Multisim仿真基础篇课件.ppt

1、Multisim电路仿真电路仿真 快速入门快速入门前言lEDA(Electronic Design Automation，电子设计自动化)技术集计算机技术、电子技术、信号处理技术于一体，是现代电子工程领域的一门新技术lEDA技术极大地推动了电子工业的发展，是现代电子工业不可缺少的一项技术前言l广义广义EDAu半导体工艺设计自动化u可编程器件设计自动化u电子系统设计自动化u印刷电路板设计自动化u仿真与测试、故障诊断自动化u形式验证自动化 前言l狭义EDA 以大规模可编程逻辑器件（PLD）为设计载体，以硬件描述语言（HDL）为系统逻辑描述的主要表达方式，以计算机、大规模可编程器件的开发软件及实验开

2、发系统为设计工具，自动完成“用软件的方式设计硬件”前言 lEDA软件代表电子系统设计的技术潮流，在众多的EDA仿真软件中，Multisim软件界面友好、功能强大、易学易用，受到电类设计开发人员的青睐。lMultisim用软件方法虚拟电子元器件及仪器仪表，将元器件和仪器集合为一体，是原理图设计、电路测试的虚拟仿真软件。一、Multisim电路仿真软件简介1 历史和现状历史和现状2 Multisim能干什么能干什么3 特点和优势特点和优势4 网络资源网络资源5 操作界面操作界面1 历史和现状lMultisim来源于来源于加拿大图像交互技术公司（加拿大图像交互技术公司（Interactive Ima

3、ge Technologies简称简称IIT公司公司)推出的以推出的以Windows为基础为基础的仿真工具，原名的仿真工具，原名EWB。lIIT公司于公司于1988年推出一个用于电子电路仿真和设计的年推出一个用于电子电路仿真和设计的EDA工具软件工具软件Electronics Work Bench（电子工作台，简称（电子工作台，简称EWB），以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易），以界面形象直观、操作方便、分析功能强大、易学易用而得到迅速推广使用。学易用而得到迅速推广使用。l1996年年IIT推出了推出了EWB5.0版本，在版本，在EWB5.x版本之后，从版本之后，从EWB6.0版本开始

4、，版本开始，IIT对对EWB进行了较大变动，名称改为进行了较大变动，名称改为Multisim(多功能仿真软件多功能仿真软件)，专用于电路级仿真。，专用于电路级仿真。lIIT后被美国国家仪器（后被美国国家仪器（NI，National Instruments）公司收）公司收购，软件更名为购，软件更名为NI Multisim，已经有，已经有Multisim2001、 Multisim7、 Multisim8、Multisim9 、Multisim10。1 历史和现状 Multisim系列软件的组成：lMultisim： 电路仿真设计模块lUltiboard：PCB设计软件lUltiroute： 布线

5、引擎lCommsim：通信电路分析与设计模块 4个部分相互独立，可以分别使用。Multisim系列软件能完成从电路的仿真设计到电路板图生成的全过程。 4个模块均有增强专业版（Power Professional）、专业版（Professional）、个人版（Personal）、教育版（Education）、学生版（Student）和演示版（Demo），各版本的功能和价格有明显差异。2 Multisim能干什么 Multisim经历了多个版本的升级，9版本之后增加了单片机和LabVIEW虚拟仪器的仿真和应用u电路分析u模拟电子电路u数字电子电路u模数混合电路u射频电路uDSP/FPGA/CPLD

6、u电力电子电路uPLC控制电路u单片机电路3 特点和优势优势：优势：l操作界面直观易用l大量元器件库，3D元件库；l虚拟仪器表种仪类齐全，l分析方法完备l可调用LabVIEW虚拟仪器（自定义）l强大的Help 功能，包括软件本身的操作说明、各种元器件功能说明。4 网络资源lNI官方网站 http:/lElectronics Workbench公司官方网站 http:/软件下载：软件下载：教育版（教育版（30天评估版）天评估版）学生版（购买或者教师申请）学生版（购买或者教师申请）ADI版（只有模拟元器件，免费）版（只有模拟元器件，免费）5 操作界面l以以Multisim10（教育版）为例（教育版

