附录A1Multisim电路仿真A1.1Multisim软件仿真功能A1.1.1Multisim介绍Multisim是NationalInstruments公司电路分析与仿真软件，属于该公司电子设计自动化软件套装的一部分，可以进行原理图或硬件描述语言输入、模拟和数字电路仿真和设计。该软件以前的版本称为ElectronicsWorkbench。对于模拟电路的仿真计算厂泛采用采用1972年由美国加州大学伯克利分校设计的SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）程序。仿真是利用数学方法模仿电路的行为。对电路模型的分析仿真需要完成复杂的算法，而现代电路仿真工具隐藏了复杂的计算过程，提供给使用者方便的图形界面。目前有多种基于SPICE算法的电路仿真工具，Multisim是其中之一。Multisim的突出特点是其直观的图形界面，在计算机屏幕上模仿出真实实验室的工作台，提供虚拟仪器测量和元件参数实时交互方法。在Multisim软件图形化环境中，可以方便地调用各种仿真元器件模型，创建电路，执行多种电路分析功能。软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果，并可以交互控制电路的运行与测量过程。针对本课程的内容和特点，这里介绍的内容仅限于该软件的模拟电路分析仿真功能，仿真的对象主要是线性电路、简单非线性电路和由通用运算放大器构成的电路。有关Multisim应用的更详尽介绍可参考其他书籍。A1.1.2Multisim操作界面1.软件界面启动Multisim，可以看到其主窗口。它由菜单、常用工具按钮、元件选取按钮、仪器选取按钮、原理图编辑窗口、图形分析窗口等组成，如图A-1所示。从图中可以看到，Multisim模仿了一个实际的电子工作台，其中最主要的窗口区域是原理图窗口，在这里可以进行电路的连接和测试。工作区的上面和两侧是菜单、操作工具栏元件库工具栏和虚拟仪器工具栏等。菜单栏包括了软件的所有操作命令，而各个工具栏则包含了常用的操作命令快捷按钮。Multisim的各类快捷工具栏可以设置显示或关闭，图A-I中只显示了与电路仿真相关的一些工具栏
附录 A1 Multisim 电路仿真 A1.1 Multisim 软件仿真功能 A1.1.1 Multisim 介绍 Multisim 是 National Instruments 公司电路分析与仿真软件，属于该公司电子设计自动化 软件套装的一部分，可以进行原理图或硬件描述语言输入、模拟和数字电路仿真和设计。该 软件以前的版本称为 Electronics Workbench。 对于模拟电路的仿真计算广泛采用采用 1972 年由美国加州大学伯克利分校设计的 SPICE （Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）程序。仿真是利用数学方法模仿电路的 行为。对电路模型的分析仿真需要完成复杂的算法，而现代电路仿真工具隐藏了复杂的计算 过程，提供给使用者方便的图形界面。目前有多种基于 SPICE 算法的电路仿真工具，Multisim 是其中之一。 Multisim 的突出特点是其直观的图形界面，在计算机屏幕上模仿出真实实验室的工作台， 提供虚拟仪器测量和元件参数实时交互方法。在 Multisim 软件图形化环境中，可以方便地调 用各种仿真元器件模型，创建电路，执行多种电路分析功能。软件仪器的控制面板外形和操 作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果，并可以交互控制电路的运行与测量过程。 针对本课程的内容和特点，这里介绍的内容仅限于该软件的模拟电路分析仿真功能，仿 真的对象主要是线性电路、简单非线性电路和由通用运算放大器构成的电路。有关 Multisim 应用的更详尽介绍可参考其他书籍。 A1.1.2 Multisim 操作界面 1．软件界面 启动 Multisim，可以看到其主窗口。它由菜单、常用工具按钮、元件选取按钮、仪器选 取按钮、原理图编辑窗口、图形分析窗口等组成，如图 A-1 所示。 从图中可以看到，Multisim 模仿了一个实际的电子工作台，其中最主要的窗口区域是原 理图窗口，在这里可以进行电路的连接和测试。工作区的上面和两侧是菜单、操作工具栏、 元件库工具栏和虚拟仪器工具栏等。菜单栏包括了软件的所有操作命令，而各个工具栏则包 含了常用的操作命令快捷按钮。Multisim 的各类快捷工具栏可以设置显示或关闭，图 A-1 中 只显示了与电路仿真相关的一些工具栏
