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软件仿真实验指导书


《软件仿真实验》

实 验 指 导 书

电子电工实验中心 2014 年 7 月





实验一 Multisim 使用入门 ............................................2 (一) Multisim10 简介...........................................2 (二) 启 动 ....................................................2 (三) Multisim10 常用元件库分类.................................3 (四) Multisim 界面菜单和工具栏................................13 (五) Multisim 虚拟仪器 .......................................16 (六) 最简单的 RC 高通滤波频响仿真 .............................17 实验二 基于 Multisim 10 仿真实例....................................21 实验三 欧姆定律仿真实验............................................26 实验四 容抗测量仿真实验............................................28 实验五 桥式整流滤波仿真实验........................................30

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实验一 Multisim 使用入门
(一) Multisim10 简介 Multisim 是 EWB5.0 的升级版,2001 年,加拿大 Interactive Image Technology 公司 (简称 IIT 公司) 将升级的 EWB6.0 更名为 Multisim2001, 此后, 又相继推出了 Multisim7.0、Multisim8.0 等版本。2005 年,加拿大 IIT 公司并 入美国国家仪器公司(National Instrument 公司,简称 NI 公司),NI 公司于 2006 年推出了 Multisim9.0 版本,2007 年又推出了 Multisim10 版本。 Multisim 继承了 EWB 软件的界面形象直观、操作方便、易学易用等突出优 点,同时在功能和操作方面做了较大规模的改动。Multisim 基于 Windows 操作 平台,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。它包含了电路原理图的图形 输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力,除了能更卓越地 完成电工电子技术的虚拟仿真外, 在 LabVIEW 虚拟仪器和单片机仿真技术等领域 都有更多的创新和提高。

(二) 启 动 1、启动操作,启动 Multisim10 以后,出现以下界面,如图 1.1 所示。

图 1.1 启动界面 2、Multisim 10 打开后的界面如图 1.2 所示: 主要有菜单栏,工具栏,缩放栏,设计栏,仿真栏,工程栏,元件栏,仪 器栏,电路图编辑窗口等部分组成。

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图 1.2 Multisim10 界面 3、选择文件/新建/原理图,即弹出图 1.3 所示的主设计窗口。

图 1.3 主设计窗口

(三) Multisim10 常用元件库分类

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图 1.4 元器件按钮 1.点击“放置信号源”按钮,弹出对话框中的“系列”栏如图 1.5 所示。

图 1.5 信号源列表 (1). 选中“电源(POWER_SOURCES)”,其“元件”栏下内容如图 1.6 所示:

图 1.6 电源列表 (2). 选中“信号电压源(SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES)”,其“元件”栏下内容 如图 1.7 所示:

图 1.7 信号电压源 (3). 选中“信号电流源(SIGNAL_CURRENT_SOURCES)”,其“元件”栏下内容 如图 1.8 所示:
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图 1.8 信号电流源 (5). 选中“电压控源(CONTROLLED_VOLTAGE_SOURCES)”, 其“元件”栏下内 容如图 1.9 所示:

图 1.9 电压控源 (6). 选中“电流控源(CONTROLLED_CURRENT_SOURCES)”,其“元件”栏下 内容如图 1.10 所示:

图 1.10 电流控源 2. 点击“放置模拟元件”按钮,弹出对话框中“系列”栏如图 1.11 所示。

(1). (2). (3). (4). (5).

图 1.11 模拟元件 选中“模拟虚拟元件(ANALOG_VIRTUAL)”, 其“元件”栏中仅有虚拟比较器、 三端虚拟运放和五端虚拟运放 3 个品种可供调用。 选中“运算放大器(OPAMP)”。其“元件”栏中包括了国外许多公司提供的多达 4243 种各种规格运放可供调用。 选中“诺顿运算放大器(OPAMP_NORTON)”,其“元件”栏中有 16 种规格诺顿 运放可供调用。 选中“比较器(COMPARATOR)”,其“元件”栏中有 341 种规格比较器可供调 用。 选中“宽带运放(WIDEBAND_AMPS)”其“元件”栏中有 144 种规格宽带运放 可供调用,宽带运放典型值达 100MHz,主要用于视频放大电路。
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(6). 选中“特殊功能运放(SPECIAL_FUNCTION)”, 其“元件”栏中有 165 种规格特 殊功能运放可供调用,主要包括测试运放、视频运放、乘法器/除法器、前 置放大器和有源滤波器等。 3.点击“放置基础元件”按钮,弹出对话框中“系列”栏如图 1.21 所示。

