【正文】 海軍航空工程學(xué)院畢業(yè)論文本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目 基于Multisim的 模擬電路仿真技術(shù)部 系 地方生部 專 業(yè) 電子信息工程 學(xué) 員 鄭懌 指導(dǎo)教員 梁發(fā)麥 中國(guó)人民解放軍海軍航空工程學(xué)院2007 年 7 月基于Multisim的模擬電路仿真技術(shù)摘要：介紹了Multisim 軟件的功能和特點(diǎn)，提出運(yùn)用Multisim 實(shí)現(xiàn)模擬電路的仿真方法。通過(guò)幾個(gè)電子原理性電路的仿真實(shí)例闡述了模擬電路建立、元器件的選用和仿真參數(shù)的設(shè)置方法等關(guān)健問(wèn)題，同時(shí)得到了正確的仿真結(jié)果。關(guān)鍵詞：模擬電路；Multisim ；仿真技術(shù)；EDA 從20 世紀(jì)80 年代以來(lái)，電子系統(tǒng)日趨數(shù)字化、復(fù)雜化和大規(guī)模集成化。同時(shí)深亞微米半導(dǎo)體工藝、B 表面安裝技術(shù)的發(fā)展又支持了產(chǎn)品集成化程度的進(jìn)步，使電子產(chǎn)品進(jìn)入了片上系統(tǒng)（SOC ）時(shí)代。另外電子產(chǎn)品廠商不懈追求縮短產(chǎn)品設(shè)計(jì)周期，從而獲取高收益。在這些因素的影響下，EDA 技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。EDA ( Electronic Design Automation ，電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）技術(shù)是一門綜合了現(xiàn)代電子與計(jì)算機(jī)技術(shù)，以計(jì)算機(jī)為平臺(tái)對(duì)電子電路、系統(tǒng)或芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真和開(kāi)發(fā)的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)。利用EDA 技術(shù)對(duì)電力電子電路進(jìn)行仿真一直是研究電力電子技術(shù)的工程技術(shù)人員所期望實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。Multisim 就為此提供了一個(gè)良好的平臺(tái)。在這個(gè)平臺(tái)上可以容易地實(shí)現(xiàn)了基本的電力電子電路的仿真，包括不控整流電路、可控整流電路、逆變電路等電路的仿真分析。仿真得到的結(jié)果與理論分析的結(jié)果基本一致，這對(duì)電子電路的設(shè)計(jì)具有重大的意義。本文主要介紹利用Multisim 10平臺(tái)對(duì)基本電子電路進(jìn)行仿真的方法，得出與理論相符合的結(jié)果，有利于實(shí)際的工程設(shè)計(jì)。1 Multisim 的功能和特點(diǎn) 加拿大Interactive Image Technologie 公司在1958 年推出了一個(gè)專門用于電子電路仿真和設(shè)計(jì)的EDA 工具軟件EWB ( Electronics Workbench ）。由于EWB 具有許多突出的優(yōu)點(diǎn)，引起了電子電路設(shè)計(jì)工作者的關(guān)注，迅速得到了推廣使用。但是隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，EWB 5 . x 版本的仿真設(shè)計(jì)功能已遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足復(fù)雜的電子電路的仿真設(shè)計(jì)要求。因此IIT 公司將用于電路級(jí)仿真設(shè)計(jì)的模塊升級(jí)為Multisim ，并于2001 年推出了Multisim 的最新版本Multisim 2001 。 Multisim 2001 繼承了 EWB 界面形象直觀、操作方便、仿真分析功能強(qiáng)大、分析儀器齊全、易學(xué)易用等諸多優(yōu)點(diǎn)，并在功能和操作上進(jìn)行了較大改進(jìn)。主要表現(xiàn)為：增加了射頻電路的仿真功能；極大擴(kuò)充了元器件庫(kù)；新增了元件編輯器；擴(kuò)充了電路的測(cè)試功能；增加了瓦特表、失真儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀等虛擬儀器，并允許儀器儀表多臺(tái)同時(shí)使用；改進(jìn)了元件之間的連接方式，允許任意走向；支持VHDL 和Verilog 語(yǔ)言的電路仿真與設(shè)計(jì)；允許把子電路作為一個(gè)元器件使用，允許用戶自定義元器件的屬性等。 工程師們可以使用Multisim交互式地搭建電路原理圖，并對(duì)電路進(jìn)行仿真。Multisim提煉了SPICE仿真的復(fù)雜內(nèi)容，這樣工程師無(wú)需懂得深入的SPICE技術(shù)就可以很快地進(jìn)行捕獲、仿真和分析新的設(shè)計(jì)，這也使其更適合電子學(xué)教育。