基于Multisim 7的仿真分析.docx

基于Multisim 7的仿真分析.docx

《基于Multisim 7的仿真分析.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《基于Multisim 7的仿真分析.docx（19页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

基于Multisim7的仿真分析

基于Multisim7的仿真分析

摘要：

电子技术是电子类专业的一门主干课程，该课程既有较抽象的理论分析又有较具体的实践应用。

EDA对于这类课程的学习可以做出很大的帮助，而课程学习质量的优劣直接影响到该专业后续课程的学习以及我的电路理论分析和实践动手能力。

电子技术理论的学习应与实验同步进行，以加深感性认识，用仿真软件验证理论分析是可行有效的方法。

关键词：

Multisim7EDA仿真分析射频电路

SimulationandAnalysisBasedonMultisim7

ZengSheng

Abstract:

Electronictechnologyistheelectronicprofessionamaincourse,thecourseisbothmoreabstractandtheoreticalanalysistherearemorespecificpracticalapplication.EDAforsuchcoursesofstudycanmakeagreathelp,thecourseofstudydirectlyaffectthequalityoffollow-uptotheprofessionalcoursesofstudyandmyanalysisofcircuittheoryandpracticalability.E-learningtechnologytheoryandexperimentshouldbecarriedoutsimultaneouslytoenhanceperceptualknowledge,thetheoreticalanalysiswithsimulationsoftwareisfeasibleandeffectivemethod.

Keywords：

Multisim7EDASimulationRFCircuits

第一章绪论3

第二章Multisim7常用的虚拟仪器及常用的基本分析方法4

第三章仿真电路的处理及基于Multisim7的VHDL仿真知识5

第四章基于Multisim7的射频电路的仿真分析6

4.1引言6

4.2射频电路的基本知识7

4.3RF特性分析8

4.4匹配网络分析14

第五章总结分析18

第六章致谢19

参考文献：

20

第一章绪论

电子技术是电子类专业的一门主干课程，该课程既有较抽象的理论分析又有较具体的实践应用。

EDA对于这类课程的学习可以做出很大的帮助，而课程学习质量的优劣直接影响到该专业后续课程的学习以及我的电路理论分析和实践动手能力。

电子技术理论的学习应与实验同步进行，以加深感性认识，用仿真软件验证理论分析是可行有效的方法。

EWB（ElectricalWorkbench）是加拿大InteractiveImageTechnologies公司的产品，Multisim7是在EWB基础上发展起来的以Windows为系统平台的电子仿真工具。

其仿真环境直观，界面整洁明了，操作方便，易于掌握。

它提供了庞大的元件数据库，虚拟仪器之多是很多电子实验室所无法比拟的，有19种仿真分析功能，并且支持VHDL/Verilog设计输入和仿真。

同时提供了多种仿真信息输出方式，将电路原理图转入电路板设计软件，且支持远程控制功能，实现交互式教学。

由于元件库中有若干个与实际元件相对应的现实性仿真元件模型，配合强大的仿真分析，使结果更精确可靠。

Mltisim7进行仿真分析的基本步骤为：

创建仿真电原理图→电路图选项的设置→使用仿真仪器→设定仿真分析方法→启动Mltisim7仿真。

第二章Multisim7常用的虚拟仪器及常用的基本分析方法

Multisim7提供了很多虚拟仪器，可以用它们来测量仿真电路的性能参数，这些仪器的设置、使用和数据读取方法都和现实中的仪表一样，它们的外观也和我们在实验室所见到的仪器相同。

当然，虚拟仪器虽与现实中的仪器非常相似，但它们还是有一些不同之处，这就需要我在实际的使用当中慢慢去摸索。

我们在使用Multisim7的过程中所会使用到的虚拟仪器有：

①数字万用表:

与实验室的数字万用表一样，虚拟数字万用表是一种多功能的常用仪器，可以用来测量直流或交流电压、直流或交流电流、电路器的电阻以及电路两节点的电压损耗分贝等。

②函数信号发生器：

是一个能产生正弦波、三角波和方波的信号源。

可以为电路提供方便、真实的激励信号，输出信号频率宽，他不仅可以为电路提供常规的交流信号，还可以产生音频和射频信号，并且可以调节输出信号的频率、振幅、占空比和直流分量等参数。

