模电实验Word下载.docx

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Component（元件）按钮缺省时是被选中的（呈显出按钮被按下去的状态），用户界面中显示出元件工具条。

ComponentEditing（元件编辑）按钮用于在Multisim2001中修改元器件件，或者添加元件。

一般情况下不使用这个按钮，因为Multisim2001已经提供了数量相当可观的元器件库。

Instrmnent（仪器）设计按钮缺省时也是选被选中的，用户界面中显示出仪器工具条，其上的每一个按钮代表一种仪器或仪表。

通过这个工具条可以把各种仪器和仪表连接到电路中。

Simulate（仿真）按钮用来操作开始运行、暂停或停止电路的仿真过程，是仿真操作的另一种控制方式。

仿真运行时按钮上的绿色正弦波线会不断地从左向右移动。

Analysis（分析）按钮用来选择想要对电路执行的各种分析。

Postprocessor（后期处理器）按钮用于对仿真结果做进一步的操作。

VHDL／VerilogHDL按钮允许删VHDL模拟来进行运算。

Report（报告）按钮用于打印电路的情况报告（如元件列表、元件细节、仪器列表等）。

Transfer（传送）按钮用于同PCB设计软件进行通讯并把设计结果输出到PCB程序。

这个按钮也可以把仿真结果输出到一个诸如MathCAD和Excel的程序。

1.4定制Multisim2001界面

用户可以根据具体的情况自己来定制任意风格的Multisim2001界面，包括工具条、电路颜色、页面尺寸、缩放水平、自动备份间隔、符号系统（ANSI或DIN）以及打印设置等等。