7、）为例Multisim10用户界面菜单栏菜单栏元器件工具栏元器件工具栏状态栏状态栏仿真开关仿真开关主工具栏主工具栏电路图编辑区电路图编辑区项目项目管理管理器器虚虚拟拟仪仪器器工工具具栏栏标准工标准工具栏具栏l菜单栏与菜单栏与Windows应用程序相似应用程序相似打打开开新新建建保保存存文文件件编编辑辑操操作作显显示示查查看看放放置置元元器器件件节节点点导导线线仿仿真真分分析析与与P PC CB B软软件件数数据据传传送送元元器器件件修修改改产产生生报报告告用用户户设设置置浏浏览览功功能能单单片片机机仿仿真真帮帮助助l标准工具栏标准工具栏l视图工具栏视图工具栏l主工具栏主工具栏帮助帮助现用元器件

8、列表现用元器件列表修改修改UltiboardUltiboard注释文件注释文件创建创建UltiboardUltiboard注释文件注释文件虚拟实验板虚拟实验板电气规则检测电气规则检测后处理器后处理器图形记录仪图形记录仪元器件编辑元器件编辑数据库管理器数据库管理器电子表格检视窗电子表格检视窗设计工具箱设计工具箱l元器件工具栏元器件工具栏放置总线放置总线放置模块放置模块单片机模块单片机模块机电元器件机电元器件高频元器件高频元器件高级外围电路高级外围电路杂项元器件杂项元器件放置功率元件放置功率元件显示模块显示模块混合元器件混合元器件其它数字器件其它数字器件CMOSCMOS元器件元器件TTLTTL元器

9、件元器件运算放大器运算放大器放置晶体管放置晶体管放置二极管放置二极管基本元器件基本元器件放置电源放置电源l虚拟仪器工具栏虚拟仪器工具栏测量探针测量探针LabVIEWLabVIEW虚拟仪器虚拟仪器TektronixTektronix示波器示波器AgilentAgilent示波器示波器AgilentAgilent数字万用表数字万用表AgilentAgilent函数发生器函数发生器网络分析仪网络分析仪频谱分析仪频谱分析仪矢量分析仪矢量分析仪伏案特性分析仪伏案特性分析仪逻辑转换仪逻辑转换仪逻辑分析仪逻辑分析仪字信号发生器字信号发生器数字频率极数字频率极伯德图仪伯德图仪四通道示波器四通道示波器示波器示波

10、器功率表功率表函数发生器函数发生器万用表万用表l项目管理器项目管理器l 位于基本工作界面的左半部分位于基本工作界面的左半部分l 电路以分层的形式展示，主要电路以分层的形式展示，主要用于层次电路的显示用于层次电路的显示lHierarchyHierarchy：对不同电路的分层：对不同电路的分层显示，单击显示，单击“新建新建”按钮将生成按钮将生成Circuit2Circuit2电路电路lVisibilityVisibility：设置是否显示电路：设置是否显示电路的各种参数标识，如集成电路的的各种参数标识，如集成电路的引脚名引脚名lProject ViewProject View：显示同一电路的：显示

11、同一电路的不同页不同页lOptions菜单下的菜单下的Global Preferences和和Sheet Properties可进行个性化界面设置可进行个性化界面设置两套电气元器件符号标准两套电气元器件符号标准lANSI:ANSI:美国国家标准学会，美国标准美国国家标准学会，美国标准 lDIN:DIN:德国国家标准学会，欧洲标准德国国家标准学会，欧洲标准二、 仿真基础1 建立电路文件建立电路文件2 放置元器件和仪表放置元器件和仪表3 元器件编辑元器件编辑4 连线和进一步调整连线和进一步调整5 电路仿真电路仿真6 输出分析结果输出分析结果1 建立电路文件l打开Multisim时自动打开空白电路文

12、件Circuit1，保存时可以重新命名l菜单l工具栏New按钮l快捷键Ctrl+N2 放置元器件和仪表l元件数据库：主元件库（Master Database）,用户元件库（User Database），合作元件库（Corporate Database）,后两个库由用户或合作人创建，新安装的Multisim这两个数据库是空的l菜单Place Componentl元件工具栏：PlaceComponentl绘图区右击利用弹出菜单l快捷键Ctrl+W2 放置元器件和仪表l以晶体管单管共射放大电路为例以晶体管单管共射放大电路为例l放置放置+12V电源：电源：Place Source2. 放置元器件和仪表