2附录AlMultisim电路仿真菜单标准操作工具栏原理图窗口虚拟元件工具栏元件工具栏仿真工具栏仿真开关X0D霸Design2Mulisim-[pesign2]Eile EdNViewPlaceMCUSirTraSfer ToolseportsOptions WindguHelpulate：二ax电脑子口#Ueat太校1品的YOX国BQQq国·国·国·国·田·回I国A·gE回XGrapher ViewXBP18File Edit View GraphTrace Cursor Legend Tools Help大XFG1NOUT店MeNSpectrum Analyzer-XSA1|Spectrum Analyzer-XSA1|Osclloscope-XSC1Oscllosc鲜目0Design2R17TransientAnalysis1.0koC1500.00m1.0uFS0.00SNHERENRRg-250.00m-500.00mXBodePlotter-XBP15.0m7.5m10.0mMagnitudePhaseHorizontaVertcalime (s)LogLinLogLinMHZ100F45DegHz1-135Deg1ControlsReverseSet.236.389Hz-56.048 Deg++oIn+@outTran:10.000ms仪器工具栏打开的虚拟仪器图形分析窗口图A-1Multisim的主窗口2.命令软件菜单栏在主窗口的最上方，如图A-2，菜单中提供了软件功能命令。每个菜单组都有一个下拉菜单。Fle Edit View PlaceMcu Simulate Transfer Iools Reports Optlons Window Help图A-2主窗口菜单栏文件菜单（File）中包含电路文件创建，保存、打开、设计项目管理、原理图以及文件打印等命令。编辑菜单（Edit）主要包含原理图编辑、元件位置移动，设计元素复制粘贴等操作命令。窗口显示菜单（View）用于设置窗口显示内容、设定工具栏显示与否、内容缩放等。放置菜单（Place）提供在电路窗口内放置元件、连接点、总线和文字、子电路操作等命令。利用工具栏中提供的按钮可以更方便地放置元件。仿真菜单（Simulate）提供电路仿真、仿真参数设置等操作命令。其中的主要命令及功能如下：
附录 A1 Multisim 电路仿真 2 图 A-1 Multisim 的主窗口 2．命令 软件菜单栏在主窗口的最上方，如图 A-2，菜单中提供了软件功能命令。每个菜单组都 有一个下拉菜单。 图 A-2 主窗口菜单栏 文件菜单（File）中包含电路文件创建，保存、打开、设计项目管理、原理图以及文件打 印等命令。 编辑菜单（Edit）主要包含原理图编辑、元件位置移动，设计元素复制粘贴等操作命令。 窗口显示菜单（View）用于设置窗口显示内容、设定工具栏显示与否、内容缩放等。 放置菜单（Place）提供在电路窗口内放置元件、连接点、总线和文字、子电路操作等命 令。利用工具栏中提供的按钮可以更方便地放置元件。 仿真菜单（Simulate）提供电路仿真、仿真参数设置等操作命令。其中的主要命令及功能 如下： 菜单 标准操作工具栏 原理图窗口 虚拟元件工具栏 元件工具栏 仿真工具栏 仿真开关 打开的虚拟仪器 图形分析窗口 仪器工具栏
