Multisim 8仿真软件应用.docx
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Multisim8仿真软件应用
上篇Multisim8仿真软件应用
第1章基本操作与电路的搭建
1.1Multisim8——虚拟电子电路实验室
对于电子电路实验室，我们都有一个感性的认识，它应具备以下条件：
（1）空间——按实验室建设规定给每位试验者一个空间。
（2）工作台——适用于进行电子电路试验研究，要具有良好的安全特性。
（3）元器件库——供搭建试验电路用的元器件库：
二极管、三级管、电阻、电容、电感等。
（4）仪器、设备——供测量、分析电子电路用的各类仪器、设备：
各类示波器、信号发生器、电源等。
（5）工具——供连接电路用的各种工具：
面包板、电烙铁、小改锥、钳子、镊子等。
在实验室中进行各种试验是大学学习过程中不可缺少的一个环节，对我们深刻理解课堂理论、理论联系实际、强化动手能力、训练创新思维都有着不可替代的作用。
因此，对一所大学的评估，实验室的硬件条件是一重要指标。
由于各种条件的限制，如投资、时间、空间等，实验室又给我们带来一些限制。
如：
我们不可能在实验室配备所有的元器件；不可能将各种仪器、设备装配到人手一套；不可能在你任意想做试验的时间提供试验条件；不可能提供你所需要的所有设备；不可能提供你所想象出来的所有试验环境；实验室也不可能承担过大的损耗——元器件的损耗，仪器、设备的损耗。
因此，实验室有诸多对我们的限制——只能在规定的时间内完成使用规定的元器件、仪器、设备完成规定的试验。
随着计算机技术的发展，可否构建出一种虚拟实验室来克服这些传统意义上的实验室的不足呢？
答案是肯定的，这就是电子设计自动化软件（EDA）。
我们使用各种元器件搭建的电路都是为了一个目的——对给定信号利用电路对其进行某种运算，得到所要求的输出（电流、电压等）。
对于各种元器件运算的数学模型，有些我们是非常清楚的（如：
电容、电阻、电感），有些是在一定的条件下可以用某种数学模型来近似的（如：
硅三极管工作在小信号放大状态时，其模型是一电流控制电流源；MOS管在小信号放大状态时，其模型是一电压控制电流源……），还有一些则是通过大量统计数据得到的经验数学模型（如：
传输线）。
在已知元器件数学模型的基础上，用元器件搭建的电路也可以看成是各个数学模型的连接，电路各点的电压、电流可以通过给定元器件的数学模型精确计算。
于是，对元器件的数学模型进行编程，用计算机运行程序，用这种计算过程就可以模拟各种电路的工作过程和测量分析过程，即：
将原来的试验过程变成为一种计算过程，将计算结果以各种方式显示出来——如：
数字、曲线、表格、仪表指示等。
如果元器件的模型足够多，测量、分析的程序足够多，多到足以涵盖我们所搭建的各种电路和对电路的各种测量和分析，那么这个由众多程序组成的软件包就构成了我们的虚拟实验室！
换言之，你拥有了软件包就拥有了“实验室”。
在这个“实验室”中，元器件符号的连接本质上是对应数学模型程序的有序堆砌，电子电路的测量、分析结果就是数学模型程序运算的输出。
电子电路仿真软件Multisim8就是这样一个电子电路实验室。
虚拟实验室与传统实验室相比具有以下优势：
（1）不受时间、空间的限制——只要你拥有计算机和Multisim8软件就可以进行各种电子电路的仿真试验。
（2）近乎零损耗——不必担心会烧毁仪器、设备、元器件。
（3）大量节省实验时间——由于它具有足够多的虚拟元器件、虚拟仪器仪表和虚拟工具，对于实验中的需求可以做到召之即来、挥之即去。
（4）为试验者提供了丰富的想象空间，为创新设计奠定了基础。
Multisim8是一个电子电路的板级仿真软件。
与其他电子电路仿真软件有所不同的是：
Multisim8软件的使用在绝大部分情况下不需要编程序，学习、使用非常简单、方便。
