Multisim中文教程：基本仿真与分析实例演练

第第第七七七章章章
基本仿真与分析实例演练
困难度指数,nullnullnullnull
学习条件,MultiSIM 基本操作
学习时间,300 分钟
本章纲要,
1,被动组件电路仿真与分析
2,RC 电路仿真与分析
3,RLC 电路仿真与分析
8,高通电路模拟与分析
9,555 电路仿真与分析
10,基本逻辑闸仿真与分析
11,正反器模拟与分析
12,4017 模拟与分析
7,无稳多谐振荡电路仿真与分析
6,基本晶体管电路仿真与分析
5,LED 电路仿真与分析
4,整流电路仿真与分析
7-2 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
在本章里，我们将以几个实作范例,让大家能够实际动手练习，亲身体验 MultiSIM 可爱的一面。
7-1 被动组件电路仿真与分析
实习目的
在本实习里，将利用简单的电阻器串并 联电路，以及电流表、电压表，测量其中的电流与电压，以验证分流定则及分压定则。当然其中还能附带学到仪表的内阻,对量测准确度的影响。
7-1-1 电压分配实验
实习电路
圖(1) 电压分配实验电路
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-3
相关知识
null 如上图所示，根据电压分配定律，R2 上的电压如下,
)V(6
K100K100
K100
12
21
2
12
=
+
×=
+
×=
RR
R
VV
R
null 电阻器 (R1,R2)取自基本零件列的虚拟电阻器，可按 钮取用之。
null 电池(V1) 及接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,钮取用之。
null 开关(S1)取自基本零件列，可按 钮取用之。
null 电压表取自指示类零件列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮；另外，按 键可切换其中的开关。
操作
1,按图(1) 将电路接妥。
2,电路图准备妥当后，按 钮开始模拟，再按 键，电表中的指示如下图所示,
7-4 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(2) 开始模拟
3,电压表指示 R2 上的电压为 5.714V，与电压分配定则计算的结果不同？为什么？ …
4,按 钮停止仿真，再指向电压表，快按鼠标左键，即可开启其属性对盒，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-5
圖(3) 电压表的属性
5,将 Resistance 字段改为 1G ohm，即可将其内阻调高为 1G 奥姆，按钮关闭对话盒。再按 钮重新开始模拟，如下图所示,
圖(4) 正确的结果
7-6 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
6,如上图所示，电压表的指示与电压分配定则计算的结果相符。
7,请试着改变电阻值，只要指向所要更 改电阻值的电阻器，快速鼠标左键两下，即可开启其属性对话盒，进入修改其 Resistance 字段即可。 并验算一下,测量的电压与电压分配定则计算的 结果是否相符？
如果 R1,R2 的电阻值高达 1G 奥姆时，测量的电压还是那么准吗？
8,指向电压表，按鼠标左键，再按
Del
键将它删除。再取用一个三用电表 (按仪表列的 钮 )，并将电路改变如下图所示,
圖(5) 利用三用电表测量电压
9,指向三用电表，快按鼠标左键两下，即可打开此三用电表，再按钮重新开始模拟，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-7
圖(6) 以三用电表模拟测试
10,其中指示为 6V，完全符合电压分配定则，请按 钮，开启三用电表的属性对话盒,
圖(7) 三用电表的属性对话盒
11,其中的 Ammeter resistance 字段为此三用电表测量电流时的内阻、
Voltmeter resistance 字段为此三用电表测量电压时的内阻,Ohmmeter
7-8 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
resistance 字段为此三用电表测量电阻时的分流量 。果然，此三用电表测量电压时的内阻很高，所以量测 得很准！所以，你是不是知道了，电压表内阻越高，所测量到的电压越准确。
7-1-2 电流分配实验
实习电路
圖(8) 电流分配实验电路
相关知识
null 如上图所示，根据电流分配定律，R1,R3 上的电流如下,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-9
)A(m8
K5.1
12
)
2K
K1K1
(K1
12
)(
)//(
32
32
1
1
321
1
1
==
×
+
=
+
+
=
+
=
RR
RR
R
V
RRR
V
I
R
)A(m4
K1K1
K1
m8
32
2
13
=
+
×=
+
×=
RR
R
II
RR
null 电阻器 (R1,R2)取自基本零件列的虚拟电阻器，可按 钮取用之。
null 电池(V1) 及接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,钮取用之。
null 电流表取自指示类零件列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮。
操作
1,按图(8) 将电路接妥。
2,电路图准备妥当后，按 钮开始模拟，电表中的指示如下图所示,
7-10 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(9) 开始模拟
3,电流表指示 R1 上的电流为 8mA,R3 上的电流为 4mA，与电流分配定则计算的结果是否相符？
4,请试着改变电阻值，只要指向所要更 改电阻值的电阻器，快速鼠标左键两下，即可开启其属性对话盒，进入修改其 Resistance 字段即可。 并验算一下,测量的电流与电流分配定则计算的 结果是否相符？
如果 R1,R2 的电阻值太低时，测 量的电流还是那么准吗？为什么？
5,你是不是知道了，电流表内阻越低，所测量到的电流越准确。
