EDA技术与应用陈新华第3章4电路仿真分析.ppt

3.4 3.4 Multisim8Multisim8电路仿真分析电路仿真分析 Multisim8Multisim8提供的电路仿真分析有提供的电路仿真分析有:直直流流工工作作点点分分析析、交交流流分分析析、瞬瞬态态分分析析、傅傅里里叶叶分分析析、噪噪声声分分析析、失失真真分分析析、直直流流扫扫描描分分析析、温温度度扫扫描描分分析析、参参数数扫扫描描分分析析、灵灵敏敏度度分分析析、传传输输函函数数分分析析、极极点点-零零点点分分析析、最最坏坏情情况况分分析析、蒙蒙特特卡卡罗罗分分析析、批批处处理理分分析析及及RFRF分分析析等等多多种种分分析析，分分析析结结果果以以表表格格或或波波形形直直观观地地显显示示出出来来。为为用户设计分析电路提供了极大的方便。用户设计分析电路提供了极大的方便。本节简要介绍几种常用的分析。本节简要介绍几种常用的分析。Multisim 2001一、直流工作点分析一、直流工作点分析 直流工作点分析（直流工作点分析（DC Operating Point AnalysisDC Operating Point Analysis）在进行直流工作点分析在进行直流工作点分析时，软件将交流电压源视为短路，交流电流源视为开路，电容视为开路，电感视为时，软件将交流电压源视为短路，交流电流源视为开路，电容视为开路，电感视为短路。进行电路的其它分析时，首先进行直流工作点分析，以便建立小信号模型。短路。进行电路的其它分析时，首先进行直流工作点分析，以便建立小信号模型。具体分析步骤如下：具体分析步骤如下：1、创建电路、创建电路 例如我们要建立如图所示单管放例如我们要建立如图所示单管放大电路，单击主菜单大电路，单击主菜单Options命令命令下的下的Preferences项，在弹出的对项，在弹出的对话框中选择话框中选择 Circuit标签，选中标签，选中 Show node name节点号就显示在节点号就显示在电路图上。电路图上。Multisim 2001 点点 击击 主主 菜菜 单单 的的SimulateSimulate选选项项下下AnalysisDC AnalysisDC Operating Operating PointPoint”命命令令，弹弹出出AnalysisDC AnalysisDC Operating Operating Point Point AnalysisAnalysis对对话话框框如如图图所所示，示，该对话该对话框包括框包括:OutputOutput Analysis Analysis Summary Summary 共共3 3个个标签标签。2、分析设置、分析设置Multisim 2001 下面下面对对3 3个个标签页标签页加以介加以介绍绍：1 1）Output Output 标签页标签页：设设置所要分析的置所要分析的节节点点电压电压和和电电源支路的源支路的电电流。流。（1 1）Variables Variables in in circuitcircuit栏栏 :用用于于选选择择要要分分析析的的电电路路变变量量。栏栏内内列列出出了了可可用用于于分分析析全全部部变变量量,(,(节节点点电电压压以以及及流流过过电电压压源源的的电电流流)。（2 2）Selected Selected variables variables for for analysisanalysis 栏栏 :用用来来确确定定需需要要分分析析的的变变量量，需要用户从，需要用户从Variables in circuitVariables in circuit栏中选取。栏中选取。Multisim 2001方法是方法是:在在Variables in circuit栏栏 点击要分析点击要分析的变量的变量,选中后变量背选中后变量背景变成蓝色。再点击景变成蓝色。再点击 Add 按钮按钮.Multisim 20012）analysis Options 标签页标签页：设置与仿真设置与仿真分析有关的其它分析，如图所示。分析有关的其它分析，如图所示。1、SPICE 仿真模型仿真模型选择：选择：可以选择可以选择Multisim自自带模型或用户定义模带模型或用户定义模型。型。2、Other 其它选项：其它选项：Maximum number of最大仿真步数最大仿真步数Title for 标题标题Multisim 2001 在在Summary标标签签页页中中，程程序序给给出出了了所所设设定定的的参参数数和和选选项项，用用户户可可进进一一步步确确认认所所要要进进行行的的分分析设置。析设置。