Multisim基础使用方法详解0001.docx

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1、第2章Multisim9的基本分析方法主要容 2.1 直流工作点分析(DC Operating Point Analysis ) 2.2 交流分析(AC Analysis) 2.3 瞬态分析(Transient Analysis) 2.4 傅立叶分析(Fourier Analysis) 2.5 失真分析(Distortion Analysis) 2.6 噪声分析(Noise Analysis) 2.7 直流扫描分析(DC Sweep Analysis) 2.8 参数扫描分析(Parameter Sweep Analysis)2.1直流工作点分析直流工作点分析也称静态工作点分析，电路的直流分析是

2、在电路中电容开路、电感短 路时，计算电路的直流工作点，即在恒定激励条件下求电路的稳态值。在电路工作时，无论是大信号还是小信号，都必须给半导体器件以正确的偏置，以便使 其工作在所需的区域，这就是直流分析要解决的问题。了解电路的直流工作点，才能进一步 分析电路在交流信号作用下电路能否正常工作。求解电路的直流工作点在电路分析过程中是 至关重要的。2.1.1构造电路为了分析电路的交流信号是否能正常放大，必须了解电路的直流工作点设置得是否合理，所 以首先应对电路得直流工作点进行分析。在Multisim9工作区构造一个单管放大电路，电路 中电源电压、各电阻和电容取值如图所示。1&UF-POL F注意：图中

3、的1，2，3，4，5 等编号可以从 Options-sheet propertiescircuitshow all 调试 出来。执行菜单命令（仿真）Simulate/ （分析）Analyses，在列出的可操作分析类型中选择DC Operating Point，则出现直流工作点分析对话框，加图A所示。直流工作点分析对话框B。与mutate trls切 Took Reports Qpoons 的do窖 Hip子 RunF5廿尊，A也眇DC Cp-aratrig PortSiniu hton Error LogMudt TraiAC Arffilysslead slmutBtKKi Setznos.

4、Transient AobIe.Saie SlnufatiDn SetznqE.Rjurr An加由AIMO-m flriarysSir.Dstortion AnalysE.-.vi/2ftby uuihnfftrumentEnteradi/e Snmhticn SEttriQL.Dlgrtsl mutitiDn SetthgE.Probe Propsrte5.BD匚 5weep.Ke/srH Pr&be U rect&nSensfchtt._Dear InEzrurrent OatiEeltcled vwiablts f-sr0ECmEtlHelpliter UhielEcted Vwjbl

5、tsfifabal Component Tbla用此洞Parameter 5g叩 Temperature S&ywmp-. Pote ZeroBB.1. Output 选项Output用于选定需要分析的节点。左ffl Variables in circuit栏列出电路中各节点电压变量和流过电源的电流变量。右边Selected variables for栏用于存放需要分析的节点。具体做法是先在左ffl Variables in circuit栏中选中需要分析的变量（可以通过鼠标拖拉进行全 选），再单击Add按钮，相应变量则会出现在Selected variables for栏中。如果Select

6、ed variables for栏中的某个变量不需要分析，则先选中它，然后点击Remove按钮，该变量将会回到左 边 Variables in circuit 栏中。2. Analysis Options和Summary选项表示：分析的参数设置和Summary页中排列了该分析所 设置的所有参数和选项。用户通过检查可以确认这些参数的设置。点击B图下部Simulate按钮，测试结果如图所示。测试结果给出电路各个节点的电压值。根 据这些电压的大小，可以确定该电路的静态工作点是否合理。如果不合理，可以改变电路中 的某个参数，利用这种方法，可以观察电路中某个元件参数的改变对电路直流工作点的影响。2.2交

7、流分析交流分析是在正弦小信号工作条件下的一种频域分析。它计算电路的幅频特性和相频特 性，是一种线性分析方法。Multisim 9在进行交流频率分析时，首先分析电路的直流工作点， 并在直流工作点处对各个非线性元件做线性化处理，得到线性化的交流小信号等效电路，并 用交流小信号等效电路计算电路输出交流信号的变化。在进行交流分析时，电路工作区中自 行设置的输入信号将被忽略。也就是说，无论给电路的信号源设置的是三角波还是矩形波， 进行交流分析时，都将自动设置为正弦波信号，分析电路随正弦信号频率变化的频率响应曲 线。2.2.1构造电路这里仍采用单管放大电路作为实验电路，电路如图所示。这时，该电路直流工作点

