1、机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景第第8章章 基于基于Multisim的电路分析的电路分析 Multisim10Multisim10提供了非常齐全的仿真与分析功能，在本章里提供了非常齐全的仿真与分析功能，在本章里将分别介绍每个仿真分析的方法。将分别介绍每个仿真分析的方法。内容提要：内容提要：n学习熟练使用学习熟练使用MultisimMultisim电路设计软件的电路设计软件的7 7种常用分析方法。种常用分析方法。n理解各种分析方法的含义并应用于实际电路的设计。理解各种分析方法的含义并应用于实际电路的设计。n 当我们启动当我们启动Si
2、mulate/AnalysesSimulate/Analyses命令，即可拉出如图命令，即可拉出如图8-18-1所所示的子功能表：示的子功能表：机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.1 直流工作点分析（直流工作点分析（DC Operating Point Analysis）8.1.1 8.1.1 相关原理相关原理n 直流工作点分析是最基本的电路分析，通常是为了计算一直流工作点分析是最基本的电路分析，通常是为了计算一个电路的静态工作点。合适的静态工作点是电路正常工作个电路的静态工作点。合适的静态工作点是电路正常工作的前提，如果设置的不
3、合适，会导致电路的输出波形失真。的前提，如果设置的不合适，会导致电路的输出波形失真。直流分析的结果通常是后续分析的桥梁。直流分析的结果通常是后续分析的桥梁。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.1.2 8.1.2 仿真设置仿真设置n 选择菜单栏选择菜单栏Simulate/Analyses/DC Operating PointSimulate/Analyses/DC Operating Point命令，命令，弹出如图弹出如图8-28-2所示的对话框。该对话框包括三个选项卡：所示的对话框。该对话框包括三个选项卡：OutputOutput
4、、Analysis OptionsAnalysis Options、SummarySummary。下面分别介绍每。下面分别介绍每个选项卡的功能与设置。个选项卡的功能与设置。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景“Output”“Output”选项卡：该选项卡页面主要用来选择所要分析选项卡：该选项卡页面主要用来选择所要分析的节点。的节点。主要包括：主要包括：“Variables in circuit”“Variables in circuit”选项栏、选项栏、“Selected“Selected variables for”variabl
5、es for”选项栏、选项栏、“Add”“Add”和和“Remove”“Remove”按钮、按钮、“Filter Unselected Variables”“Filter Unselected Variables”按钮、按钮、“Add Expression”“Add Expression”和和“Edit Expression”“Edit Expression”按钮按钮机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景“Analysis Options”“Analysis Options”选项卡，主要分析选项用来设置用选项卡，主要分析选项用来设置用户
6、希望的仿真参数。户希望的仿真参数。主要包括：主要包括：“SPICE”“SPICE”选项、其他选项。选项、其他选项。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景“Summary”“Summary”选项卡：用户可以在这里对以上的分析设置进选项卡：用户可以在这里对以上的分析设置进行总结确认。如确认无误，点击行总结确认。如确认无误，点击“Simulate”“Simulate”即可进行仿即可进行仿真分析。真分析。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.8.1 1.3.3 实例仿真实例仿真 如图
7、所示的如图所示的BJTBJT共射放大共射放大电路为例，对所有直流工作点电路为例，对所有直流工作点仿真方法加以说明。仿真方法加以说明。选择选择5 5，6 6，7 7点为仿真节点为仿真节点来分析放大电路的静态工作点来分析放大电路的静态工作点，点击点，点击“Simulate”“Simulate”按钮，按钮，得到分析结果。得到分析结果。由工作在静态工作区时晶由工作在静态工作区时晶体管基极、集电极和发射极需体管基极、集电极和发射极需满足的电压关系可知，此放大满足的电压关系可知，此放大电路可稳定工作电路可稳定工作机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润