图 1.12 基础元件 (1). 选中“基本虚拟元件库(BASIC_VIRTUAL)”, 其“元件”栏中如图 1.13 所示。

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图 1.13 虚拟元件库 (2). 选中“额定虚拟元件(RATED_VIRTUAL)”,其“元件”栏中如图 1.14 所示。

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图 1.14 额定虚拟元件 (3). 选中“三维虚拟元件(3D_VIRTUAL)”,其“元件”栏中如图 1.15 所示。

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图 1.15 三维虚拟元件 (4). 选中“电阻(RESISTOR)”, 其“元件”栏中有从“1.0? 到 22M?”全系列电阻可供 调用。 (5). 选中“贴片电阻(RESISTOR_SMT)”,其“元件”栏中有从“0.05? 到 20.00M?” 系列电阻可供调用。 (6). 选中“排阻(RPACK)”,其“元件”栏中共有 7 种排阻可供调用。 (7). 选中“电位器(POTENTIOMETER)”,其“元件”栏中共有 18 种阻值电位器可 供调用。 (8). 选中“电容器(CAPACITOR)”,其“元件”栏中有从“1.0pF 到 10?F”系列电容可 供调用。 (9). 选中“电解电容器(CAP_ELECTROLIT)”,其“元件”栏中有从“0. 1?F 到 10F” 系列电解电容器可供调用。 (10). 选中“贴片电容(CAPACITOR_SMT)”,其“元件”栏中有从“0.5pF 到 33nF”系 列电容可供调用。 (11). 选中“贴片电解电容(CAP_ ELECTROLIT_SMT)”,其“元件”栏中有 17 种贴 片电解电容可供调用。 (12). 选中“可变电容器(VARIABLE_CAPACITOR)”,其“元件”栏中仅有 30pF、 100pF 和 350pF 三种可变电容器可供调用。 (13). 选中“电感(INDUCTOR)”, 其“元件”栏中有从“1.0?H 到 9.1H”全系列电感可 供调用。 (14). 选中“贴片电感(INDUCTOR_SMT)”, 其“元件”栏中有 23 种贴片电感可供调 用。 (15). 选中“可变电感器(VARIABLE_ INDUCTOR)”,其“元件”栏中仅有三种可变 电感器可供调用。
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(16). 选中“开关(SWITCH)”,其“元件”栏中如图 1.16 所示。

(17). (18). (19). (20). (21). (22).

图 1.16 开关 选中“变压器(TRANSFORMER)”,其“元件”栏中共有 20 种规格变压器可供 调用。 选中“非线性变压器(NON_LINEAR_TRANSFORMER)”, 其“元件”栏中共有 10 种规格非线性变压器可供调用。 选中“负载阻抗(Z_LOAD)”,其“元件”栏中共有 10 种规格负载阻抗可供调 用。 选中“继电器(RELAY)”,其“元件”栏中共有 96 种各种规格直流继电器可供 调用。 选中“连接器(CONNECTORS)”,其“元件”栏中共有 130 种各种规格连接器 可供调用。 选中“双列直插式插座(SOCKETS)”,其“元件”栏中共有 12 种各种规格插座 可供调用。