8、分析的结 果如下：三极管的基极电压约为0.653V，集电极电压约为5.46V，发射极电压为0V。1&UF-P0L E2.2.2启动交流分析工具执行菜单命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析类型中选择AC Analysis,!出现交流 分析对话框，如图所示。对话框中Frequency Parameters页的设置项目、单位以及默认值等容见表所示。项目默认值单但注牌Start frequency C起始频率）1Hz交度少析时的起始频率以技单位有:Hz-,眼、 MHz-, gStop frequencyC终止频率）10GHz交疵分析时的终止频率以选单位有：Hz-, kHz-, M

9、Hz-, gSweep typeC扫描类型）Decade交流分析曲线的频率变化方式，可选项有:DecadE.Lineal、OctaveNumtier of points per decadeC扫描点数】10指的是起点到点共有多少个频率点，对统性扫描 该项菸慈Vertical scaleC垂直刻度】Logaiithmic扫描时的垂直刻度可恍顶有；Lhieai、Loganthmuc、 DecibeL Octave2.2.3检查测试结果电路的交流分析测试曲线如图所示顶试结果给出电路的幅频特性曲线和相频特性曲线，幅频 特性曲线显示了3号节点（电路输出端）的电压随频率变化的曲线；相频特性曲线显示了3 号

10、节点的相位随频率变化的曲线。由交流频率分析曲线可知，该电路大约在7Hz - 24MHz 围放大信号，放大倍数基本稳定，且相位基本稳定。超出此围，输出电压将会衰减，相位会 改变。2.3瞬态分析瞬态分析是一种非线性时域分析方法，是在给定输入激励信号时，分析电路输出端的瞬 态响应。Multisim在进行瞬态分析时，首先计算电路的初始状态，然后从初始时刻起，到某 个给定的时间围，选择合理的时间步长，计算输出端在每个时间点的输出电压，输出电压由 一个完整周期中的各个时间点的电压来决定。启动瞬态分析时，只要定义起始时间和终止时 间，Multisim可以自动调节合理的时间步进值，以兼顾分析精度和计算时需要的

11、时间，也可 以自行定义时间步长，以满足一些特殊要求。2.3.1构造电路构造一个单管放大电路，电路中电源电压、各电阻和电容取值如图所示。2.3.2启动瞬态分析工具执行菜单命令Simulate/Analyses,在列出的可操作分析类型中选择Transient Analysis,出现瞬 态分析对话框，如图所示。瞬态分析对话框中Analysis Parameters页的设置项目、单位以及默认值等容见表所示。选项柩项目默认.值注释Initial conditioiis r初始案件）Set to Zero（设为零）不选如果希望从零初始状态起，蚓迷择 此项User-definedt用户自定受）不选如果希望从

12、用户自己定曳的初始浅 态起，则选择此项Calculate DC operating point C计管静态工作点）不选如果从静态工作点起始粉析，则选 择此项AutomaticalLy detEimine initial conditions 系统自动确定 初始.件）迷中财感鲸以静态工作点作为分析初 始条件，如果仿真失敏，则使用用户 定义的初始条件Parameters参数）Start time起始时间）0瞬态分析的起始时间必须大于或等 于雪且应小于结束时间Endtiiw（铤止时司）0.001瞬态忌析的终止时间必须大于起始 时间Maxiiinitn time step settingC最大步进时间

13、设置）选中如果选中该顶，则可在以下三项中 挑迷一项Minimum nimibei of time points （最 小时间点数）100自起始时间至结束时间之间1模拟 输出的点数Maxiiinitn time stepC最大步进时间IE-05模拟时的最大步迸时间Generate time steps autoiYiatijcally C自动产生步进 时间）选中瓯螭瓶糖选择模拟电蹄的最为合 理及最大步进时间2.3.3检查分析结果放大电路的瞬态分析曲线如图所示。分析曲线给出输入节点2和输出节点5的电压随时间变 化的波形，纵轴 坐标是电压，横 轴是时间轴。从 图中可以看出 输出波形和输 人波形的幅值