8、景8.2 交流分析（交流分析（AC Analysis）8.2.1 8.2.1 相关原理相关原理n 交流分析用来计算线性电路的频率响应。在交流分析中首交流分析用来计算线性电路的频率响应。在交流分析中首先通过直流工作点分析计算所有非线性元件的线性、小信先通过直流工作点分析计算所有非线性元件的线性、小信号模型。然后建立一个包含实际和理想元件的复矩阵，建号模型。然后建立一个包含实际和理想元件的复矩阵，建立复矩阵时，直流源设为立复矩阵时，直流源设为0 0，交流源、电容和电感用它们的，交流源、电容和电感用它们的交流模型来表示，非线性元件用计算出的线性交流小信号交流模型来表示，非线性元件用计算出的线性交流小
9、信号模型来表示。模型来表示。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.8.2 2.2.2 仿真设置仿真设置n 选择菜单栏选择菜单栏Simulate/Analyses/AC AnalysisSimulate/Analyses/AC Analysis选项，弹出选项，弹出如图如图8-128-12所示的对话框。该对话框包括四个选项卡：所示的对话框。该对话框包括四个选项卡：“Frequency Parameter”“Frequency Parameter”、“Output”“Output”、“Analysis“Analysis Options”O
10、ptions”、“Summary”“Summary”。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景“Frequency Parameter”“Frequency Parameter”选项卡：选项卡：“Start Frequence”“Start Frequence”栏：设置交流分析的起始频率。栏：设置交流分析的起始频率。“Stop Frequence”“Stop Frequence”栏：设置交流分析的截止频率。栏：设置交流分析的截止频率。“Sweep type”“Sweep type”下拉列表：选择交流分析的扫描方式，下拉列表中有三个备选项：
11、下拉列表：选择交流分析的扫描方式，下拉列表中有三个备选项：“Decade”“Decade”（十倍刻度扫描）、（十倍刻度扫描）、“Octave”“Octave”（八倍刻度扫描）和（八倍刻度扫描）和“Linear”“Linear”（线性扫描）。通常选择默（线性扫描）。通常选择默认的十倍刻度扫描。认的十倍刻度扫描。“Number of point per decade”“Number of point per decade”栏：设置交流分析中要计算的点数。如对于线性扫描类型，栏：设置交流分析中要计算的点数。如对于线性扫描类型，在扫描开始和结束将用到这个点数。取样点数越多分析越精确，但仿真速度会变慢。
12、在扫描开始和结束将用到这个点数。取样点数越多分析越精确，但仿真速度会变慢。“Vertical scale”“Vertical scale”下拉列表：垂直刻度类型设置。下拉列表中包括以下选项：下拉列表：垂直刻度类型设置。下拉列表中包括以下选项：“Linear”“Linear”（线性刻度）、（线性刻度）、“Logarithmic”“Logarithmic”（对数刻度）、（对数刻度）、“Decible”“Decible”（分贝刻度）或（分贝刻度）或“Octave”“Octave”（八倍刻度）。默认选择对数刻度。（八倍刻度）。默认选择对数刻度。“Reset to default”“Reset to d
13、efault”按钮：点击此按钮使所有设置恢复为默认设置。按钮：点击此按钮使所有设置恢复为默认设置。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.2.3 8.2.3 实例仿真实例仿真 图为铂电阻测温电路图，图为铂电阻测温电路图，输入电压源选择小信号的交输入电压源选择小信号的交流源代替。流源代替。对此电路进行交流分析，对此电路进行交流分析，可以看到所设计电路的频带可以看到所设计电路的频带宽度。频率参数全部选择默宽度。频率参数全部选择默认设置，观察电路中输出端认设置，观察电路中输出端2121点的交流分析结果，可见点的交流分析结果，可见此电路具有低
14、通特性，截止此电路具有低通特性，截止频率约为频率约为1M1M左右。左右。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.3 瞬态分析（瞬态分析（Transient Analysis）8.3.1 8.3.1 相关原理相关原理n 瞬态分析也称时域瞬态分析，相当于连续性的直流工作点瞬态分析也称时域瞬态分析，相当于连续性的直流工作点分析，通常是为了找出电子电路的时间响应，功能类似于分析，通常是为了找出电子电路的时间响应，功能类似于示波器。瞬态分析时，每个输入周期被等间隔划分，然后示波器。瞬态分析时，每个输入周期被等间隔划分，然后对这个周期中的每个时间