4. 点击“放置三极管”按钮,弹出对话框的“系列”栏如图 1.17 所示。

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图 1.17 三极管 (1). 选中“虚拟晶体管(TRANSISTORS_VIRTUAL)”,其“元件”栏中共有 16 种规 格虚拟晶体管可供调用, 其中包括 NPN 型、 PNP 型晶体管; JFET 和 MOSFET 等。 (2). 选中“双极型 NPN 型晶体管(BJT_NPN)”, 其“元件”栏中共有 658 种规格晶体 管可供调用。 (3). 选中“双极型 PNP 型晶体管(BJT_PNP)”,其“元件”栏中共有 409 种规格晶体 管可供调用。 (4). 选中“达林顿 NPN 型晶体管(DARLINGTON_NPN)”,其“元件”栏中有 46 种 规格达林顿管可供调用。 (5). 选中“达林顿 PNP 型晶体管(DARLINGTON_PNP)”, 其“元件”栏中有 13 种规 格达林顿管可供调用。 (6). 选中“集成达林顿管阵列(DARLINGTON_ARRAY)”,其“元件”栏中有 8 种规 格集成达林顿管可供调用。 (7). 选中“带阻 NPN 型晶体管(BJT_NRES)”, 其“元件”栏中有 71 种规格带阻 NPN 型晶体管可供调用。 (8). 选中“带阻 PNP 型晶体管(BJT_PRES)”, 其“元件”栏中有 29 种规格带阻 PNP 型晶体管可供调用。 (9). 选中“晶体管阵列(BJT_ARRAY)”,其“元件”栏中有 10 种规格晶体管阵列可 供调用。 (10). 选中“绝缘栅双极型三极管(IGBT)”,其“元件”栏中有 98 种规格绝缘栅双极 型三极管可供调用。 (11). 选中“MOS 门控开关(IGBT)”,其“元件”栏中有 98 种规格 MOS 门控制的功 率开关可供调用。
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(12). 选中“N 沟道耗尽型 MOS 管(MOS_3TDN)”,其“元件”栏中有 9 种规格 MOSFET 管可供调用。 (13). 选中“N 沟道增强型 MOS 管(MOS_3TEN)”,其“元件”栏中有 545 种规格 MOSFET 管可供调用。 (14). 选中“P 沟道增强型 MOS 管(MOS_3TEP)”,其“元件”栏中有 157 种规格 MOSFET 管可供调用。 (15). 选中“N 沟道耗尽型结型场效应管 (JFET_N)”,其“元件”栏中有 263 种规格 JFET 管可供调用。 (16). 选中“P 沟道耗尽型结型场效应管(JFET_P)”,其“元件”栏中有 26 种规格 JFET 管可供调用。 (17). 选中“N 沟道 MOS 功率管(POWER_MOS_N)”, 其“元件”栏中有 116 种规格 N 沟道 MOS 功率管可供调用。 (18). 选中“P 沟道 MOS 功率管 (POWER_MOS_P)”,其“元件”栏中有 38 种规格 P 沟道 MOS 功率管可供调用。 (19). 选中“UJT 管(UJT)”,其“元件”栏中仅有 2 种规格 UJT 管可供调用。 (20). 选中“带有热模型的 NMOSFET 管(THERMAL_MODELS)”,其“元件”栏中 仅有一种规格 NMOSFET 管可供调用。 5.点击“放置二极管”按钮,弹出对话框的“系列”栏如图 1.18 所示。

图 1.18 二极管 (1). 选中“虚拟二极管元件(DIODES_VIRTUAL)”, 其“元件”栏中仅有 2 种规格虚 拟二极管元件可供调用,一种是普通虚拟二极管,另一种是齐纳击穿虚拟 二极管。 (2). 选中“普通二极管(DIODES)”,其“元件”栏中包括了国外许多公司提供的 807 种各种规格二极管可供调用。 (3). 选中“齐纳击穿二极管(即稳压管)(ZENER)”,其“元件”栏中包括了国外许多 公司提供的 1266 种各种规格稳压管可供调用。 (4). 选中“发光二极管(LED)”,其“元件”栏中有 8 种颜色的发光二极管可供调用。 (5). 选中“全波桥式整流器(FWB)”, 其“元件”栏中有 58 种规格全波桥式整流器可 供调用。 (6). 选中“肖特基二极管(SCHOTTKY_DIODES)”,其“元件”栏中有 39 种规格肖 特基二极管可供调用。 (7). 选中“单向晶体闸流管(SCR)”,其“元件”栏中共有 276 种规格单向晶体闸流
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管可供调用。 (8). 选中“双向开关二极管(DIAC)”,其“元件”栏中共有 11 种规格双向开关二极 管(相当于两只肖特基二极管并联)可供调用。 (9). 选中“双向晶体闸流管(TRIAC)”,其“元件”栏中共有 101 种规格双向晶体闸 流管可供调用。 (10). 选中“变容二极管(VARACTOR)”,其“元件”栏中共有 99 种规格变容二极管 可供调用。 (11). 选中 “PIN 结二极管 (PIN_DIODES)( 即 Positive-Intrinsic-Negetive 结二极 管)”,其“元件”栏中共有 19 种规格 PIN 结二极管可供调用。