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-11
7-2 RC 电路仿真与分析
实习目的
在本实习里，将利用简单的电阻器、电 容器串联电路，输入脉波信号，再以示波器测量其输出入之间的关系，以验证 RC 电路的充放电原理，并熟悉示波器的操作。
实习电路
圖(10) RC 实验电路
7-12 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
相关知识
null 如上图所示，充电时电容器上的电压如下,
)1(5)1(5)1(
10000
u1.0K1
1
21
t
t
CR
t
C
eeeVV
×
×=?×=?×=
充饱电后放电时电容器上的电压如下,
tCR
t
C
eeVV
10000
1
5
21
==
时间常数 τ=R1C1=1K×0.1u=0.1m=100u 秒
null 电阻器 (R1),电容器 (C1)取自基本零件列的虚拟电阻器,虚拟电容器，
可按,钮取用之。
null 脉波信号源 (V1)、接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,
钮取用之；其中的脉波信号源设定为 5V 1000Hz。
null 示波器取自仪表列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮。
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-13
操作
1,按图(10) 将电路接妥，电路图准备妥当后,指向示波器，快按鼠标左键两下，开启示波器，如下图所示,
圖(11) 打开示波器
2,在 Timebase 区块的 Scale 字段里，将水平扫瞄的周期设定为
500us/Div(每格 500 微秒) ；分别在 Channel A 及 Channel B 区块的
Scale 字段里,将两个输入信号号的垂直刻度设为 2 V/Div(每格 2V)，
7-14 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
按 钮开始模拟，如下图所示,
圖(12) 开始模拟
3,如上图所示，输入信号 (Channel A)的周期为,脉波高度为,是一个方波；输出信号(Channel B) 的周期为,脉波高度为,是充放电曲线。我们也可把曲线分离，例如把输 出信号往下移，只要在 Channel B 区块里，将 Y position 字段调为 -3，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-15
圖(13) 曲线分离
4,如果要看清楚充放电曲线的变化，可在 Timebase 区块里，将 Scale
字段改变为 100us/Div，如下所示,
7-16 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(14) 缩小水平刻度
5,指向左边的第一个光标 (红色线 )，按住左键，然后移动鼠标，将它移至第一格 (每格 100u 秒 )，刚好是第一个时间常数，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-17
圖(15) 量测第一个时间常数
6,在 T1 区块里,T1 字段为 9.1Ms,VA1 字段为 5V,VB1 字段为 3.2V，
也就是这时候输入电压为 5V、输出电压 (电容器上的充电电压为
3.2V)。根据 RC充电公式，此时 V
C
=5×(1-e
-1
)=3.161V，与测量值差不多。
7,请按上面的步骤，分别量测充电时,t=2τ,3τ,4τ,5τ的充电电压；
放电时,t=τ,2τ,3τ,4τ,5τ的放电电压，并填入下表,
7-18 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
充电 放电
2τ 3τ 4τ 5τ τ 2τ 3τ 4τ 5τ
测量
计算
8,紧接着来进行瞬时分析，启动 Simulate/Analyses/Transient Analysis
命令，屏幕出现如下图所示之对话盒,
圖(16) 瞬时分析设定
9,将 End time 字段设定为 0.005，即可进行 0.005 秒分析，然后切换到
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-19
Output variables 页，选取 Variables in circuit 区块里的 1,2 节点 (即输出入节点 )，按 钮将它移到右边的区块，最后按钮即可进行分析，如下图所示,
圖(17) 瞬时分析的结果
10,瞬时分析的结果与示波器测量的波形 一样。同样地，如果我们只设定进行 0.001 秒的话，是不是更清楚？
7-20 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
7-3 RLC 电路仿真与分析
实习目的
在本实习里，将利用简单的电阻器、电 容器及电感器串联电路，输入脉波信号，再以示波器测量其输出入之 间的关系，以找出电容抗、
电感抗与频率的关系。还有谐振时,电容器及电感器上的电压为何？
实习电路
圖(18) RLC 实验电路
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-21
相关知识
null 如上图所示为 RLC 串联电路，其中的电容抗、电感抗为,
fC
X
C
π2
1
=,fLX
L
π2=
换言之，电容抗会随频率上升而变小,电感抗会随频率上升而变大。
而电路总阻抗为,
22
)(
CL
XXRZ?+=
当电容抗与电感抗相等时，其相量和 为零，整个电路的阻抗等于电阻器上的电阻值，即 Z=R,
线路电流为 I=V
1
/R
1
电阻器上的电压为 V
R
=V
1
电感器上的电压为 V
L
=I×X
L
电感器上的电压为 V
C
=I×X
C
谐振频率为
LC
f
π2
1
0
=
null 电阻器 (R1),电感器 (L1),电容器 (C1)取自基本零件列的虚拟电阻器、
虚拟电感器、虚拟电容器，可按,,钮取用之。
null 正弦波电压源(V1),接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,