15、点进行直流分析。一个节点的电对这个周期中的每个时间点进行直流分析。一个节点的电压波形取决于一个完整周期各时间点的电压值。另外，瞬压波形取决于一个完整周期各时间点的电压值。另外，瞬态分析时电容和电感被等效为能量存储模型，用数值积分态分析时电容和电感被等效为能量存储模型，用数值积分来计算一定时间间隔内能量传递的多少。来计算一定时间间隔内能量传递的多少。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.3.2 8.3.2 仿真设置仿真设置n 其中包括四页选项卡，除了其中包括四页选项卡，除了“Analysis Parameters”“Analysis
16、Parameters”页页外，其余皆与直流工作点分别的设定一样外，其余皆与直流工作点分别的设定一样。而。而“Analysis“Analysis Parameters”Parameters”选项卡包括下列项目：选项卡包括下列项目：“Initial“Initial conditions”conditions”选项区域、选项区域、“Parameters”“Parameters”选项区域、选项区域、“More Options”“More Options”选项区域、选项区域、“Reset to default”“Reset to default”按钮。按钮。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 9
17、9SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.3.38.3.3实例仿真实例仿真 我 们 选 取我 们 选 取“A u t o m a t i c a l l y“A u t o m a t i c a l l y determine initial conditions”determine initial conditions”选选项，然后将开始分析的时间设项，然后将开始分析的时间设0 0、结束、结束分析的时间设为分析的时间设为0.10.1秒秒(总共分析总共分析0.10.1秒秒)、在最大时间步长设定中选择、在最大时间步长设定中选择“G e n e r a t e t i m e s t
18、 e p s“G e n e r a t e t i m e s t e p s automatically”automatically”选项。选项。另外，在另外，在“Output variables”“Output variables”页页里，指定分析里，指定分析2121节点节点(即测温电路的输即测温电路的输入端入端)；最后点击；最后点击“Simulation”“Simulation”按钮按钮进行分析。进行分析。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.4 傅立叶分析（傅立叶分析（Fourier Analysis）8.4.1 8.4.
19、1 相关原理相关原理n 傅立叶分析是一种在频域中分析复周期信号的方法傅立叶分析是一种在频域中分析复周期信号的方法。当用当用MultisimMultisim进行离散傅立叶变换时，只使用电路输出端时域进行离散傅立叶变换时，只使用电路输出端时域或瞬态响应基波成分的第二个周期来进行计算，第一周期或瞬态响应基波成分的第二个周期来进行计算，第一周期认为是置位时间而丢弃。每一谐波的系数由时域中从周期认为是置位时间而丢弃。每一谐波的系数由时域中从周期的开始到时间的开始到时间t t这段时间内采集到的数据计算而来，一般来这段时间内采集到的数据计算而来，一般来说是自动设定的，且是基本频率的一个函数。说是自动设定的，
20、且是基本频率的一个函数。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.4.2 8.4.2 仿真设置仿真设置n 除了除了“Analysis Parameters”“Analysis Parameters”页外，其余皆与直流工作页外，其余皆与直流工作点分别的设定一样点分别的设定一样。而而“Analysis Parameters”“Analysis Parameters”页下包页下包括以下项目：括以下项目：“Sampling options”“Sampling options”选项区域：这部分用来设定与采样有关的参数选项区域：这部分用来设定与采样
21、有关的参数“Results”“Results”选项区域：该区域用于设置结果的显示方式选项区域：该区域用于设置结果的显示方式“More Options”“More Options”选项区域选项区域机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景 “Sampling options”“Sampling options”选项区域：选项区域：“Frequency resolution(Fundamental Frequency)”“Frequency resolution(Fundamental Frequency)”栏：用于设定基本频率，栏：用于设定基
