Multisim仿真与测试

第9章 Multisim仿真与测试
Multisim是近年比较流行的仿真软件之一，它在计算机上虚拟出一个元件、设备齐备的硬件工作台，用它进行教学，可以加深学生对电路结构、原理的认识与理解，训练学生熟练地使用仪器和正确的测量方法。

由于Multisim软件是基于Windows操作环境，要用的元器件、仪器等，所见即所得，只要用鼠标点击，随时可以取来，完成参数设置，组成电路，启动运行，分析测试。

本书利用Multisim仿真软件对各章节的有关电路进行仿真实验和性能测试，注意软件仿真只能加深对电路原理的认识与理解，实际中要考虑元器件的非理想化、引线及分布参数的影响。

9.1.1 虚拟电路创建
1．器件操作
（1）元件选用：点击Place出现下拉菜单，在菜单中点击Component,移动鼠标到需要的元件图标上，选中元件，点击确定，将元件拖拽到工作区。

（2）元件的移动：选中后用鼠标拖拽或按←↑→↓确定位置。

（3）元件的旋转: 选中后顺时针按Ctrl+R，逆时针按Ctrl+Shift+R。

元件的复制：选中后按Copy,元件粘贴： Paste,元件删除：选中后按Delete.
（4）在元件选用中就要确定好元件参数，Multisim中元件型号是美国、欧洲、日本等国型号，注意同我国元件互换关系，注意频率的适应范围。

2.导线的操作
（1）连接：鼠标指向一元件的端点，出现十字小圆点，按下左键并拖拽导线到另一个元件的端点，出现小红点后点击鼠标左键。

（2）删除导线：将鼠标箭头指向要选中的导线，点击鼠标左键，出现选中导线的多个小方块，按下Delete键将选中导线删除。

9.1.2 虚拟仪器使用
通过实际例子介绍主要仪器的使用：
1.Multisim界面主窗口
图9-1 Multisim菜单栏
2.用万用表测量交、直流电压
图9-2 万用表测量直流电压
图9-3 万用表测量交流电压
3. 用示波器测量函数信号发生器输出波形。

图9-4 信号发生器和示波器实测显示
4．测量串联谐振电路的幅频特性及-3dB 带宽
图9-5为串联谐振电路图，理论计算值：谐振频率kHz f 04.50 ，频带宽度为8.4kHz
图9-5 串联谐振电路的幅频特性测量电路
图9-6为测量串联谐振电路的谐振频率：移动读数条到谐振曲线的最高点（20lg1=0dB）,此时对应的频率为5.205kHz,有一些误差。

图9-6 串联谐振电路的谐振频率测量图
图9-7为测量上边界频率，可见在20lg0.707=-3.133dB,此时对应的频率为10.712kHz.这个频率近似为上边界频率。

图9-7 串联谐振电路的上限频率测量图
效仿图9-7测量下边界频率，在20lg0.707=-3.388dB3时，对应的频率为2.281kHz，.这个频率近似为下边界频率。

频带宽度为：10.71-2.28=8.4kHz.
图9-8 串联谐振电路的下限频率测量图5．用双踪示波器测量AM、FM信号
图9-9 双踪示波器测量AM、FM信号波形图9．1．3虚拟元件库中的常用元件
图9-10 虚拟元件库中的常用元件
9.2 振荡电路仿真与测试
9.2.1 LC正弦波振荡器
1．仿真目的
（1）掌握正弦波振荡器的基本组成，起振条件和平衡条件；
（2）掌握三点式正弦波振荡器电路的基本原理，反馈系数和振荡频率；
（3）了解反馈式振荡器、各种三点式振荡器的特性及优缺点；
2．仿真电路
图9-11 LC正弦波振荡器电路图
图9-12 LC正弦波振荡器电路波形图
3．测试内容
（1）测试振荡器各元件的作用，即短路（或开路）该元件，观察振荡器的工作情况。

（2）进行LC振荡器波段工作研究，即测试振荡器在多宽的频率范围内能平稳工作。

（3）研究LC振荡器的静态工作点、反馈系数以及负载对振荡器的影响。

（4）测试LC振荡器的频率稳定度，即研究温度、电源电压和负载变化对振荡器频率稳定度的影响。

9.2.2 石英晶体振荡器
1．仿真目的
（1）掌握晶体振荡器的基本工作原理；
（2）研究外界条件（电源电压、负载变化）对振荡器频率稳定度的影响；
（3）比较LC振荡器与晶体振荡器的频率稳定度。

2．仿真电路
提示：晶体不需外接负载电容（因负载电容和晶体组成一模块）
图9-13 石英晶体振荡器电路图
图9-14 石英晶体振荡器电路波形图
3．测试内容
（1）熟悉振荡器各元件的作用。