(四) Multisim 界面菜单和工具栏 软件以图形界面为主,采用菜单、工具栏和热键相结合的方式,具有一般 Windows 应用软件的界面风格,用户可以根据自己的习惯和熟悉程度自如使用。 (一)菜单栏 菜单栏位于界面的上方,通过菜单可以对 Multisim 的所有功能进行操作。 不难看出菜单中有一些与大多数 Windows 平台上的应用软件一致的功能选 项,如 File,Edit,View,Options,Help。此外,还有一些 EDA 软件专用的选 项,如 Place,Simulation,Transfer 以及 Tool 等。 1. File File 菜单中包含了对文件和项目的基本操作以及打印等命令。 命令 功能 New 建立新文件 Open 打开文件 Close 关闭当前文件 Save 保存 Save As 另存为 New Project 建立新项目 Open Project 打开项目 Save Project 保存当前项目 Close Project 关闭项目 Version Control 版本管理 Print Circuit 打印电路 Print Report 打印报表 Print Instrument 打印仪表 Recent Files 最近编辑过的文件 Recent Project 最近编辑过的项目 Exit 退出 Multisim 2. Edit Edit 命令提供了类似于图形编辑软件的基本编辑功能,用于 对电路图进行编辑。 命令 功能 Undo 撤消编辑 Cut 剪切
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Copy 复制 Paste 粘贴 Delete 删除 Select All 全选 Flip Horizontal 将所选的元件左右翻转 Flip Vertical 将所选的元件上下翻转 90 ClockWise 将所选的元件顺时针 90 度旋转 90 ClockWiseCW 将所选的元件逆时针 90 度旋转 Component Properties 元器件属性 3.View 通过 View 菜单可以决定使用软件时的视图,对一些工具 栏和窗口进行控制。 命令 功能 Toolbars 显示工具栏 Component Bars 显示元器件栏 Status Bars 显示状态栏 Show Simulation Error Log/Audit Trail 显示仿真错误记录信息窗口 Show XSpice Command Line Interface 显示 Xspice 命令窗口 Show Grapher 显示波形窗口 Show Simulate Switch 显示仿真开关 Show Grid 显示栅格 Show Page Bounds 显示页边界 Show Title Block and Border 显示标题栏和图框 Zoom In 放大显示 Zoom Out 缩小显示 Find 查找 4.Place 通过 Place 命令输入电路图。 命令 功能 Place Component 放置元器件 Place Junction 放置连接点 Place Bus 放置总线 Place Input/Output 放置输入/出接口 Place Hierarchical Block 放置层次模块 Place Text 放置文字 Place Text Description Box 打开电路图描述窗口, 编辑电路图描述文 字 Replace Component 重新选择元器件替代当前选中的元器件 Place as Subcircuit 放置子电路 Replace by Subcircuit 重新选择子电路替代当前选中的子电路 5.Simulate 通过 Simulate 菜单执行仿真分析命令。 命令 功能 Run 执行仿真 暂停仿真 Pause Default Instrument Settings 设置仪表的预置值 Digital Simulation Settings 设定数字仿真参数
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Instruments 选用仪表(也可通过工具栏选择) Analyses 选用各项分析功能 Postprocess 启用后处理 VHDL Simulation 进行 VHDL 仿真 Auto Fault Option 自动设置故障选项 Global Component Tolerances 设置所有器件的误差 6. Transfer 菜单 Transfer 菜单提供的命令可以完成 Multisim 对其它 EDA 软件需要的文件格式的输出。 命令 功能 Transfer to Ultiboard 将 所 设 计 的 电 路 图 转 换 为 Ultiboard (Multisim 中的电路板设计软件)的文件格式 Transfer to other PCB Layout 将所设计的电路图以其他电路板设计软件所 支持的文件格式 Backannotate From Ultiboard 将在 Ultiboard 中所作的修改标记到正在编 辑的电路中 Export Simulation Results to MathCAD 将仿真结果输出到 MathCAD Export Simulation Results to Excel 将仿真结果输出到 Excel Export Netlist 输出电路网表文件 .Tools Tools 菜单主要针对元器件的编辑与管理的命令。 命令 功能 Create Components 新建元器件 Edit Components 编辑元器件 Copy Components 复制元器件 Delete Component 删除元器件 Database Management 启动元器件数据库管理器, 进行数据库的编辑管 理工作 Update Component 更新元器件 8.Options 通过 Option 菜单可以对软件的运行环境进行定制和设 置。 命令 功能 Preference 设置操作环境 Modify Title Block 编辑标题栏 Simplified Version 设置简化版本 Global Restrictions 设定软件整体环境参数 Circuit Restrictions 设定编辑电路的环境参数 9.Help Help 菜单提供了对 Multisim 的在线帮助和辅助说明。 命令 功能 Multisim Help Multisim 的在线帮助 Multisim Reference Multisim 的参考文献 Release Note Multisim 的发行申明 About Multisim Multisim 的版本说明 (二)工具栏 Multisim10 提供了多种工具栏,并以层次化的模式加以管理,用户可以通过
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View 菜单中的选项方便地将顶层的工具栏打开或关闭,再通过顶层工具栏中的 按钮来管理和控制下层的工具栏。通过工具栏,用户可以方便直接地使用软件的 各项功能。 顶层的工具栏有: Standard 工具栏、 Design 工具栏、 Zoom 工具栏, Simulation 工具栏。 1.Standard 工具栏包含了常见的文件操作和编辑操作,如下图所示: 2.Design 工具栏作为设计工具栏是 Multisim 的核心工具栏,通过对该工作 栏按钮的操作可以完成对电路从设计到分析的全部工作, 其中的按钮可以直接开 关下层的工具栏:Component 中的 Multisim Master 工具栏,Instrument 工具栏。 (1)作为元器件(Component)工具栏中的一项,可以在 Design 工具栏中 通过按钮来开关 Multisim Master 工具栏。该工具栏有 14 个按钮,每个每一个按 钮都对应一类元器件,其分类方式和 Multisim 元器件数据库中的分类相对应, 通过按钮上图标就可大致清楚该类元器件的类型。具体的内容可以从 Multisim 的在线文档中获取。 这个工具栏作为元器件的顶层工具栏,每一个按钮又可以开关下层的工具 栏,下层工具栏是对该类元器件更细致的分类工具栏。以第一个按钮 为例。通 过这个按钮可以开关电源和信号源类的 Sources 工具栏如下图所示: (2)Instruments 工具栏集中了 Multisim 为用户提供的所有虚拟仪器仪表, 用户可以通过按钮选择自己需要的仪器对电路进行观测。 3.用户可以通过 Zoom 工具栏方便地调整所编辑电路的视图大小。 4.Simulation 工具栏可以控制电路仿真的开始、结束和暂停。