7-22 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
钮取用之；其中的脉波信号源设定为 1V 500Hz。
null 示波器取自仪表列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮。
操作
1,按图(18) 将电路接妥，电路图准备妥当后,指向示波器，快按鼠标左键两下，开启示波器，如下图所示,
圖(19) 打开示波器
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-23
2,在 Timebase 区块的 Scale 字段里，将水平扫瞄的周期设定为
2ms/Div(每格 2 毫秒 )；分别在 Channel A 及 Channel B 区块的 Scale
字段里，将两个输入信号号的垂直刻度设为 100mV/Div(每格
100mV)，按 钮开始模拟，如下图所示,
圖(20) 示波器量测结果
3,如上图所示，两个波形迭在一起，而 两个波形完全一样，所以看起来就是一个波形的样子。由于频率 f=500Hz，刚好等于谐振频率 f
0
,
7-24 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
Hz500
1020
1
1028.6
1
u11mπ2
1
π2
1
4
9
0
=
×
=
×
=
×
=
==
LC
ff
X
L
=X
C
=2π×500×10
-3
=3.14Ω
V
L
=V
C
=I×X
C
=(V
1
/R
1
)× 3.14=3.14mV
4,先按 钮停止仿真，指向 V1，快按鼠标左键两下，开启其属性对话盒，如下图所示,
圖(21) 电源属性对话盒
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-25
5,在仪表列上，按 钮取用一个波德图描绘器，并按下图连接,
圖(22) 连接波德图描绘器
6,指向这个波德图描绘器，快按鼠标左 键两下，即可开启这个波德图描绘器，如下图所示,
7-26 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(23) 波德图描绘器
7,将 Vertical 区块的 I 字段调为 -80dB； Horizontal 区块的 F 字段调为
1MHz,I 字段调为 1Hz 按 钮重新，如下图所示,
圖(24) 振幅频率响应图
8,按 钮看看相位的频率响应图，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-27
圖(25) 相位频率响应图
7-4 整流电路仿真与分析
实习目的
在本实习里，将利用简单的电阻器、电 容器及二极管串联电路，输入正弦波电源，再以示波器测量其输出入之间的关系，以及滤波电容的作用
7-4-1 半波整流电路仿真
实习电路
7-28 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(26) 半波整流实验电路
相关知识
null 如上图所示为简单的半波整流电路，其中的 R1 为负载电阻，在此还利用一个单切开关做为接通滤波电容器的管道。
null 开关(S1),电阻器 (R1)及电容器 (C1)取自基本零件列的开关、虚拟电阻器、及虚拟电容器，可按,,钮取用之。
null 二极管 (D1)取自二极管类零件列的二极管，可按 钮取用之。
null 正弦波电压源(V1),接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,
钮取用之；其中的正弦波电压源设定为 12V 60Hz。
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-29
null 示波器取自仪表列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮；按 键则可切换开关。
操作
1,按图(26) 将电路接妥，电路图准备妥当后,指向示波器，快按鼠标左键两下，开启示波器，如下图所示,
圖(27)
2,在 Timebase 区块的 Scale 字段里，将水平扫瞄的周期设定为
5ms/Div(每格 5 毫秒 )；分别在 Channel A 及 Channel B 区块的 Scale
7-30 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
字段里，将两个输入信 号号的垂直刻度设为 5V/Div(每格 5V)，按钮开始模拟，如下图所示,
圖(28) 开始模拟
3,指向电路图，按鼠标左键，切换到编辑区，再按 键，接上滤波电容，然后仔细看看示波器的波形有无变化？
4,或许是变化太小了，所以不太明显！按 钮停止模拟，再指向
C1 电容器，快按鼠标左键两下,开启其属性对话盒，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-31
圖(29) 电容器属性对话盒
5,在 Capacitance 字段里，将电容值改为 100uF，按 钮关闭对话盒，按 钮重新模拟，如下图所示,
7-32 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(30) 加大电容量的波形
6,由示波器可看出，加大电容量后，输 出电压的涟波变小了，所以，
滤波电容器的电容量，涟波的大小成反比。
7,同样的操作，请试着改变负载电阻的 电阻值，找出负载电阻的电阻值大小，与涟波的关系为何？
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-33
7-4-2 桥式整流电路仿真
实习电路
圖(31) 桥式整流电路
相关知识
null 如上图所示为简单的桥式整流电路，其中的 R1 为负载电阻，在此还利用一个单切开关做为接通滤波电容器的管道。
null 变压器 (T1)、开关 (S1)、电阻器 (R1)及电容器 (C1)取自基本零件列的变压器、开关、虚拟电阻器、及虚拟电容器，可按,,,
钮取用之。
7-34 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
null 桥式整流器 (D1)取自二极管类零件列的 3N246，可按 钮取用之。