③瓦特表：

用来衡量电路功率的一种仪器。

他测得的是电路的有效功率。

此外，瓦特表还可以测量功率因数。

④双踪示波器：

不仅可以显示信号的波形，还可以通过显示波形来测量信号的频率、幅度和周期等。

⑤4通道示波器。

⑥波特图仪：

是一种测量和显示幅频和相频特性曲线仪表。

他能够产生一个频率范围很宽的扫频信号，常用于分析滤波电路的特性。

⑦频率计数器。

⑧字信号发生器：

是一个能产生32位（路）同步逻辑信号的仪表，常用于数字电路的连接测试。

⑨逻辑分析仪：

可以同步记录和显示16路逻辑信号，常用于数字逻辑电路的时序分析和大型数字系统的故障分析。

⑩逻辑转换器：

是Multisim7仿真软件特有的虚拟仪器，在实验室里并不存在。

主要用于逻辑电路的几种描述方法的相互转换。

此外还有诸如IV分析仪、失真分析仪、频谱分析仪、网络分析仪、安捷伦函数信号发生器、安捷伦数字万用表、安捷伦示波器和动态测试探针等虚拟仪器也会在仿真过程中用到。

我所使用的Multisim7是教育版的，它提供了19种基本的分析方法，如：

直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、傅里叶分析、噪声分析、噪声系数分析、失真分析、直流扫描分析、灵敏度分析、参数扫描分析、温度扫描分析、零-极点分析、传递函数分析、最坏情况分析、蒙特卡罗分析、线宽分析、批处理分析、用户自定义分析和射频分析等等。

众多的仿真分析功能对我的EDA设计帮助颇多，方便了很多我的设计，对于提高我的设计速度和改正速度都很有帮助。

第三章仿真电路的处理及基于Multisim7的VHDL仿真知识

有时候，在我创建仿真电路后，充分利用了Multisim7提供的各种仿真分析后，偶尔还会达不到自己的期望。

这时我为了更好地分析电路的性能，加强与其他应用软件的联系，我就需要用到Multisim7提供的一些其他处理功能。

比如：

一是产生电路的各种报告，这其中又包括诸如元件列表清单（提供了当前电路图中元件的列表和摘要信息，主要是元件的数量、种类、参考系列号和封装等内容）、元件详细信息报告（用于显示特定元件存储在Multisim7数据库中的所有信息）、网表报告（提供了当前电路图有关的连接信息）、电路图统计报告（显示了当前电路的有关信息统计）、空闲逻辑门报告（列出了电路图的复合元件中未被使用的单元个数）、相互参照报告（提供了当前电路图中所有元件相关信息的列表）及模型数据报告；二是对仿真的结果进行处理，诸如对电路中两个节点的电压进行某种数学运算、根据输出电压和电流求输出功率之类的处理；三是电路的某种信息与其他Windows应用软件之间的相互交换，这其中包括产生其他PCB制作软件（Eagle、Lay、OrCAD、Protel、Tango、PCAD）的网表文件，将要进行的仿真结果输出到MathCAD/Excel或输入SPICE/PSPICE网表文件等。

我们知道Multisim7是一个完整的集成设计工具，它不仅提供原理图输入接口、全部的数模Spice仿真功能，而且提供VHDL设计接口与仿真功能，满足数字系统设计、仿真理论和方法的发展要求。

基于Multisim7的VHDL仿真软件是MultiHDLVHDL，它是Multisim7仿真软件选配的一个软件包。

MultiHDLVHDL除了具有Multisim7的特点，更可以为复杂的数字集成电路在行为语言级上建模，协同Multisim7完成复杂数字系统的仿真分析。

MultiHDLVHDL提供了专用仿真器仿真VHDL源文件的逻辑功能，其步骤为：

⑴编译VHDL模块，生成为一个中间文件；⑵连接中间文件，并产生一个可执行的仿真文件；⑶加载可执行的仿真文件，并进行仿真。

第四章基于Multisim7的射频电路的仿真分析

4.1引言

在电子学理论中，电流流过导体，导体周围会形成磁场；交变电流通过导体，导体周围会形成交变的电磁场，称为电磁波。

在电磁波频率低于100khz时，电磁波会被地表吸收，不能形成有效的传输，但电磁波频率高于100khz时，电磁波可以在空气中传播，并经大气层外缘的电离层反射，形成远距离传输能力，我们把具有远距离传输能力的高频电磁波称为射频，射频技术在无线通信领域中被广泛使用。