3）Summary标签页：标签页：对分析对分析设置进行汇总确认，如图所设置进行汇总确认，如图所示。示。单击单击OK按钮：保存分析设按钮：保存分析设 置，可供以后使用。置，可供以后使用。单击单击Cancel按钮放弃分析设置。按钮放弃分析设置。Multisim 20013 3、进行仿真分析、进行仿真分析 单击单击Simulate按钮按钮即可进行分析。即可进行分析。分析结果显示窗分析结果显示窗口如图所示。口如图所示。接点名接点名参数值参数值标题标题Multisim 2001二、瞬态分析二、瞬态分析 瞬瞬态态分分析析(Transient Transient Analysis)Analysis)对对选选定定的的电电路路节节点点进进行行的的时时域域响响应应分分析析。即即观观察察节节点点的的电电压压波波形形。在在进进行行瞬瞬态态分分析析时时，直直流流电电源源具具有有恒恒定定的的数数值值，交交流流电电源源的的数值随时间而变化数值随时间而变化 。瞬瞬态态分分析析的的具具体体步步骤骤如如下：下：（一一）建建立立要要分分析析的的电路电路 创创建建带带通通滤滤波波器器电电路路如图所示，。如图所示，。Multisim 2001 点点击击主主菜菜单单的的SimulateSimulate选选项项下下AnalysisTransient AnalysisTransient AnalysisAnalysis”命命令令，弹弹出出Transient Transient Analysis Analysis 对对话话框框如如图图所所示示，该该对对话话框框包包括括Analysis Analysis ParametersParameters、Output Output、Analysis OptionsAnalysis Options及及SummarySummary共共4 4个个标签标签。除了除了AnalysisAnalysis Parameters Parameters标签标签外，其余外，其余标签页标签页与直与直流工作点分析的流工作点分析的设设置置一一样样。1、分析设置分析设置Multisim 2001Automatically Automatically determine determine initial initial conditions conditions 程程序序自自动动设设置置初初始始值值。Set to zero Set to zero 初始初始值设值设置置为为0 0。User defined User defined 由用由用户户定定义义初始初始值值。Calculate Calculate DC DC operating operating point point 通通过过计计算算直直流流工工作作点点得得到到的的初初始始值值。Automatically Automatically determine determine initial initial conditions conditions 自自动动获获得得规规定定的初始的初始值值。在在Analysis Parameters标签页中则包括标签页中则包括如下项目：如下项目：1）Initial conditions区：区：其功能是设置其功能是设置初始条件，包括以下选项：初始条件，包括以下选项：Multisim 20012 2）ParametersParameters区区：对对时时间间间间隔隔和和步步长长等参数等参数进进行行设设置。包括：置。包括：Start time：设置设置分析开始的时间。分析开始的时间。End time：设置设置分析结束的时间。分析结束的时间。Maximum time step：设置最大设置最大时间步长。时间步长。Generate time steps automa：由软件自动决由软件自动决定分析的时间步长。定分析的时间步长。Multisim 2001 分析设置完毕后，单击图对话框下部的分析设置完毕后，单击图对话框下部的Simulate按钮即可进行分析按钮即可进行分析。本例选择接点。本例选择接点8进行分析，分析结果如图所示。进行分析，分析结果如图所示。瞬态分析分析结果瞬态分析分析结果3）仿真分析）仿真分析在在Output标签选择标签选择#3节点。节点。Multisim 20013、交流分析、交流分析交流分析：交流分析：交流分析交流分析(AC Analysis)就是对电路进行交流频率响应分析。就是对电路进行交流频率响应分析。分析时分析时Multisim 仿真软件首先对电路进行直流工作点分析，仿真软件首先对电路进行直流工作点分析，以建立电路中非线性元件的交流小信号模型。然后对电路进以建立电路中非线性元件的交流小信号模型。