null 正弦波电压源(V1),接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,
钮取用之；其中的正弦波电压源设定为 155V 60Hz。
null 示波器取自仪表列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮；按 键则可切换开关。
操作
1,按图(31) 将电路接妥，电路图准备妥当后,指向示波器，快按鼠标左键两下，开启示波器。
2,在 Timebase 区块的 Scale 字段里，将水平扫瞄的周期设定为
5ms/Div(每格 5 毫秒 )；分别在 Channel A 及 Channel B 区块的 Scale
字段里，将两个输入信 号号的垂直刻度设为 5V/Div(每格 5V)，按钮开始模拟，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-35
圖(32) 开始模拟
3,桥式整流器是一种全波整流的电路,所以其输出波形没有问题
(Channel B)。不过，输入端 (Channel A)的波形有点奇怪？你能解释吗？ …
4,指向示波器右上方的 钮，关闭示波器，按 钮停止模拟。然后将电路改变如下图所示,
7-36 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(33) 再加入一台示波器
5,指向 XSC2 示波器,快按鼠标左键两下,开启 XSC2 示波器。 按钮开始模拟，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-37
圖(34) 显示输入波形
6,指向 XSC2 示波器右上方的 钮，关闭 XSC2 示波器。切换到编辑区，再按 键，接上滤波电容，然后指向 XSC1 示波器，快按鼠标左键两下，开启 XSC1 示波器，如下图所示,
7-38 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(35) 接上滤波电容
7,滤波效果不是很好！按 钮停止模拟，试着加大滤波电容 (C1)，
看看能不能改善滤波效果？
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-39
7-4-3 中间抽头全波整流电路仿真
实习电路
圖(36) 全波整流实验电路
相关知识
null 如上图所示是利用中间抽头变压器所 设计的全波整流电路，其中的
R1 为负载电阻，在此还利用一 个单切开关做为接通滤波电容器的管道。
null 变压器 (T1)、开关 (S1)、电阻器 (R1)及电容器 (C1)取自基本零件列的变压器、开关、虚拟电阻器、及虚拟电容器，可按,,,
7-40 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
钮取用之。
null 二极管器 (D1,D2)取自二极管类零件列的二极管，可按 钮取用之。
null 正弦波电压源(V1),接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,
钮取用之；其中的正弦波电压源设定为 155V 60Hz。
null 示波器取自仪表列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮；按 键则可切换开关。
操作
1,按图(36) 将电路接妥，电路图准备妥当后,指向示波器，快按鼠标左键两下，开启示波器。
2,在 Timebase 区块的 Scale 字段里，将水平扫瞄的周期设定为
5ms/Div(每格 5 毫秒 )；分别在 Channel A 及 Channel B 区块的 Scale
字段里，将两个输入信 号号的垂直刻度设为 5V/Div(每格 5V)，按钮开始模拟，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-41
圖(37) 开始模拟
3,相较于图 (32),示波器显示的结果可 正确多了！你能解释吗？ …
4,当然，滤波效果不是很好！按 钮停止模拟，试着加大滤波电容 (C1)，看看能不能改善滤波效果？
7-42 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
7-5 LED 电路仿真与分析
实习目的
在本实习里，将利用简单的可变电阻器、开关及 LED 串联，输入一个 12V 的直流电源，然后测量线路的电流，以及 LED 两端的电压；
而在 MultiSIM 里，LED 还会发光，在本实习就可看到这项功能。
实习电路
圖(38) LED 实验电路
相关知识
null 如上图所示是 LED 实验电路，其中的 R1 为虚拟可变电阻器，取自基本零件列的虚拟可变电阻器，可按 钮取用之；在此把它设定为 5K 奥姆，我们可按
A
键，增大电阻值、按
Shift
+
A
键，
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-43
减少电阻值，每次增减 5%。
null 12V 电池 (V1)取自电源 /信号源零件列的电池，可按 钮取用之。
null 开关(S1)取自基本零件列的开关，可按 钮取用之；而按 键则可切换开关。
null LED(LED1)取自二极管类零件列的 LED_green，可按 钮取用之。
null 电压表、电流表取指示类零件列，可按,钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮。
操作
1,按图(38) 将电路接妥，电路图准备妥当后，按 钮开始模拟，在按 键将开关接上。
2,按
A
键数下，将可变电阻器调到 100%，然后记录电压表与电流表的数值；再按
Shift
+
A
键，调降电阻，记录电压表与电流表的数值 …。
百分比 电压表 电流表 亮/ 不亮 百分比 电压表 电流表 亮/ 不亮
100% 50%
7-44 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
百分比 电压表 电流表 亮/ 不亮 百分比 电压表 电流表 亮/ 不亮
95% 45%
90% 40%
85% 35%
80% 30%
75% 25%
70% 20%
65% 15%
60% 10%
55% 5%
