基于Multisim10的電子電路仿真與分析

楊玉蘭

（河南經貿職業學院 東校區，河南 鄭州 450009）

1 引言

電子類專業開設的電子技術課程是一門實踐性很強的課程，電子電路的設計與分析是其中必不可少的重要環節。在實踐環節，往往是學生在實驗室根據給定的電路圖，選擇元器件搭建實驗電路。甚至部分實驗使用實驗箱現成的電路模塊，連接電路測量數據，得出結論。在驗證性實驗中，由于元件老化、損壞、參數誤差、儀器儀表精度、經濟條件等因素的影響，往往得不到最佳的實驗效果；在進行簡單電子電路的設計焊接時，往往直接根據電路圖，利用萬能板進行焊接制成。這樣存在的問題是容易造成元器件的浪費，不利于電路的調試與測試。

隨著計算機技術的發展，逐漸將仿真軟件引入電子電路的設計過程。這樣可以將在實驗室進行的內容放到Multisim的虛擬環境搭建電路，仿真運行，分析與調試；或者先仿真調試電路的正確性，再進行焊接，可大大節約成本，提高效率。

EDA（電子設計自動化)技術包括電子電路設計、計算機模擬仿真和電路分析、PCB（印制電路板)自動化設計3個方面的內容[1]。Multisim軟件是加拿大Interactive Image Technologie（簡稱IIT）公司推出的從電路仿真設計到版圖生成全過程的電子設計工作平臺，它是一套功能完善、操作界面友好，方便使用的EDA工具。被美國NI公司收購后，更名為NIMultisim。V11.0是其最新推出Multisim版本[2]。

Multisim軟件可以測試和演示各種電子電路，包括電工電路、模擬電路、數字電路等，本文對模擬電子技術中的單管阻容耦合共射放大器設計仿真分析實例作一介紹。仿真結果表明，仿真與理論分析和計算結果一致。該軟件的使用給了學生一個寬松的電路實驗環境，使學生的思維在可發散處多向輻射，使得學生創新思維生根發芽。

2 Multisim10功能與特點

Multisim，是一個原理電路設計、電路功能測試的虛擬電路仿真軟件。它可以虛擬設計測試和演示各種電子電路(電工學、模擬電路、數字電路等)，能夠進行詳細的電路分析功能，以幫助設計人員分析電路的性能，是電路設計中必不可少的軟件。

本文仿真使用的版本為NIMultisim 10.0，它的主要特點有：

（1）Multisim 10的元器件庫提供數千種電路元器件供實驗選用，同時也可以新建或擴充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數可以從生產廠商的產品使用手冊中查到，因此也很方便的在工程設計中使用。

（2）Multisim 10的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實驗用的通用儀器，如萬用表、函數信號發生器、雙蹤示波器、直流電源；而且還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、字信號發生器、邏輯分析儀、邏輯轉換器、失真儀、頻譜分析儀和網絡分析儀等。

（3）Multisim 10具有較為詳細的電路分析功能，可以完成電路的瞬態分析和穩態分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析、離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，可以幫助設計人員分析電路的性能。

（4）Multisim 10可以設計、測試和演示各種電子電路，包括電工學、模擬電路、數字電路、射頻電路及微控制器和接口電路等?？梢詫Ρ环抡娴碾娐分械脑骷O置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察不同故障情況下的電路工作狀況。在進行仿真的同時，軟件還可以存儲測試點的所有數據，列出被仿真電路的所有元器件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態、顯示波形和具體數據等。

（5）利用Multisim 10可以實現計算機仿真設計與虛擬實驗，與傳統的電子電路設計與實驗方法相比，具有如下特點：設計與實驗可以同步進行，可以邊設計邊實驗，修改調試方便；設計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以完成各種類型的電路設計與實驗；可方便地對電路參數進行測試和分析；可直接打印輸出實驗數據、測試參數、曲線和電路原理圖；實驗中不消耗實際的元器件，實驗所需元器件的種類和數量不受限制，實驗成本低，實驗速度快，效率高；設計和實驗成功的電路可以直接在產品中使用。