定制后的设置单独与所使用的电路文件保存在一起。

因此，用户可以，比如说，对一个电路用广种颜色方案而对另一个电路用另一种颜色方案。

用户也可以针对个别情况或者是整个电路而覆盖原来的设置（例如，把某个具体元件的颜色从红色改成橙色）。

要为电路设置缺省的电路显示选项，选择“0pions／Preferences”菜单命令。

首选项屏幕显示出来，其中提供了6个选项标签，同时，“Circuit（电路）”标签处于激活（选中）状态。

通过这个标签可以控制电路的显示颜色和显示细节。

如下图1-2所示。

图1-2用户首选项窗口

2构建电路

2.1启动电路文件

要开始构建电路文件，只需运行Multisim2001即可。

Multisim2001将自动地打开一个空的电路文件以便可在其中进行操作。

运行Multisim2001时见到的电路窗口，具有它自己的基于先前设置值的缺省颜色、大小和显示选项。

通过使用弹出菜单，可以修改这些选项以适合需要。

2.2在电路中放置元件

现在准备开始为电路放置元件。

缺省情况下，“Components”设计栏按钮

是选中的并且元件工具条是可见的。

如果工具条不可见，请检查“Components”设计栏按钮是否按下。

需要用来产生电路的元器件分成几个组或元件盒。

每个元件盒由元件工具条中的一个按钮来表示。

把光标放到这些按钮上单击就可打开相应的元件盒，元件盒中包含着代表各种元件系列的许多按钮，如图1-3。

图1-3元件工具条

需要放置元件时，点击该元件所在的系列按钮，然后从中选择。

例如放置一个直流电压源，点击Basic按钮，选择直流电压源；

又如放置一个电阻，点击Basic按钮选择电阻。

如图1-4。

可以对所放置的元件的属性进行修改，方法为：

双击该元件，弹出属性对话框，如图1-5。

（a）（b）

图1-4放置元件

图1-5修改元件属性

也可以对元件的放置位置或其他显示属性进行修改，方法为：

右击元件，弹出属性，如图1-6。

图1-6修改元件显示属性

2.3元件连线

在Multisim2001中，可以选择自动连线方式连接元件。

自动连线，Multisim2001的独特功能，意味着Multisim2001在选中的引脚之间选择最佳路径自动地进行导线连接。

自动的连线避免连线穿过其他的元件或与另外的连线重叠。

自动连线的方法：

1.光标指向某元件的引脚时，光标会变成一个十字叉符号，指示此时电路正处于连线模式中，单击鼠标开始连线操作；

2.光标上会有一根虚线随着光标一起移动；

在光标移动过程中，右击取消该条连线；

3.将光标移至要连接的另一元件的引脚，单击，连线会从虚线变成实线，两个元件自动地用导线连在了一起；

4.删除某连线时，用光标选中，按Delete键删除。

2.4添加文本到电路中

Multisim2001允许添加一个标题框及文本到电路中以对电路进行注释。

添加标题框，选择“View／ShowTitleBlockandBorder”菜单命令。

标题框显示在电路窗口的底部右侧。

编辑标题框，选择“0ptions／ModifyTitleBlock”菜单命令。

在域中输入想要的文本并单击“0K”按钮。

添加文本：

1.选择“P1ace／P1aceText”菜单命令。

2.在电路窗口中想要放置文本的地方单击。

显示出一个文本框。

3.输入文本——例如，输入“Mytutorialcircuit”（只能输入英文）。

4.在电路窗口的其他地方单击，文本将显示在电路中。

5.要删除文本，在文本框上右击并从弹出的菜单中选择“Cancel”命令或按“DELETE”键。

6.要改变文本颜色，在文本框上右击，从弹出的菜单中选择“Color”命令，然后选择希望的颜色。

7.要编辑文本，在文本框上双击并做修改。

在文本框外任意位置单击停止编辑文本。

8.要移动文本，在文本框上单击并把它拖拽到新的位置。

3添加仪器到电路中

3.1介绍

Multisim2001提供了许多的虚拟仪器，用这些仪器来测量电路的性能。

这些仪器就像它们的真实设备一样进行设置、使用及读数。

它们看起来感觉就像在实验室中见过及使用过的仪器一样。

仪器工具条是缺省显示的。

如果仪器工具条没有显示出来，请检查设计栏上的“Instrument”按钮的状态。

仪器工具条上的每一种仪器用一个按钮代表，如图1-7所示。

图1-7仪器工具条

仪器中最常用的是万用表、信号发生器和示波器，下面对这三种仪器重点介绍。

3.2万用表

万用表可以测量电压、电流、电阻和波特率。

万用表使用简单，用于对测量精度要求不高的场合。

在仪器工具条上选中万用表然后再电路上点击，即可添加一个万用表xmm1；

双击该万用表，弹出属性框，即可设置该表的参数。

如图1-8。

图1-8万用表及其属性框

3.3信号发生器

信号发生器可产生各种幅值和频率的正弦波、锯齿波和方波，用作信号源。

信号发生器及其属性框如图1-9。

图1-9信号发生器及其属性框

注意：

信号发生器在连接时，必须有一个引脚接地。

3.4示波器

示波器可以同时测量电路中两个地方的电压波形、瞬态值，并进行比较和分析，是功能比较强大、控制比较复杂的仪器。

示波器如图1-10。

图1-10示波器

示波器的连接注意事项：

G点接地，A、B分别连接电路中需测量的位置。

双击示波器可弹出属性框，在电路未运行时属性框中无显示，电路运行时属性框显示出波形图及其他参数，如图1-11。

图1-11示波器的属性框（运行中）

现对图中各区域分别说明：

1.波形图显示区域用于显示电压波形；

2.2个垂直光标表示2个运行瞬时，用于测量电压瞬时值，测量结果显示在垂直光标读数区内；

3.时间轴控制区域用于控制显示波形的时间轴控制，其中Scale控制时间轴刻度，Xposition控制时间轴（X轴）初始位置；

4.信号A控制区域用于控制信号A的显示，其中Scale控制信号A的显示刻度，Yposition控制信号A（Y轴上）的显示初始位置，AC按钮表示带纹波的显示，0按钮表示不显示（一般用于屏蔽该信号以观察另一信号），DC按钮表示不带纹波的显示；

5.信号B控制区域用于控制信号B的显示，其中Scale控制信号B的显示刻度，Yposition控制信号B（Y轴上）的显示初始位置，AC按钮表示带纹波的显示，0按钮表示不显示（一般用于屏蔽该信号以观察另一信号），DC按钮表示不带纹波的显示。