22、本频率，如果电路之中有多个交流信号源，则取各信号源频率之最小公因数。如果不知如果电路之中有多个交流信号源，则取各信号源频率之最小公因数。如果不知道如何设定时，也可以按道如何设定时，也可以按“Estimate”“Estimate”钮，由程序帮我们预估。钮，由程序帮我们预估。“Number of harmonics”“Number of harmonics”栏：设定用于计算的基本频率的谐波次数。栏：设定用于计算的基本频率的谐波次数。“Stopping time for sampling(TSTOP)”“Stopping time for sampling(TSTOP)”栏：本选项的功能是设定停止取
23、样的栏：本选项的功能是设定停止取样的时间。如果不知道如何设定时，也可以按时间。如果不知道如何设定时，也可以按“Estimate”“Estimate”钮，由程序帮我们预估。钮，由程序帮我们预估。“Edit transient analysis”“Edit transient analysis”按钮：本按钮的功能是设定相关瞬时分析的选项。按钮：本按钮的功能是设定相关瞬时分析的选项。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景 “Results”“Results”选项区域：选项区域：“Display phase”“Display phase”选项：
24、本选项设定结果连相位图一并显示。选项：本选项设定结果连相位图一并显示。“Display as bar graph”“Display as bar graph”选项：本选项设定结果以条形图显示，如果不选此选项：本选项设定结果以条形图显示，如果不选此项，则结果以线性图表示。项，则结果以线性图表示。“Normalize graphs”“Normalize graphs”选项：本选项设定将输出结果的幅值归一化，归一化相选项：本选项设定将输出结果的幅值归一化，归一化相对于基波而言。对于基波而言。“Display”“Display”选项：本选项设定所要显示的项目。选项：本选项设定所要显示的项目。“Vert
25、ical scale”“Vertical scale”：本字段设定垂直刻度。：本字段设定垂直刻度。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景 “More Options”“More Options”选项区域：选项区域：“Degree of polynomial for interpolation”“Degree of polynomial for interpolation”选项：本选项的功能是设定仿选项：本选项的功能是设定仿真中用于点间插值的多项式的次数，选取本选项后，即可在其右边方框中指定真中用于点间插值的多项式的次数，选取本选项后，即
26、可在其右边方框中指定多项式次数。多项式次数。“Display as bar graph”“Display as bar graph”选项：本选项设定结果以条形图显示，选项：本选项设定结果以条形图显示，如果不选此项，则结果以线性图表示。如果不选此项，则结果以线性图表示。“Sampling Frequency”“Sampling Frequency”栏：指定采样率。栏：指定采样率。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.4.3 8.4.3 实例仿真实例仿真 把电路的交流源用图中电源代替，把电路的交流源用图中电源代替，对修改后电路进行傅立叶
27、分析。对修改后电路进行傅立叶分析。基 本 频 率 和 停 止 时 间 均 点 击基 本 频 率 和 停 止 时 间 均 点 击“Estimate”“Estimate”按钮由程序设定，基频按钮由程序设定，基频值最后选定为值最后选定为20Hz20Hz（对于多个交流源，（对于多个交流源，取它们频率的最小公因素）；谐波数取它们频率的最小公因素）；谐波数设为设为9 9；结果显示选择显示相位图，显；结果显示选择显示相位图，显示方式为条形图，并对图形归一化；示方式为条形图，并对图形归一化；以图和表的形式显示；纵坐标选择线以图和表的形式显示；纵坐标选择线性坐标。点击仿真按钮，得仿真结果。性坐标。点击仿真按钮，
28、得仿真结果。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.5 噪声分析（噪声分析（Noise Analysis）8.5.1 8.5.1 相关原理相关原理n 噪声分析是分析噪声对电路影响。噪声是减小信号质量的噪声分析是分析噪声对电路影响。噪声是减小信号质量的电的或电磁的能量，它影响数字电路、模拟电路和所有的电的或电磁的能量，它影响数字电路、模拟电路和所有的通信系统。通信系统。MultisimMultisim用每个电阻和半导体元件的噪声模型用每个电阻和半导体元件的噪声模型（而非交流模型）建立一个电路的噪声模型，然后进行类（而非交流模型）建立一个