射频（RadioFrequency，RF）电路在我的模拟电子线路、高频电子线路、通信原理及自学的无线电通信课程中都有所接触，是一个比较难懂、枯燥无味的知识点，但是在这些专业课程的学习中却是一个必须要弄懂的知识点，是一个基础知识。

但是在学习中通过结合Multisim7仿真软件，我就可以动态、形象的去学习这个知识点，产生事半功倍的效果。

4.2射频电路的基本知识

在学习中我们知道元件分为集中参数元件和分布参数元件，RF元件即属于分布参数元件。

在Multisim7仿真软件的RF组件中含有约100多个高频元件，比如RF电感、RF电容、RF电阻、RF三极管和RF传输线等等。

在RF电路中常用的虚拟仪表主要有频谱分析仪和网络分析仪。

频谱分析仪（图一）主要用于测量信号所包含的频率和对应频率的幅度。

网络分析仪（图二）是一种测试两端口网络S参数的仪器，常用来分析高频电路。

Multisim7所提供的虚拟网络分析仪不但可以测量S参数，还可以测量H、Y和Z等参数。

Multisim7仿真软件的RF特性分析工具仿真了RF电路的功率增益、电压增益和输入/输出阻抗等参数，这些参数的仿真有助于对RF电路特性的研究。

图一频谱分析仪的图标和面板

图二网络分析仪的图标和面板

4.3RF特性分析

⑴创建电路图：

启动Multisim7,按图三所示电路绘制仿真电路原理图。

图三仿真电路

⑵将网络分析仪连接到图三中，得到图四。

图四RF仿真电路图

⑶双击网络分析仪图标，弹出网络分析仪面板（如图二）。

⑷在网络分析仪面板的Mode框中，选择RFCharacterizer按钮。

⑸在Trace选项中，根据需要选择单击Trace区中的PG、APG、或TPG选项。

那么被选中的变量随频率变化的曲线将显示在网络分析仪的显示窗口中，曲线上方还同时显示某频率所对应的数值，该频率可以拖动Maker区中的频率滚动条来选取。

⑹从Parameter的列表中，选择PowerGains选项，则仿真出相对于频率的功率增益曲线（如图五）。

选择Gains选项，则仿真出相对于频率的电压增益曲线（如图六）。

选择Impedance选项，则仿真出相对应于频率的输入、输出阻抗曲线（如图七）。

图五功率增益曲线

图六电压增益曲线

图七输入/输出曲线

图八MatchNet.Designer对话框

图九

图十

如图十一

如图十二

4.4匹配网络分析

我们知道设计RF放大器，经常要分析电路的性能指标。

Multisim7仿真软件中的网络分析仪为RF电路的分析提供了稳定圈、单向增益圈和阻抗匹配三种分析方法。

单击网络分析仪面板中的MatchNet.Designer按钮，弹出如图八所示的MatchNet.Designer对话框。

该对话框含有三个标签，分别是Stabilitycircles、ImpedanceMatching和UnilateralGainCircles标签，具体功能如下所述：