13、l放置放置+12V电源：修改电压值为电源：修改电压值为12V2 放置元器件和仪表l放置电阻：放置电阻：Place Basic2 放置元器件和仪表l放置电容放置电容2 放置元器件和仪表放置放置NPN晶体管晶体管2 放置元器件和仪表放置接地端放置接地端2 放置元器件和仪表放置仪表：函数信号发生器（仪表工具栏）放置仪表：函数信号发生器（仪表工具栏）2 放置元器件和仪表l信号发生器设置信号发生器设置 双击函数信号发生器图标弹出参数设置对话框双击函数信号发生器图标弹出参数设置对话框2 放置元器件和仪表放置仪表：双通道示波器（仪表工具栏）放置仪表：双通道示波器（仪表工具栏）3 元器件编辑1. 1. 元器件

14、参数设置双击元器件，弹出相关对话框uLabel：标签，Refdes编号，由系统自动分配，可以修改，但须保证编号唯一性uDisplay：显示uValue：数值uFault：故障设置，Leakage漏电；Short短路；Open开路；None无故障（默认）uPins：引脚，各引脚编号、类型、电气状态3 元器件编辑2. 元器件向导（Component Wizard） 对特殊要求，可以用元器件向导编辑自己的元器件，一般是在已有元器件基础上进行编辑和修改。 菜单Tools/ Component Wizard，按照规定步骤编辑 用元器件向导编辑生成的元器件放置在User Database(用户数据库)中。

15、4 连线和进一步调整连线：1.自动连线：单击起始引脚鼠标指针变为十字形，移动鼠标至目标引脚或导线单击；2.手动连线：在需要拐弯处单击固定拐点；3.元器件与导线连接系统自动在交叉点放节点；4.交叉点：默认丁字交叉为导通，十字交叉为不导通，可分段连线，起点到交叉点，交叉点到终点；5.可以在已有连线上增加一个节点（Junction），从该节点引出新的连线，菜单Place/Junction/快捷键Ctrl+J。4 连线和进一步调整4 连线和进一步调整进一步调整：1.调整位置：选定元件，移动至合适位置；2.改变标号：双击进入属性对话框更改；3.显示节点编号以方便仿真结果输出：Options/Sheet

16、Properties/Circuit/Net Names:Show All4.导线和节点删除：右击/Delete4 连线和进一步调整4 连线和进一步调整显示节点编号显示节点编号4 连线和进一步调整5 电路仿真l按下仿真开关，电路开始工作按下仿真开关，电路开始工作l双击示波器，调整示波器横坐标和纵坐标双击示波器，调整示波器横坐标和纵坐标5 电路仿真l点击点击Reverse按钮可将背景反色按钮可将背景反色5 电路仿真l测周期 使用两个标尺，显示区给出对应时间及该时间的波形幅值6 输出分析结果l菜单菜单Simulate/Analyses/DC Operating Pointl选择输出节点选择输出节点

17、1、4、5，点击，点击ADD、Simulate静态工作点分析结果: 三、 仿真基础1 元器件库元器件库2 虚拟仪器虚拟仪器 MultisimMultisim之所以应用广泛，主要原因是其提供之所以应用广泛，主要原因是其提供了功能齐全的元器件库和虚拟仪器。了功能齐全的元器件库和虚拟仪器。1 元器件库l分级存放体系，分级存放体系，Database 数据库Group 类别Family 系列 电源库、基本元器件库、二极管库、晶体管库、模拟器件库、TTL库、CMOS库、单片机元器件库、外围设备库、混合数字器件库、混合库、指示器库、机电元件库、射频元件库。1.电源库SourceSource库：包括电源、信库

18、：包括电源、信号电压源、信号电流源、号电压源、信号电流源、受控电压源、受控电流源、受控电压源、受控电流源、函数控制器件。函数控制器件。 2.基本元器件库BASICBASIC库：包含基础元库：包含基础元件，如电阻、电容、电件，如电阻、电容、电感、二极管、三极管、感、二极管、三极管、开关等；开关等； 3.二极管库DiodesDiodes库：二极管库，库：二极管库，包含普通二极管、齐纳包含普通二极管、齐纳二极管、二极管桥、变二极管、二极管桥、变容二极管、容二极管、PINPIN二极管、二极管、发光二极管等。发光二极管等。 4.三极管库TransisitorTransisitor库：三极库：三极管库，包