14、 相差不太大，这 主要是因为该 放大电路晶体 管发射极接有 反馈电阻，从而 影响了电路的 放大倍数。2.4傅立叶分析 傅立叶分File Edit View Tools洛口鸟昭 同目怛国 导岛嗽0 尽Selected Trace: $2Tlansient Analysis Circuit 1 Transient AnalysisTim 巳（S）析是一种分析 复杂周期性信号的方法。它将非正弦用期信号分解为一系列正弦波、余弦波和直流分量之和。根据傅立叶级数的数学原理，周期函数f（t）可以写为f （t） = A + A cos t + A cos 2wt Hb B sin t + B sin 2wt

15、H傅立叶分析以图表或图形方式给出信号电压分量的幅值频谱和相位频谱。傅立叶分析同时也 计算了信号的总谐波失真（THD），THD定义为信号的各次谐波幅平方和的平方根再除以 信号的基波幅，并以百分数表示：THD = ZU* U1 X100%2.4.1构造电路2构造一个单管放大电路，电路中电源电压、各电阻和电容取值如图所示。该放大电路在输入信号源电压幅值达到50mv时，输出端电压信号已出现较严重的非线性失真，这也就意味着 在输出信号中出现了输入信号中未有的谐波分量。2.4.2启动交流分析工具执行菜单命令Simulate/Analyses,在列出的可操作分析类型中选择Fourier Analysis,则

16、出现傅立叶分析对话框，如图所示。傅立叶分析对话框中Analysis Parameters页的设置项目及默认值等容见表所示。项目注辟Samping options （采 样选项）Frequeiwy resolution c基频）殷漩信号源频率日如果电跻中有多个壹就 信号源，则取各信号源频率的最小公因数-点 Es-tnmie芯钮系统将自动设置口Himibei of hannomes【谐波数】设置需要计复的谐浪个数Stop tmije ibr saittplirig （停止采样时间）设置停止采祥时间-霞京虱按钮， 杀稣将自动设置nRjesulis（结果）Display phase 相位显小）如果选中

17、妗析姑果则会同时显示顾腰埃，Display as bar graph 瓣条图形方式显示）如果选中成线条囹形方式显小分析的结果.Ncnnalize graphs （妇二化图形）如果选中始析统熟钢妇二化囹？Dis plays（品示）显示形式迷择：可选Chait C图表1 Gmph 图形）或Chartaiid Graph （图表和图形kVertical Scab巍辑刻度）飙袖刻度选择可迷Lineal线性Xkgitknic （对数 1 Decibel C 贝）或 Octave （八倍 L2.4.3检查分析结果傅立叶分析结果如图所示。如果放大电路输出信号没有失真，在理想情况下，信号的直流分 量应该为零，

18、各次谐波分量幅值也应该为零，总谐波失真也应该为零。从图可以看出，输出信号直流分量幅值约为1.15V，基波分量幅值约为4.36 V, 2次谐波分 量幅值约为1.58 V，从图表中还可以查出3次、4次及5次谐波幅值。同时可以看到总谐波 失真（THD）约为35.96%，这表明输出信号非线性失真相当严重。线条图形方式给出的信号 幅频图谱直观地显示了各次谐波分量的幅值。Grapher TiewFile Edit Vi ew Tools洛口辱直静电叟旦曲曰包段0臭话_晶球萌直T raiiicntFcurier朗励I熨:Circuit 12 DC component: 1.511751 Fourier ew

19、lymim foe $5:G H-arrmnic Fiequencn M-asnitude Fh-ase Norni Mag NornT Fh.as：e4 No. Harmonics: 5, THD: 37.0786 Gridsize: 128. Inteipolation Degree: 1Fourier Analysis6k失真分析放大电路输出信号的失真通常是由电路增益的非线性与相位不一致造成的。增益的非线 性将会产生谐波失真，相位的不一致将产生互调失真。Multisim失真分析通常用于分析那些 采用瞬态分析不易察觉的微小失真。如果电路有一个交流信号，Multisim的失真分析将计算 每点