(五) Multisim 虚拟仪器 对电路进行仿真运行,通过对运行结果的分析,判断设计是否正确合理, 是 EDA 软件的一项主要功能。为此,Multisim 为用户提供了类型丰富的虚拟仪 器,可以从 Design 工具栏®Instruments 工具栏,或用菜单命令(Simulation/ instrument)选用这 11 种仪表,如下图所示。在选用后,各种虚拟仪表都以面板 的方式显示在电路中。 下面将 11 种虚拟仪器的名称及表示方法总结如下表: 菜单上的表示方法 对应按钮 仪器名称 Multimeter 万用表 Function Generator 波形发生器 Wattermeter 瓦特表 Oscilloscape 示波器 Bode Plotter 波特图图示仪 Word Generator 字元发生器 Logic Analyzer 逻辑分析仪 Logic Converter 逻辑转换仪 Distortion Analyzer 失真度分析仪 Spectrum Analyzer 频谱仪
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Network Analyzer

网络分析仪

(六) 最简单的 RC 高通滤波频响仿真 1、通过点击工具栏

2、画个如下的电路:

3、画的过程中要用到鼠标右键来旋转电阻:

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4、仿真前的准备工作: 添加个信号发生器(第三个)

图就成这样了:

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5、 开始仿真: 点菜单“Simulate 仿真”--“Analyses 分析”--“AC Analysis 交流分 析”并且把参数设置好:

第二页选择要测试的电路位置(可多选)

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最后点击“Simulate 仿真”按钮,频响相位图就出来了:

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实验二 基于 Multisim 10 仿真实例
1、打开 Multisim 10 设计环境。选择:文件-新建-原理图。即弹出一个新的 电路图编辑窗口,工程栏同时出现一个新的名称。单击“保存”,将该文件命名, 保存到指定文件夹下。 这里需要说明的是:1)文件的名字要能体现电路的功能,要让自己一年后 看到该文件名就能一下子想起该文件实现了什么功能。 2)在电路图的编辑和仿真过程中,要养成随时保存文件的习惯。以免由于 没有及时保存而导致文件的丢失或损坏。 3)文件的保存位置,最好用一个专门的文件夹来保存所有基于 Multisim 10 的例子,这样便于管理。 2 、在绘制电路图之前,需要先熟悉一下元件栏和仪器栏的内容,看看 Multisim 10 都提供了哪些电路元件和仪器。由于我们安装的是汉化版的,直接 把鼠标放到元件栏和仪器栏相应的位置,系统会自动弹出元件或仪表的类型。详 细描述我们在这里就不说了,大家自己体会一下。说明:这个汉化版本汉化的不 彻底,并且还有错别字(像放置基础原件被译成放置基楚元件) ,我们姑且凑合 着用吧。 3、首先放置电源。点击元件栏的放置信号源选项,出现如下图所示的对话 框。 1)“数据库”选项,选择“主数据库”。 2)“组”选项里选择“sources” 3)“系列”选项里选择“POWER_SOURCES” 4)“元件”选项里,选择“DC_POWER” 5)右边的“符号”、“功能”等对话框里,会根据所选项目,列出相应的说明