19、含管库，包含NPNNPN、PNPPNP、达林顿管、达林顿管、IGBTIGBT、MOSMOS管、场管、场效应管、可控硅等；效应管、可控硅等； 5.模拟器件库AnalogAnalog库：模拟器件库，包括运放、滤波器、比较器、模拟库：模拟器件库，包括运放、滤波器、比较器、模拟开关等模拟器件开关等模拟器件 6.TTL元器件库TTLTTL库：包含库：包含TTLTTL型数字电路型数字电路 如如7400 74047400 7404等门等门BJTBJT电路。电路。 7.CMOS元器件库COMSCOMS库：库：COMSCOMS型数字电路，如型数字电路，如74HC0074HC00、74HC0474HC04等等MO

20、SMOS管电路。管电路。 8.单片机（微控制器）模块库MCU ModelMCU Model： MCUMCU模型，模型，MultisimMultisim的单片机模型比较少，的单片机模型比较少，只有只有MCS51MCS51、PIC16PIC16模型和模型和ROMROM、RAM RAM 9.混合数字器件库MIXC DigitalMIXC Digital：混合数字器件库，包含：混合数字器件库，包含DSPDSP、CPLDCPLD、FPGAFPGA、PLDPLD、单片机、单片机- -微控制器、存储器件、一些接口电路等数字器件微控制器、存储器件、一些接口电路等数字器件 10.混合元器件库MixedMixed

21、：混合库，包含定时器、：混合库，包含定时器、AC/DAAC/DA转换芯片、模转换芯片、模拟开关、震荡器等拟开关、震荡器等 11.指示元器件库IndicatorsIndicators：指示器库，包含电压表、电流表、探针、蜂鸣器、灯、：指示器库，包含电压表、电流表、探针、蜂鸣器、灯、数码管等数码管等12. 电力元器件库PowerPower：电源库，包含保险丝、稳压器、电压抑制、隔离电：电源库，包含保险丝、稳压器、电压抑制、隔离电源等源等 13.杂项元器件库MiscMisc：混合库，包含晶振、电子管、滤波器、：混合库，包含晶振、电子管、滤波器、MOSMOS驱动等驱动等 14.高级外设模块库Advan

22、ce PeriphearlsAdvance Periphearls库：外围器件库，包含键盘、库：外围器件库，包含键盘、LCDLCD和一个显示终端的模型。和一个显示终端的模型。 15.射频元器件库RFRF：RFRF库，包含一些库，包含一些RFRF器件，如高频电容电感、器件，如高频电容电感、高频三极管等高频三极管等 16.电子机械器件库Elector MechinicalElector Mechinical：电子机械器件库，包含传感开关、机：电子机械器件库，包含传感开关、机械开关、继电器、电机等。械开关、继电器、电机等。2 虚拟仪器u模拟类：万用表、示波器、信号发生器、伏安特性测试仪u数字类：字信

23、号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器u频率类：频谱仪、数字频率计u高频类：端口网络分析仪u实际仪器：Agilent信号发生器、 Agilent示波器、Tektronix示波器uLabVIEW虚拟仪器u测量探针1 万用表(Multimeter) 测量交直流电压、交直流电流、电阻、电路中测量交直流电压、交直流电流、电阻、电路中两个节点之间的分贝损耗。两个节点之间的分贝损耗。 不需用户设置量程，参数默认为理想参数（比不需用户设置量程，参数默认为理想参数（比如电流表内阻为如电流表内阻为0 0），用户可以修改参数。），用户可以修改参数。AA测电流测电流V V 测电压测电压 测电阻测电阻dB dB 测两节点之

24、间电压增测两节点之间电压增益（益（dB=20lgVout/VindB=20lgVout/Vin） 测交流（有效值测交流（有效值RMSRMS）- - 测直流测直流1 万用表(Multimeter)SetSet按钮：设置万用表参数。按钮：设置万用表参数。电流表内阻电流表内阻( (并联并联) )电压表内阻（串联）电压表内阻（串联）欧姆表电流欧姆表电流测电压增益时的相对电压值测电压增益时的相对电压值电流表测量范围电流表测量范围电压表测量范围电压表测量范围欧姆表测量范围欧姆表测量范围1 万用表(Multimeter)l测支路电流、支路电压、端口等效电阻、节点电压增益1 万用表(Multimeter)l支

