进行。
可根据图5电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得A的理论计算值,然后与仿真实测值进行比较。
1.2.3共栅极放大电路(6)共栅极放大电路如图6所示,按图在EWB主界面内搭建电路后,选Q1为理想三端式增强型N沟道绝缘栅场效应管,并将跨导值设置为0.001A/V。
电路仿真分析过程可参见共基极放大电路的分析过程进行。
可根据图5电路参数和共源极放大器的电压放大倍数表达式求得A的理论计算值,然后与仿真实测值进行比较。
1.3场效应管与晶体管组合放大电路场效应管具有输入阻抗高,噪声小等显著特点,但放大能力较弱(小),而半导体三极管具有较强的放大能力(高)和负载能力。
若将场效应管与半导体三极管组合使用,就可大大提高和改善放大电路的某些性能指标,扩展场效应管的应用范围。
(7)图7是由场效应管共源极放大电路和晶体管共射极放大电路组成的两极组合放大电路,图中三端式增强型绝缘栅场效应管Q1选用理想模型,将跨导gm设置为0.001A/V,晶体管Q2选用N2222A,其电流放大系数为255.9。
先队该电路进行静态分析,再进行动态分析,频率特性分析以及关键元件的参数扫描分析等。
1.静态分析。
选择分析菜单中的直流工作点分析项,获得电路静态分析结果。
2.动态分析。
(1)理论分析。
(2)仿真测试分析。
用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号(Vi的幅值为5mV,频率为10kHz),用示波器测得电路的输出,输入电压。
再计算出电路的放大倍数。
3.频率特性分析。
4.元件参数扫描分析。
1.4差动放大电路差动放大电路是模拟集成电路中使用最广泛的单元电路,它几乎是所有集成运放,数据放大器,模拟乘法器,电压比较器等电路的输入级,又几乎完全决定着这些电路的差模输入特性。
共模输入特性,输入失调特性和噪声特性。
以下仅对晶体管构成的射极耦合差放和恒流源差放进行仿真分析,对用场效应管构成的差放电路可采用相同方法进行分析。
在图8所示差放电路中,晶体管Q1和Q2的发射极通过开关S1与射极电阻R3和Q3构成的恒流源有选择的连接(通过敲击”K”键,选择连接点9或11),完成射极耦合差放和恒流源差放两种电路的转换.(8)1.4.1 射极耦合差放仿真分析按图8搭建电路,选择晶体管Q1,Q2和Q3均为2N2222A,电流放大系数为200。
将开关S1和R3相连,构成射极偶合差放电路。
1.静态分析。
选择分析菜单中的直流工作点分析项,获得电路静态分析结果。
2.动态分析。
(1)理论分析。
(2)差模输入仿真测试分析。
A。
用示波器测量差模电压放大倍数,观察波形相位关系。
按单端输入方式(见图8)用仪器库的函数信号发生器为电路提供正弦输入信号(Vi的幅值为10mV,频率为1kHz)。