20、的二次和三次谐波的复变值；如果电路有两个交流信号，则分析三个特定频率的复变值， 这三个频率分别是：（f1+f2），（f1f2），（ 2f1 -f2 ）o2.5.1构造电路设计一个单管放大电路，电路参数及电路结构如图所示。对该电路进行直流工作点分析后， 表明该电路直流工作点设计合理。在电路的输入端加入一个交流电压源作为输入信号，其幅 度为4V，频率为1kHz。2N39061h40O1GPD21M0O1GP注意：双击信号电压源符号，在属性对话框中Distortion Frequency 1 Magnitude:项目下设置 为4Vo Distortion Frequency 2 Magnitude:

21、项目下设置为4V。然后继续分析该放大电路。2.5.2启动失真分析工具执行菜单命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析类型中选择Distortion Analysis，则出 现瞬态分析对话框，如图所示。失真分析对话框中Analysis Parameters页的设置项目、单位以及默认值等容见表所示。项目默认值注愕Start frequencyC起始频率)1Hz设置起岭频率-Stop frequency（缨止频率）10GHz设置终止频率_Swep（扫描类型）Decade扫描类型 Decaiie-R Limai 或 OctacveaNumber of points per decad

22、eC十倍观点数)10设置每十倍坳的采祥点数nVertical sc ale（垂百刻度）Loganthm垂宜刻度口】垂选Lit眼I、Logarithm-, Decibel或 O clave BF2 / Fl ntio0.1C不选）选中时在Fl扫描期间，F2设定为该比率乘以起 始频率 应冲，勺nReset to mam AC VTalues按祖将所有设置恢复为与堂捅始祈相同的设置 值。Rjeset to default按困将所有设置族堂为默U.值口2.5.3检查分析结果电路的失真分析结果如图所示。由于该电路只有一个输入信号，因此，失真分析结果给出的是谐波失真幅频特性和相频特性图。恒国Filn Ed

23、it Yiev TdoIe洛tl唇陪花电危141曰心啜。口Alacied. a : glD sio don Anatysi; Distortion Anabsis LP函蛔包!业瓯.失真分析DISTORTION - IM: 2fl-210100 It 10k100k IM KI 105MFrequency (Hz)-10-205-110 IIW Ik ICk 00k IM IflM IDflMFrequency (Hz)2.6噪声分析电路中的电阻和半导体器件在工作时都会产生噪声，噪声分析就是定量分析电路中噪声 的大小。Multisim 提供了热噪声、散弹噪声和闪烁噪声等3种不同的噪声模型。噪声

24、分析利 用交流小信号等效电路，计算由电阻和半导体器件所产生的噪声总和。假设噪声源互不相关， 而且这些噪声值都独立计算，息噪声等于各个噪声源对于特定输出节点的噪声均方根之和。 2.6.1构造电路构造单管放大电路，双击信号电压源符号，在属性对话框中Distortion Frequency 1 Magnitude:项目下设置为1V。然后继续分析该单管放大电路。2.6.2启动噪声分析工具执行菜单命令Simulate/Analyses，在列出的可操作分析类型中选择Noise Analysis,!出现噪 声分析对话框，如图所示。噪声分析对话框中Analysis Parameters页的设置项目及其注释等容

25、见表所示。项目默认值单位注释Input noise refftretwe source C输入噪声釜考源】电路的输 入源选择交流信号源输入Output njode输出节点）电路中的节点选择输出噪声的节点位置。在该节点计 耸电路所有元器件产生的噪声电压均方 根之和Reference node （参考节点）0默认值为接地点Set pomts perc设置每汇总时 计算的点数】不选）选中时，噪声分析时将产生所选兄件的 噪声就迹，在右这埴入频率步进数-噪声分析对话框中Frequency Parameters页如图所示。其中设置项目及其注释等容见下表所示:项目默认值单怛注肆Start fitquetLc

26、y （起蛤频率）1He设置起始频率-Stop frequsncy （终止频率）10GHz设置终止频率-Swneep type （扫描类型）Decade扫描类型可选以淑*、Linear或Octavie.1Nuittber of points per decade （十倍觌点数）10设置每十倍顼的采祥点数-Vertical scale （垂直刻度）Logarithm垂直刻度口以选 项ear. bgaiithm.Decel 成 Octave R#set to main AC values按钮将所有设置恢复为与交流分析相 同的设置值-Rjeset to defaiilt按钮将所有设置族堂为默认值u2.