它实际上是一个由虚拟电子元器件以及虚拟仪器、仪表和虚拟工具构成的组态软件，可以完成绝大多数电路的仿真分析。
虚拟实验室虽好，但不能说有了虚拟实验室就可以取代传统实验室。
原因在于电路的组成形态是复杂的，我们可以为各种组成电路的电子元器件建立各种数学模型，使之虚拟化，但这些模型的建立是有条件的。
也就是说，在一定的条件下电路模型可以反映电路内电流电压的真实变化；但如果超出了限定的条件，模型就失去了意义。
例如：
继电器的干扰（触头电流小时没有问题，当触头电流达到一定程度，由触头开闭产生的干扰对电路的影响就不能不考虑）、高频环境工作下的普通电阻（频率较低时表现为纯电阻，当频率高到一定程度时其电抗的特性就会表现出来）、各元器件间的电磁耦合（频率较高时各元器件间的电磁耦合加强，元器件的排列位置的重要性大大上升）等问题的数学描述都属于分布参数范畴，而这种分布参数的数学描述是非常困难的，在虚拟实验室中也很难仿真，必须通过具体试验去解决遇到的问题。
我们再将电子电路实验室里必备的装备回忆一下：
（1）电源——各种电压、电流等级的交流、直流电源（电压源、电流源、受控源等）。
（2）信号源——各种信号发生器（周期的、非周期的、随机的等）。
（3）电子元器件库——各种电子元器件（通常理解为器件以半导体材料构造，元件以非半导体材料构造）。
（4）仪器、仪表——各种测量、分析使用的仪器、仪表（万用表、频率计、各种示波器——双踪的、多踪的、模拟数字混合的、频谱分析仪、失真度仪等）。
（5）各类工具——焊接元器件用工具、摘除元器件用工具、各类辅助工具（镊子、改锥、钳子等）、辅助材料（焊锡、助焊剂、连接线等）。
（6）必备的说明书——仪器、设备的使用说明书等。
所有这些在虚拟实验室——Multisim8中已经准备就绪，只不过它们是以计算机软件的形式存在的。
本书限于篇幅，仅将Multisim8的基本功能及使用方法介绍给大家，有些较复杂的使用方法可参考Multisim8的随机帮助文件。
1.2Multisim8的安装
1.2.1软件的安装及数据库文件的导入
1．软件的安装
根据Multisim8安装文件的提示，完成软件安装；启动软件工作。
第一次启动Multisim8后，会出现如图1-1所示的界面。
2．数据库文件的导入
如果你是Multisim2001或Multisim7的用户，并在原使用系统下建立过自己的元器件数据库，在Multisim8中仍想使用这些数据库文件，可使用数据库文件导入命令Tools→Database→ConvertDatabase来实现。
在弹出窗口中选择转换类型，单击SelectSourceDatabaseNames命令，在Multisim2001或Multisim7安装目录下的Database子目录中寻找需转换的数据库或者在指定的数据库存放目录下寻找需转换的数据库。
选择Start命令,在弹出的DuplicateComponentName窗口中选择Overwrite，开始导入数据库，如图1-2所示。
1.2.2Multisim8界面介绍
Multisim8的工作界面可以分成几个区域。
1．菜单命令区
菜单命令区提供了各类下拉菜单命令，如图1-3所示。
图1-1Multisim8界面
图1-2数据库的导入
图1-3菜单命令区
File——文件操作。
打开、建立、保存各类文件，打印文件等。
Edit——编辑操作。
对电路图的内容进行编辑等。
View——观察操作。
对电路图放大、缩小、全屏、增加网格、标尺、定制工作界面等。
Place——放置操作。
向电路图中放置元器件、节点、总线、说明文字、标题栏，构造子电路、公共模块电路、多图电路等。
Simulate——仿真操作。
启动仿真，选择各种仿真方法，设置系统仿真参数等。
Transfer——转换操作。