7-6 基本晶体管电路仿真与分析
实习目的
在本实习里，将利用较常用的共射极电 路，找出晶体管直流偏压，
及其输出入之间的关系等。
实习电路
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-45
圖(39) 晶体管电路
相关知识
null 如上图所示为 CE 电路，看起来好像很复杂的样 子，其实只是个晶体管，及由四个电阻器所组成的偏压 电路而已。其它只是多加了几个电压表、示波器及信号产生器。
null 共射极电路是一种反相放大电路,输入电压与输出电压相差 180 度；
而共射极电路的电流增益、电压增益都很大。
null 通常我们在设计 CE晶体管直流偏压时，其输出点的静态电压( V
CE
)
7-46 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
最好是外加电压的一半，即,
VVV
CE
6
2
1
1
==
null 电阻器 (R1～ R4)、电容器 (C1～ C3)、开关 (S1)取自基本零件列的虚拟电阻器、虚拟电容器、开关，可按,,钮取用之。
null 12V 电池 (V1)、接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,钮取用之。
null 电压表器取自指示类零件列，可按 钮取用之。
null 示波器取自仪表列，可按 钮取用之。
null 信号产生器取自仪表列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮；按 键则可切换开关。
操作
1,按图(39) 将电路接妥，电路图准备妥当后，按 钮开始模拟，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-47
圖(40) 测量出操作点电压
2,由上图可得知，V
B
=0.663V,V
E
=0.039V,V
CE
=8.132V。现在我们来调整偏压设计，先按 钮停止模拟，然后将R1 改为 120K奥姆、
R3 改为 8.6K奥姆。
3,再按 钮重新模拟，如下图所示,
7-48 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(41) 重新调整偏压
4,如上图所示，果然把输出点的静 态电压调整接近于外加电压的一半，
这样的设计比较理想。
5,紧接着加入一个交流信号，按 钮停止仿真，再指向 XFG1 信号产生器，快按鼠标左键两下,开启此信号产生器，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-49
圖(42) 信号产生器
6,按 钮设定产生正弦波,Frequency 字段设定为 1KHz、
Amplitude 字段设定为 100mV。
7,按 键将开关接上，指向示波器，快按鼠标左键两下，开启此示波器，再按 钮重新模拟，如下图所示,
7-50 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(43) 测量结果
8,如上图所示，输入信号与输出信号相位差约 180 度，也就是反相输出。输出信号约 200mV
p-p
、输出信号约 10V
p-p
，所以交流电压增益约为 50 倍。
9,最后进行交流小信号分析，启动 Simulate/Analyses/AC Analysis 命令，屏幕出现如下图所示之对话盒,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-51
圖(44) 交流分析设定
10,在 Frequency Parameters 页里保持不变，然后切换到 Output variables
里，选取输出节点 (在此为 6)，按 钮将它移入右边区块。
最后按 钮开始模拟，如下图所示,
7-52 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(45) 交流小信号分析结果
7-7 无稳多谐振荡电路仿真与分析
实习目的
在本实习里，将利用两个晶体管，设计 一个无稳多谐振荡器，以产生方波。另外，我们在两个晶体管的输出端，各接一个 LED，使电路仿真时，这两个 LED 交互闪烁。
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-53
实习电路
圖(46) 无稳多谐振荡电路
相关知识
null 如上图所示为无稳多谐振荡电路，其 振荡频率大约可由下列公式算出,
0.462mS
u01.0k331.4
u01.0k337.0u01.0k337.0
7.07.0
2413
=
××=
××+××=
+= CRCRT
7-54 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
f=1/T=2.165KHz
null 电阻器(R1 ～ R4)、电容器(C1 ～ C4)取自基本零件列的虚拟电阻器、
虚拟电容器，可按,钮取用之。
null 12V 电池 (V1)、接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,钮取用之。
null LED(LED1,LED2)取自二极管零件列，可按 钮取用之。
null 晶体管 (Q1,Q2)取自晶体管零件列的 2N2222，可按 钮取用之。
null 示波器取自仪表列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮。
操作
1,按图(46) 将电路接妥，电路图准备妥当后，按 钮开始模拟，请注意看这两个 LED 是否交互闪烁？
2,指向示波器，快按鼠标左键两下，开启示波器，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-55
圖(47) 测试结果
3,如上图所示，在 Timebase 区块里，Scale 字段里设定水平扫瞄时间为 100us/Div(每格 100 微秒 )；而两个波形重迭在一起，看不清楚，
所以，请将 Channel B 区块的 Y position 字段调为 -2，如下图所示,
7-56 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(48) 波形分离