3附录AlMultsim电路仿真Run开始仿真运行Pause暂停仿真Stop停止仿真运行Instruments放置各种虚拟仪器交互仿真模式参数的设置InteractiveSimulationSettings...Analyses选择SPICE分析功能打开后处理器对话框Postprocess...其他的菜单功能较少使用，这里不再介绍。菜单中的一些常用命令也可以用点击工具栏中命令图标的方式启动，例如仿真工具栏中仿真启动、暂停和结束按钮图标。3.元件Multisim提供原理图捕提功能，用图形方式放置元件并进行连接后，软件自动产生电路网表文件。放置元件命令为PlaceComponent，可以从命令菜单或鼠标右键弹出菜单启动，也可以通过点击元件工具栏放置。放置元件命令将会弹出一个元件选择对话框，在其中显示了预先选择的一大类元件。例如，选择基本无源元件按钮之后，会出现如图A-3所示对话框内容。0oxSelect a ComponentDatabase;Component:Symbo (ANSt)OK01kMaster Database-CloseGroup:820B25Search...wBasic845Detal report.Famiy:866ViewmodelAllSelect al famies -887BASIC_VIRTUALSaveuniquHelp900RATED_VERTUAI909Componenttype:3D_VIRTUAL910cno type>931MRPACK953Tolerance(%):SWITCH976BETRANSFORIMERENONLINEARTE1.0Modelmanufacturer/lo2_LOAD1.00kGenerCTVIRTUALRESITANGFRRELAY1.02k1.05kCONNECTORS1.07kSOOKETS1.1kSCH_CAP_SYMS1.13kMRESISTOR1.15kHEFCAPACITOR1.18k1.2kINDUCTOR1.21Components: 1090Searching:图A-3元件选择对话框如图所示，对话框的左侧显示了当前选择的数据库（MasterDatabase）、元件分类（Basic）以及在此大类中进一步分组列表（Family）。可见，通过这个对话框，用户可以选取任何类别的任何元件模型。Multisim提供了丰富的元件库，这些元件分门别类地放到多个元件分类库中，元件工具栏提供了快速选择类别的类别库按钮，如图A-4所示
3 附录 A1 Multsim 电路仿真 Run 开始仿真运行 Pause 暂停仿真 Stop 停止仿真运行 Instruments 放置各种虚拟仪器 Interactive Simulation Settings. 交互仿真模式参数的设置 Analyses 选择 SPICE 分析功能 Postprocess. 打开后处理器对话框 其他的菜单功能较少使用，这里不再介绍。 菜单中的一些常用命令也可以用点击工具栏中命令图标的方式启动，例如仿真工具栏中 仿真启动、暂停和结束按钮图标。 3．元件 Multisim 提供原理图捕捉功能，用图形方式放置元件并进行连接后，软件自动产生电路 网表文件。放置元件命令为 Place Component，可以从命令菜单或鼠标右键弹出菜单启动，也 可以通过点击元件工具栏放置。 放置元件命令将会弹出一个元件选择对话框，在其中显示了预先选择的一大类元件。例 如，选择基本无源元件按钮之后，会出现如图 A-3 所示对话框内容。 图 A-3 元件选择对话框 如图所示，对话框的左侧显示了当前选择的数据库（Master Database）、元件分类（Basic） 以及在此大类中进一步分组列表（Family）。可见，通过这个对话框，用户可以选取任何类别 的任何元件模型。 Multisim 提供了丰富的元件库，这些元件分门别类地放到多个元件分类库中，元件工具 栏提供了快速选择类别的类别库按钮，如图 A-4 所示
