第三章 Multisim元件与元件库

电子线路仿真技术
电子与电气工程系 林峰
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Multisim元件与元件库
• 元件是电路组成的基本要素，因而电路仿 真软件也离不开元件。Multisim9将各种元 件组合在一起构成元件库，以供用户使用。 元件库中每个模型都含有创建电路所需要 的电路符号、仿真模型、元件封装以及其 他电气特性。 • 目的：进一步熟悉Multisim9软件的基本操 作，了解Multisim9元件库的使用、编辑与 管理，熟悉Multisim9虚拟仪器
Multisim9模拟元件库共有6个元件箱
– – – – – – 运算放大器(OPAMP) 诺顿运算放大器(OPAMP_NORTON) 比较器(COMPARATOR) 宽带放大器(WIDEBAND_OPAMP）， 特殊功能放大器(SPECIAL_FUNCTION) 虚拟模拟集成电路(ANALOG_VIRRUAL)
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• CMOS元件库
• CMOS（互补金属氧化物半导体）库分为3类11个元件箱， 主要包括74HC系列、4XXX系列和TinyLogic的NC系列的 CMOS数字集成逻辑器件 • 使用注意事项： （1）在包含CMOS数字IC的电路中，必须有VDD和数字接 地端DGND。VDD数值大小根据CMOS要求来确定。 （2）当CMOS元件是复合封装或同一个模型有多个型号时， 处理方式与TTL相同 （3）5V，10V和15V的4xxx系列CMOS元件的图标相同，使 用的时候要注意区分 （4）TinyLogic系列的通常用于只需要单个简单门的设计
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• 基本元件库Basic • 包含11类23个元件箱
开关 电阻
电容
电感
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• 开关SWITCH
（1）电流控制开关(Current-controlled Switch)：用流过开关 线圈的电流大小来控制开关的动作，需设置阈值电流和滞 后电流 （2）单刀双掷开关(SPDT)：通过键盘控制开关的通断状态 （3）单刀单掷开关(SPST)：通过键盘控制开关的通断状态 （4）时间延迟开关(TD-SW1)：该开关有两个控制时间，即 闭合时间Ton和断开时间Toff。 （5）电压控制开关(Voltage-controlled Switch)：用流过开关 线圈的电压大小来控制开关的动作，需设置阈值电压和滞 后电压
• 1.数模-模数转换器
1）ADC：将输入的模拟信号转换成8为数字信号输出 2）DAC：将数字信号转换成与其大小乘正比的模拟电流 3）只有ADC、ADC16、DAC和DAC16有仿真模型，其 他的只有管脚图 555定时器，通常用于非稳态多谐振荡器、单稳态多谐振 荡器或压控振荡器中，是一个输出电压为高、低两种状态 的设备。
• 任何导线都有阻抗，大小取决于它的材料，直径 和长度。 • 虚拟电阻的用法和现实电阻相同，但它的值大小 可以设置
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• 电容 电容器以电场的形式存储电能，广泛应用于信号 滤波或去除直流部分，单位是C 电容可以作为一个开路进行仿真 计算公式：I=C.dV/dt • 电感 电感将由于经过它的电流变化产生的能量存储在 电磁场中，单位是L 电感可以作为一个短路进行仿真 计算公式：V=L.dI/dt
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• 1.电源库，分为4类6个元件箱
（1）功率源(POWER_SOURCES)，主要包括直流电源、 交流电源和理想电源。
（2）信号源
– 信号电压源(SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES) – 信号电流源(SIGNAL_CURRENT_SOURCES)
（3）受控源
– 受控电压源(CONTROLLED_VOLTAGE_SOURCES) – 受控电流源(CONTROLLED_CURRENT_SOURCES)
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• Multisim9元件库的结构
– Master Database：用来存放软件自带的原件模 型，不允许用户修改。 – User Database：用来保存由用户修改、导入或 自己创建的元件，仅供用户自己使用 – Corporate Database：仅在专业版中有效，用于 多人共同开发项目时建立公用的元件库。
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• 2.定时器
• 显示元件库Indicators、
1）显示元件库包含8种可用来显示电路仿真结果的显示器 件，包括电压表(Voltmeter)，电流表(Ammeter)，探 测器(Probe)，蜂鸣器(Buzzer)，灯泡(Lamp)，虚拟灯 泡(Virtual_Lamp)，数码管(Hex_Display)和条形光柱 (Bargraph) 2）对于交互式元件，Multisim不允许用户从模型上进行 修改，只能在属性对话框中设置某些参数。
• 3.比较器
1）比较器的功能是比较输入端的两个电压的大小和极性，并 输出对应的状态 2）一般情况下，比较器可用放大器来实现，当工作速度快或 者转换速率高时要采用专门比较器 3)集电极开路输出的比较器使用时必须外接上Hz，典型值是100MHz，主要用于视频 放大电路
包括键盘，液晶显示，终端设备和其他外设四个系列。 元件在电路中作为输入和输出设备，属于交互式元件。
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• 混合元件库（Mixed）