主要用于将仿真完成的电路转换为Ultiboard软件（用于生成PCB板）所需的文件。
Tools——常用工具。
主要有数据库操作类工具、元器件设计工具、标准电路生成工具、电路检查工具、屏幕捕捉工具、各类编辑器工具（标题栏、符号、电路描述）等。
Reports——报表生成操作。
生成与电路相关的各类报表。
Options——定制工作界面，设置或修改在电路设计时所需的基本信息。
Window——窗口排放格式选择以及当前窗口队列内容。
Help——各类帮助信息。
2．工具按钮区
工具按钮区提供了与菜单命令相对应的主要快捷按钮，如图1-4所示。
图1-4工具按钮区
3．元器件库区
元器件库区提供各种虚元器件和实元器件库，如图1-5所示。
图1-5元器件库区
4．虚拟仪器区
界面右侧竖列图标为虚拟仪器区，提供了各类虚拟仪器。
5．电路设计窗口区
界面中央带有标尺和网格的区域为电路设计窗口区，供设计电路用。
6．设计工具框（DesignToolbox）
在Multisim8的工作界面的左侧有一设计工具框窗口。
在工具框窗口DesignToolbox中包含3个选项卡：
（1）Visibility——改变当前电路设计窗口内电路的显示状态。
（2）Hierarchy——观察电路设计窗口内的电路组成情况。
（3）ProjectView——观察一个电路工程的构成情况。
在设计工具框的右上方，有一些快捷工具按钮可供使用，其功能与File菜单的相关功能等价。
7．数据表观察区（SpreadsheetView）
在Multisim8的工作界面的底部有一数据表观察窗口。
在数据表观察窗口SpreadsheetView中包含4个选项卡：
（1）Results——显示电路连接的检查结果。
其显示的内容可由命令Tool→ElectricalRulesCheck设置，一般情况下无需设置。
（2）Nets——观察电路的节点情况。
单击节点栏，对应节点所连接的线路会被选中（选中后的线路可以被编辑）。
在表中凡涉及Trace的栏目均为Ultiboard软件使用的参数。
（3）Components——观察电路所使用的元件情况。
单击元件栏，对应元件会被选中（选中后的元件可以被编辑）。
（4）PCBLayers——观察电路PCB板的情况。
后3项选项卡中，都有可修改参数，一般情况下无需修改。
当选择后3项选项卡时，在数据表观察区的右上角，有一些工具可供使用：
快速查找、生成各类文件、对选择列排序、打印、选择显示内容等。
1.2.3Multisim8快速入门
通过Multisim8提供的范例可让我们以最快的速度对Multisim8的工作过程有一个清晰的了解和直观的体验。
具体操作如下：
1．调入范例文件
使用菜单命令区的File→OpenSample…命令，进入Multisim8的范例目录，选择打开ClassB_PushPullAmp.ms8（乙类推挽放大器）文件。
2．熟悉工具按钮区提供的各种工具
将鼠标指向工具按钮区的各图标，鼠标处会出现图标功能说明。
尝试使用工具按钮区提供的各种工具，体会其作用。
3．浏览数据表观察区
注意数据表观察区（SpreadsheetView）提供的各种信息。
在数据表观察区分别选择Nets、Components选项卡；选中表格中的某一行，观察电路区的情况；单击右键选中表格中的某一行，选择弹出菜单中的各选项，体会其作用；单击表单的标题栏，选中一列后，尝试使用数据表观察区右上角的各项工具，体会其作用。
4．观察设计工具框
注意设计工具框（DesignToolbox）提供的各种信息。
选择设计工具框Visibility选项卡，对其中的复选框进行操作，注意观察电路设计窗口中的变化，体会各选项的作用；选择设计工具框Hierarchy选项卡，观察其内容；尝试使用设计工具框顶部右侧的各项工具，体会其作用。
5．启动仿真观察电路输出