然后对电路进行交流分析，并且输入信号源都被认为是正弦波信号。若使行交流分析，并且输入信号源都被认为是正弦波信号。若使用函数信号发生器作为输入信号时，即使选用三角波或方波用函数信号发生器作为输入信号时，即使选用三角波或方波信号，信号，Multisim 也自动将它改为正弦波形输出。也自动将它改为正弦波形输出。Multisim 2001首先在首先在Multisim用户界面的电路窗口中，创建如图所示用户界面的电路窗口中，创建如图所示的的RCL电路。电路。Multisim 2001该对话框含有该对话框含有4个标个标签，除签，除Frequency Parameters标签外，其余与直标签外，其余与直流工作点分析的标流工作点分析的标签一样，在此不再签一样，在此不再赘述。赘述。然后单击然后单击Simulate菜单中菜单中Analyses选项下选项下的的AC Analysis命令，弹出如图所示的命令，弹出如图所示的AC Analysis对话框。对话框。Multisim 2001Start frequency：设置交流分析的起始频率。：设置交流分析的起始频率。Stop frequency(FSTOP)：设置交流分析的终止频率。：设置交流分析的终止频率。Sweep type：设置交流分析的扫描方式，主要有：设置交流分析的扫描方式，主要有：Decade(十倍十倍程扫描程扫描)、Octave(八倍程扫描八倍程扫描)和和Linear(线性扫描线性扫描)。通常采用十。通常采用十倍程扫描倍程扫描(Decade选项选项)，以对数方式展现。，以对数方式展现。Number of points per decade：设置每十倍频率的取样数量。：设置每十倍频率的取样数量。设置的值越大，则分析所需的时间越长。设置的值越大，则分析所需的时间越长。Vertical scale：设置纵坐标的刻度。主要有：设置纵坐标的刻度。主要有Decibel(分贝）、分贝）、0crave(八倍八倍)、Linear(线性线性)和和Logarithmic(对数对数)，通常采用，通常采用Logarithmic或或Decibel选项。选项。Frequency Parameters标签页主要用标签页主要用于设置于设置AC分析时的频率参数。分析时的频率参数。Multisim 2001对于例中的电路，设置参数如下图对于例中的电路，设置参数如下图在在Output标标签选择签选择#2节节点。点。单击单击Simulate按钮，按钮，其结其结果如图下所果如图下所示。示。Multisim 20014、傅里叶分析、傅里叶分析 所谓傅里叶分析所谓傅里叶分析(Fourier Analysis)就是求解一个时域信号就是求解一个时域信号的直流分量、基波分量和各谐波分量的大小。在进行傅里叶分析的直流分量、基波分量和各谐波分量的大小。在进行傅里叶分析前，首先确定分析节点，其次把电路的交流激励信号源设置为基前，首先确定分析节点，其次把电路的交流激励信号源设置为基频。频。Multisim 2001 下面以图示的方波激励下面以图示的方波激励RC电路为例，说明傅里叶分析的电路为例，说明傅里叶分析的具体操作步骤。具体操作步骤。首先在首先在Multisim 电路窗口中创建方波激励电路窗口中创建方波激励RC电路电路Multisim 2001 单击单击Simulate菜单中菜单中Analyses选项下的选项下的Fourier Analysis命令，弹出如下图所示命令，弹出如下图所示的的Fourier Analysis对话框。对话框。对话框含有对话框含有4个标个标签，除签，除Analysis Parameters标签标签外，其余与直流外，其余与直流工作点分析的标工作点分析的标签一样，在此不签一样，在此不再赘述。再赘述。Multisim 2001 (1)Sampling options区。区。主要用于设置有关采样的基本参数。主要用于设置有关采样的基本参数。Fundamental frequency：设置基波的频率，即交流信号激励源的：设置基波的频率，即交流信号激励源的频率或最小公因数频率。频率值的确定由电路所要处理的信号来决频率或最小公因数频率。频率值的确定由电路所要处理的信号来决定。默认设置为定。默认设置为l kHz。Number Of harmonics：设置包括基波在内的谐波总数。默认设置：设置包括基波在内的谐波总数。默认设置为为9。Stop time for sampling(TSTOP)：设置停止取样的时间，该值一般：设置停止取样的时间，该值一般比较小，通常为毫秒级。比较小，通常为毫秒级。