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畢業設計-基于multisim的電路仿真設計與分析-文庫吧

2023-11-28 19:20 本頁面


【正文】 真軟件除了更出色地完成電工電子技術的虛擬仿真外,在 Lab VIEW 虛擬儀器和單片機仿真等技術領域都有更多的創新和提高。 Multisim11 的基本功能 Multisim11 仿真軟件的功能比較多,在這里我們只將它的基本功能簡述 如下。 1. 建立電路設計原理圖簡單快捷 數量眾多的現實元器件與虛擬元器件操作者在 Multisim11仿真軟件能夠很容易找的到,而且分門別類地把它們存放在十八個元器件庫中,我們打開元器件庫繪制電路圖時也是非常的隨意,要用的元器件再用鼠標左鍵選中即可,然后把它移放到畫圖區,當光標移動到元器件的引腳上的時候,一個帶十字的紅點會自動出現 Multisim 仿真軟件,進入到連線狀態,單擊鼠標左鍵確認后,移動鼠標即可實現連線,這樣簡單又快捷地就搭接電路原理圖。 2. 用虛擬儀器儀表測試電路性能參數及波形 準確直觀 提供了二十幾種虛擬電子儀表在 Multisim11 仿真軟件中給大家使用,它包括了數字萬用表、功率表、雙蹤示波器、波特圖示儀 4 通道示波器、頻率計、邏輯分析儀、 IV 分析儀、邏輯轉換儀、失真分析儀、頻譜分析儀、網絡分析儀、安捷倫萬用表、安捷倫函數發生器、安捷倫示波器、泰克示波器、測量探針、 Lab VIEW測試儀、 NI ELVISmx 測試儀和電流探針等,這些儀器和儀表不但外形和操作方法與實際儀器完全相同,而且測試的數值和波形也是精準可信。大家能方便的在電路圖中大膽使用這些虛擬儀器和儀表來測試電路的性能參數 及其波形。 3. 完備的性能分析手段 Multisim11 仿真軟件可以進行交流工作點的分析、直流工作點的分析、傅里葉的分析、瞬態分析、噪聲圖形的分析、直流掃描的分析、失真度的分析、靈敏度分析、參數掃描的分析、溫度掃描的分析、零點 極點的分析、傳輸函數分析、最壞情況的分析、蒙特卡羅的分析、銅箔寬度的分析、批處理的分析等,而且分析的結果直接以數值或波形非常地直觀地顯示出來。 Multisim11 仿真軟件不但可以洛陽理工學院畢業設計(論文) 3 對模擬電路或數字電路分別進行仿真,也能夠進行數?;旌戏抡媾c射頻( RF)電路的仿真。在實驗仿真失 敗的情況下 Multisim 仿真軟件是會顯示錯誤信息并且提示可能出錯的原因,仿真的結果能夠隨時存儲并打印出來,基本能夠滿足電子電路仿真設計和分析的具體要求。 4. 完美的兼容能力 Multisim11 仿真軟件不僅能夠打開較低版本的 EWB 仿真軟件和 Multisim 仿真軟件中的文件的優點,還可以打開 Spice 網絡表文件、 Orcad 文件、 ULticap 文件等,它的的電路原理圖能夠自動生成。也可以將 Multisim11 仿真軟件建立的電路原理圖轉變為 Spice 網絡表文件。 Multisim11 主要的 特點 電子電路的仿真與設計的 EDA 仿真軟件是 NI Multisim11 仿真軟件只是其中之一。從 20 世紀 80 年代 Multisim11 軟件出版至今, Multisim 仿真軟件已經升級過很多個版本,除了保留操作界面直觀、操作便利的很、簡單易學等優良傳統以外,電路仿真的功能也俞加不斷得到完善。如今, Multisim11 仿真軟件它的最新版本主要有以下的特點。 ( 1) 在軟件大量的虛擬儀表數目中,從那時最初的 EWB 仿真軟件擁有的七個虛擬儀表到現在的 NI Multisim11 提供的二十幾種虛擬儀器,與現實中的實物一樣設置 和使用這些儀器和儀表,能將動態交互顯示。 ( 2)低版本 EWB 圖形界面的直觀的特點仍然在 NI Multisim11 仿真軟件被一直保持著,在這里一個相近電子實驗的工作臺就是它的電路仿真工作區,它的元件與測試儀表都可以直接被拖放到工作區,可以通過單擊鼠標左鍵用導線把它們連接起來,它的操作區域與生活中的實物基本一樣。 ( 3)獨具一格的虛擬與現實相結合的優點在 NI Multisim11 仿真軟件的電路仿真的基礎上,一套教學實驗室虛擬儀表套件( ELVIS)被 NI 公司專門設計出以后,在 NI ELVIS 軟件平臺上用戶可以搭建 自己設計的實際電路,對實際電路的波形測試和性能指標分析利用 NI ELVIS 儀表也能夠完成。 