在工具按钮区单击Run/StopSimulation（F5）图标（或选择Simulate→Run命令）启动电路仿真。
启动电路仿真后界面底部右侧会出现仿真时间显示和仿真状态指示。
双击电路中的示波器图标，就会看到乙类推挽放大器的输出在示波器上的波形。
尝试对示波器面板上的各参数进行修改，仔细观察修改后的波形变化情况；尝试对示波器面板上的各功能键进行操作，体会其作用。
6．改变输入频率
在工具按钮区单击Run/StopSimulation（F5）图标停止电路仿真。
双击电路中的各个元件，观察弹出菜单的各部分内容，观察完成后，单击“取消”按钮。
双击电路中的输入信号源V1，在弹出菜单内将Frequency（F）改成2kHz后单击“确定”按钮关闭菜单。
7．重新启动仿真观察电路输出
重复第5步操作。
仿真完成后，在工具按钮区单击Run/StopSimulation（F5）图标停止电路仿真。
最后，在退出Multisim8系统时，不要对进行修改过的ClassB_PushPullAmp.ms8文件存盘，使范例文件保持原有的参数。
也可以仿照上述步骤，对系统提供的其他范例进行操作，这样可以使我们看到更多的应用实例，体会到更多虚拟仪器的使用方法。
通过上述操作，我们已经对Multisim8的工作过程有了一个初步的认识。
上述操作的范例电路及测试点波形如图1-6所示。
图1-6推挽电路及测试点波形
1.3定制适合自己使用的工作界面和工作环境
当第一次安装并使用Multisim8系统时，系统为我们定制了一个默认的工作界面。
有时我们会感到此工作界面使用不方便或不符合自己的工作习惯。
为了使工作界面的布置更加适合自己工作的习惯和特点，在开始工作前，往往需要对工作界面进行一番定制。
1.3.1定制自己的工作界面
1．利用View命令定制工作界面
最简单的定制方法是使用命令菜单中的View命令下的子命令和View→Toolbars子命令下的子菜单进行定制，它可以确定和取消放置在工作界面上的快捷工具组和各类元器件库。
尝试使用各种View命令下的子命令和子菜单进行自己的工作界面定制，图1-7是一种定制方案。
图1-7工作界面的定制
2．利用Options命令定制工作界面
更为细腻的工作环境定制可以通过命令菜单中的Options命令下的弹出窗口设置。
（1）Options→GlobalPreferences…（全局参数设置）
Paths——设置保存各种文件的路径，原则上仅设置CircuitDefaultPath即可，即指定自己设计的电路文件保存路径。
①Save——保存文件方法设置。
ØCreata“SecritaryCopy”：
以加密的形式保存文件。
ØAuto-backup：
自动建立备份文件。
ØSavesimulationdatawithinstruments：
保存测量仪表数据。
②Parts——元器件放置模式、符号标准、设置正相位方向、仿真模式设置。
该选项卡由4部分组成：
ØPlacecomponentmode——元器件放置模式。
✧Placesinglecomponent：
每次放置一个元器件。
✧Continuousplacementformulti-sectionpartonly：
用于放置一个元器件封装内有多个同样功能的部件，如74LS00等逻辑器件。
✧Continuousplacement：
可以放置多个同类元器件，按Esc键取消放置。
ØSymbolstandard——电路符号标准。
✧ANSI：
美制标准。
✧DIN：
欧制标准。
ØPositivePhaseShiftDirection——相位移动方向定义（仅适用于AC信号源中的相位设置）。
✧Shiftright：
右移为正。
✧Shiftleft：
左移为正。
ØDigitalSimulationSettings——数字仿真设置。