4、选择好电源符号后,点击“确定”按钮,移动鼠标到电路编辑窗口,选择 放置位置后, 点击鼠标左键即可将电源符号放置于电路编辑窗口中, 仿制完成后,
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还会弹出元件选择对话框,可以继续放置,点击关闭按钮可以取消放置。

5、我们看到,放置的电源符号显示的是 12V。我们的需要可能不是 12V, 那怎么来修改呢?双击该电源符号, 出现如下所示的属性对话框, 在该对话框里, 可以更改该元件的属性。在这里,我们将电压改为 3V。当然我们也可以更改元 件的序号引脚等属性。大家可以点击各个参数项来体验一下。

6、接下来放置电阻。点击“放置基楚元件”(注意这个错别字,为了一致, 我用它汉化的字,便于大家查找) 。 ,弹出如下图所示对话框, 1)“数据库”选项,选择“主数据库”。
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2)“组”选项里选择“Basic” 3)“系列”选项里选择“RESISTOR” 4)“元件”选项里,选择“20K” 5)右边的“符号”、“功能”等对话框里,会根据所选项目,列出相应的说明

7、按上述方法,再放置一个 10K 的电阻和一个 100K 的可调电阻。放置完 毕后,如下图。

8、我们可以看到,放置后的元件都按照默认的摆放情况被放置在编辑窗口 中。例如电阻是默认横着摆放的,但实际在绘制电路过程中,各种元件的摆放情 况是不一样的,比如我们想把电阻 R1 变成竖直摆放,那该怎样操作呢。 我们可以通过这样的步骤来操作,将鼠标放在电阻 R1 上,然后右键点击,这时 会弹出一个对话框,在对话框中可以选择让元件顺时针或者逆时针旋转 90°。 如果元件摆放的位置不合适, 想移动一下元件的摆放位置, 则将鼠标放在元件上, 按住鼠标左键,即可拖动元件到合适位置。 9、放置电压表。在仪器栏选择“万用表”,将鼠标移动到电路编辑窗口内, 这是我们可以看到,鼠标上跟随着一个万用表的简易图形符号。点击鼠标左键, 将电压表放置在合适位置。电压表的属性同样可以双击鼠标左键进行查看和修
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改。 所有元件放置好后,如下图所示:

10、 下面就进入连线步骤了。 将鼠标移动到电源的正极, 当鼠标指针变成 时,表示导线已经和正极连接起来了,单击鼠标将该连接点固定,然后移动鼠标 到电阻 R1 的一端,出现小红点后,表示正确连接到 R1 了,单击鼠标左键固定, 这样一根导线就连接好了。如下图所示。如果想要删除这根导线,将鼠标移动到 该导线的任意位置,点击鼠标右键,选择“删除”即可将该导线删除。或者选中导 线,直接按“delete”键删除。

11、按照前面第三步的方法,放置一个公共地线,然后如下图所示,将各连 线连接好。 注意:在电路图的绘制中,公共地线是必须的。

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12、电路连接完毕,检查无误后,就可以进行仿真了。点击仿真栏中的绿色 开始按钮 。电路进入仿真状态。双击图中的万用表符号,即可弹出如下图的 对话框,在这里显示了电阻 R2 上的电压。对于显示的电压值是否正确,我们可 以验算一下:根据电路图可知,R2 上的电压值应等于: (电源电压*R2 的阻值) /(R1,R2,R3 的阻值之和) 。则计算如下: (3.0*10*1000)/( (10+20+50)*1000) =0.375V,经验证电压表显示的电压正确。R3 的阻值是如何得来的呢?从图中可 以看出,R3 是一个 100K 的可调电阻,其调节百分比为 50%,则在这个电路中, R3 的阻值为 50K。

