模电实验Word下载.docx

1、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。Component Editing（元件编辑）按钮用于在Multisim 2001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Multisim 2001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

2、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。VHDLVerilog HDL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

3、、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“0pionsPreferences”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

4、启动电路文件要开始构建电路文件，只需运行Multisim 2001即可。Multisim 2001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Multisim 2001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

5、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Multisim 2001中，可以选择自动连线方式连接元件

6、。自动连线，Multisim 2001的独特功能，意味着Multisim 2001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Multisim 2001允许添加一个

7、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“ViewShowTitle Block and Border”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“0ptionsModify Title Block”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“P1aceP1ace Text”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“My tutorial circuit”（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“Ca

8、ncel”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Multisim 2001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

9、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

10、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，X position控制时

11、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，Y position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，Y position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Multisim 2001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

12、停止运行后修改。暂停电路用于观察、分析仪器读数。Multisim 2001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Multisim 2001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

13、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2-1 KCL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2-2 KVL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

14、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+VI1IR2=IV1 +II12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VRl和IR2。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

15、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IRL和VRL；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

16、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

17、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：100uF5. 二极管：1N4001、1N4007、1N414866. 稳压二极管：1N758、1N75177. 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，

18、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

19、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

20、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10

21、VDIV。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10V50Hz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

22、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AC 220V50Hz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

23、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+IZZZT3. 把负载电阻RL换成200、1k、5k、10k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

24、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2k。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200mVDIV，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20mVDIV，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

25、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?

26、2. 在限幅电路中，如果要把输入信号限制在 -V+V （V50；3. 输入电阻Ri2K，输出电阻Ro3K；4. 下限频率fL200K Hz。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=3V5VICQ=0.5mA2mA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