25、路电流、支路电压支路电流、支路电压1 万用表(Multimeter)l节点节点4与与0看进去的等效电阻（看进去的等效电阻（V1置零）置零）2 函数发生器(Function Generator) 产生正弦波、三角波、方波电压信号。产生正弦波、三角波、方波电压信号。可设置：频率、幅值、占空比、直流偏置可设置：频率、幅值、占空比、直流偏置频率范围很宽：音频至射频频率范围很宽：音频至射频频率：频率：0.001pHz1000THz0.001pHz1000THz方波信号的占空比：方波信号的占空比：1%99%1%99%Set Rise/Fall Time: Set Rise/Fall Time: 方波信号方

26、波信号设置上升设置上升/ /下降时间下降时间正极性信号正极性信号负极性信号负极性信号有效值两倍有效值两倍曲线颜色与电路曲线颜色与电路中对应导线同色中对应导线同色3 功率计(Wattmeter)u 用来测量电路交直流信号的功率、功率因数。用来测量电路交直流信号的功率、功率因数。u 电压端子与待测设备并联测量电压电压端子与待测设备并联测量电压u 电流端子与待测设备串联测量电流电流端子与待测设备串联测量电流功率：支路的有功功率功率：支路的有功功率功率因数：功率因数：01013 功率计(Wattmeter)l功率表应用电路功率表应用电路4 双踪示波器(Oscilloscope)示波器：测量信号电压幅值

27、和频率，显示波形曲线。双踪：同时测量两路信号。六个端子：A通道正负端、B通道正负端、外触发正负端l图形显示区图形显示区l测量数据显示区测量数据显示区l三个模块设置三个模块设置u时基模块时基模块u通道模块通道模块u触发模块触发模块4 双踪示波器(Oscilloscope)u时基模块时基模块 Y/T: Y/T: 默认显示方式，波形随时间变化默认显示方式，波形随时间变化 ADD: AADD: A通道信号和通道信号和B B通道信号叠加显示通道信号叠加显示 B/A: AB/A: A通道信号作为通道信号作为X X轴扫描轴扫描,B/A,B/A幅度商为幅度商为Y Y轴输出，是轴输出，是B B通通道信号随道信号

28、随A A通道信号变化的波形通道信号变化的波形 A/B : BA/B : B通道信号作为通道信号作为X X轴扫描轴扫描,A/B,A/B幅度商为幅度商为Y Y轴输出，是轴输出，是A A通通道信号随道信号随B B通道信号变化的波形通道信号变化的波形u通道模块通道模块 AC: AC: 电容耦合，滤除信号直流部分，仅显示交流部分电容耦合，滤除信号直流部分，仅显示交流部分 0 0：接地，没有信号显示：接地，没有信号显示 DC: DC: 直接耦合，显示直流和交流信号之和直接耦合，显示直流和交流信号之和4 双踪示波器(Oscilloscope)u触发模块触发模块触发信号：同步触发信号：同步X X轴时域扫描轴时

29、域扫描Edge: Edge: 触发边沿选择（上升沿、下降沿、触发边沿选择（上升沿、下降沿、A A通道、通道、B B通道、通道、外部触发）外部触发）Level: Level: 触发电平，信号超过该值示波器才采样显示触发电平，信号超过该值示波器才采样显示Type: Type: 触发方式触发方式 Sing.: Sing.: 单次扫描，触发信号来到后开始一次扫描单次扫描，触发信号来到后开始一次扫描 Nor.: Nor.: 常态扫描，没有触发信号则没有扫描线常态扫描，没有触发信号则没有扫描线 Auto: Auto: 自动扫描，不管有无触发信号均有扫描线自动扫描，不管有无触发信号均有扫描线4 双踪示波器(

