第第第八八八章章章
进阶仿真与分析实例演练
困难度指数,nullnullnull
学习条件,MultiSIM 基本操作
学习时间,180 分钟
本章纲要,
1,认识波形窗口
2,跟着范例走
8-2 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
大部分电路仿真软件，在仿真小电路,基本电路时都嘎嘎叫的，不过，
遇到较复杂的电路时，那就有点困难了 ！当然，想要举出一些较复杂的电路为例，也不是那么简单！偏偏 MultiSIM 所提供的范例，就有点深度，好像就是特别要展示它的功能一样！在本章里，就以 MultiSIM 所提供的范例，
实例演练电路分析与仿真。
8-1 认识波形窗口
不管是利用程序所提供的仪表来测量电 路，还是以程序所提供的分析功能，其结果都将出现在波形窗口之中。当我们进行分析时，波形窗口将自动出现在屏幕之中。此外，我们也可以启动 View/Show/Hide Grapher 命令来开关波形窗口。
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-3
圖(1) 波形窗口
如上图所示之波形窗口，其中包括两页，在 Bode Plotter-XBP1 页里，显示 XBP1 波德图描绘器测量的波形，其中包括两个波形图；在
Oscilloscope-XSC1 页里，显示 XSC1 示波器所测量的波形，其中只有一个波形图，我们只要指向 Oscilloscope-XSC1 卷标，按鼠标左键即可切换到该页，
如下图所示,
8-4 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(2) 示波器里的波形
不管是一个波形还是两个波形，我们只 要指向该波形，按鼠标左键，即可选取该波形，窗口左边的红色小三角 形即移至该波形的左边。同时，工具列上的按钮，大部分都可用了。当然,只要认识工具列的操作，就很好玩了！
工具列里的各按钮，如下说明,
null,本按钮的功能是开启一页新的 波形，按鼠标左键即可拉出命令，如下图所示,
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-5
圖(3) 开新波形页
其中的 New Page 命令就可开启一个空白的波形页，而 Delete All
Pages 命令就是删除该窗口里所有的波形页。
null,本按钮的功能是开启波形文件 (*.gra)。
null,本按钮的功能是将波形窗口里的波形存盘。
null,本按钮的功能是打印波形窗口里的波形。
null,本按钮的功能是预览打印,按本按钮后，窗口改变如下,
8-6 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(4) 预览打印
这时候，可按 钮切换到下一页，也可按 钮打印该页，或按 钮关闭预览打印状态。
null,本按钮的功能是剪下目前所指定的波形 (左边有红色小三角形的波形 )，则该波形将被丢到剪贴簿里，而窗 口里该波形将消失。我们可藉此功能将所指定的波形贴到其它文件中 (如 Word 等 )。
null,本按钮的功能是复制目前所指定的波形 (左边有红色小三角形
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-7
的波形 )，则该波形将被复制到剪贴簿里，而 窗口里该波形不会消失。
我们可藉此功能将所指定的波形贴到其它文件中 (如 Word 等 )。
null,本按钮的功能是将剪贴簿里 的图件，贴到指定的页上。
null,本按钮的功能是恢复前一个动作，即复原 (Undo)功能。
null,本按钮的功能是开关网格线,如下图所示，上面的波形图里显示网格线，而下面的波形图 里没有显示网格线,
圖(5) 网格线
null,本按钮的功能是开关图例，如下图所示,
8-8 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(6) 图例
null,本按钮的功能是开关光标，窗 口里将出现两个光标 (红色与蓝色 )，同时，窗口里也将显示光标所指波 形的相关信息，如下图所示,
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-9
圖(7) 游标
null,本按钮的功能是缩小波形显 示比例，嘿嘿，有必要吗？
null,本按钮的功能是反相显示，也 就是黑底的波形图，很炫喔！
如下图所示,
8-10 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(8) 反相显示
null,本按钮的功能是设定波形图的 属性，按本按钮后，屏幕出现如下图所示之对话盒,
圖(9) 波形图之属性
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-11
如上图所示为 General 页，我们可以在 Title 字段里输入该波形图的名称 (可用中文 )，也可按 钮进入设定其字型。在 Grid 区块里，可设定网格线的颜色，及 是否显示网格线。在 Trace Legend 区块里，设定是否显示图例。在 Cursors 区块里，设定是否使用光标。
圖(10) Left Axis 页
如上图所示为左边轴线 (垂直轴 )之设定页,我们可以在 Label 区块里，
指定垂直轴名称 (可用中文 )。在 Axis 区块里，指定要不要显示轴线，
