基于Multisim 2001的通信電子電路仿真

安長俊，郭振民

（江海職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 揚(yáng)州 225101）

1 引言

Multisim 2001是EDA（電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化）中一個(gè)完整的電子電路設(shè)計(jì)與仿真分析工具軟件，以Windows為基礎(chǔ)，是 EWB（Electronic Workbench.電子工作平臺(tái)）的升級版。具有界面形象直觀、操作方便、分析功能強(qiáng)大、易學(xué)易用等突出特點(diǎn)，得到廣泛的應(yīng)用。

Multisim用軟件的方法虛擬電子和電工元器件以及電工和電子儀器儀表，利用這些虛擬器件和虛擬儀器，就能實(shí)現(xiàn)在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室中才能完成的實(shí)驗(yàn)。也就是說，只要有計(jì)算機(jī)，并且安裝了Multisim 2001軟件就可以實(shí)現(xiàn)足不出戶做實(shí)驗(yàn)。因此，擁有一臺(tái)計(jì)算機(jī)和Multisim軟件就相當(dāng)于擁有一個(gè)功能強(qiáng)大的電子實(shí)驗(yàn)室。其特點(diǎn)是：以軟件代替硬件，以仿真模擬實(shí)做，達(dá)到了與實(shí)裝實(shí)驗(yàn)室同樣的教學(xué)效果，顯著地提高了設(shè)計(jì)與學(xué)習(xí)效率，同時(shí)也彌補(bǔ)了學(xué)院通信技術(shù)實(shí)驗(yàn)實(shí)訓(xùn)室硬件條件的不足，彰顯出仿真軟件的強(qiáng)大生命力。

結(jié)合通信電子電路課程的教學(xué)需要，根據(jù)課程的主要內(nèi)容，開發(fā)了“并聯(lián)回路諧振特性分析”等十個(gè)實(shí)驗(yàn)。撥動(dòng)鼠標(biāo)，通過一個(gè)個(gè)仿真實(shí)驗(yàn)，使抽象深?yuàn)W的理論變得直觀形象，使許多復(fù)雜問題變得一目了然。有利于學(xué)生理解概念、領(lǐng)會(huì)知識(shí)、掌握技能，大大降低了學(xué)習(xí)難度，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。極大地提高了課程教學(xué)效果。同時(shí)，學(xué)生利用Multisim軟件，自己設(shè)計(jì)和分析電路，必將提高學(xué)生的自學(xué)能力和勇于探索的創(chuàng)新精神，有力地促進(jìn)高素質(zhì)技能型創(chuàng)新人才的培養(yǎng)。

2 Multisim 2001用于通信電子電路課程的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

對通信電子電路的仿真，傳統(tǒng)的做法是建立實(shí)際電路或用購買的實(shí)驗(yàn)箱，利用各種儀器進(jìn)行測試、計(jì)算和性能分析。這種方法往往受實(shí)驗(yàn)儀器精度的制約，影響實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性，還常由于電路搭接時(shí)的種種問題引起性能改變。Multisim 2001是當(dāng)今全球著名的電路仿真標(biāo)準(zhǔn)工具之一，利用它進(jìn)行通信電子電路的仿真實(shí)驗(yàn)，不僅可以大大擴(kuò)展高頻電路實(shí)驗(yàn)的種類。而且由于它輸入信號的幅度、頻率和相位都可以控制到精確數(shù)值，實(shí)驗(yàn)效率可以大大提高，用數(shù)字儀器儀表測量，提高了實(shí)驗(yàn)精確度，同時(shí)具有分析與設(shè)計(jì)電路的強(qiáng)大功能。因此，利用其對通信電子電路進(jìn)行仿真分析，不僅方便、經(jīng)濟(jì)，而且省時(shí)、高效，具有很高的實(shí)用價(jià)值。

Multisim 2001在通信電子電路實(shí)驗(yàn)教學(xué)中能完成驗(yàn)證性、綜合性和設(shè)計(jì)性3種實(shí)踐。

①驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，相比實(shí)做，大大提高了可做實(shí)驗(yàn)的數(shù)目，并可明顯提高實(shí)驗(yàn)效率；

②綜合性實(shí)驗(yàn)，可以給出隱含故障的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，根據(jù)原理和現(xiàn)象來判斷分析和加以排除；這類實(shí)驗(yàn)在原有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備中很難實(shí)現(xiàn)，必須采用專用設(shè)備，而用軟件模擬卻輕而易舉；

③設(shè)計(jì)性實(shí)驗(yàn)，可根據(jù)設(shè)計(jì)課題設(shè)計(jì)原理圖，并進(jìn)行仿真，最后輸出各參數(shù)的分析報(bào)告及PCB線路版圖。該方法適合通信電子電路的開發(fā)設(shè)計(jì)。