13、关闭仿真,改变 R2 的阻值,按照第十二步的步骤再次观察 R2 上的电 压值,会发现随着 R2 阻值的变化,其上的电压值也随之变化。注意:在改变 R2 阻值的时候,最好关闭仿真。千万注意:一定要及时保存文件。 这样我们大致熟悉了如何利用 Multisim 10 来进行电路仿真。以后我们就可 以利用电路仿真来学习模拟电路和数字电路了。

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实验三 欧姆定律仿真实验
1、 实验目的 1) 学习使用万用表测量电阻 2) 验证欧姆定律 2、 元器件选取 1)电源:Place Source→POWER_SOURCE→DC_POWER,选取直流电源,设置电源电 压为 12V; 2)接地:Place Source→POWER_SOURCE→GROUND,选取电路中的接地; 3)电阻:Place Basic→RESISTOR, 选取 R1=10?,R2=20?; 4)数字万用表:从虚拟仪器工具栏调取 XMM1; 5)电流表:Place Indicators→AMMETER, 选取电流表并设置为直流档。 3、 仿真实验电路 图 3.1 为用数字万用表测量电阻阻值的仿真实验电路及数字万用表面板。 该 电路虽然没有电源,但也必须接地,否则会出现数字万用表读数错误。 图 3.2 为欧姆定律仿真电路及数字万用表面板。

图 3.1 用数字万用表测量电阻的阻值

图 3.2 欧姆定律仿真电路

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4、 电路原理简述 欧姆定律叙述为:线性电阻两端的电压与流过的电流成正比,比例常数就是 这个电阻元件的电阻值。 欧姆定律确定了线性电阻两端的电压与流过电阻的电流 之间的关系。其数学表达式为 U=RI 式中 R 为电阻的阻值(单位为 Ω);I为流过电阻的电流(单位为A);U 为电阻两端的电压(单位为V) 欧姆定律也可以表示为I=U/R,这个关系式说明当电压一定时电流与电 阻的阻值成反比,因此电阻阻值越大则流过的电流就越小。 如果把流过电阻的电流当成电阻两端电压的函数,画出U(I)特性曲线, 便可确定电阻是线性的还是非线性的。如果画出的特性曲线是一条直线,则电阻 式线性的;否则就是非线性的。 5、 仿真分析 (1)测量电阻阻值的仿真分析 ①搭建图 1 所示的用数字万用表测量电阻阻值的仿真实验电路,数字万用表 按图设置。 ②单击仿真开关,激活电路,记录数字万用表显示的读数。 ③将两次测量的读数与所选电阻的标称值进行比较,验证仿真结果。 (2)欧姆定律电路的仿真分析 ①搭建图 2 所示的欧姆定律仿真电路。 ②单击仿真开关,激活电路,数字万用表和电流表均出现读数,记录电阻 R1 两端的电压值 U 和流过 R 的电流值 I。 (3)根据电压测量值 U、电流测量值 I 及电阻测量值 R 验证欧姆定律。 (4)改变电源 V1 的电压数值分别为 2V、4V、6V、8V、10V、14V,读取 U 和 I 的值,填入表 1,根据记录数值验证欧姆定律,画出 U(I)特性曲线。 表 1 记录 U 和 I 的数值 V1(V) U(V) I(A)

6、 思考题 (1)当电压一定时,如果电阻阻值增加,流过电阻的电流将如何变化? (2)根据所作的 U(I)特性曲线,说明相应的电阻是非线性电阻还是线性电阻?

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实验四 容抗测量仿真实验
1、 实验目的 (1) 测定交流电压和电流在电容中的相位关系。 (2) 测定电容值与容抗值之间的关系。 (3) 测定电容的容抗与正弦交流电频率之间的关系。 2、 元器件选取 (1) 交流电压源:Place Source→POWER_SOURCE→AC_POWER,选取交流电压源, 设置电压有效值为 12V,频率为 1000Hz。 (2) 接地:Place Source→POWER_SOURCE→GROUND,选取电路中的接地。 (3) 电阻:Place Basic→RESISTOR, 选取阻值为 1k?; (4) 电容:Place Basic→CAPACITOR, 选取电容值为 1?F; (5) 电流表:Place Indicators→AMMETER, 选取电流表并设置为交流档。 (6) 电压表:Place Indicators→VOLTMETER, 选取电流表并设置为交流档。 (7) 示波器:从虚拟仪器工具栏中调取 XSC1。 3、 仿真电路 图 4.1 为 RC 串联阻抗实验电路及示波器面板图。