（2）在直流电源上叠加微变交流电压，观察振荡器的频率稳定度。

C电容值、改变反馈系数观察振荡器的情况。

（3）改变1
9.3 信号调制电路仿真与测试
9.3.1 普通调幅波信号调制
1．仿真目的
（1）掌握用晶体三极管进行集电极调幅的原理和方法。

（2）研究已调波与调制信号及载波信号的关系。

（3）掌握调幅系数测量与计算的方法。

2．仿真电路
集电极调幅电路：载波信号频率为46.5kHz,幅度峰峰值为5V；调制信号频率为4.65kHz,幅度为1.1V，这个幅度影响调幅度，仿真时变换调制信号幅度，观察调幅度的变化。

示波器上面波形为调制信号波形，下面为已调波波形。

图9-15 普通调幅波信号调制电路图
图9-16 普通调幅波信号波形图
3．测试内容
（1）测试丙类功放工作状态与集电极调幅的关系。

（2）观察调幅度、观察改变调幅度输出波形变化情况并计算调幅度。

9.3.2 FM调频波信号调制
1．仿真目的
（1）掌握变容二极管调频电路的原理。

（2）了解调频电路的调制特性及测量方法。

（3）观察调频波波形，观察调制信号振幅对频偏的影响。

（4）观察寄生调幅现象，了解其产生及消除的方法。

2．仿真电路
调频波：从示波器上看到的波形频率变化不明显，从频率计（XFC1）可看出频率不停变化。

载波信号80kHz，调制信号3kHz，从示波器看不出明显的调频波频率的变化。

调频广播载波频率范围是（88~108）MHz，低频调制信号最高20kHz,从载波波形也看不出频率的变化。

图9-17 FM 调频波信号调制电路图
图9-18 FM 调频波信号波形图 3．测试内容
（1） 测试变容二极管的静态调制特性，即拿掉1V ，保留直流电压3V ，观察03 V 以及取其它值时振荡频率的变化，这时的振荡器属于压控振荡器。

（2）任务：①观察调频波波形。

②观察调制信号振幅对频偏的影响。

③观察寄生调幅
现象。

9.4 功率放大电路仿真与测试
9.4.1 低频功率放大器（OTL）
1．仿真目的
（1）理解OTL低频功率放大器的工作原理
（2）学会OTL电路的调试及主要性能指标的测试方法。

2．仿真电路
（1）比较甲类功率放大器与乙类功率放大器的特点、输出功率及效率。

（2）静态时调Q1、Q2之间电压为电源电压的一半。

（3）从示波器上观察，放大倍数不到50倍；测量负载电压有效值为295.98mV，测量函数信号发生器输出电压有效值为7.07mV，则电压放大倍数近似为42倍。

改变电阻R2交越失真明显。

图9-19 低频功率放大器（OTL）电路图
图9-20 低频功率放大器（OTL ）波形图
3．测试内容
（1）测试各极静态工作点、最大不失真输出功率m P 0、效率η等
（2）改变电路参数，观察交越失真并研究如何消除这种失真。

（3）研究自举电路45C R 的作用，观察波形的变化。

9.4.2 高频谐振功率放大器
1．仿真目的
（1）了解丙类功率放大器的基本工作原理，掌握丙类放大器的调谐特性以及负载改变时的动态特性
（2）了解高频功率放大器丙类工作的物理过程以及当激励信号变化、负载变化对功率放大器工作状态的影响。

（3） 比较甲类功率放大器与丙类功率放大器的特点、功率和效率。

（4）.掌握丙类放大器的计算与设计方法。

2．仿真电路
XFG1信号源频率2MHz,幅度1V 。

示波器中上面波形为集电极波形，余弦脉冲的顶部；下面波形为负载两端的输出波形，由于谐振电路谐振在2MHz ，所以输出为完整正弦波。

可按原理仿真过压、欠压和临界等情况，观察输出集电极电压波形。

图9-21 高频谐振功率放大器电路图
图9-22 高频谐振功率放大器波形图
3．测试内容
（1）观察高频功率放大器丙类工作状态的现象，并分析其特点。

（2）观察丙类功放的调谐特性。

测试丙类功放的负载特性。

（3）观察激励信号变化、负载变化对工作状态的影响。

9.5 谐振放大电路仿真与测试
9.5.1 单调谐回路谐振放大器
1．仿真目的
（1）掌握小信号调谐放大器的基本工作原理；
（2）了解三极管的高频等效电路及谐振放大器的等效电路；
（3）掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、计算与测试方法；
（4）了解高频小信号放大器动态范围的测试方法；
2．仿真电路
高频小信号谐振放大器：输入信号频率465kHz,振幅10mV。