3 Multisim 2001用于通信電子電路課程的理論分析

在通信電子電路分析與設(shè)計(jì)過程中，經(jīng)常要對輸入/輸出信號進(jìn)行波形、頻譜分析等。下面就以通信電子電路電路中幾個(gè)典型電路——并聯(lián)諧振回路、普通調(diào)幅電路為例，分別對這些仿真電路工作原理進(jìn)行理論分析和功能驗(yàn)證。并闡明如何利用Multisim 2001的仿真分析法及仿真儀器對通信電路進(jìn)行仿真分析與測試。

3.1 利用Multisim 2001對并聯(lián)諧振回路的仿真分析

圖1 并聯(lián)回路諧振特性

如圖1所示為教材中常見并聯(lián)諧振回路的電路模型，書面分析時(shí)需進(jìn)行繁瑣的計(jì)算和分析。但是學(xué)生并不能直接觀察諧振特性、輸出波形特征以及元器件參數(shù)變化對電路輸出的影響。經(jīng)過Multisim 2001仿真后，回路的諧振過程、輸出結(jié)果和特性便能一目了然的呈現(xiàn)在學(xué)生面前。

分析計(jì)算如下：

輸出電壓U0=IS×RP=128V

通過以上分析，可見計(jì)算過程非常繁瑣、枯燥乏味。經(jīng)過Multisim2001仿真后，可通過自帶的虛擬示波器觀察輸出波形，如圖2所示，以及通過虛擬數(shù)字萬用表觀察輸出電壓，如圖3所示。

圖2 并聯(lián)諧振回路的輸出波形

圖3 輸出電壓

由圖2和圖3可知，其回路諧振頻率讀出值與計(jì)算值相接近，仿真結(jié)果正確，其它參數(shù)由仿真結(jié)果也很容易得出，但比手工計(jì)算更簡便、直觀、迅速。

3.2 利用Multisim2001對普通調(diào)幅電路的仿真分析

普通調(diào)幅電路，如圖4所示，是通信設(shè)備中發(fā)信機(jī)的重要組成部分，也是《通信電子電路》課程中的重點(diǎn)部分。其理論性強(qiáng)、波形繪制復(fù)雜、書面分析困難等，成為了本課程中的難點(diǎn)。但是利用Multisim2001仿真后，可以鮮明而又直觀地觀察到其輸入/輸出信號的波形對比及其幅度變化規(guī)律。

圖4 普通調(diào)幅電路

通過Multisim 2001提供的示波器，可以清晰地觀察到同步的輸入和輸出波形，如圖5所示，并且將其對比，了解到輸出調(diào)幅信號的振幅變化與低頻調(diào)制信號振幅的關(guān)系。同時(shí)當(dāng)改變直流電壓源U0時(shí)，也可以直觀的觀察到普通調(diào)幅電路的過調(diào)幅現(xiàn)象，如圖6所示。

圖5 普通調(diào)幅電路的輸入和輸出波形

圖6 過調(diào)幅時(shí)的輸入輸出波形

由此可知，Multisim2001強(qiáng)大的通信電子電路設(shè)計(jì)、分析和仿真能力是其它通用電子仿真工具難以比擬的。仿真的目的首先在于加深對理論知識(shí)的理解，其次可以提高實(shí)踐能力以及通信電子電路設(shè)計(jì)的硬件驗(yàn)證。

4 結(jié)束語

Multisim 2001軟件是一個(gè)實(shí)用的電子電路仿真軟件，不受實(shí)驗(yàn)場所及設(shè)備的限制。其豐富的元件庫以及多達(dá)十余種的虛擬儀表，強(qiáng)大的仿真和設(shè)計(jì)功能，能迅速準(zhǔn)確地對通信電子電路進(jìn)行仿真分析和設(shè)計(jì)。不僅能幫助學(xué)生加深對信號波形和頻譜的理解，而且能提高學(xué)生對信號波形和頻譜的觀察分析能力。為通信電子電路的功能驗(yàn)證及性能分析提供了一套全新的、經(jīng)濟(jì)可靠的方法。

用Multisim 2001進(jìn)行通信電子電路虛擬實(shí)驗(yàn)非常方便、現(xiàn)象直觀、結(jié)果精確、圖像精彩。利用此仿真軟件可以將抽象的不易理解的理論變成感性的容易接受的數(shù)字和圖像，所以將它作為實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種很好的輔助手段，可使理論與實(shí)踐得以密切結(jié)合，激發(fā)學(xué)生實(shí)驗(yàn)興趣，提高教學(xué)質(zhì)量。

［1］高吉祥.高頻電子線路.第2版.北京:電子工業(yè)出版社,2007.

［2］張肅文.高頻電子線路.第3版.北京:高等教育出版社,1993.

［3］蔣卓勤.MULTISIM2001及其在電子設(shè)計(jì)中的應(yīng)用.西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2003.