图 4.1 RC 串联阻抗实验电路及示波器面板 4、 电路原理简述 交流电路的阻抗 Z 满足欧姆定律,所以用阻抗两端的交流电压有效值 Uz 除 以交流电流有效值 Iz 可算出阻抗(单位:?): Uz Z= Iz 在图 4.1 中 RC 串联电路的 Z 为电阻 R 和容抗 Xc 的相量和。因此阻抗的大 小为:
Z = R 2 + Xc 2

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阻抗两端的电压 Uz 和电流 Iz 之间的相伴差可由下式求出: Xc θ = ? arctan( ) R 当电压落后于电流时,相位差为负。 5、 仿真分析 (1) 建立图 4.1 所示的 RC 串联阻抗仿真电路。 (2) 单击仿真开关,激活电路。记录交流电压表和电流表上的读数(即交流电 压有效值 Uz 和电流有效值 Iz)于表 4.1 中。 (3) 观察示波器显示的波形,将相位差记录于表 4.1 中。 (4) 改变正弦交流电的频率,将结果记录于表 4.1 中。 频率 1kHz 2kHz 5kHz 10kHz 参数 理论计算值 仿真测量值 理论计算值 仿真测量值 理论计算值 仿真测量值 理论计算值 仿真测量值 Uc(V) Ic(A) Zc(?) Uc 与 Ic 相位差

6、 思考题 (1) 正弦交流电的频率 f 的大小对阻抗的大小及电容的电压波形与电流波形 的相位差有何影响? (2) 电容值和电阻值的变化对阻抗的大小及电容的电压波形与电流波形的相 位差有何影响?

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实验五 桥式整流滤波仿真实验
1、 实验目的 (1) 学会桥式整流电路输出电压值和输入交流电压值的仿真测试。 (2) 测试滤波电容对输出电压波形的影响,了解滤波电容的作用。 2、 元器件选取 (1) 交流电压源:Place Source→POWER_SOURCE→AC_POWER,选取交流电压源, 设置电压有效值为 20V,频率为 50Hz。 (2) 接地:Place Source→POWER_SOURCE→GROUND,选取电路中的接地。 (3) 电阻:Place Basic→RESISTOR, 选取阻值为 1k?; (4) 电容:Place Basic→CAPACITOR, 选取电容值为 220?F; (5) 开关:Place Elector_Mechanical→SENSING_SWITCHES→LINIT_NO,选取开 关 (6) 电压表:Place Indicators→VOLTMETER, 选取电流表并设置为交流档。 (7) 示波器:从虚拟仪器工具栏中调取 XSC1。 3、 仿真电路 图 5.1 为桥式整流仿真电路,图 5.2 示波器面板图。

图 5.1 桥式整流仿真电路

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图 5.2 示波器面板图 4、 电路原理简述 桥式整流电路驱动电阻性负载时,直流电压平均 UL 与输入交流电压有效值 U 的关系为: UL=0.9U 在小电流输出的情况下,全波整流电容滤波电路(包括桥式整流电容滤波 电路)的直流输出电压可估算为交流电压有效值的 1.2 倍,即 UCL≈1.2U 5、 仿真分析 (1) 建立图 5.1 所示的桥式整流仿真电路。 (2) 单击仿真开关,激活电路。观察示波器 XSC1 上的波形和电压表的显示数 字,记录于表 5.1 中。 (3) 单击仿真停止按钮,停止仿真。单击电路的 J1 开关,使 J1 闭合,组成桥 式整流滤波仿真电路,如图 5.3 所示。示波器波形如图 5.4 所示。

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图 5.3 桥式整流仿真电路

图 5.4 示波器面板图

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(4) 单击仿真开关,激活电路,观察示波器 XSC1 上的波形和电压表的显示数 字,记录开表 5.1 中。 表 5.1 桥式整流仿真数据 Uo1(V) Uo2(V) 未接电容时输 (未接电容时 (接电容时的 出电压波形 的输出电压) 输出电压)

接电容后输出 电压波形

理论计算值

仿真测量值

6、 思考题 (1) 桥式整流电路不带电容滤波时, 电阻性负载输出电压平均值与输入电压有 效值存在什么关系? (2) 桥式整流电路加上电容滤波时, 电阻性负载输出电压平均值与输入电压有 效值存在什么关系? (3) 负载电阻减小时,对输出电压的波形有何影响?

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