4,按 钮暂停仿真，然后移动两个光标，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-57
圖(49) 测量周期
5,其中的 T2-T1 字段所显示的正是此电路的振荡周期，在此测出
379.6us，与公式计算所得的 0.462ms(即 462us)，有一段的误差！
6,请试着改变 R3,R4 或 C1,C2 的值，然后观察电路振荡的周期是否改变？另外,如果单独改变 R4 及 C2,或单独改变 R3 及 C1，让 R4×C2
不等于 R3×C1，看看所产生的波形之责任周期是否为 50%？
7-58 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
7-8 高通电路模拟与分析
实习目的
在本实习里，将利用运算放大 器，设计一个两阶之 RC 高通滤波器。
除了以示波器量测其输出入之信号变化 外，还利用波德图描绘器，
描绘其频率响应。
实习电路
圖(50) 741 高通电路
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-59
相关知识
null 如上图所示为两阶高通电路，其增益推导如下,
对于此反相放大器而言，其闭回路增益 α为,
615.1
K1.9
K1.9K6.5
α
4
43
=
+
=
+
=
R
RR
电路交流增益为,
2
21212121
21212
)
1
(
1
)
1
(
)1()(1
)(
ωω
α
α
ω
jCCRRjCCRR
CRCCR
jA
+
+++
=
若极点为 P，则,
0
ω
ωj
P =
其中的 ω
0
为谐振时的角速度
2
2
02121
02121
21212
)
1
(
)(
1
)
1
(
)(
)1()(1
)(
P
CCRR
PCCRR
CRCCR
PA
ω
ω
α
α
+
+++
=
null 电阻器 (R1)、电容器 (C1)取自基本零件列的电阻器、虚拟电容器，可按,钮取用之。
null 12V 电池 (V1,V2)、正弦波电压源 (V3)、接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,,钮取用之；其中的正弦波电压源设
7-60 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
定为 5V 100Hz。
null 示波器、波德图描绘器取自仪表列，可按,钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮。
操作
1,按图(50) 将电路接妥，电路图准备妥当后,指向示波器，快按鼠标左键两下，开启示波器；然后按 钮开始模拟，如下图所示,
圖(51) 量测输出入波形
2,由上图可看出输出入信号有些相位差,我们可利用两个光标，量出
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-61
周期约为 10mS,输出信号超前输入信号约 760uS,所以相位角约为,
°=×°= 36.27
10m
μ760
360θ
其电压放大率约为,
143.1
7
8
=
3,再指向波德图描绘器，快按鼠标左键 两下，开启波德图描绘器，如下图所示,
圖(52) 振幅频率响应
4,如上图所示，频率范围为 1Hz 到 1MHz，而垂直轴的刻度是从 -75dB
到 10dB，光标所指的位置为 1Hz,-57.024dB(显然不正确 )。在此请将垂直轴的刻度调为从 -55dB 到 10dB、然后移到一下光标，如下图所示,
7-62 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(53) 振幅频率响应
5,如上图所示，光标右移，在右 下字段中指示光标位置为 630.957Hz，
其大小为 4.165dB。再来看看相位，按 钮，然后在 Vertical
区块里，将相位角的范围，设定由 -180 到 180 度，如下图所示,
圖(54) 相位频率响应
6,同样地，我们可藉由光标的辅助，以判读其中的相位角变化。
7,紧接着，我们可藉由 MultiSIM 的分析功能，以进行交流分析，启动
Simulate/Analyses/AC Analysis 命令,屏幕出现如下图所示之对话盒,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-63
圖(55) 交流分析设定
8,将 Stop frequency 字段改为 1 MHz，以进行 1Hz 到 1 MHz 之扫瞄分析；再切换到 Output variables 页，选取输出节点( 即 3)，按钮，最后按 钮进行分析，如下图所示,
7-64 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(56) 交流分析结果
9,如上图所示，与波德图描绘器的结果 一样。不过，在此我们可以进一步操作，例如在此包括两个图，上 面为振幅的频率响应、下面为相位的频率响应；如果要操作振幅的 频率响应图，可先指向此图，
按鼠标左键，左边的红色三角形将移 到振幅的频率响应图，即可应用上面的工具列进行编辑,例如要在此图上放置网格线,则按 钮即可，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-65
圖(57) 显示网格线
10,其它按钮的功能，留待下一章再说明 。紧接着进行傅利叶分析，启动 Simulate/Analyses/Fourier Analysis 命令，屏幕出现如下图所示之对话盒,
7-66 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(58) 傅利叶分析设定
11,在 Frequency resolution 字段设定为 1000Hz、在 Number of harmonics
字段设定为 9、在 Sampling frequency 字段设定为 100000Hz、在
Stopping time for sampling 字段设定为 0.01；然后切换到 Output
variables 页，选取输出节点( 即 3)，按 钮，最后按钮进行分析，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-67
圖(59) 傅利叶分析的结果