4运行电路

Multisim2001电路运行后，可通过仪器观察电路运行状况；

若要修改电路，则停止运行后修改。

暂停电路用于观察、分析仪器读数。

Multisim2001运行、暂停电路有4种方式：

1.在菜单Simulate上选择Run、Pause；

2.按快捷键F5运行和停止，按F6暂停；

3.在工具栏上按仿真按钮

，选择其中的Run和Pause；

4.在工具栏上按

运行和停止，按

暂停。

实验二电阻电路分析

1.进一步学习和掌握Multisim2001仿真系统的组成及其使用方法；

2.复习巩固电阻电路的分析方法。

1.电阻电路的基本分析方法；

2.电阻电路的基本定律、定理。

1.万用表、电流表、电压表；

2.直流电压源、直流电流源、电阻若干。

（一）基尔霍夫电流定律（KCL）

建立如图2-1的电路。

图中的电阻从Basic元件盒的真实电阻库中选取，直流电压源和接地从Sources元件盒选取，电流表取自Indicators元件盒。

1.运行电路，记录下各电流表的读数；

2.用KCL求R3支路的电流IR3和R5支路的电流Iout。

图2-1KCL应用电路

（二）基尔霍夫电压定律（KVL）

建立如图2-2所示的电路。

图2-2KVL应用电路

1.运行仿真，记录电压表的读数；

2.用KVL求电阻R2和R3两端的电压VR2和VR3。

（三）叠加定理

建立如图2-3所示的电路。

图2-3叠加定理的应用电路

1．根据迭加定理，分别建立V1和I1单独作用时的电路。

V1单独作用时，Il应当处开路状态；

I1单独作用时，VI应当用短路线来代替。

在两种情况下，都在电阻R1两端并联上电压表，在电阻R2支路中串联进电流表。

运行仿真后，先后读取V1单独作用时的电压表读数VV1、电流表读数IV1，和电流源单独作用时的电压表读数VI1、电流表读数II1。

由迭加定理可得：

VR1=VV1+VI1

IR2=IV1+II1

2．在图2-3中，直接在电阻R1两端并联上电压表，在电阻R2支路中串联进电流表。

运行仿真，读取电压表与电流表的读数为V’Rl和I’R2。

并将读数与第1步中的计算结果比较，以验证实验的正确性。

（四）戴维南定理

建立如图2-4的电路。

现要把a、b两点左边的电路用戴维南等效电路代替。

1.运行仿真，读取流过电阻RL的电流值IRL及其两端的电压降VRL，记录后停止仿真；

2.将电阻RL和电流表删除，把电压表直接连接在电路的a、b两点，运行仿真。

读取电压表的读数，记录后停止仿真。

此时的电压表显示即为开路电压Voc；

3.将电压源V1用短路连线代替，电压表用万用表代替（万用表设定在电阻档位），运行仿真。

读取万用表的电阻显示值，记录后停止仿真。

此时的万用表显示即为等效电阻Ro（亦即Rab）；

4.根据以上的测量，建立如下图2-5所示的电路。

5.运行仿真，记录电流表与电压表的读数分别为I’RL和V’RL；

比较第1步中记录的电流值和电压值，验证戴维南等效电路的正确性。

图2-4戴维南定理的应用电路

图2-5戴维南等效电路

（五）诺顿定理

建立如图2-6的电路。

现要把a、b两点左边的电路用诺顿等效电路代替。

图2-6诺顿定理的应用电路

1.运行仿真，读取流过电阻RL的电流值IRL及两端的电压降VRL的读数；

2.将RL电阻和电压表删除，把电流表直接连接在电路的a、b两点，运行仿真。

读取电流表的读数，记录后停止仿真。

此时的电流表显示即为短路电流Isc；

3.将电压源V1用短路连线代替，电流表用万用表代替（万用表设定在电阻档位），运行仿真。

此时的万用表显示即为等效电阻Ro；

4.根据以上的测量，建立如下图2-7所示的电路。

图2-7诺顿等效电路

实验三二极管电路分析

1.掌握二极管的基本应用

2.掌握二极管电路的分析方法

3.学习信号发生发生器、示波器的使用方法

4.学习参数分析的使用方法

1.PN结与二极管的正向和反向特性

2.二极管的分类和主要参数

3.稳压二极管的特性和主要参数

1.函数信号发生器、示波器、电流表和电压表

2.虚拟二极管、虚拟稳压管、虚拟电阻器、虚拟电容器

3.实际电阻若干

4.电容器：

100uF

5.二极管：

1N4001、1N4007、1N41486

6.稳压二极管：

1N758、1N7517．

7.开关：

SPDT、SPST

二极管的特性实际上就是PN结的特性，PN结的重要特性之一就是单向导电性，电子线路中经常利用这个特性来设计整流电路、限幅电路、钳位电路等等。

当二极管一开始正向偏置时，二极管的电流并不立即增加，而是要在外加电压超过死区电压VT（硅为0.5V，锗为0.1V）后，二极管的电流才开始按指数规律增加。

当外加电压超过导通电压（硅为0.7V，锗为0.3V）时，二极管的电流迅速增加。

二极管表现为一个很小的电阻，外加电压的微小变化（如0.1V）就会引起二极管电流的较大变化，为保证二极管的正常工作，不同的二极都规定有最大整流电流值IL不允许二极正向电流的增加超过这个值，否则二极管损坏。