附录A1Multisim电路仿真4+享车MSE星+国Y格的长d7 0rcNI电模T基二晶杂混指功杂复射机板管M源?体拟T合率项器杂频器测项数示器电器OS器无管集集量L源成数伴件部字成件件设元件件电数电电字集路字路路成集电成路电路图A-4元件工具栏4.虚拟元件Multisim提供的元器件模型中，有些同时有两类模型，一类用于电路设计过程，元件模型参数与实际元器件具体型号相对应，具有生产厂家提供的典型值或标称值。另外一类元件称为虚拟元件（Virtualcomponent），在元件选择对话框中用绿色图标表示。虚拟元件不与具体实际元器件型号对应，而是提供一个通用模型，在电路中不同实例的所有参数皆可以单独修改。这一类元件特别适用于一般理论分析和电路仿真。Multisim对常用的一些虚拟元件给如图A-5所示。出了分类快捷按钮工具栏，国国·国国·国·回国国国国?三模基二晶测杂电带信极限号源维极项拟本体量源形器集无管管装参数器置象成源件器电元件件路件图A-5虚拟元件工具栏5.仪器工具Multisim提供虚拟仪器仪表用来监测和显示分析的结果，仪器工具栏中的按钮用来向工作区中放置虚拟仪器。图A-6是该工具栏水平放置时显示的工具栏和对应的仪器仪表。8M国一二Oto1.49VIV四逻数Au双波4数逻失频网安函安泰电压电流探针字捷克示数特通通特字字辑辑曲真谱络捷捷多图信表道道频字分转线分分分伦伦伦波用号示示发析析4信多示仪率换分表发号用器波波计仪器析仪仪仪波生器发生器器器仪表器器图A-6仪器工具栏将适当的Multisim虚拟仪器连接在仿真电路中，可以将电路求解结果不断显示在电路连接的虚拟仪器上，在Multisim中称为交互仿真模式（Simulation）。仿真就像对电路进行虚拟实验或测试，是Multisim软件的特色。电路中连接的虚拟仪器决定了Multisim需要进行计算
附录 A1 Multisim 电路仿真 4 电 源 基 本 无 源 元 件 二 极 管 晶 体 管 模 拟 集 成 电 路 T T L 数 字 集 成 电 路 C M O S 数 字 集 成 电 路 杂 项 数 字 电 路 混 合 集 成 电 路 指 示 器 件 功 率 器 件 杂 项 器 件 复 杂 外 设 射 频 器 件 机 电 器 件 NI 测 量 部 件 图 A-4 元件工具栏 4．虚拟元件 Multisim 提供的元器件模型中，有些同时有两类模型，一类用于电路设计过程，元件模 型参数与实际元器件具体型号相对应，具有生产厂家提供的典型值或标称值。另外一类元件 称为虚拟元件（Virtual component），在元件选择对话框中用绿色图标表示。 虚拟元件不与具 体实际元器件型号对应，而是提供一个通用模型，在电路中不同实例的所有参数皆可以单独 修改。这一类元件特别适用于一般理论分析和电路仿真。Multisim 对常用的一些虚拟元件给 出了分类快捷按钮工具栏，如图 A-5 所示。 三 维 形 象 器 件 模 拟 集 成 电 路 基 本 无 源 元 件 二 极 管 晶 体 管 测 量 装 置 杂 项 器 件 电 源 带 极 限 参 数 器 件 信 号 源 图 A-5 虚拟元件工具栏 5．仪器工具 Multisim 提供虚拟仪器仪表用来监测和显示分析的结果，仪器工具栏中的按钮用来向工 作区中放置虚拟仪器。图 A-6 是该工具栏水平放置时显示的工具栏和对应的仪器仪表。 数 字 多 用 表 函 数 信 号 发 生 器 瓦 特 表 双 通 道 示 波 器 四 通 道 示 波 器 波 特 图 仪 数 字 频 率 计 数 字 字 发 生 器 逻 辑 分 析 仪 逻 辑 转 换 器 IV 曲 线 分 析 仪 失 真 分 析 仪 频 谱 分 析 仪 网 络 分 析 仪 安 捷 伦 信 号 发 生 器 安 捷 伦 示 波 器 安 捷 伦 多 用 表 泰 克 示 波 器 电 压 电 流 探 针 数 字 多 用 表 函 数 信 号 发 生 器 瓦 特 表 双 通 道 示 波 器 四 通 道 示 波 器 波 特 图 仪 数 字 频 率 计 数 字 字 发 生 器 逻 辑 分 析 仪 逻 辑 转 换 器 IV 曲 线 分 析 仪 失 真 分 析 仪 频 谱 分 析 仪 网 络 分 析 仪 安 捷 伦 信 号 发 生 器 安 捷 伦 示 波 器 安 捷 伦 多 用 表 泰 克 示 波 器 电 压 电 流 探 针 图 A-6 仪器工具栏 将适当的 Multisim 虚拟仪器连接在仿真电路中，可以将电路求解结果不断显示在电路连 接的虚拟仪器上，在 Multisim 中称为交互仿真模式（Simulation）。仿真就像对电路进行虚拟 实验或测试，是 Multisim 软件的特色。电路中连接的虚拟仪器决定了 Multisim 需要进行计算