30、Oscilloscope)l功能按钮功能按钮uReverse: 显示窗口发色uSave：存储示波器数据,格式*.scp注意：注意： Multisim9Multisim9之后的示波器可以测量差分信号，早期之后的示波器可以测量差分信号，早期的版本只能测节点对地电压波形的版本只能测节点对地电压波形常见问题：常见问题： 时间分辨率调的太小，波形可能向一个方向滑动，时间分辨率调的太小，波形可能向一个方向滑动，也可能出现反相跳动也可能出现反相跳动5 四通道示波器l4个通道：个通道：A、B、C、Dl单击通道选择钮设置各通道单击通道选择钮设置各通道6 波特仪(Bode Plotter)测量电路的频响（电压增益

31、、相位偏移）ModeMode模式选择：模式选择：Magnitude:Magnitude:信号增益；信号增益； Phase: Phase: 相位偏移相位偏移Log:Log:对数刻度；对数刻度；Lin:Lin:线性刻度；线性刻度；F: F:终了终了; I:; I:起始起始Save: Save: 存储数据存储数据* *.tdm; Set: .tdm; Set: 设置显示分辨率设置显示分辨率6 波特仪(Bode Plotter)设计低通滤波器电路:Tools/Circuit Wizards/Filter Wizard6 波特仪(Bode Plotter)7 失真分析仪（Distortion Analy

32、zer）l测量信号失真程度及信噪比的仪器测量信号失真程度及信噪比的仪器l只有一个输入端子只有一个输入端子8 频谱分析仪l分析信号的频域特性的仪器分析信号的频域特性的仪器9 网络分析仪l分析双端口网络的仪器分析双端口网络的仪器10 安捷伦示波器l54622D: 2通道、通道、16逻辑通道、逻辑通道、100MHz带宽带宽11 泰克示波器lTDS 2024: 4通道、通道、200MHz带宽带宽12 测量探针（Measurement Probe）l测量不同节点的电压、频率等参数测量不同节点的电压、频率等参数l探针属性设置：右击探针属性设置：右击/Probe properties四、 仿真基础（仿真分析

33、方法）lMutisim提供了两种电路分析方法：一种是仪表测量，另一种是其提供的仿真分析方法l除了对电路测试外，还需研究诸如温度对电路性能的影响、元器件精度对电路性能的影响，某项参数对电路工作指标的影响，这些需要仿真分析完成l某些虚拟仪器可以完成仿真分析，如放大电路的频响，可以用仿真分析方法中的交流分析得到结果，也可以用波特仪观测结果直流工作点分析直流工作点分析交流分析交流分析瞬态分析瞬态分析傅里叶分析傅里叶分析噪声分析噪声分析噪声系数分析噪声系数分析失真分析失真分析直流扫描分析直流扫描分析灵敏度分析灵敏度分析参数扫描分析参数扫描分析温度扫描分析温度扫描分析极零点分析极零点分析传递函数分析传递函

34、数分析最坏情况分析最坏情况分析蒙特卡洛分析蒙特卡洛分析布线宽度分析布线宽度分析批处理分析批处理分析用户自定义分析用户自定义分析菜单菜单Simulate/Analyses,Simulate/Analyses,列列出所有分析类型出所有分析类型主工具栏基本分析直流工作点分析确定电路静态工作点交流分析分析线性电路的频响瞬态分析时域响应分析傅里叶分析分析复杂周期波形噪声和失真分析噪声分析噪声对电路性能的影响噪声系数分析元器件模型中噪声参数的影响失真分析电路频率特性不理想导致的幅度和相位失真扫描分析直流扫描分析电路在不同直流电源下的直流工作点参数扫描分析不同参数下对电路进行多次仿真分析温度扫描分析不同温度

35、下对电路进行多次仿真分析极零点和传递函数分析极零点分析计算传递函数的极零点，以确定电子电路的稳定性传递函数分析交流小信号电路的传输比灵敏度和容差分析灵敏度分析计算电路的输出变量对元器件参数的敏感程度最坏情况分析元器件参数对电路性能产生的最坏影响的统计分析蒙特卡洛分析给定电路元器件参数容差的统计分布规律情况下，研究元器件参数变化对电路性能影响的统计分析其它分析布线宽度分析原理图转化为PCB板时需要确定连接导线的最小宽度批处理分析按顺序处理同一电路的多种分析，或同一分析的不同应用用户自定义分析提供给用户扩充分析功能5.1 基尔霍夫定律1. KCL电压表和电流表：电压表和电流表：Place/Component/Indicators5.1 基尔霍夫定律2. KVL