✧Ideal（faster）：
快速仿真。
✧Real（moreaccurate）：
高精度仿真。
③General——元器件布线方式，电路图缩放方式等设置。
该选项卡由4部分组成：
ØSelectionRectangle——定义用鼠标选择元器件的方式。
✧Insecting：
按下鼠标左键拖动形成的方框内及与方框线相接触的元器件、连接线均被选中。
✧Full-enclosed：
只有按下鼠标左键拖动形成的方框内的元器件、连接线被选中。
ØMouseWheelBehavior——鼠标转轮工作模式。
✧Zoomworkspace：
转动鼠标转轮缩放电路图。
✧Scrollworkspace：
转动鼠标转轮上下移动电路图。
ØAutowire——自动布线设置。
✧Autowirewhenpinsaretouching：
如果元器件的引脚与电路的连线、连接点或另一元器件的引脚相接触，则自动形成连接。
✧Autowireonconnection：
电路连线自动选择连接路径。
✧Autowireonmove：
当移动一个已经连线的元器件时，对应的连接线会自动选择连接路径。
Ø在General选项卡中，还有两个可选项：
✧Showlinewhenmovingcomponentitstext：
当移动元器件说明文字时，会给出对应元器件的指示。
✧Showlinetooriginallocationwhenmovingparts：
当移动元器件时，显示其原始位置。
（2）Options→SheetProperties…（定制图面特征）
该功能与在电路设计窗口中单击右键选择Properties等价。
①Circuit——元器件相关参数（编号、参数、说明等）的显示设置，元器件的网络编号、总线入口号、电路色彩的设置。
②Workspace——电路图形态设置（网格、图面等）。
③Wiring——线宽设置。
④Font——字体设置。
⑤PCB——PCB图的有关设置。
⑥Visible——可视参数的设置。
（3）Options→CustomizeUserInterface…（菜单与工具栏的定制）
①Command选项卡——将指定命令放置在指定的命令菜单里或工具按钮区中（直接拖入），也可将命令菜单里或工具按钮区中的指定项目删除（直接拖出）。
②Toolbars选项卡——将被选择的虚拟元器件库放置在工作界面上（指定选择项），也可将指定的虚拟元器件库删除（取消指定选择项）。
③Keyboard选项卡——对指定功能构造自己喜欢的快捷键方式。
④Manu选项卡——可以定制在设计电路时单击右键后弹出的菜单内容，增加Command选项卡中提供的各种命令或删除菜单中已有的命令；也可以在指定的命令菜单里或工具按钮区中增加Command选项卡中提供的各种命令，或将命令菜单里或工具按钮区中的指定项目删除（类似Command选项卡提供的功能）。
在该选项卡中的Manuanimation域可设置各种菜单弹出的方式，使界面更具个性化。
⑤Options选项卡——工具栏、各类菜单的显示形态设置。
通过上面的介绍，可以发现Multisim8的命令菜单可以修改，也可以按照用户的意愿重新组合。
所以，当我们发现彼此应用的Multisim8菜单出现不同时并不奇怪。
1.3.2元器件库的分类
元器件库分为虚拟元器件库和实元器件库，虚拟元器件库为淡蓝色元器件图标。
1．虚拟元器件库
虚拟元器件库分类图标栏如图1-8所示。
单击图标栏中各图标右侧的下拉按钮即可看到各类库中的虚拟元器件。
图1-8虚拟元器件库图标栏
所谓虚拟元器件是指元器件模型参数可以任意修改，但并不一定存在（不一定能在市场上购买到）的元器件。
虚拟元器件库的内容可分为8类，按图标排列（从左到右）如下：
（1）电源类
交流电源、直流电源、TTL电源、CMOS电源、星形接法电源、三角形接法电源、地线。
（2）信号源类