NI ELVIS 的各種操作可以在NI Multisim11 電路仿真環境中被操作者任意模擬,給實際 NI ELVIS 仿真軟件平臺洛陽理工學院畢業設計(論文) 4 上搭建、測試實際電路鞏固了良好的基礎。 NI ELVIS 儀表在 NI Multisim11 虛擬仿真環境中任意調用允許我們自定制和進行靈活的測量,以此用來完成虛擬仿真數據與實際測試的數據的比照。 ( 4)搭建一個數字的電路在 NI Multisim11 仿真軟件的電路仿真的環境中,通過測試功能沒有錯誤以后,執 行菜單命令便會被生成最初 VHDL 語言,更加有助于初學 VHDL 語言的操作著對比學習 VHDL 中的語句。我們在現場可編程門陣列( FPGA)硬件中將這個 VHDL 的文件使用,就這樣簡潔了 FPGA 的開發過程。 ( 5)豐富的元器件自帶元件庫中的元件數量超過一萬七千個,工科學校電子課程的需求會大部分基本滿足。擁有有許多的虛擬分離元件、集成元件的 NI Multisim11 仿真軟件中的元件庫,許多的實物元件的模型也含在其中,給出了許多的著名制造商的名字,例如 Microchip、 National Semiconductor 和 Texas Instruments等。 ( 6) SPICE 3F5 仿真軟件與 XSPICE 軟件的核心用來當做仿真詳細的仿真分析的引子,可以進行 SPICE 軟件仿真、 RF軟件仿真、 MCU 軟件仿真與 VHDL 軟件仿真。 洛陽理工學院畢業設計(論文) 5 第 2 章 常見電路仿真 放大電路的仿真分析 放大的概念 放大電路是模擬電子電路中最為基礎一種電路,也是最為常見的一種既普通又典型的電路。例如我們在日常生活中使用的收音機、電視機、還是一些精密的測量儀器等,其中都或多或少的包含有各種各樣的基本的放大電路???以看出,放大電路是應用十分廣泛的模擬電子電路。 其實“放大”,我們從字面意思上看,似乎也就是將信號的幅值由小變大那么簡單。但是,在課程模擬電子技術基礎中我們能明確的了解到,在它里面的放大電路中,“放大 ” 的最終意思首先就是實現能量的控制。其實也就是用能量相對較小的輸入信號來控制另外一個信號源,從而讓能量相對比較大的信號給予輸出端的負載。于是負載上的信號的變化規律就是被輸入信號控制的,然而負載上的較大的能量是由其他能源提供的。就像收音機天線接收的信號十分弱小,只有經過放大處理才能夠驅動揚聲器發出聲音。我們在現實 中聽到來自揚聲器什么樣的聲音完全取決于天線所接收到的信號,然而對于相對較大的音量,它的能量而是來源于另一個直流電源。故而,這種由較小的能量控制相對較大的能量的控制就是放大的最終意義。 此外,放大作用是針對變量而言的。放大就是指當一個輸入信號有一個相對較小的變化的時候,在它的輸出端的負載將會得到非常大的變化量。然而放大電路的放大倍數,也是用它的輸出信號比上輸入信號的變化量。故而,放大的真實作用,真正放大的對象其實是信號變化量。 共射極放大電路仿真分析 1. 實驗電路 我們在本節所要測試的 實驗電路是處于穩定工作點的共射極放大電路,在Multisim仿真軟件中找出自己設計的電路所需要元器件設置好它們的參數。接著把設計電路圖在 Multisim仿真軟件中繪制出來,如下圖 211所示 : 洛陽理工學院畢業設計(論文) 6 圖 211 具有穩定工作點的共射極放大電路 在上圖 211中所看到的是處于分壓式穩定工作點的共射極放大電路原理圖。把 R1 與 R2 組成的分壓電路當做它的偏執電路,在發射極接入電阻 R3與 R7,讓它來穩定放大器的最佳靜態工作點。因此,當在放大器的輸入端加入輸入信號以后,在放大器的輸出端就會得到一個相位相反且被放大 了的輸出電壓,就這樣實現反相電壓的放大效果。 2. 靜態工作點的測試與調整 本節重要的額環節是尋找放大電路的靜態工作點,靜態工作點是否理想,對性能和輸出波形的影響都比較大;如果工作點偏低,產生截止失真是很容易的,即輸出電壓的正半周就會被削頂。如果得到的工作點較高,就會在放大器在添加交流信號之后發生飽和失真的現象,此時輸出電壓的負半周就會出現被削底的現象。但是,不失真放大的要求被違背。因此,在選擇了工作點之后還需要進行動態調試,需要在放大器的輸入端加上一定的輸入電壓,而且記錄輸出電壓的大小和波形能否 滿足自己的要求。 