3 單管阻容耦合共射放大器的設計與仿真實例

運行Multisim 10，即會在仿真工作區內自動新建一個文件名為“Circuit 1”的空白電路文件，在此文件的電路仿真工作區按照如圖1所示放置元器件、布局、連線，并存盤。在Multisim 10 中測得，小信號時三極管（2N222A）的 VBE（on）＝0.75V，放大系數為 220。

圖1 單管共射放大器

3.1 靜態分析

靜態工作點的分析可采用“參數估算法”、“直流工作點分析法”、“設置探針”等方法，這里選用“直流工作點分析法”來做一介紹。

使用“仿真分析”的方法測量靜態工作點。單擊Multisim界面菜單“仿真/分析/直流工作點分析……”按鈕。在彈出的對話框中選擇待分析的電路節點，單擊“仿真”按鈕進行直流工作點仿真分析，如圖2所示。點擊“仿真”按鈕，即有分析結果（待分析電路節點的電位）顯示在“分析結果圖”中，如圖3所示。

圖2 直流分析選項對話框

圖3 直流工作點分析結果圖

依分析結果（相當于“電路電壓測量”中待測試點相對于參考點的電壓降），有：

3.2 動態分析

在測量電路的電壓放大倍數AU時，選用的電路如圖4所示。

圖4 檢測輸入、輸出電壓波形

圖5 輸入、輸出電壓波形

用示波器分別測量輸入、輸出信號的波形如圖5所示，用游標讀出輸入和輸出信號電壓的峰值分別為 Vipp＝10.648mV Vopp＝497.291mV，則可得出單管共射極電路的電壓放大倍數為

測量輸入電阻Ro與輸出電阻時，可選取的方法有“串接電阻法”或“等效電路法”，這里選用“等效電路法”來進行測量。

測量電路輸入電阻Ri時，在如圖6所示的電路中，從節點2向電路右邊戴維南定理的總等效電阻即為其輸入電阻。電路中在輸入回路中接入電壓表和電流表（設置為交流AC），運行仿真開關，讀取電流表和電壓表的讀數，得出在1KHz的頻率下該電路的輸入電阻為：Ri＝UiIi＝10×10-33.088 ×10-6≈3.238KΩ。

測量電路輸出電阻Ro時，在如圖7所示的電路中，根據輸出電阻的計算方法，將負載開路，信號源短路，在輸出回路中接入電壓表和電流表（設置為交流AC），運行仿真開關，讀取電流表和電壓表的讀數，得出在1KHz的頻率下該電路的輸出電阻為：Ro＝UoIo＝1 0.510 ×10-3≈1.960KΩ。

圖6 輸入電阻測試電路

圖7 輸出電阻測試電路

4 總結

應用Multisim仿真軟件可以方便、準確地搭建各種電子電路進行測試與仿真，并且電路修改、調試方便，儀器數據準確、波形顯示清晰、準確，實時性好。避免了傳統實驗室儀器老化、元器件參數等誤差所導致的測試結果的不準確性，從而節約了成本，極大地提高了電子電路的設計效率和設計質量，為設計者提供了方便。

本文應用Multisim10軟件對單管共射放大器的電路搭建、靜態及動態參數的測量及計算方法進行了闡述，結果表明仿真與理論分析和計算結果一致，突破了傳統實驗中硬件設備條件的限制，大大提高了實驗的效率和成本，為后續Multisim10在電子電路設計中的應用打下了基礎。

[1]葉建波.用Multisim8軟件實現電子電路的仿真.電子工程師，2005（7）：18-20

[2]王荔芳，余磊，周曉華.放大電路的 Multisim10仿真分析.現代電子技術，2011（18）：172-174

[3]余群一，舒華，陳新兵.Multisim進行電子電路設計的教學研究.實驗科學與技術，2007（10）：118-120

[4]高娟，李峰.基于Multisim的電子電路仿真研究.青島職業技術學院學報.2006(6)：63-65

[5]李劍清.Multisim在電路實驗教學中的應用.浙江工業大學學報.2007（10）：543-546

[6]盧艷紅.基于Multisim10的電子電路設計、仿真與應用[M].北京：人民郵電出版社，2009（9）

[7]王連英.基于Multisim10的電子仿真實驗與設計[M].北京：北京郵電大學出版社，2009（8）