或轴线的颜色。在 Scale 区块里，垂直轴的刻度。在 Range 区块里，
指定刻度范围,Minimum 字段为最低刻度,Maximum 字段为最高刻度。另外,Bottom Axis 页,Right Axis 页及 Top Axis 页，分别为下边、右边及上边的轴线设定,与左边轴线页类似。
8-12 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(11) Traces 页
如上图所示为曲线设定页，我们可以在 Color 字段里，指定曲线的颜色。在 X Range 区块里，指定采用的水平轴、在 Y Range 区块里，
指定采用的垂直轴。而在 Offsets 区块里，指定偏移调整，不过，最好是按 钮，让程序自动调整。最后按 钮，即可反应到波形窗口里，如下图所示,
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-13
圖(12) 设定后的波形图
null,本按钮的功能是将此波形图 的属性，复制到剪贴簿里。
null,本按钮的功能是贴上剪贴簿里的波形图属性。
null,本按钮的功能是将波形图里，曲线的数字数据 (曲线是由点所点起来的,而每个点都有垂直与水平坐标 )输出到 Excel 电子表格里，
如下图所示,
8-14 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
圖(13) 数据输出到电子表格
null,本按钮的功能是开启将波形图里，曲线的数字数据输出到
MathCAD。
8-2 跟着范例走
在本单元里，将准备二十一个范例电路图,经过简单说明后，请绘制电路图，然后进行各项模拟与分析。
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-15
8-2-1 信号合成电路
示范电路
圖(14) 示范电路
说明
null 如上图所示，其中包括三个信号源 V1(120V60Hz),V2(40V180Hz)
及 V3(15V300Hz),V1 永远接到信号加总器 (A1)的 C 点； V2 则是经过 S2 才接到信号加总器的 A 点，而 S2 是由
A
键所控制的，如
8-16 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
果按
A
键 V2 接到信号加总器的 A 点，再按一次
A
键，则
V2 不接到信号加总器的 A 点；同样的,V3 则是经过 S1 才接到信号加总器的 B 点，而 S1 是由
B
键所控制的。而信号加总器的输出端，就是将 A,B,C 三点的电压合成，在此利用示波器分别观察只有 V1 时的信号波形,V1 加上 V2 之后的信号波形,V1 加上 V3 之后的信号波形，以及这三个信 号的合成信号波形。
null 示波器量测波形后，再进行瞬时分析,看看瞬时分析的结果是否与示波器量测的波形一样？
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-17
8-2-2 电压限制器
示范电路
圖(15) 示范电路
说明
null 如上图所示，其中包括两个信号源 V3(2V100Hz),V4(10V5000Hz)，
这两个信号串接，而得到一个 调幅信号，其信号在 ±12V 之间变化。
8-18 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
这个调幅信号经过 D3,V1，而将正电压限制在 5V(即 V
D3
+4.3V)；
经过 D4,V2，而将负电压限制在 -5V(即 -V
D4
-4.3V)。
null 利用示波器量测此电路的输出入波形 后，再进行瞬时分析，看看瞬时分析的结果是否与示波器量测的波形一样？
8-2-3 倍频电路
示范电路
圖(16) 示范电路
说明
null 如上图所示,我们利用信号产生器,提供一个 1000Hz,责任周期 (Duty
Cycle)为 50%、振幅为 ±2.5V、偏移电压 (Offset)为 2.5V 之方波，输
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-19
入到电路。则电路的输出端将产生 2000Hz 之方波输出。
null 对于输出波形的责任周期，我们可以由
A
键来控制，按
A
键则责任周期将降低、按
Shift
+
A
键，则责任周期将增加。
null 示波器量测波形后，再进行瞬时分析,看看瞬时分析的结果是否与示波器量测的波形一样？
8-2-4 取样电路
示范电路
圖(17) 示范电路
8-20 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
说明
null 如上图所示，其中包括模拟零件与 TTL 数字零件，使用到 TTL 数字零件，要记得放置 VCC 及 VGND，以提供 TTL 之电源。
null 此电路的动作来自 R3 与 C1 构成的充电电路，当 C1 上的充电电压高于 Q2 基极的切入电压时,Q2 即饱和,V
CE2
=0.2V。所以 LED 会亮,而这个电压接到 74LS00D 的两个输入端 (这个与非门被当成非门使用 )，其输出端将为高电压。 74LS00D 所输出的高电压接到 Q1 的基极，使 Q1 导通,C1 将透过 Q1 的 CE 放电。当 C1 因放电而低于