当二极管反向偏置时，表现为一个很大的电阻，此时二极管只有一个很小的反向饱和电流IS流过，外加反向电压的变化并不会引起反向电流的增大，IS数值基本恒定不变。

当外加反向电压超过一定的数值VB（反向击穿电压）时，PN结就会被反向击穿，反向电流急剧上升，但其两端的电压却相对稳定。

除稳压二极管外，其它的二极管都不允许工作时的外加反向电压超过它的耐压值。

稳压二极管，又叫做齐纳二极管，是一类特殊的二极管，它是专门设计用来工作在反向击穿状态的，利用的正是二极管反向击穿时，反向电流变化比较大，而两端的反向电压却只有很小变化的特点。

同样，稳压二极管也规定了一个最大齐纳电流值IR，不允许稳压管工作时的稳压电流超过这个最大值。

除以上的两种广泛应用二极管以外，还有发光二极管（LED）、变容二极管、光电二极管等二极管在电子技术中也得到了普遍的应用。

在这个实验中，我们只观测一般的二极管和齐纳二极管。

一般的二极管是整流、限幅、钳位、开关等电路中的主要元件：

齐纳二极管主要用于小功率稳压、限幅、电压参考等用途。

（一）整流电路

1.半波整流电路

半波整流电路可以把输入的AC电压转变成脉动的直流电压。

建立如图3-1所示的电路。

图中的二极管型号为1N4001，它的最大平均整流电流IF=1A，所能承受的最大反向峰值电压VR=50V。

元件从“Diodes”元件盒的“DIODE”元件系列中选取。

交流电压源从虚拟仪器工具条中选取信号发生器，双击图标打开面板后，把它输出设置为正弦波输出，幅值为24V，频率为50Hz。

输出电压的波形从虚拟仪器工具条中选取示波器观察，双击图标打开面板后把A、B通道均设为DC耦合模式，分辨率为10V／DIV。

图3-1半波整流电路

1.打开示波器的面板显示，以观测输入和输出电压的波形。

运行仿真，当示波器至少显示出两个完整的信号波形后，停止仿真。

2.用示波器的光标量测输入电压的峰-峰值VPP（in），输出电压的峰值VP（out）。

3.屏敝A通道的输入波形（A通道的耦合模式设为0），观察并绘出输出电压的波形。

（注意：

输出电压的峰值比输入电压的峰值小VD伏）

4.计算输出电压的平均电压Vage和负载平均电流计算流过每一个二极管的整流电流IRL。

2.全波整流电路

建立如图3-2所示的电路。

信号发生器输出10V／50Hz的正弦波电压信号。

1.运行仿真，用示波器观察in、out两点的波形；

2.读取它们的峰值电压VP（in）、VP（out）；

3.计算输出电压的平均电压Vage和负载平均电流计算流过每一个二极管的整流电流IRL。

图3-2全波整流电路

3.桥式整流电路

建立如图3-3的电路。

交流电压源输出有效值为AC220V／50Hz的正弦波电压信号。

1.运行仿真，用示波器观察电路输出的波形；

2.读取它们的峰值电压VP；

图3-3桥式整流电路

（二）稳压管电路

建立如图3-4所示的电路。

图3-4并联稳压电路

电路中的稳压管型号是1N758，从“Diodes”元件盒的“ZENER'

’元件系列中选取。

它的参数是：

齐纳电压Vz=10V，最大齐纳电流IZM=35mA，最大齐纳电阻ZZT=17Q，反向电流IR=0.1uA。

开关J1用来控制一个产生电压波动的模拟电路。

开关型号为SPDT，从“Basic”元件盒的“SWITCH'