5附录AlMultsim电路仿真和仿真的类型。A1.1.3电路分析与仿真步骤用Multisim分析和仿真电路的主要步骤包括：建立电路，调整元件参数，连接仪器进行虚拟测量，或设定分析功能和选项后对电路进行分析。以下用一个例子简要说明这个过程。1.输入电路原理图首先要放置元件。为此，可以利用元件工具栏，在其中点击元件图表来选择，拖放到电路图中。注意，由于仿真软件采用结点法分析，电路中必须要安置和连接一个接地符号。元件放置到电路图中后，用鼠标点击元件端子拉出导线，连接到另一个元件端子完成导线连接，形成电路结点。在电路区中点右键，在菜单中选Properties菜单项，在弹出对话框中，选中Circuit/NetNames/ShowAll，在电路图中显示出结点标号或名称。连接完成后完整电路如图A-7（a）所示。V:498mVV(rms):522mlV(dc):500mVT:498UAI(rms):522uAdC:500uAFreq.:1.00kHz1.0knVsToko1V.1.0ulBvere数招ome中1DC(a)(b)图A-7仿真电路和变量测量2.设置元件参数每个仿真元件都有若干属性或参数，可以根据分析或仿真的要求调整。双击图A-7（a）中V1的电压源符号，弹出元件属性对话框。本例中，我们设置电压源有效值1V，直流偏移电压（VoltageOffset）为1V，频率为1kHz，其他参数不变。3.对电路进行虚拟测量Multisim提供电路虚拟测量方式的仿真。Multisim自动建立电路方程，不断进行多次选定的分析计算，将计算结果实时显示在电路中连接的虚拟仪器上，过程中还可以改变电路和调节仪器，这就像对电路进行虚拟实验或测试。在图A-7（a）电路中，连接了虚拟示波器观测输入和输出电压波形，同时放置了一个测量探针在电阻上方结点，设置其中实时测量和电压电流的瞬时值、有效值、直流成分和频率。按下仿真运行按钮后，实时测量结果显示在探针输出和示波器显示界面上。4.对电路进行SPICE分析
5 附录 A1 Multsim 电路仿真 和仿真的类型。 A1.1.3 电路分析与仿真步骤 用 Multisim 分析和仿真电路的主要步骤包括：建立电路，调整元件参数，连接仪器进行 虚拟测量，或设定分析功能和选项后对电路进行分析。以下用一个例子简要说明这个过程。 1．输入电路原理图 首先要放置元件。为此，可以利用元件工具栏，在其中点击元件图表来选择，拖放到电 路图中。注意，由于仿真软件采用结点法分析，电路中必须要安置和连接一个接地符号。元 件放置到电路图中后，用鼠标点击元件端子拉出导线，连接到另一个元件端子完成导线连接， 形成电路结点。在电路区中点右键，在菜单中选 Properties 菜单项，在弹出对话框中，选中 Circuit/Net Names/Show All，在电路图中显示出结点标号或名称。连接完成后完整电路如图 A-7（a）所示。 （a） （b） 图 A-7 仿真电路和变量测量 2．设置元件参数 每个仿真元件都有若干属性或参数，可以根据分析或仿真的要求调整。双击图 A-7（a） 中 V1 的电压源符号，弹出元件属性对话框。本例中，我们设置电压源有效值 1V，直流偏移 电压（Voltage Offset）为 1V，频率为 1kHz，其他参数不变。 3．对电路进行虚拟测量 Multisim 提供电路虚拟测量方式的仿真。Multisim 自动建立电路方程，不断进行多次选 定的分析计算，将计算结果实时显示在电路中连接的虚拟仪器上，过程中还可以改变电路和 调节仪器，这就像对电路进行虚拟实验或测试。在图 A-7（a）电路中，连接了虚拟示波器观 测输入和输出电压波形，同时放置了一个测量探针在电阻上方结点，设置其中实时测量和电 压电流的瞬时值、有效值、直流成分和频率。按下仿真运行按钮 后，实时测量结果显示在 探针输出和示波器显示界面上。 4．对电路进行 SPICE 分析