通過(guò)Multisim和虛擬儀器技術(shù)，PCB設(shè)計(jì)工程師和電子學(xué)教育工作者可以完成從理論到原理圖捕獲與仿真再到原型設(shè)計(jì)和測(cè)試這樣一個(gè)完整的綜合設(shè)計(jì)流程。（一）模擬電路舉例： 晶體管基本放大電路 共射極，共集電極和共基極三種組態(tài)的基本放大電路是模擬電子技術(shù)的基礎(chǔ)，通過(guò)EWB對(duì)其進(jìn)行仿真分析，進(jìn)一步熟悉三種電路在靜態(tài)工作點(diǎn)，電壓放大倍數(shù)，頻率特性以及輸入，輸出電阻等方面各自的不同特點(diǎn)。 共射極基本放大電路按圖1搭建共射極基本放大電路，選擇電路菜單電路圖選項(xiàng)（Circuit/Schematic Option ）中的顯示/隱藏(Show/Hide)按鈕，設(shè)置并顯示元件的標(biāo)號(hào)與數(shù)值等。 （1）１.　靜態(tài)工作點(diǎn)分析選擇分析菜單中的直流工作點(diǎn)分析選項(xiàng)（Analysis/DC Operating Point）（當(dāng)然，也可以使用儀器庫(kù)中的數(shù)字多用表直接測(cè)量）分析結(jié)果表明晶體管Ｑ１工作在放大狀態(tài)。２.　動(dòng)態(tài)分析用儀器庫(kù)的函數(shù)發(fā)生器為電路提供正弦輸入信號(hào)Vi(幅值為5mV,頻率為10kH)，用示波器觀察到輸入，輸出波形。由波形圖可觀察到電路的輸入，輸出電壓信號(hào)反相位關(guān)系。再一種直接測(cè)量電壓放大倍數(shù)的簡(jiǎn)便方法是用儀器庫(kù)中的數(shù)字多用表直接測(cè)得。３.　參數(shù)掃描分析在圖1所示的共射極基本放大電路中，偏置電阻Ｒ１的阻值大小直接決定了靜態(tài)電流ＩＣ的大小，保持輸入信號(hào)不變，改變Ｒ１的阻值，可以觀察到輸出電壓波形的失真情況。選擇分析菜單中的參數(shù)掃描選項(xiàng)（Analysis/Parameter Sweep Analysis），在參數(shù)掃描設(shè)置對(duì)話框中將掃描元件設(shè)為Ｒ１，參數(shù)為電阻，掃描起始值為１００Ｋ，終值為９００Ｋ，掃描方式為線性，步長(zhǎng)增量為４００Ｋ，輸出節(jié)點(diǎn)５，掃描用于暫態(tài)分析。４.　頻率響應(yīng)分析選擇分析菜單中的交流頻率分析項(xiàng)（Analysis/AC Frequency Analysis）在交流頻率分析參數(shù)設(shè)置對(duì)話框中設(shè)定：掃描起始頻率為１Hz，終止頻率為１GHz，掃描形式為十進(jìn)制，縱向刻度為線性，節(jié)點(diǎn)５做輸出節(jié)點(diǎn)。由圖分析可得：當(dāng)共射極基本放大電路輸入信號(hào)電壓ＶＩ為幅值５mV的變頻電壓時(shí)，中頻電壓放大倍數(shù)約為－１００倍，下限頻率（Ｘ１），上限頻率（Ｘ２）。由理論分析可得，上述共射極基本放大電路的輸入電阻由晶體管的輸入電阻rbe限定，輸出電阻由集電極電阻Ｒ３限定?！」布姌O基本放大電路（射極輸出器）圖2為一共集電極基本放大電路，用儀器庫(kù)的函數(shù)發(fā)生器為電路提供正弦輸入信號(hào)ＶＩ（幅值為１Ｖ，頻率為10 kHz）采用與共射極基本放大電路相同的分析方法獲得電路的靜態(tài)工作點(diǎn)分析結(jié)果。用示波器測(cè)得電路的輸出，輸入電壓波形，選用交流頻率分析項(xiàng)分析出電路的頻率響應(yīng)曲線及相關(guān)參數(shù)。 （2）　　　由圖所示共集電極基本放大電路的頻率響應(yīng)曲線可求得：電路的上限頻率（Ｘ２），下限頻率（Ｘ１）?！　」不鶚O基本放大電路　　　圖3為一共基極基本放大電路，用儀器庫(kù)的函數(shù)發(fā)生器為電路提供正弦輸入信號(hào)Vi(幅值為5mV,頻率為10kHz)，采用與共射極基本放大電路相同的分析方法獲得電路的靜態(tài)工作點(diǎn)分析結(jié)果。用示波器測(cè)得電路的輸出，輸入電壓波形，選用交流頻率分析項(xiàng)分析出電路的頻率響應(yīng)曲線及相關(guān)參數(shù)。 （3）　　　由圖所示共基極基本放大電路的頻率響應(yīng)曲線可求得：電路的上限頻率（Ｘ２），下限頻率（Ｘ１）。 場(chǎng)效應(yīng)管基本放大電路 共源極放大電路 （4） ，Q1選用三端式增強(qiáng)型N溝道絕緣柵場(chǎng)效應(yīng)管。，雙擊Q1，出現(xiàn)三端式增強(qiáng)型NMOSFET參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，選模型 (Model) 項(xiàng)，將庫(kù)元件設(shè)置為默認(rèn) (default) ，理想 (ideal) 模式，然后點(diǎn)擊對(duì)話框右側(cè)編輯 (Edit) 按鈕，在 Sheet 1中將跨導(dǎo)系數(shù) (Transconductance coefficient (KP)) 。分析共源極放大電路可參照共射極放大電路的分析過(guò)程進(jìn)行，可根據(jù)圖4電路參數(shù)和共源極放大器的電壓放大倍數(shù)表達(dá)式求得AV的理論計(jì)算值，然后與仿真實(shí)測(cè)值進(jìn)行比較。 共漏極放大電路 （5） 共漏極放大電路如圖5所示，按圖在EWB主界面內(nèi)搭建電路后，選Q1為理想三端式增強(qiáng)型N溝道絕緣柵場(chǎng)效