负载电阻RL为虚拟电阻。

1.操纵开关J1，使开关接通地线端。

运行仿真，根据读出的稳压管的反向电流（齐纳电流Iz）和流过负载的负载电流IRL，计算流过电阻Rs的源电流Is；

2.用下面的表达式，计算输出电压Vout，并与带负载时测得的输出电压Vout（FL）相比较；

Vout=VZ+IZ×

ZZT

3.把负载电阻RL换成200Ω、1kΩ、5kΩ、10kΩ等几种阻值，分别观察负载电流和齐纳电流；

4.断开负载电阻RL，观测源电流IS齐纳电流IZ和无负载时的输出电压Vout（NL），把此时的输出电压与上面计算的输出电压相比较；

5.根据下面的公式计算电压调整率：

6.操纵开关J1，使接通电压波动模拟电路：

连接上负载电阻，阻值改为2kΩ。

打开示波器的面板显示，将A通道的耦合方式设为AC模式，屏敝B通道，调整A通道的分辨率为200mV／DIV，观察输入纹波，测量它的峰-峰值Vin（ripple）。

同样，将B通道的耦合方式设为AC模式，屏敝A通道，调整B通道的分辨率为20mV／DIV，观察输出纹波了，测量它的峰-峰值Vout（ripple）。

（三）二极管限幅电路

1.正向限幅电路

图3-5是一个利用二极管进行正向限幅的电路，它把输入信号的正半周限制在一定的电压，而负半周则基本可以完整输出。

建立如图电路。

图3-5二极管正向限幅电路

信号发生器输出振幅为3V、频率为200Hz的正弦波。

用示波器观察输出波的波形，并测量输出波的正向峰值和反向峰值。

这个限幅电路将输入信号限制在什么样的电压上？

2.负向限幅电路

图3-6是一个负向限幅的电路，建立如图电路。

图3-6二极管负向限幅电路

（四）二极管钳位电路

建立如图3-7的电路。

该电路利用二极管把输入信号钳位在某一个DC电压上，但与限幅电路比，输出信号的形状并未改变。

图中的电容和二极管均采用虚拟元件，信号发生器输出振幅5V、频率1KHz的正弦波。

图3-7二极管钳位电路

五、思考题

1.试总结半波整流、全波整流和桥式整流三种整流方式各有什么优缺点?

2.在限幅电路中，如果要把输入信号限制在-V~+V（V<

Vd）的范围内，应当怎样使用二极管呢?

3.稳压二极管是专门设计用来工作在击穿区的，如果把两个稳压二极管的正极或负极连在一起，替换电路中的稳压管，电路能能正常工作吗?

输出有什么变化?

4.试分析钳位电路的工作原理。

实验四单级低频放大电路分析

1.掌握按照给定的技术指标设计三极管放大电路的方法

2.掌握三极管放大电路静态工作点的设置与调整方法

3.掌握三极管放大电路的基本性能指标及其测试方法

1.三极管的工作原理、特性、参数和分类

2.三极管放大电路的图解分析和微变等效电路分析方法

3.三极管放大电路的性能指标及计算方法

1.函数信号发生器、示波器、万用表

2.晶体三极管：

2N3394

3.电阻器、电容器若干，开关：

SPST

试设计一个单级、低频、阻容耦合式的晶体三极管放大电路，放大电路要放大的信号为1KHz的正弦波电压，VP（in）=10mV，信号源内阻Rs=600Ω。

放大电路的负载RL=3KΩ。

要求：

1.电路性能稳定、供电电压为+12V；

2.放大倍数AV>

50；

3.输入电阻Ri>

2KΩ，输出电阻Ro<

3KΩ；

4.下限频率fL<

100Hz、上限频率fH>

200KHz。

该电路的形式选用射极偏置的共发射极的电路形式，如图4-1。

三极管选用2N3394。

图4-1射极偏置放大电路

（一）计算电路参数

电路形式和三极管确定之后，我们需要确定电路中各个电阻和电容的值（合称电路参数）。

计算电路参数的方法是：

首先估计电路的静态工作点和动态参数，根据估计值进行估算。

对于图4-1的放大电路，要使其工作在放大区，要求的静态工作点：

VBQ=3V~5V

ICQ=0.5mA~2mA

另外，由于采用了硅管，VBE=0.7V。

电路中电阻的估算公式为：

电容的估算比较复杂，它们跟电路的静态工作点和动态性能以及频率响应均相关：

（二）电路的建立、调试和测试

电路中所需要的各种元器件计算出来后，就可以建立电路了。

但这并不意谓着放大电路的Q点是合适的，因为