12,当然，我们还是可以进行其它分析,如噪声分析、失真分析等，留待大家自己动手操作。
7-68 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
7-9 555 电路仿真与分析
实习目的
在本实习里，将利用最常用的 555，设计一个无稳多谐振荡器，而其输出端连接一个 LED，以观察其输出变化。另外，在此也以示波器测量其波形变化。
实习电路
圖(60) 555 实验电路
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-69
相关知识
null 如上图所示为 555 无稳多谐振荡电路，其振荡的周期为,
充电周期,
mS4.1
μ1K27.0
)(7.0
1211
=
××=
+= CRRT
放电周期,
mS7.0
μ1K17.0
7.0
121
=
××=
= CRT
2.1mS
)2(7.0
121
21
=
+=
+=
CRR
TTT
其振荡频率为 f=1/T=476Hz。
在电容器 C1 上，只要充电达到
1
3
2
V 的上限电压，输出即转态，同时该电容器将开始放电；而放电降至
1
3
1
V 的下限电压，输出即转态，
同时该电容器将开始充电 …，如此周而复始，不断振荡。
null 电阻器(R1,R2)、电容器(C1,C2)取自基本零件列的虚拟电阻器、
虚拟电容器，可按,钮取用之。
7-70 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
null 15V 电池 (V1)、接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,钮取用之。
null LED 取自二极管零件列，可按 钮取用之。
null 555 取自混合模式零件列，可按 钮取用之。
null 示波器取自仪表列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮。
操作
1,按图(60) 将电路接妥，电路图准备妥当后，按 钮开始模拟，其中的 LED 是否开始闪烁？
2,指向示波器，快按鼠标左键两下，开启示波器，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-71
圖(61) 示波器测量结果
3,如上图所示，其中的脉波是输出端的波形，而锯齿波是电容器 C1
的充放电曲线。在 Timebase 区块里，我们将水平扫瞄的时间设为
2ms/Div(每格 2m 秒 ),而两个轨道的垂直刻度都为 5V/Div(每格 5V)。
所以，在显示屏上，所出现的脉波有 点拥挤！现在把水平扫瞄的时间调为 500us/Div(每格 500 微秒 )，如下图所示,
7-72 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(62) 放大水平间距
4,请利用光标，找出下列数据,
测量值 计算值
高态的周期
低态的周期
振荡周期
振荡频率
上限电压
下限电压
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-73
7-10 逻辑闸仿真与分析
实习目的
在本实习里，将利用字组产生器与逻辑 分析仪，来测试基本逻辑闸之运作。除了要让大家熟悉逻辑闸的运 作外，还要让大家熟悉字组产生器与逻辑分析仪的操作。在数字电 路里，字组产生器是产生测试向量不可或缺的工具！而逻辑分析仪 更是测试数字电路的法宝！
MultiSIM 提供了 32 轨的逻辑分析仪，蛮好用的。
实习电路
圖(63) 逻辑闸实验电路
7-74 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
相关知识
null 如上图所示为逻辑闸实验电路，其中 包括非门、与非门、或非门、
与门、或门、互斥或门，其真值表如下所示,
非门
与非门
或非门
X F X Y F X Y F
0 1 0 0 1 0 0 1
1 0 0 1 1 0 1 0
1 0 1 1 0 0
1 1 0 1 1 0
与门
或门
互斥或门
X Y F X Y F X Y F
0 0 0 0 0 0 0 0 0
0 1 0 0 1 1 0 1 1
1 0 0 1 0 1 1 0 1
1 1 1 1 1 1 1 1 0
null 在电路图里的各个逻辑闸取自 TTL 逻辑闸零件列，可按 钮取用之。
null VCC 电压源 (5V),接地符号取自电源 /信号源零件列,可按,
钮取用之。
null 字组产生器、逻辑分析仪取自仪表列，可按,钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮。
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-75
操作
1,按图(63) 将电路接妥，其中特别要注意的，如果在电路中使用到 TTL
数字 IC，则需在电路图里，按 钮放置一个 5V 的 VCC 符号，以及按 钮放置一个 VGND 符号，如此电路中的 TTL 数字 IC，才能取得电源。
2,接下来设定测试向量，指向字组产生 器，快按鼠标左键两下，开启字组产生器，如下图所示,
圖(64) 设定字组产生器
3,我们希望产生一组测试向量，依序为『 00null01null10null11』,周而复始。
首先在 Final 字段里输入 0003
Enter
，定义这组测试向量总共四组
7-76 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
数据( 即 0000 到 0003)；然后在左边区块中选取第一组数据 (最上面的 )，然后在右下方 Hex 字段输入 0
Enter
，即可完成第一组数据的定义；同时，程序自动跳到第二组数据,Edit 字段自动变为 0001。
紧接着，在 Hex 字段输入 1
Enter
,2
Enter
,3
Enter
，即可完成所有数据的定义。程序预置为 循环输出这些数据，也就是 钮被按下，如下图所示,
圖(65) 完成测试向量的定义
4,接下来设定逻辑分析仪，指向逻辑分 析仪，快按鼠标左键两下，开启逻辑分析仪，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-77