29、电路的噪声模型，然后进行类似于交流分析的仿真分析。通过在设定好的频率范围内对似于交流分析的仿真分析。通过在设定好的频率范围内对电路进行扫描，来分析计算每个元件的噪声作用，并汇总电路进行扫描，来分析计算每个元件的噪声作用，并汇总到电路的输出端。到电路的输出端。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.5 噪声分析（噪声分析（Noise Analysis）MultisimMultisim可建立三种噪声的模型，它们分别是：可建立三种噪声的模型，它们分别是：n热噪声热噪声(Thermal Noise)(Thermal Noise)：这种噪声敏感
30、于温度的变化，由导体中的自由电子和振动离：这种噪声敏感于温度的变化，由导体中的自由电子和振动离子之间的热量的相互作用而产生。它的频率在频谱中均匀分布子之间的热量的相互作用而产生。它的频率在频谱中均匀分布。n闪粒噪声闪粒噪声(Shot Noise)(Shot Noise)，这种噪声是由各种形式半导体中载流子的分散特性而产生的，这种噪声是由各种形式半导体中载流子的分散特性而产生的，这种噪声为晶体管的主要噪声。这种噪声为晶体管的主要噪声。n闪烁噪声（闪烁噪声（Flicker Noise)Flicker Noise)，又称为超越噪声，又称为超越噪声(Excess Noise)(Excess Noise
31、)、粉红噪声、粉红噪声(Pink Noise)(Pink Noise)或或1/f1/f噪声，通常由双极型晶体管（噪声，通常由双极型晶体管（BJTBJT）和场效应管（）和场效应管（FETFET）产生，且发生在频率小于）产生，且发生在频率小于1KHz1KHz以下。以下。元件的噪声作用由它的元件的噪声作用由它的SPICESPICE模型决定，其中两个参数将影响噪声分析的输出：模型决定，其中两个参数将影响噪声分析的输出：nAF=Flicker noise component(AF=0)AF=Flicker noise component(AF=0)nKF=Flicker Noise(KF=1)KF=Fl
32、icker Noise(KF=1)机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.5.2 8.5.2 仿真设置仿真设置 除了除了“Analysis Parameters”“Analysis Parameters”、“Frequency Parameters”“Frequency Parameters”页外，页外，其余皆与直流操作点分别的设定一样其余皆与直流操作点分别的设定一样。n“Analysis Parameters”“Analysis Parameters”选项卡：选项卡：“Input noise reference source”“In
33、put noise reference source”列表：指定输入噪声参考电压源，输入源为交流源。列表：指定输入噪声参考电压源，输入源为交流源。“Output node”“Output node”列表：指定噪声的输出节点，在此节点将所有噪声贡献求和。列表：指定噪声的输出节点，在此节点将所有噪声贡献求和。“Reference node”“Reference node”列表：设定参考电压的节点，通常取列表：设定参考电压的节点，通常取0 0（接地）。（接地）。“Set point per summary”“Set point per summary”选项：设定每个汇总的取样点数，其值越大表示频率的
34、步进选项：设定每个汇总的取样点数，其值越大表示频率的步进数越大，输出结果的分辨率越低。当勾选该复选项时，仿真将产生一条已选元件的噪声功数越大，输出结果的分辨率越低。当勾选该复选项时，仿真将产生一条已选元件的噪声功率谱密度曲线，单位是率谱密度曲线，单位是V2/HzV2/Hz或或A2/HzA2/Hz。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景 Frequency ParametersFrequency Parameters选项卡：选项卡：“Start frequency(FSTART)”“Start frequency(FSTART)”栏：设定
35、扫描的起始频率。栏：设定扫描的起始频率。“Stop frequency(FSTOP)”“Stop frequency(FSTOP)”栏：设定扫描的终止频率。栏：设定扫描的终止频率。“Sweep type”“Sweep type”下拉列表：设定扫瞄方式。下拉列表：设定扫瞄方式。“Number of points per decade”“Number of points per decade”栏：设定每十倍频率的取样点数。栏：设定每十倍频率的取样点数。“Vertical scale”“Vertical scale”下拉列表：设定垂直刻度，其中包括下拉列表：设定垂直刻度，其中包括Decibel(De
36、cibel(分贝刻度分贝刻度)、Octave(Octave(八倍刻度八倍刻度)、Linear(Linear(线性刻度线性刻度)及及Logarithmic(Logarithmic(对数刻度对数刻度)，通常是采用，通常是采用Logarithmic(Logarithmic(对数刻度对数刻度)或分贝刻度或分贝刻度(Decibel(Decibel选项选项)。“Reset to default”“Reset to default”按钮：本按钮是把所有设定恢复为程序预置值。按钮：本按钮是把所有设定恢复为程序预置值。“Reset to main AC values”“Reset to main AC valu
