基于Multisim9的电子电路计算机仿真分析与应用

  本文关键词：基于multisim9的电子电路计算机仿真分析与应用，由笔耕文化传播整理发布。

基于multisim9的电子电路计算机仿真分析与应用

发表时间：2013/3/30

本文主要介绍了Multisim9软件进行电路仿真与传统电路设计相比较的特点，以及使用Multisim9仿真软件进行电路仿真的方法。以负反馈放大电路和模/数、数/模特换电路为倒，阐述了使用虚拟电子实验平台进行模拟电路和数字电路侍真分析的具体方法。并将结果与理论分析相比较，从中可以看出电子设计仿真技术方便、高效的特点。基于计算机仿真技术的电子电路的分析与设计将完全取代传统的电路设计分析方法，实现电子设计的自动化。

    3.2 模/数和数/模转换电路

    在现代控制、通信及检测领域中将输入到系统的模拟信号转换成效字信号进行处理的情况非常普遍。另外，又常常要求将处理后的数字信号再转换成相应的模拟信号，作为系统输出。下面我们在Multisim9中构建散模和模数转换电，路并进行仿真分析。

    在输入端接入一个交流信号使模数转换器ADC输出端的数值自动变化，并在数码管上显示出来。连接好A/D转换电路以后，再对其输出的数字信号进行D/A转换，转换过程中使用数模转换器IDAC，完整的电路如图8所示。示渡器的A通道接在A/D转换电路的输入信号上，B通道接在IDAC数模转换的输出端上。

    图8 模数和数模转换电路

    函数发生器和IDAC的设置分别如图9和图1O所示。

    图9 DAC的设置

    图10 函数发生器的设置

    按下仿真开关，可以在数码管上看到ADC的数字量输出。另外，可以在示波器上显示A/D转换电路输入的模拟信号和IDAC转换电路的输出信号的波形如图11所示。

    从以上的分析可以看到电路把一个模拟信号通过A/D转换器变成一个数字信号，再通过D/A转换器变换回模拟信号的完整过程。

4 结语

    Multisim9作为电子电路仿真应用软件，在编辑电路、调整电路元件参数及查看电路仿真结果等方面都十分方便。利用软件可以方便的建立各种电路，并对电路性能进行仿真分析，与传统的电路设计过程相比提高了设计质量和设计周期，并且省去了实际的元器件安装调试过程。另外，该软件易学易用，便于通信专业、电子信息、自动化等专业学生学习和进行综合性的设计、实验，有利于培养综合分析能力、开发能力和创造能力。

    图11 模数和数模转换电路输入和输出波形

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1 前言

    Multisim是一个完整的电路设计和仿真工具软件，它提供了一个庞大的元件数据库。该软件可以对模拟、数字、模拟，数字混合电路进行仿真，克服了实验室条件对传统电子设计工作的限制。它用软件的方法虚拟电子与电工元器件以及电子与电工仪器和仪表，通过软件将元器件和仪器集合为一体。利用Multisim9可以实现计算机仿真设计与虚拟实验，与传统的电子电路设计与实验方法相比，具有如下特点：(1)设计与实验可以同步进行，可以边设计边实验，，修改调试方便；(2)设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全，可以完成各种类型的电路设计与实验；(3)可以方便地对电路参数进行测试和分析；(4)可以直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图；(5)实验中不消耗实际的元器件，实验所需元器件的种类和数量不受限制，实验成本低，实验速度快，效率高；(6)设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。

2 Multisim9进行电子电路分析和设计步骤

    传统的电路设计过程为：方案选择→电路原理设计→实验→修改→定型，在此过程中，实验和修改的过程通常需要进行程多次反复，并且会使用大量的元器件，最后才能得到最后的正确结果。Multisim9能够完成从电路的设计，到电路仿真，到电子系统分析，分析方法如图1所示。

    图1 分析流程体

3 电子电路分析设计应用

    3.1 负反馈放大电路

    反馈就是在电子系统中把输出回路的电量（电压或电流）馈送到输入回路的过程。其过程可以用图2所示的方框图表示。

    图2 反馈放大器方柱图

    反馈电路分为正反馈电路和负反馈电路，正反馈电路多应用在电子振荡电路，而负反馈电路则多应用在各高、低频放大电路中。在放大电路中，广泛地引入负反馈主要用来提高放大器的质量指标。比如：稳定直流工作点，提高增益稳定性，减少非线性失真，扩展放大嚣的通频带等。下面我们就以负反馈放大电路为例，用Multisim9进行负反馈放大电路的分析和仿真。

    首先在Multisim9中构建负反馈放大电路如图3所示。输入信号V1是一个交流电压源。R1为反馈电阻，C1是旁路电容，它的接上与否决定了电路是否有反馈。示波器的A通道接输出信号，B通道接输入信号。

    图3 负反馈放大电路

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    3.1.1 负反馈对波形失真的改善作用

    由于放大电路中存在着三极管等非线性器件，所以，即使输入的是正弦波，输出也不是正弦波，产生了波形失真。打开Multisim9的仿真开关，可以看到波形产生了失真，如图4所示。

    图4 失真波形(未加入负反馈)

    断开电容C3，加入交流负反馈，按下仿真开关，此时输出波形没有失真，如图5所示。这与理论是符合。

    图5 不失真波形(加入负反馈)

    3.1.2 负反馈放大电路对频带展宽的改善作用

    频率响应是放大电路的重要特性之一，而频带宽度是放大电路的重要技术指标。在一些场合下，往往要求有较竟的频带。引入负反馈是展宽频带的有效措施之一。

    未加入负反馈时通频带为：BW=fH-fL(fH为电路的上限截至频率，fL为电路的下限截至频率)

    引入负反馈后，上限频率为：fHL=(1+AF)fH

    下限频率为：fL=fL/(1+AF)

    说明引入负反馈之后，放大电路的上限频率增加了，增加的程度与反馈深度有关；下限频率减小了，减小的程度也与反馈深度有关。此时通频带变为BWf=fHL-f1f>BW，即通频带变宽了。我们可以通过Multisim9提供的波特图仪观察加入负反馈前后通频带变化情况。首先揍上电容C3，即没有交流负反馈，打开波特图仪显示面板，按下仿真开关，可以看到波特图仪显示的幅频特性曲线如图6所示。

    图6 幅频响应曲线(未加负反馈)

    再断开电容C3，加入交流负反馈，按下仿真开关，再观察波特图仅显示的幅频特性曲线如图7所示。

    可以看到，加入交流负反馈以后，电路的频带宽度明显增加。因此负反馈对频带的展宽具有明显的改善作用。另外，也可以通过软件提供的强大分析功能，选择AC Analysis对节点2进行分析同样可以看到负反馈对放大电路频带展览的改善作用。

    图7 幅频响应曲线(加入负反馈)

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