• Multisim的混合元件库分为5个系列，包括虚拟混合器件 库（MIXED_VIRTUAL）、定时器（TIMER）、模数-数 模转换器（ADC_DAC）、模拟开关（ANALOG_SWITC） 和多谐振荡器（MULTIVIBRATORS）
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• 使用TTL的注意事项
1）有些器件是复合型结构，如7400N系列，在同一个 封装里存在4个相互独立的二端与非门ABCD，可任意 选取一个 2）同一个器件如有多种封装形式，如74LS1380和 74LS138N，仅用于仿真分析时刻任意选取，在传送到 Ultiboard等PCB软件时要区别选用 3）含有TTL元件在Real模式下仿真时，必须要有数字 电源Vcc和数字接地端DGND 4）可以通过相关手册或Multisim的帮助文件，查找TTL 器件的逻辑关系
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• 电位器：滑动变阻器举例
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• 二极管库（Diodes）
1）二极管允许电流单向流过，因而在交流电路中可 以作为固态开关使用。A端称为阳极，K端称为阴极。 2）Multisim共有11个元件箱
• 发光二极管（LED）
1）正向电流流过时才会发光，其正向 压降高于普通二极管。 2）Multisim把LED归类于交互式元件 不允许对其进行编辑处理
• Database
– Group
• Family
– Component
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Master Database包含16个组，分别是： Source：电源库 Basic：基本元件库 Diodes：二极管库 Transistor：晶体管库 Analog：晶体管库 TTL：TTL元件库 CMOS：CMOS元件库 MultiMCU：单片机元件库 Advanced_Peripherals：高级外围设备库 Misc_Digital：其他数字元件库 Mixed：混合元件库 RF：射频元件库 Misc：其他元件库 Indicators：显示元件库 Electro_Mechanical：机电类元件库 Ladder_Diagrams：梯度图元件
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• 其他数字元件库Misc Digital
1）TTL和CMOS元件库的元件都是按照元件序号来排列， 而Misc Digital库的原件按照元件功能进行分类 2）Misc Digital库包含TIL、DSP、FPGA、PLD、微控制 器、微处理器、VHDL系列、存储器、线性驱动器、线性 接收器和线性发送器
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• TTL元件库
Multisim9的TTL库包含6个元件箱：
– – – – – 74STD：标准型TTL集成电路 74S：肖特基型集成电路 74LS：低功耗肖特基型集成电路 74F：高速型TTL集成电路 74ALS：高级低功耗肖特基型集成电路
• • • •
工作电压：稳定工作的电压范围是4.75~5.25V 工作温度：0~70℃ 噪声范围：允许的最差的直流噪声极限是400mv 驱动能力：一个标准TTL输出能驱动10个TTL的输入
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• 接地端
（1）原则上，应该有且仅有一个地 （2）并非所有电路都要接地，但是下列情况应该考虑 接地： – 运算放大器，变压器，各种电压源，示波器，波特 图示仪及函数发生器等必须接地 – 含模拟和数字元件的混合电路必须接地
• 数字接地端
（1）数字电路需要接上直流电源才能工作 （2）电路上的数字元件需要接上示意性的电源，数字 接地端是该电源的参考点
（4）控制功能模块 (CONTROLLED_FUNCTION_BLOCK)
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• POWER_SOURCES包括接地端(Ground)，数字 接地端(DGND)，Vcc电压源，VDD电压源， 直流电压源(DC_POWER)，交流电压源 (AC_POWER)，VSS电压源，VEE电压源，三 相功率源(THREE_PHASE_DELTA和 THREE_PHASE_WYE)
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• 1.运算放大器 1）一个理想的运放其实是一个带有无限大增益、无 限大输入电阻和零输出阻抗的放大器。 2）可以用来加、减、微分、积分、求均值和放大 3）元件箱有5端、7端和8端放大器。可以通过查阅 有关器件手册或双击元件打开属性对话框，选择Pins 页读取引脚信息
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• 2.诺顿放大器
诺顿放大器即电流差分放大器，特性与运算放大器相似，相当 于个输出电压正比于输入电流的互阻放大器
• 注意事项
1）Misc Digital库中的TTL元件都是虚拟元件，不能转换 成PCB版图文件 2）对于DSP、FPGA、PLD、微控制器、微处理器和存储 器这些大规模的数字元件，Multisim9没有仿真模型而只有 管脚图，因而不能用于电路仿真。这些元件主要是用来绘 制电路图并传送给PCB布线用
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• 电阻Resistor
• 电阻器有各种大小的阻值，它们值的大小取决于它们能够 安全传输的功率的大小。电阻器的阻抗的单位是Ω，取值 范围从Ω到MΩ不等。阻抗的计算公式 R=R0x{1+TC1x(T-T0)+TC2x(T-T0)2} R-电阻器的阻抗值 T0-标准温度27° R0-温度为T0的时候的阻值 TC1、TC2-温度系数 T-电阻温度