37、es”按钮：本按钮是把所有设定恢复为与交流分析一样的设定按钮：本按钮是把所有设定恢复为与交流分析一样的设定值，噪声分析也是通过执行交流分析，而取得噪声的放大与分布。值，噪声分析也是通过执行交流分析，而取得噪声的放大与分布。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.5.3 8.5.3 实例仿真实例仿真 以图中电路为例，来分析电以图中电路为例，来分析电路中电阻路中电阻R1R1、R2R2和电路中所有和电路中所有元件对电路的总的噪声影响。元件对电路的总的噪声影响。这个电路是一个基本的运算放这个电路是一个基本的运算放大电路，仿真的频率范围是大电路
38、，仿真的频率范围是10Hz10Hz到到10GHz10GHz。首先可计算出理论上电阻首先可计算出理论上电阻R1R1和和R2R2产生的热噪声，计算过程如下：产生的热噪声，计算过程如下：2392144 1 38 10(27325)(1000)10164 5-Noise=kTR BW=.K+K.nV 2392244 1 38 10(27325)(51000)10838 9-Noise=kTR BW=.K+K.nV 机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景在在Analysis ParametersAnalysis Parameters选项卡中将选项
39、卡中将vinputvinput作为输入噪声参考源、输出节作为输入噪声参考源、输出节点设为点设为5 5、并参考地。在、并参考地。在Frequency Frequency ParametersParameters选项卡中起始时间设为选项卡中起始时间设为1Hz1Hz、终止时间设为终止时间设为10GHz10GHz、扫描方式设为、扫描方式设为DecadeDecade、每十倍频的取样点数设为、每十倍频的取样点数设为5 5、垂直刻度设为对数坐标。然后观察电垂直刻度设为对数坐标。然后观察电路中电阻路中电阻R1R1、R2R2和电路中所有元件对和电路中所有元件对电路的总的噪声影响，结果如图所示，电路的总的噪声影响
40、，结果如图所示，可见仿真结果与理论计算值基本相符，可见仿真结果与理论计算值基本相符，而电路总的噪声是电路中各个元件的而电路总的噪声是电路中各个元件的噪声的总和。噪声的总和。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.6 失真分析（失真分析（Distortion Analysis）8.6.1 8.6.1 相关原理相关原理n 一个性能良好的线性放大器可以放大输入信号，而在输出一个性能良好的线性放大器可以放大输入信号，而在输出端没有任何信号失真。实际应用中，信号中常有虚假信号端没有任何信号失真。实际应用中，信号中常有虚假信号成分，它们以谐波或互
41、调失真的形式加到信号中。成分，它们以谐波或互调失真的形式加到信号中。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.6.2 8.6.2 仿真设置仿真设置n包括四页选项卡，包括四页选项卡，其中其中“Analysis Parameters”“Analysis Parameters”页包括下列条目：页包括下列条目：“Start frequency(FSTART)”“Start frequency(FSTART)”栏：设定扫描的起始频率。栏：设定扫描的起始频率。“Stop frequency(FSTOP)”“Stop frequency(FSTOP)
42、”栏：设定扫描的终止频率。栏：设定扫描的终止频率。“Sweep type”“Sweep type”下拉列表：设定交流分析中频率的扫描方式。下拉列表：设定交流分析中频率的扫描方式。“Number of points per decade”“Number of points per decade”栏：设定每十倍频率的采样点数。栏：设定每十倍频率的采样点数。“Vertical scale”“Vertical scale”下拉列表：设定垂直刻度。下拉列表：设定垂直刻度。“F2/F1 ratio”F2/F1 ratio”选项：该复选项仅当进行互调失真时勾选。选项：该复选项仅当进行互调失真时勾选。“Res
43、et to default”Reset to default”按钮：本按钮是把所有设定恢复为程序预置值。按钮：本按钮是把所有设定恢复为程序预置值。“Reset to main AC values”“Reset to main AC values”按钮：本按钮是把所有设定恢复为与交流分析一样的设定按钮：本按钮是把所有设定恢复为与交流分析一样的设定值。值。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.6.3 8.6.3 实例仿真实例仿真 首先来分析电路的谐波失真。首先来分析电路的谐波失真。双击交流源双击交流源v11v11，选择，选择valuev