Q2 基极的切入电压时,Q2 即截止,V
CE2
=5V。所以 LED 就不亮了，
74LS00D 的两个输入端变成高电压，其输出端降为低电压，使 Q1
截止,C1 不再放电，而转为充电状态 …，如此周而复始。
null 示波器量测波形后，再进行瞬时分析,看看瞬时分析的结果是否与示波器量测的波形一样？
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-21
8-2-5 伟恩电桥
示范电路
圖(18) 示范电路
说明
null 如上图所示为一个含有自动增益控制 (AGC)的音频正弦波信号产生器，也就是伟恩电桥。其中的 AGC 电路，就是输出端经 D1,D2、
R5,C3，回授到 Q1 FET 的闸极上，以改变此 FET 的通道电阻。而这个通道电阻与电桥的 R4 并联，如此将会影响到此电桥的振荡频
8-22 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
率。
null 测量时，电路会经过几个周期之后,其输出波形将会更漂亮！示波器量测波形后，再进行瞬时分析，看 看瞬时分析的结果是否与示波器量测的波形一样？
8-2-6 史密特触发电路
示范电路
圖(19) 示范电路
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-23
说明
null 如上图所示，这是一个利用 555 所设计的史密特触发电路。我们利用一个正弦波信号源 V2(12V1000Hz)做为输入的信号；而电路的输出将是一个方波。
null 请用示波器量测输出入信号的关系,并找出高临界点电压，以及低临界点电压。
null 示波器量测波形后，再进行瞬时分析,看看瞬时分析的结果是否与示波器量测的波形一样？
8-24 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
8-2-7 脉波宽度调变电路
示范电路
圖(20) 示范电路
说明
null 如上图所示，我们利用 555 来设计一个脉波宽度调变电路 (PWM)，
其中包括两个信号源 V1(10V10KHz),V2(4.5V400Hz),V2 用来控制脉波的周期，而 V1 用来控制脉波的责任周期。
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-25
null 请以示波器测量其中脉波的周期 (或频率 )为何？而脉波宽度与 V2 之间有何关系？
null 示波器量测波形后，再进行瞬时分析,看看瞬时分析的结果是否与示波器量测的波形一样？
8-2-8 握住取样电路
示范电路
圖(21) 示范电路
8-26 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
说明
null 如上图所示，我们利用一个运算放大器及两个 FET 来设计握住取样电路 (Sample Hold Circuit)，其中的 V5(5V1KHz)信号源是我们所要追踪取样的信号。另外，我们 也利用信号产生器，产生 15V 16KHz
的取样控制信号，也就是取样的频率。
null 请用示波器量测输出入波形，然后暂 停仿真，调整信号产生器的频率，观察频率与取样波形的关系。
null 示波器量测波形后，再进行瞬时分析,看看瞬时分析的结果是否与示波器量测的波形一样？
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-27
8-2-9 随机数信号产生器
示范电路
圖(22) 示范电路
说明
null 如上图所示，其中包括由 T 型正反器与与门构成的计数器，还有一
8-28 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
个数字转模拟的 IC(VDAC)，或许你会觉得很奇怪，为什么在此的数字零件不用接 VCC,VGND？主要的原因是这些都是虚拟的零件，
在杂项数字零件列所取用的零 件，所以不必接用电源。
null 在电路中，我们利用一个脉波信号源 V1，提供一个 10MHz 的脉波信号，做为随机数产生的来源。这个 信号输入到计数器，而计数器的输出分别加到 DAC 的高四位及低四位，再以示波器观察 DAC 的输出波形。
null 示波器量测波形后，再进行瞬时分析,看看瞬时分析的结果是否与示波器量测的波形一样？
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-29
8-2-10 八阶主动滤波器
示范电路
圖(23) 示范电路
8-30 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
说明
null 如上图所示为八阶低通主动滤波器,没错，就是八阶的滤波器，可千万不要吓到！在此以一颗 MAX274 IC 做为主要的零件，然后测量该电路的频率响应，我们利用波德图描 绘器，描绘其波德图。嘿嘿，
『八阶』的喔，其每 10 倍频所下降的幅度很大！在此可看到接近垂直的下降曲线！
null 请以波德图描绘器，描绘其振幅与相 位之频率响应。再进行交流分析，看看交流分析的结果是否 与波德图描绘器描绘的波形一样？
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-31
8-2-11 逻辑状态指示电路
示范电路
圖(24) 示范电路
说明