，输出信号幅度接近100伏，放大倍数接近1000倍。

这其中有变压器变压比25倍，实际放大器放大40倍。

图9-23 单调谐回路谐振放大器电路图
图9-24 单调谐回路谐振放大器幅频特性图
图9-25 单调谐回路谐振放大器波形图
3．测试内容
（1）测试放大器的静态工作点，判断三极管的工作状态。

（2）改变电阻R4的大小，通过扫频仪（XBP1）观察频带宽度的变化。

（3）改变电容C3的大小，通过示波器（XSC1）观察输出信号幅度的变化。

9.5.2双调谐回路谐振放大器
1．仿真目的
（1）掌握双调谐回路谐振放大器的基本工作原理；
（2）掌握谐振放大器电压增益、通频带、选择性的定义、计算与测试方法；
2．仿真电路
信号源频率465kHz,振幅10mV。

图9-26 双调谐回路谐振放大器电路图
图9-27 双调谐回路谐振放大器幅频特性图
图9-28 双调谐回路谐振放大器波形图
3．测试内容
（1） 测试晶体管的静态工作点。

并与理论计算值比较。

（2） 调整放大器的谐振回路C2、C3、L1、L2，使其谐振在输入信号的频率上。

（3） 测量电压增益VO A 。

测量放大器通频带7.0B 。

测量放大器选择性1.0K
9.6 信号解调电路仿真与测试
9.6.1 普通调幅波的解调
1．仿真目的
（1）进一步了解调幅波的性质，掌握调幅波的解调方法。

（2）掌握二极管峰值包络检波的原理。

（3）掌握包络检波器的主要性能指标，检波效率及各种波形失真的现象，分析产生的原因并考虑克服的方法。

2．仿真电路
峰值包络检波：设置调幅度m=0.35,示波器中深红线为检波信号。

图9-29 普通调幅波的解调电路图
图9-30 普通调幅波的解调波形图
加大R9可观察到对角线失真。

在R5=510欧时可观察到负峰切割失真。

3．测试内容
（1）完成普通调幅波的解调。

（2）观察普通调幅波解调中的对角切割失真、底部切割失真以及检波器不加高频滤波时的现象。

9.6.2 调频信号的解调
1．仿真目的
（1）熟悉相位鉴频器的基本工作原理，熟悉模拟乘法器的使用。

（2）掌握并联回路对S曲线和对解调波形的影响
2．仿真电路
仿真说明：我们用EWB软件作“调频信号的解调”，目的是介绍这一软件。

EWB是最早使用的仿真软件，元件参数由设计者自行设定，频率测量准确度优于Multisim，电路合理就能工作，这个软件适合初学电路者使用。

Multisim软件是接近实际制作电路的软件，各种参数的元器件是实际存在的，这种软件更能锻炼学生实际动手能力。

图9-31 调频信号的解调电路图
图9-32 调频信号的解调波形图
3．测试内容
（1）调整并测量鉴频器的静态工作点。

（2）观察并联回路对波形的影响。

（3）测量鉴频特性曲线，由此计算鉴频灵敏度和线性频率范围。

9.7 反馈控制电路仿真与测试
9.7.1 自动增益控制电路
1．仿真目的
（1）掌握AGC工作原理。

比较没有AGC和有AGC两种情况下输出电压的变化情况（2）掌握AGC主放大器的增益控制原理。

学会测量AGC的增益控制范围。

2．仿真电路
下面是AGC电路，载波信号是93kHz,调制信号0.93kHz.。

输入信号峰峰值8mV时，即有效值5.6mV，用万用表测输出电压（三极管Q2集电极）为1.62V，放大倍数接近300倍；加大输入信号到峰峰值18mV时，此时输入信号有效值为13.2mV,测量此时的输出信号电压为1.64V，放大倍数为126倍，AGC电路起了作用，放大倍数减小了。

图9-33 自动增益控制电路图
图9-34 自动增益控制电路波形图
示波器所示为AM信号源波形和R10～R12间输出检波波形。

3．测试内容
（1）比较没有AGC和有AGC两种情况下输出电压的变化范围。

（2）测量AGC的增益控制范围。

9.7.2 锁相环路的应用
1．仿真目的
（1）掌握锁相环锁相原理，了解用锁相环构成的调频波解调原理。

（2）学习用集成锁相环构成的调频波信号产生电路。

2．仿真电路
（1）PLL应用1：产生FM信号，载波为1V、10kHz，调制信号为12mv、1kHz。

图9-35锁相环产生调频波电路图
图9-36锁相环产生调频波波形图
图9-37锁相环产生调频波参数设置
（2）PLL应用2：调频波解调电路，解调信号含有高频寄生振荡。

图9-38锁相环解调调频波电路图
图9-39锁相环解调调频波波形图
图9-40锁相环解调调频波参数设置。