⑴Stabilitycircles标签：

该标签用于研究一个电路在不同频率点的稳定性。

在理想情况下，输入信号输入到二端口网络时，整个信号的传输没有任何损失。

在实际情况下，有部分输入信号反馈到信号源。

另外，输入的信号被RF电路放大后，输出到负载的输出信号也有部分信号反馈到RF电路的输出端。

如果RF电路不是单向的，则将从负载反馈回来的信号反向传输到信号源上。

如果反馈回来的信号等于传输到RF电路的输入信号或RF电路的输出信号，则认为该电路是不稳定的。

所以，应该设法使这种“反馈”效应减少到最小，以使信号最大传送到负载。

利用网络分析仪进行稳定圈分析的具体步骤如下所述。

①创建被测RF电路的电路图（如图三）。

②利用两个电容（100F）将网络分析仪连接到被测RF电路中（如图九），电容值的选取是为了减少数值误差。

在直流模式下，两个电容被用来隔开放大器的前、后级电路。

③对RF电路进行交流分析（如图十）。

交流分析之后，停止仿真分析。

④在电路窗口双击网络分析仪，在弹出的网络分析仪面板中，单击MatchNet.Designer按钮，弹出MatchNet.Designer对话框（如图八）。

⑤在MatchNet.Designer对话框中，单击Stabilitycircles标签，如图八所示。

⑥在Stabilitycircles标签中，在Freq.条形框中设置工作频率。

⑦设置完成后，单击OK按钮，就返回网络分析仪面板。

在网络分析仪面板显示窗口所显示的Smith圆图中，就可观察到输入稳定圈和输出稳定圈曲线（如图十一）。

稳定圈代表边界，圈的边界代表的是K=1的点的位置，这个边界可以区分引起稳定和不稳定的源电阻值或负载电阻值。

稳定圈的几点说明：

①若Smith圆图上没有被杂乱标出的区域，则认为该电路是“无条件稳定”，意味着在Smith圆图上的任何区域都代表着一个有效的源阻抗或负载阻抗。

电路设计人员可以用其他标准来选择输入/输出阻抗。

②若Smith圆图上的部分区域被杂乱标出，则认为该电路是“部分稳定”，这意味着选择无源输入/输出阻抗使电源稳定是可靠的。

输入阻抗应该落在输入稳定圈中被杂乱标出的区域外，以获得输入端的稳定；而输出阻抗应该落在输出稳定圈外，以获得输出稳定。

③若整个Smith圆图都被杂乱标出，则认为不管输入/输出阻抗多大，电路都是不稳定的。

根据仿真结果我们可知：

Smith圆图上的部分区域被杂乱标出，该电路是“部分稳定”，这说明选择的无源输入/输出阻抗使电源稳定是可靠的。

⑵UnilateralGainCircles标签：

该标签用来分析电路的单向特性。

当没有“反馈”效应时，认为RF电路是单向的，意味输出端口到输入端口的反馈信号为0。

当反向传输系数S12或者反向传输功率增益为0时，就没有“反馈”效用的情况。

RF电路的单向性指标通常是由参数UnilateralFigureofMerit来衡量的。

利用该参数可以判断RF电路的单向特性，判断的具体过程如下所述。

①在网络分析仪面板中，单击MatchNet.Designer按钮，弹出MatchNet.Designer对话框（如图八）。

②在MatchNet.Designer对话框中，单击UnilateralGainCircles标签，其标签页如图十二所示。

③从UnilateralFigureofMerit中读出“UnilateralFigureofMerit”值（简记为U）。

利用读出的U值计算下列不等式的上、下限。

1/[（1+U）（1+U）]

其中，GT是传输功率增益，GTU为单向特性S12=0时的传输功率增益。

如果上、下限为1或者U接近0，则认为放大器是单向的。

否则，需要改变频率，直至获得最小的U。

该频率代表放大器单向特性最好的工作点。

根据仿真结果我们可知：

在5.7544MHz这个工作点频率时，该放大器单向特性最好。

⑶ImpedanceMatching标签：

若一个RF电路是无条件稳定，意味着该放大器在任何无源负载或源阻抗条件下都不会发生振荡。

在这种情况下，可以用合适的阻抗匹配改变一个RF放大器的结构以获得最大增益阻抗。

所谓合适的阻抗匹配就是RF电路的输出和输出端口的阻抗匹配，RF电路的输入阻抗和源阻抗匹配。

利用阻抗匹配找到一个匹配网络的具体步骤如下所述。

①创建被测RF电路的电路图（如图十三）。

②利用两个电容（100F）将网络分析仪连接到被测RF电路中（如图十四）。

③对RF电路进行交流分析（如图十五）。

交流分析之后，停止仿真分析。

④在电路窗口双击网络分析仪，在弹出的网络分析仪面板中，单击MatchNet.Designer按钮，弹出MatchNet.Designer对话框。

⑤在MatchNet.Designer对话框中，单击ImpedanceMatching标签（如图十六）。

⑥改变频率到需要的工作点。

⑦单击Calculate区中的AutoMatch单选框，则所选择的阻抗匹配网络的各种参数就出现在LumpedElementMatchNetwork区中（如图十七）。