44、alue选选项 卡，把 失 真 频 率项 卡，把 失 真 频 率 1 1 的 幅 值的 幅 值（Distortion Frequency 1 Distortion Frequency 1 MagnitudeMagnitude）设为）设为8V8V，相位设为，相位设为0deg0deg，然后就可以进行仿真。，然后就可以进行仿真。仿真参数设置中，将起始频率仿真参数设置中，将起始频率设为设为1Hz1Hz，终止频率设为，终止频率设为10MHz10MHz，频率扫描方式设为十倍频扫描，频率扫描方式设为十倍频扫描，取样点为取样点为100100，垂直刻度选择线，垂直刻度选择线性刻度，输出节点设为性刻度，输出节点设
45、为2121。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景二次谐波失真二次谐波失真三次谐波失真三次谐波失真 由这两个图可以看到，在由这两个图可以看到，在10KHz10KHz到到10MHz10MHz的范围内，存在谐波失真，应对信的范围内，存在谐波失真，应对信号进行滤波等处理。号进行滤波等处理。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景 双击交流源双击交流源v11v11，在，在valuevalue选选项卡中将失真频率项卡中将失真频率1 1和和2 2的幅值的幅值和相位都分别设为和相位都分别设为8V
46、8V和和0deg0deg。在仿真参数设置中，起始频率在仿真参数设置中，起始频率为为100Hz100Hz，终止频率为，终止频率为10MHz10MHz，频率扫描类型为十倍频，垂直频率扫描类型为十倍频，垂直刻度为线性刻度，刻度为线性刻度，F2/F1F2/F1的比率的比率为为0.4999990.499999，输出节点为，输出节点为2121。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景f1+f2f1+f2谐波失真谐波失真 当当f1f1达到较高的频率（达到较高的频率（1K1K到到1M1M），如果混入），如果混入f2f2（约（约50Hz50Hz），则），则
47、f1+f2f1+f2谐谐波的幅值大幅增加，在这些频率点处，需要用滤波器把信号中波的幅值大幅增加，在这些频率点处，需要用滤波器把信号中f1+f2f1+f2谐波谐波分量滤除掉。对于分量滤除掉。对于f1-f2f1-f2谐波和谐波和2f1-f22f1-f2谐波的分析与处理方法与谐波的分析与处理方法与f1+f2f1+f2谐波谐波类似。类似。f1f1-f2f2谐波失真谐波失真2f1-f22f1-f2谐波失真谐波失真机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.7 直流扫描分析（直流扫描分析（DC Sweep Analysis）8.7.1 8.7.1 相
48、关原理相关原理n 在在MultisimMultisim中进行直流扫描分析要进行以下过程：中进行直流扫描分析要进行以下过程：a)a)得到直流工作点；得到直流工作点；b)b)增加信号源的值，重新计算直流工作点。增加信号源的值，重新计算直流工作点。Multisim Multisim可同时对两个直流源扫描，当仿真时选择第二个可同时对两个直流源扫描，当仿真时选择第二个直流源时，扫描曲线的数量等于对第二个直流源的采样点数，直流源时，扫描曲线的数量等于对第二个直流源的采样点数，其中每条曲线相当于当第二个直流源取某个电压值时，对第一其中每条曲线相当于当第二个直流源取某个电压值时，对第一个直流源进行直流扫描分析
49、所得的曲线。个直流源进行直流扫描分析所得的曲线。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.7.2 8.7.2 仿真设置仿真设置n包括四页选项卡，包括四页选项卡，其中其中“Analysis Parameters”“Analysis Parameters”页包括页包括“Source 1”“Source 1”与与“Source 2”“Source 2”两个区块，每个区块各有下列项目：两个区块，每个区块各有下列项目：“Source”“Source”下拉列表：指定所要扫描的电源。下拉列表：指定所要扫描的电源。“Start value”“Start
50、 value”栏：设定开始扫描的电压值。栏：设定开始扫描的电压值。“Stop value”“Stop value”栏：设定终止扫描的电压值。栏：设定终止扫描的电压值。“Increase”“Increase”栏：设定扫描的增量栏：设定扫描的增量(或间距或间距)。如果要指定第二组电源，则需选取如果要指定第二组电源，则需选取Use source 2Use source 2选项。选项。机械工业出版社机械工业出版社 Protel 99SE 电路设计及应用电路设计及应用 周润景周润景8.8.7 7.3.3 实例仿真实例仿真 把图中的交流源用直流源代把图中的交流源用直流源代替，然后进行仿真参数设置，替，然后
