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Multisim 2001 在电子电路设计中应用初探
一、引言
电子电路的设计一般要经过设计方案提出、方案验证和修改三个阶段，有时甚至需要经历多次反复。传统的手工设计电子电路，一般是根据经验和成熟的电路数据来预定电路参数，采用简化的电路和器件模型估算电路特性，通过搭建试验电路加以验证，这种方法费用高、效率低。随着计算机的发展，某些特殊类型的电路可以通过计算机来完成电路设计，用计算机仿真代替搭试验电路可以大大减轻方案验证阶段的工作量，并能保存仿真中产生的各种数据，为整机检测提供参考数据，还可保存大量的单元电路、元器件的模型参数，采用仿真软件能满足整个产品设计及验证过程的自动化。完成电路设计后，可生成工程制造所需的各种数据和报表文件。
二、Multisim 2001 软件简介
电子仿真属于电子设计自动化的组成部分，一般地把电子仿真分为三个层次：物理级、电路级和系统级。本文介绍的是电路级仿真，电路级仿真必须有元器件模型库的支持，仿真信号和输出的波形代替了实际电路调试中的信号源和示波器，通过仿真分析，主要是检验设计方案在功能方面的正确性。
Multisim 2001提供有16000多个高品质的模拟、数字元器件和RF组件模型，除此之外，用户还可以自行编辑和设计相应的元器件。Multisim 2001 不仅提供了电路的多种仿真分析方法，如直流扫描分析，参数扫描分析，交流频率特性分析，瞬态分析，傅立叶分析，后处理器功能等等，而且也提供了两个仪表和多台仪器，仪表有：直流电压表，直流电流表；常用的仪器有：数字万用表，函数信号发生器，功率表，示波器，扫频仪，数字信号发生器，逻辑分析仪和逻辑转换仪。
三、电路仿真设计应用
（一）场效应管输出特性曲线测试
在电路设计中，通常希望能得到晶体管、场效应管的输出特性曲线，Multisim 2001 提供了很多型号的晶体管和场效应管，可以根据需要选用不同型号的管子进行测试。现以N沟道增强型绝缘栅场效应管为例，介绍应用Multisim 2001 仿真软件来测试场效应管的输出特性曲线。
利用Multisim 2001 仿真分析法中的直流扫描法，可以完成对场效应管输出特性曲线的测试。直流扫描分析法的原理是：在场效应管的测试电路中，选定一个U ，然后扫描U 的变化对漏极电流的影响，得到该U 作用下I 与U 的变化曲线（一根），依次选定不同的U ，得到U 变化对I 与U 的变化曲线（一簇）。
（1）启动Multisim 2001 ，在电路窗口中创建测试电路，如图1所示。
（2）Simulate 菜单中Analyses 下的DC Sweep Analyses 命令，打开DC Sweep Analyses 对话框。该对话框中有2个可供扫描的参变量Source1, Source2。
选择Source1 为vv1，vv1表示漏极和源极之间的电压，即 U ，在特性曲线中以此作为坐标横轴。设置vv1的State value 为0V，Stop value为16V，增量Increment为0.01V（该值越小，显示的曲线越平滑）。
选择Source2 为 vv2, vv2表示 U （栅极与源级之间的电压），设置vv2的State value为4V，Stop value为6V，增量 Increment为0.5V（该值越小，显示的曲线越密）。
取vvce #branch作为output variables。vvce #branch是流过电压源vv1的电流，方向为从 vv1正极流进，负极流出，即漏极电流-I，负号表示流过漏极的电流与我们习惯上对N沟道场效应管I 的正方向相反。
（3）点击对话框上的Simulate，得到如图2所示的曲线。
图2所示测试曲线与习惯表示法不同，为此，利用Multisim 2001 的后处理功能，将测试曲线进行简单的数学运算，将下图中的曲线变换成习惯表示法（以I 表示纵坐标）。
（4）启动Simulate菜单中的Postprocess命令，在出现的对话框中进行如下设置：
①分别点击New Page和New Graph按钮，建立新页“场效应管输出特性曲线”和新曲线图。
② 选择Analyses Results栏内的DC transfer characteristic(dc02)，然后选中Available Variables栏中的vvce #branch变量，点击 copy variable to trace按钮，输入“-”号，点击Add trace 按钮，这样，一根-dc02.vvce #branch 出现在trace to plot下部的栏中。
③重复上述步骤，直至-dc05.vvce #branch这是一簇曲线，后处理器每次只能处理一根曲线。很重要的是要设置“default”项为dc01.vvce #branch 。
④点击draw按钮，即可得到常见形式的输出特性曲线，如图3所示。
至此获得了完整的N沟道增强型场效应管输出特性曲线。如果想改变U 或U 的大小，只需在直流扫描法的对话框中改变参数值即可。
（二）功放音调电路设计与测试
(1)根据要求，设计的音调电路如下图4。
将函数信号发生器、示波器、扫频仪等仪器接入电路后，如图5所示，将示波器输入和输出端的导线设置为不同颜色，以便区别波形。
（2）进行仿真操作
①设置函数信号发生器的输出频率为1kHz，信号幅度为100mV的正弦波。
②单击仿真操作开关，开始仿真试验。
③双击示波器图标，在示波器面板上设置好各控制端的参数后，面板显示如图6 所示的波形。在面板上读取输入、输出信号的峰峰值及频率。拖动数据指针1，2分别到波峰和波谷，这样可以从VA2-VA1中读出峰峰值为113.9μＶ，VB2-VB1中读出峰峰值为-98.1 mV，从T2-T1中可以读出半周期为５００μＳ。
④双击扫频仪图标，在扫频仪面板上设置好各控制端的参数后，屏幕显示的波形如图7所示。该幅频特性曲线分别在高音提升，高音衰减，低音提升，低音衰减情况下的波形变化。
四、结语
上述通过场效应管输出特性曲线的仿真测试和功放音调电路的仿真设计与分析，重点介绍了直流扫描法和后处理器的应用，常用仪器的使用。虽然电路仿真可以在很大程度上模拟真实电路，但不能完全取代对最终电路的实物测试，使用电路仿真软件并不是要取消仪器，而是在制成实际的工程样品前就能保证电路有大致正确的参数属性，从而减少设计中不必要的弯路。本人认为：在电路设计中应用仿真软件，可以缩短电路的设计周期，提高电路设计效率。(2004年3期电子制作杂志)
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