原创 基于multisim的电路设计与仿真

 1 引言
   
      目前随着国际上电子工业和计算机技术的飞速发展，电子产品已与计算机系统紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。以定量估算和电路试验为基础的电路设计方法已经无法适应当前激烈竞争的市场。电子设计自动化(EDA)技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动生成，其中包括印制板的温度分布和电磁兼容性测试，代表着现代电子系统设计的技术潮流。
    
      multisim2001的主要功能及特点
    
      Multisim是加拿大IIT(InteractiveImageTechnologies)公司在EWB(ElectronicsWork bench)基础上推出的电子电路仿真设计软件，是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，Multisim是一个完整的集成化设计环境。它具有如下特点：
    
      1)具有直观的图形界面：整个操作界面就像一个电子实验工作台，绘制电路所需的元器件和仿真所需的测试仪器均可直接拖放到屏幕上，轻点鼠标可用导线将它们连接起来，软件仪器的控制面板和操作方式都与实物相似，测量数据、波形和特性曲线如同在真实仪器上看到的一样。
    
      2)具有一个庞大的元气件库。具备如信号源、基本元气件、模拟集成电路、数字集成电路、指示部件、控制部件等各种元气件。
    
      3)具有强大的仿真能力：既可对模拟电路或数字电路分别进行仿真，也可进行数模混合仿真，尤其是新增了射频(RF)电路的仿真功能。仿真失败时会显示出错信息、提示可能出错的原因，仿真结果可随时储存和打印。
    
      4)强大的分析功能。提供了14种仿真分析方法，如直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅立叶分析、噪声分析、失真分析、直流扫描分析、参数扫描分析、零极点分析、传递函数分析、温度扫描分析、后处理分析等。
    
      5)强大的虚拟仪器功能。如示波器、万用表、瓦特计、扫描仪、失真仪、网络分析仪、逻辑转换仪、字信号发生器等。
    
      6)VHDL/Verilog设计输入和仿真。Multisim软件将VHDL/Verilog的设计和仿真包含进去(选件)，使得大规模可编程逻辑器件的设计和仿真与模拟电路、数字电路的设计和仿真融为一体，突破了原来大规模可编程逻辑器件无法与普通电路融为一体仿真的瓶颈。

      7)可以与电路板设计软件无缝连接。Multisim软件的设计结果可以方便的导出到电路板设计软件中进行电路板走线。
    
      8)远程控制功能。Multisim软件支持远程控制功能，不仅可以将Multisim软件的界面共享给其他人，使得其他人在自己的计算机上看到控制者的操作情况，而且可以将控制权交给其他人，让其操作该软件，这样可以实现交互式教学，是进行电子线路教学的理想工具。
    
      Multisim环境下的电路设计与仿真分析方法
   
      电路设计
   
      用multisim2001进行电路设计，无须专门学习计算机控制语言和各种输入输出指令，无须编写电子电路图的程序，其逼近真实的集成实验环境，好像在实验室搭接电路。只须在multisim2001电路设计窗口内放置所设计的虚拟电子元件和虚拟仪器，并用连线和节点连接相应的虚拟元器件与仪器仪表的测量接口，就能从虚拟仪器仪表上观察到各种仿真波形和参数的结果，非常直观方便。以设计模拟电路中最基本的单管放大电路为例，其设计步骤如下：
    
      1)进入multisim2001工作环境界面，可方便放置元件和仪表：从“Basic”元件箱中调出电阻、可变电阻、电解电容，从“Source”元件箱中调出直流电压源和接地符号，从“Transistor”元件箱中调出晶体管等，从工作界面的右侧仪器箱中调出“双踪示波器”、“函数发生器”、“数字万用表”等。按照电路原理图排列各个元件。
    
      2)电路布线：将鼠标器放于元件管脚上或仪器接口上，鼠标指示变为“+”形状后，移动鼠标至另一元件管脚，即完成两者之间的连接。
    
      3)设置参数：用鼠标双击被编辑的元件，在弹出的对话框中设置元件参数。如晶体管的典型值为β=100，要将其修改为β=80，则只要双击该晶体管，点击Value页上EditModel按钮，出现EditModel对话框，将其中的BF=100改为BF=80即完成对晶体管的β值的修改。
   
      仿真分析
   
      静态工作点的测试与调整
   
      进入仿真电路图如图1所示。启动仿真开关，依次调节Rw的百分比(反复按键盘上的a键)，记录各电压、电流表的值，如表1所示。

      由表1可得出如下结论：
   
      ● 随着电位器阻值的改变，三极管IB、UBE的大小也在改变。不同的工作状态，电流的放大倍数β不等。   
   
      ● 在三极管的放大区(Rw取)IC/IB值近似相等，(Rw取70%，75%，80%时)；而在截至区和饱和区则值较小。在饱和区UCE值接近0，在截止区UCE值接近直流电源VCC。
   
      测试电压放大倍数
   
      仿真图如图2所示。
   
      设置信号源XFG1为幅度为100mv，频率为1000Hz的正弦信号。
   
      打开仿真开关，在输出端波形不失真的情况下，测试Uo、Ui的值，并计算放大倍数KV=Uo/Ui，如表2所示。

 

      可见当三极管放大电路的元件参数不改变时，电路的电压放大倍数基本上保持不变。
   
      静态工作点对输出波形的影响
   
      进入仿真图2，设置Us=100mv，f=1000Hz。调节Rw分别为30%，75%，95%打开示波器显示输出波形如图3，图4，图5所示。

      由图可见，偏置电阻Rw，电流Ic，电压Uc各值适中，三极管工作在放大区；若偏置电阻Rw小，电流Ic大，电压Uc偏小，三极管工作在饱和区；反之三极管工作在截止区。
   
      结论
   
      用multisim软件设计数字电路，如同在实验室面包板上搭接电路，且不受元器件种类、数量和测试仪器的限制。Multisim高品质的性能、强大的分析能力使设计者轻松愉快、卓有成效地完成设计任务。