另外,上面所敘述的工作點的“偏低”和“偏高”是相對的,假如輸入信號幅度比較小,此時工作點就是非常低或者非常高也是不一定會出現失真的現象。確切地來說,信號幅度和靜態工作點設置不符合將會產生波形失真的結果。如果洛陽理工學院畢業設計(論文) 7 滿足輸入信號比較大的幅度的要求,那么靜態工作點就最好接近交流負載下線的中心。 3. 靜態工作點的調整原理與方法 原理:當放大電路的參數確定后,靜態工作點的改變是隨著電位器阻值的改變在負載上發生變動而決定的。放大電路的靜態工作點是電路輸出電壓值為最大不是真輸出電壓時候的數值。 方 法:一起調節放大電路中的輸入信號和電路中的電位器,而且運用示波器時時刻刻監視著放大電路的輸出電壓,直到輸入信號只要一有變大,這時候截止失真與飽和失真就會出現;然而輸入信號有一些減小的時候,截止失真與飽和失真的現象的輸出信號同時消失,此時的放大電路即處于最佳靜態工作點。 下圖 212 即是共射極放大電路處在最佳靜態工作點時的最大不失真電壓的仿真結果。 圖 212 最大不失真電壓 洛陽理工學院畢業設計(論文) 8 4. 靜態工作點的測量 最大不失真電壓出現在放大電路中出現的時候,共射極放大電路的最佳靜態工作點就是此時。這時, 將電路的輸入端與地相接,而且進行靜態工作點的測量。在 Multisim 仿真軟件中,放大電路的靜態工作點的測量措施包括直接測量方法和直流分析法兩種方法。 ( 1)直接測量法。 在直接測量法中又包括了用電壓表、用電流表測量,用萬用表測量、用測量探針測量。在這里我們以萬用表來做事例。 我們首先將萬用表接入自己設計電路中,按照自己所需要求接到特定的電位點來進行測量與分析。如下圖 213所示,在 Multisim 11 仿真軟件中點擊仿真開關的功能,即開始進行電路仿真與結果的分析。此時,萬用表中所顯示的工作電壓數值,就是放 大電路工作在最佳狀態點時候的數值。 圖 213 用萬用表測量靜態工作點 ( 2) 直流工作點分析法 在放大電路工作在最佳工作點的時候,在 Multisim 仿真軟件中點擊直流工作點分析功能的按鈕來測量上圖 213 電路的靜態工作點即可,分析結果如下圖214: 洛陽理工學院畢業設計(論文) 9 圖 214 直流工作分析結果 5. 放大器動態指標測試 ( 1)電壓放大倍數的測量 必須把放大電路調增到合適的靜態工作點,才能測量電壓放大倍數,然后給予出入電壓 iu ,在輸入電壓 ou 不失真的情況下,接入交流毫伏表,測出來輸入電壓 iu 和輸出電壓 ou ,即可得到電壓放大倍數為 uA =ioUU 在如圖 215所示的電路中,把開關 S S2關上,與此同時把函數發生器 XFG1打開,把輸入電壓 iu 改成 10mV,調整頻率 if 改成 1kHz。然后在 Multisim軟件中點擊仿真按鈕進行電路的仿真分析。接著在打開的示波器 XSC1 中觀察輸入電壓波形iu 和輸出電壓 波形 ou 。在輸出電壓 ou 波形沒有失真的情況下,使用萬用表 XMM1和 XMM2 測出輸入電壓 iu 的有效值 iU 和輸出電壓 ou 的有效值 oU 。 圖 215 放大電路動態指標測量電路 洛陽理工學院畢業設計(論文) 10 ( 2) 輸入電阻 iR 的測量 從放大器的輸入端看進去的等效電阻就是放大電路中所謂的輸入電阻,它表明了放大器對信號源的起作用的大小。如果想要得到放大器中的輸入電阻,在放大器正常工作情況下,按圖 216 所示的電路中,把已知電阻 R 接入被測量放大器的出入端和信號源之間,把 SU 和 iU 用交流毫伏表測出來,于是在根據輸入電阻的公式計算就出來了 iR =iiIU =RUURi= RUUU iS i 在上圖 215所示的電路中,關上開關 S2,打開圖中函數發生器 XFG1,會彈出一個界面,把欄中輸入電壓改為 iu =20mV,把欄中的頻率改為 if =1kHz。然后在Multisim軟件中點擊仿真按鈕進行仿真分析,接著在工作區打開示波器 XSC1 會彈出個頁面,接著觀察輸入電壓 iu 和輸出電壓波形 ou 的結果。在輸出電壓 ou 波形正常的情況下,操作開關 S1,分別在打開和閉合的情況下用萬用表測出輸出電壓波形 ou 的有效值
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