交流电流源、交流电压源、调幅信号源、方波信号电流源、方波信号电压源、直流电流源、指数电流源、指数电压源、调频信号电流源、调频信号电压源、PWL（分段线性）电流源、PWL（分段线性）电压源、脉冲电流源、脉冲电压源、热噪声源。
（3）元件类
电阻、电容、电感、电位器、可调电容、可调电阻、各类触点形式的继电器、电源变压器、耦合变压器、磁心耦合线圈、空心线圈、压控电阻、上拉电阻。
（4）二极管类
通用二极管、稳压二级管。
（5）三级管、MOS管类
PNP三极管、NPN三极管、砷化镓场效应管、结型场效应管（N沟道、P沟道）、NMOS场效应管（耗尽型、绝缘栅型）、PMOS场效应管（耗尽型、绝缘栅型）。
（6）运算放大器类
三端运算放大器、五端运算放大器、电压比较器。
（7）杂类
555定时器、模拟开关、晶体振荡器、单稳态触发器、单相电机、锁相环、灯泡、保险丝、光电耦合器、七段数码管。
（8）简单测量工具类
电流表、电压表、电平测量指示器。
2．实元器件库
实元器件库分类图标栏如图1-9所示。
元器件库的内容可分为13类，单击图标栏中各图标即可看到库中的元器件，各种元器件均有详细说明（在实元器件库中也包含了一批虚拟元器件，库中对虚拟元器件都做了特殊说明，并以深绿色图标表示）。
图1-9实元器件库图标栏
实元器件库的内容可分为13类，按图标排列（从左到右）如下：
（1）电源、信号源类
各类交流电源、直流电源、受控源、调制信号源等。
（2）基本元件类
各类电阻、电容、电感、排电阻、可调元件（电阻、电容、电感）开关、变压器、继电器、接插件等。
（3）二极管类
各类二极管、稳压管、可控硅、整流桥、特种二极管（变容二极管）、双向开关、发光二极管等。
（4）三极管类
各类三极管、组合三极管、MOS管、组合MOS管等。
（5）放大器类
各类运算放大器、比较器等。
（6）TTL逻辑与时序电路类
74STD、74LS、74S、74F、74ALS、74AS系列逻辑与时序电路。
（7）CMOS逻辑与时序电路类
各种电压等级的CMOS逻辑与时序电路，包括4xxx、74HC系列以及NC7S系列等。
（8）大规模集成电路类
微处理器、存储器、DSP、CPLD、FPGA等。
（9）特种器件类
A/D变换器、D/A变换器、555信号发生器、模拟开关、单稳态电路、锁相环等。
（10）指示装置类
数码管、指示灯、蜂鸣器、数字仪表等。
（11）杂类
直流电动机、保险丝、三端稳压器等。
（12）开关类
继电器、开关、三相电动机、变压器等。
（13）射频元器件类
射频三极管、射频MOS管、天线、延迟线等。
所谓实元器件是指元器件模型参数不可以修改；大部分实元器件有型号、封装，是在市场上可以购得的真实元器件。
在实元器件库中除了元器件之外，还有一些以模型出现的模块。
如乘法器、积分器等。
在进行电路设计时，一般先用虚拟元器件设计，最后再用实元器件取代并调整参数；也可以直接使用实元器件库内的元器件进行设计。
两种元器件在工作界面中的颜色可通过颜色设置而使它们有所区别。
对于某些可以通过改变结构、特制或挑选而达到给定参数要求的元器件，既可以将其看成是虚拟元器件，也可以将其看成是实元器件。
如变压器、线圈、某些晶体管等。
1.3.3定制电路图标题栏
（1）使用Place→TitleBlock…命令选择系统提供的各类电路图标题栏。
（2）使用Edit→TitleBlockPosition命令选择标题栏的放置位置。
（3）双击电路设计窗口中的标题栏，即可对标题栏的表格内容进行编辑。
（4）使用Edit→Symbol/TitleBlock…命令可对标题栏内的字体、字体方向，标题栏的格式进行编辑，可以帖入图表、照片等内容，使标题栏更具个性化。
（5
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