null 如上图所示，我们利用简单的晶体管 电路，设计一个能够指示测试点逻辑状态的电路。为了观察电路的 动作，在输入端，利用一个信号产生器，产生一个 1Hz、责任周期为 50%、振幅为 ±2.5V、电压偏
8-32 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
移 2.5V 之三角波信号源，如果 V1 电压达到逻辑高准位时,Logic 1
LED 将会亮； V1 电压低于逻辑低准位时,Logic 0 LED 将会亮。
null 以示波器量测波形，并观察电路中 LED 的变化状况。
8-2-12 精准 AC/DC 转换器
示范电路
圖(25) 示范电路
说明
null 如上图所示，我们利用两个运算放大 器，设计一个精准的交流变直流转换器。其中的交流正弦波信号源 V3(2V60Hz)送入电路后，将产生一个固定的直流电压。
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-33
null 以示波器观察输出入波形的变化，我 们将发现经过若干周期后，输出电压将趋于稳定的直流电压。请改 变输入信号的电压或频率，再观察其输出状态，有何影响？
8-2-13 音频放大器
示范电路
圖(26) 示范电路
8-34 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
说明
null 如上图所示为一个 OCL 音频放大器，其输入端是一组由两个晶体管组成的差动放大，而输出端为 2N3055A,MJD2955 所构成的推挽放大，其输出功率应可达到 30W
RMS
以上没问题！蛮适合个人或在学校制作的实用后级放大电路。
null 在此我们除了以示波器测量其输出入 之信号波形外，还利用一个失真仪，量测其总谐波失真与信号杂音比 (S/N)。
null 示波器量测波形后，再进行瞬时分析,看看瞬时分析的结果是否与示波器量测的波形一样？
null 失真仪量测后，再进行分真分析，看 看分真分析的结果是否与失真仪量测的一样？
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-35
8-2-14 网络分析之一
示范电路
圖(27) 示范电路
8-36 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
说明
null 如上图所示为一个被动组件所组成的网络,我们将利用网络分析器，
测量各项参数。
8-2-15 网络分析之二
示范电路
圖(28) 示范电路
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-37
说明
null 如上图所示为一个晶体管所组成的双 端口网络，我们将利用网络分析器，测量各项参数。
8-2-16 网络分析之三
示范电路
圖(29) 示范电路
8-38 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
说明
null 如上图所示为一个晶体管所组成的双 端口网络，我们将利用网络分析器，测量各项参数。
8-2-17 网络分析之四
示范电路
圖(30) 示范电路
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-39
说明
null 如上图所示为一个晶体管所组成的双 端口网络，我们将利用网络分析器，测量各项参数。
8-2-18 网络分析之五
示范电路
圖(31) 示范电路
8-40 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
说明
null 如上图所示为一个晶体管所组成的双 端口网络，我们将利用网络分析器，测量各项参数。
8-2-19 频谱分析之一
示范电路
圖(32) 示范电路
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-41
说明
null 如上图所示，其中包括两个信号源,V1 为 10V 1.2MHz 的正弦波、
V2为 8V 0.8MHz的正弦波,这两个信号经过乘法器 (A1)相乘后输出。
null 请频谱分析仪分析此电路的输出信号,而测量时，请耐心等候其最后的结果。
8-2-20 频谱分析之二
示范电路
圖(33) 示范电路
说明
8-42 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
null 如上图所示，其中包括两个信号源,V1 为 0.01V 2MHz 的正弦波、
V2 为 0.01V 4MHz 的正弦波，这两个信号串联后输入晶体管。
null 请频谱分析仪分析此电路的输出信号,而测量时，请耐心等候其最后的结果。
8-2-21 计数器与七段显示器
示范电路
圖(34) 示范电路
说明
第八章 进阶仿真与分析实例演练 8-43
null 如上图所示，其中包括由 T 型正反器与与门构成的计数器，而其输出接到一个 16 进位的解碼七段显示器。当然，由于本电路所采用的数字零件，都是在杂项数字零件列所 取用的虚拟数字的零件，所以不必接用电源 (VCC,VGND)。
null 此电路是计数 V1 的脉波，所以开始模拟后，七段显示器将依序显示
0,1,2…。
8-44 计算机辅助电路仿真－ Electronics Workbench M u l t i S I M