如果不知如何设置，可单击如果不知如何设置，可单击Estimate按钮，由按钮，由Multisim 8仿真软件仿真软件自行设置。自行设置。Edit transient analysis：该按钮的功能是设置瞬态分析的选项，单：该按钮的功能是设置瞬态分析的选项，单击它弹出瞬态分析对话框，击它弹出瞬态分析对话框，参见参见2的叙述。的叙述。Analysis Parameters标签页主要用于设置傅标签页主要用于设置傅里叶分析时的有关采样参数和显示方式。里叶分析时的有关采样参数和显示方式。Multisim 2001(2)Results区。区。主要用于设置仿真结果的显示方式：主要用于设置仿真结果的显示方式：Display phase：显示傅里叶分析的相频特性。默认设置不选用。：显示傅里叶分析的相频特性。默认设置不选用。Display as bar graph：以线条形式来描绘频谱图。：以线条形式来描绘频谱图。Normalize graphs：显示归一化频谱图：显示归一化频谱图。Vertical scale：Y轴刻度类型选择：包括线性（轴刻度类型选择：包括线性（Linear）、对数）、对数(Log)和分贝和分贝(Decibel)3种类型。种类型。Displav：设置所要显示的项目：它包括：设置所要显示的项目：它包括3个选项：即个选项：即Chart(图表图表)、Graph(曲线曲线)和和Chartand Graph(图表和曲线图表和曲线)。Multisim 2001 对于本例对于本例RC的电路，基频设置为的电路，基频设置为1000Hz，谐波的次数取，谐波的次数取9，电基，电基Estimate，即仿真软件自动给出停止取样的时间，同时在，即仿真软件自动给出停止取样的时间，同时在Output 标签标签中选择节点为仿真分析变量。设置参数如下图所示。中选择节点为仿真分析变量。设置参数如下图所示。Multisim 2001单击单击FourierAnalysis对话框中对话框中的的Simulate按钮，就会显示该按钮，就会显示该电路的频谱图。如下图所示。电路的频谱图。如下图所示。Multisim 2001分析电路传输函数的零极点所谓零极点分析分析电路传输函数的零极点所谓零极点分析(Pole Zero Analysis)就是求解一个电路传输函数的零点和极点。就是求解一个电路传输函数的零点和极点。、零极点分析、零极点分析下面以图示的下面以图示的电路为例，说电路为例，说明傅里叶分析明傅里叶分析的具体操作步的具体操作步骤。骤。首先在首先在Multisim 电路电路窗口中创建电窗口中创建电路如图所示。路如图所示。Multisim 2001单击单击Simulate菜单中菜单中Analyses选项下选项下的的Pole Zero命令，弹出如下图所示命令，弹出如下图所示的的Pole-Zero Analyses对话框。对话框。Multisim 2001对话框含有对话框含有3个标签，除个标签，除Analysis Parameters标签外，其余与直流工作标签外，其余与直流工作点分析的标签一样，在此不再赘述。点分析的标签一样，在此不再赘述。1、Analysis Type 分析类型分析类型Gain Analysis 增益零极点分增益零极点分析析,输出电压比输入电压。输出电压比输入电压。Impedance Analysis 阻抗零阻抗零极点分析极点分析,输出电压比输入电输出电压比输入电流。流。Input Impedance 输入阻抗零输入阻抗零极点分析极点分析,输入电压比输入电输入电压比输入电流。流。Output Impedance 输出阻抗输出阻抗零极点分析零极点分析,输出电压比输出输出电压比输出电流。电流。Multisim 20012、Nodes 分式接点选择分式接点选择Input（+）输入接点）输入接点+端。端。Input（-）输入接点输入接点-端。端。Output（+）输出接点）输出接点+端。端。Output（-）输出接点）输出接点-端。端。3、Analysis 选择选择Pole And Zero Analyses零点零点和极点全分析。和极点全分析。Pole Analyses 只只分析极点。分析极点。Zero Analyses 只只分析零点。分析零点。Multisim 2001对于本例对于本例RLC电电路，设置参数如路，设置参数如下图所示。下图所示。Multisim 2001单击单击Pole-Zero Analyses对话框中的对话框中的Simulate按钮，就会显示该电路传输函按钮，就会显示该电路传输函数的零点和极点。如下图所示。数的零点和极点。如下图所示。1、2为极点为极点3、4为零点为零点实部实部虚部虚部Multisim 2001