根据仿真结果我们可知：

在5.7544MHz这个工作点频率时，RF放大器在一个合适的阻抗匹配下获得了最大增益阻抗。

如图十三

如图十四

如图十五

如图十六

第五章总结分析

运用Multisim7软件进行仿真设计，不仅可以提高我的学习质量和实验兴趣；同时还能解决传统实验学习中存在着的设备紧张、仪器陈旧等问题；同时对于开发我的学习潜能、拓展设计内容和思维空间有着很大的帮助。

能直接用计算机模拟、分析、验证，可快速准确地反映出所设计的电路性能。

但由于虚拟器件存在着虚拟的特点，在真实性方面与实际的硬件仪器仪表存在着些许差距，并不能完全替代传统的实验手段。

所以在实际的学习过程中，只有把硬件的仪器仪表和Multisim7仿真软件结合起来,把现代化手段与传统实验有机的结合起来，发挥各自的优势，才能收到事半功倍的效果。

而且从目前流行的EDA软件使用情况来看，Multisim7软件具有形象而且易于掌握的特点，特别适合我所学的这个电子信息专业的学习和进行综合性的设计、实验。

在实际的学习中也确是这样。

第六章致谢

本文在撰写过程中得到潘希忠老师的大力支持和精心指导，从开始选题到中期修正，再到最终定稿，潘希忠老师都给我提供了许多宝贵建议。

在这我要特别感谢我的指导老师-潘希忠老师，正是他的帮助才能方便的查阅资料，顺利地完成毕业论文设计。

参考文献：

[1]黄智伟等，基于Multisim2001的电子电路计算机仿真设计与分析，北京：

电子工业出版社，2004.7。

[2]熊伟，侯传教，梁青，孟涛，Multisim7电路设计及仿真应用[M]，北京：

清华大学出版社，2005。

[3]罗映祥，谭泽富，Multisim200l电路仿真软件在负反馈电路教学中的应用[J]，现代电子技术，2008（7）。

[4]王丹民，高频电子线路，北京：

电子工业出版社，2006.06。

[5]尹勇，李林凌，Multisim电路仿真入门与进阶[M]，北京：

科学出版社，2005。

[6]DavidComer（美），电子电路设计[M]，北京：

电子工业出版社，2004。

[7]叶建波，余志强，EDA技术-Protel99SE&EWB5.0[M]，北京：

清华大学出版社，北京交通大学出版社，2005。

[8]赵世强等，电子电路EDA技术[M]，西安：

电子科技大学出版社，2000。

[9]童诗白，华成英，模拟电子技术基础[M]，北京：

高等教育出版社，2001。

[10]康华光，电子技术基础[M]，北京：

高等教育出版社，2006。

学位论文原创性声明

本人郑重声明：

所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。

除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。

对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

本声明的法律结果由本人承担。

学位论文作者签名

日期：

年月日

………………………………………………………………………………………

关于论文使用授权的说明

本人完全了解贵州民族学院有关保留、使用学位论文的规定，即：

学校有权保留、送交论文的复印件，允许论文被查阅，学校可以公布论文的全部或部分内容，可以采用影印或其他复制手段保存论文。

（保密论文在解密后应遵守）

导师签名：

论文作者签名：

日期：

年月日

提问

提问1：

PG代表什么？

答：

代表脉冲发生器。

提问2：

图十的曲线分析是什么？

答：

相位和幅度随频率的变化。

提问3：

RF电路需要分析哪些特性？

答：

功率增益、电压增益、输入/输出曲线分析。

提问4：

Multisim7与其他EDA软件最主要的区别是什么？

答：

Multisim7的仿真准确度高，有专有的高频电子元件。

.