圖(66) 设定逻辑分析仪
5,如上图所示，首先按 Clock 区块里的 钮，屏幕出现如下图所示之对话盒,
圖(67) 设定时钟脉波
7-78 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
6,我们希望此逻辑分析仪的动作，由外 部时钟脉波来触发，所以选取
External 选项，再按 钮关闭此对话盒。
7,按 钮开始模拟，接下来，先泡杯咖啡、洗个脸，再看看此逻辑分析仪里，是否描绘出各轨 的波形？如下图所示,
圖(68) 模拟中
8,字组产生器的 Data Ready 线输出到逻辑分析仪的 External Clock 端，
所以逻辑分析仪的动作，完全配合字 组产生器。另外，字组产生器
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-79
所产生的数据，除了透过 1,2 网络送到各逻辑闸的输入端外，也送入逻辑分析仪，以资比对，如下图所示,
圖(69) 量测中
9,请从逻辑分析仪中，看看当测试向量为 00 时，各逻辑闸的输出为何？并记录之。同理，请观察并记录测试向量为 01,10,11 时，各逻辑闸的输出状态。最后将测量值与 真值表比对，看看这些逻辑闸的动作是否正确。
7-80 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
7-11 正反器模拟与分析
实习目的
在本实习里，将利用字组产生器及指示 灯，来测试正反器之运作。
我们要使用基本逻辑闸组合成正反器,让大家知道基本组合逻辑的设计与正反器的运作。当然,在此我们还是要藉由字组产生器的帮忙，才能快速、有效地分析电路的运作。
实习电路
圖(70) 正反器实验电路
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-81
相关知识
null 如上图所示为逻辑闸实验电路,其中是由两个与非门所组成的 RS
正反器，一般的 RS 正反器真值表如下所示,
RS 正反器
R S Q
n+1
0 0 Q
n
0 1 1
1 0 0
1 1
不容许
null 在电路图里的与非门取自 TTL 逻辑闸零件列，可按 钮取用之。
null 在电路图里的指示灯取自指示类零件列，可按 钮取用之。
null VCC 电压源 (5V),接地符号取自电源 /信号源零件列,可按,
钮取用之。
null 字组产生器取自仪表列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮。
操作
1,按图(70) 将电路接妥。
2,接下来设定测试向量，指向字组产生 器，快按鼠标左键两下，开启字组产生器，如下图所示,
7-82 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(71) 设定字组产生器
3,我们希望产生一组测试向量，依序为『 00null01null10null11』,周而复始。
首先在 Final 字段里输入 0003
Enter
，定义这组测试向量总共四组数据( 即 0000 到 0003)；然后在左边区块中选取第一组数据 (最上面的 )，然后在右下方 Hex 字段输入 0
Enter
，即可完成第一组数据的定义；同时，程序自动跳到第二组数据,Edit 字段自动变为 0001。
紧接着，在 Hex 字段输入 1
Enter
,2
Enter
,3
Enter
，即可完成所有数据的定义。程序预置为 循环输出这些数据，也就是 钮被按下，如下图所示,
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-83
圖(72) 完成测试向量的定义
4,按 钮开始仿真，请记录 U3,U4,U5,U6 四个指示灯的亮或不亮的状态，并与 RS 正反器的真值表比对，看看这个电路的动作是否与 RS 正反器相同？
7-12 4017 电路仿真与分析
实习目的
在本实习里，将利用 555 产生脉波，再利用 4017 计数/ 译码器，计数脉波，并译码为十条信号线的输出。 我们只要使用逻辑分析仪，
即可看出 4017 的运作。
7-84 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
实习电路
圖(73) 4017 实验电路
相关知识
null 如上图所示为 4017 实验电路，其中包括 555,4017,LED 等，首先由 555 产生方波，再由 4017 计数这些方波，并将它解碼后输出。最后再利用逻辑方析仪，测试 4017 的十个输出信号。
null 电阻器(R1,R2)、电容器(C1,C2)取自基本零件列的虚拟电阻器、
虚拟电容器，可按,钮取用之。
null LED(D1)取自二极管零件列，可按 钮取用之。
null 15V 电池 (V1)、接地符号取自电源 /信号源零件列，可按,钮取用之。
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-85
null VCC 电压源 (5V),接地符号取自电源 /信号源零件列,可按,
钮取用之。
null 逻辑分析仪取自仪表列，可按 钮取用之。
null 如果要开始模拟或停止模拟，可按 钮。
操作
1,按图(73) 将电路接妥，其中特别要注意的，如果在电路中使用到
CMOS 数字 IC，则需在电路图里，按 钮放置一个 5V 的 VCC 符号，并将它改为 VDD，还有按 钮放置一个 VGND 符号，如此电路中的 CMOS 数字 IC，才能取得电源。
2,接下来设定逻辑分析仪，指向逻辑分 析仪，快按鼠标左键两下，开启逻辑分析仪，如下图所示,
7-86 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(74) 设定逻辑分析仪
3,如上图所示，首先按 Clock 区块里的 钮，屏幕出现如下图所示之对话盒,
圖(75) 设定时钟脉波
第七章 基本仿真与分析实例演练 7-87
4,我们希望此逻辑分析仪的动作，由外 部时钟脉波来触发，所以选取
External 选项，再按 钮关闭此对话盒。
5,按 钮开始模拟，同样地，经过一段不算短的时间后，我们终于可以看到结果了，如下图所示,
圖(76) 模拟结果
7-88 计算机辅助电路仿真－Electronics Workbench M u l t i S I M