27、6.3检查分析结果噪声分析曲线如图所示。其中上面一条曲线是总的输出噪声电压随频率变化曲线，下面一条 曲线是等效的输入噪声电压随频率变化曲线。2.7直流扫描分析直流扫描分析是根据电路直流电源数值的变化，计算电路相应的直流工作点。在分析前 可以选择直流电源的变化围和增量。在进行直流扫捕分析时，电路中的所有电容视为开路， 所有电感视为短路。在分析前，需要确定扫捕的电源是一个还是两个，并确定分析的节点。如果只扫捕一个电 源，得到的是输出节点值与电源值的关系曲线。如果扫捕两个电源，则输出曲线的数目等于 第二个电源被扫捕的点数。第二个电源的每一个扫描值，都对应一条输出节点值与第一个电 源值的关系曲线。2.

28、7.1构造电路构造如图所示的电路，MOS管型号为2N7000，属于N沟道增强型MOS管。现在要利用直 流扫捕来测绘MOS管的输出特性曲线。执行菜单命令 Simulate/Analyses，在列出的可操作分析类型中选择DC Sweep，则出现直流扫 描分析对话框直流扫捕分析对话框中Analysis Parameters页中包含Sourcel和Source2两个区，区中设置顶目及其注释等容见表所示。项目单怛注群Source（电源】选择要扫描的直蒲电源Start valuje开始值）V设置扫描开始值Stop valus（缪止值）V设置扫描终止值Increase（增星）V设置扫描增量Use sourc

29、e 1使用电源2）如需要扫描酉个电源，则选中梭选项2.7.3检查分析结果直流扫捕分析曲线即MOS管的输出特性曲线，如图所示。横坐标为MOS管的漏极电压，纵坐标是MOS管的漏极电流（尽管图上标的是Voltage ）o每 一条曲线都是MOS管漏极电压与漏极电流的关系曲线且对应一个固定的栅极电压。2.8 参数扫描分析（Parameter Sweep Analysis）参数扫描分析是在用户指定每个参教变化值的情况下，对电路的特性进行分析。在参敏 扫捕分析中，变化的参教可以从温度参教扩展为独立电压源、独立电流源、温度、模型参教 和全局参教等多种参教。显然，温度扫捕分析也可以通过参教扫捕分析来完成。1.构

30、造电路政.- 2 Q . R1I.1乡2.启动参数扫描分析工具选择 Simulate / Analysis / Parameter Sweep2.启动参数扫描分析工具选项框项目默认值注释Swep Parameters （选择扫捕元件 及参数）Device Parameter（元件参数）BJT（晶体管）可选电路中出现的元件种类（Device）， 如 Diode、Resistor、Vsource 等，元件序 号（Name）以及元件参数（Parameter）Model Parameter（元件模型参数）BJT（晶体管）表示选中的是元件模型参数类型，各参 数不仅与电路有关，还与Device Param

31、eter对应的选项有关Points to sweep（选择扫捕方 式）Decade（十倍刻度扫捕）确定扫捕起始值、终止值及增量步长Liner （线性刻度值）选中确定扫捕起始值、终止值及增量步长Octave（八倍刻度扫捕）确定扫捕起始值、终止值及增量步长Liste（取列表值扫捕）列出扫捕时的参数值，数字间可用空格、 逗点或分号隔开More Option（选择分析类型）DC Operating Point（直流工作点）未选选中该项，进行直流工作点的参数扫捕 分析Transient Analysis（瞬态分析）选中选中该项，进行瞬态参数扫捕分析，可 以修改瞬态分析时的参数设置AC Frequency Analysis （交流频率分析）未选选中该项，进行交流频率参数扫捕分析， 可以修改交流频率分析时的参数设置3.查看分析结果 y a a| 电略口 |曲目画食q通目|隐写会液|殓t|意阍