基于Multisim13 的高頻電子線路實驗設計與仿真

徐佳

(大連科技學院，遼寧 大連116052)

1 概述

隨著高校教育理念不斷從知識教育轉變為素質教育，實驗教學成為培養學生創新能力的重要途徑。傳統的高頻電路實驗教學中存在許多的弊端，比如，學生人數多但實驗場地和儀器設備數量有限；學生對實驗儀器的功能不熟悉，在操作中會造成儀器損壞，干擾實驗的正常進行，降低實驗效率；在仿真過程中對電容電感的精度調試比較困難；隨著電子技術的推陳出新，實驗室原有的儀器設備不能適應新的實驗教學等。而將美國國家儀器NI 有限公司推出的Multisim 引入高頻電路實驗教學能很好的解決這些問題[1]。

基于Multisim 的高頻電路實驗設計與仿真主要是通過一臺計算機和一個仿真軟件完成的。它不受時間地點的限制，隨時隨地都能仿真；實驗環境是在虛擬條件下進行的，使用的元器件和虛擬儀器設備也不會損壞，而且仿真結果能準確、真實、形象地體現出實驗的本質；由于軟件可以隨時更新到最新版本，其中的元器件庫和虛擬儀器設備都能適應最新的仿真[2]。所以，設計研究基于Multisim 的高頻電路實驗設計與仿真有著一定的實踐指導意義。

2 Multisim13 軟件簡介

Multisim 13 擁有一個非常大的虛擬元件數據庫，能根據原理圖仿真出一些實際實驗的效果，具有豐富的仿真分析能力。具有如下特點[3]：

（1）直觀的圖形界面；（2）豐富的元器件：根據種類型號的不同可以分為26000 多種，也可以用現有數據庫中的元器件去建立封裝一些新的元器件；（3）豐富的測試儀器：比如高頻電路測試中常用的函數發生器、示波器、邏輯分析儀、頻譜分析儀、波特圖示儀、失真度分析儀等等；（4）詳細的電路分析功能：不僅能夠提供時域的分析、而且還能提供頻譜特性和失真度的分析以及元器件線性和非線性的分析等；（5）強大的MCU 模塊：具有很好的編程調試仿真功能；（6）完善的后處理：可以對分析的結果進行多種數學運算；（7）詳細的報告；（8）兼容性好的信息轉換：可以將仿真結果輸出到LabVIEW 中去，可以通過互聯網共享文件，可以將輸出原理圖到PCB 布線等。

3 基于Multisim13 的高頻電子線路實驗研究實例

3.1 基于Multisim13 的基礎性高頻實驗仿真- 模擬乘法器AM調幅電路

3.1.1 調幅原理

調幅是用需傳送的信息（調制信號） 去控制高頻載波 的振幅，使其隨調制信號 的規律而變化。若載波信號為 = ，調制信號為 。則普通調幅波的振幅為： 式中，ka是一個與調幅電路有關的比例常數。 稱為包絡函數，它反映了 的變化規律。因此，調幅波的數學表達式為：

3.1.2 設計思路及仿真電路

a. 在sources 組中的power-sources 系列下選擇兩個信號源V1、V2，其中，V1 作為載波信號，V2 作為調制信號；在sources 組中的control-function-blocks 系列下選擇乘法器；在虛擬儀表中選擇示波器；在確定完所有元器件后，在Multisim 13 仿真電路窗口建立模擬乘法器實現信號調幅原理電路圖如圖1 所示。畫完電路圖后設置參數，載波信號V1 的電壓幅值設置為1V，頻率設置為20KHz；調制信號V2 的電壓幅值設置為1V，頻率設置為1000Hz；電壓源VCC 設置為2V，此時調幅指數就為0.5。仿真輸出調幅波形如圖2 所示。

圖1 VCC 為2V 的模擬乘法器AM 調幅電路

b. 最后將電路中的輸入V1 和乘法器的輸出連接到頻譜分析儀的輸入端和輸出端，然后雙擊頻譜分析儀圖標并設置參數，最終得到如圖3 的仿真結果。

3.1.3 仿真分析

a.由圖2 調幅電路輸出波形可以看出，高頻載波信號的振幅變化規律是隨著調制信號變化的。

圖2 VCC 為2V 的模擬乘法器AM 調幅電路的輸出波形

圖3 接入頻譜分析儀的輸出頻譜

b.由圖3 調幅電路輸出頻譜可以看出，此時中心頻率的幅度為1.004V，在頻率為20KHz 時載波分量幅值最大。在頻率為19KHz 和21KHz 時有兩個上下邊頻分量，幅度為0.5V，很直觀的觀察到AM波的頻譜分量及線性搬移效果。

3.2 基于Multisim13 的綜合性高頻實驗仿真- 簡易調幅發射機

3.2.1 設計思路及仿真電路

簡易調幅發射機主要由低電平調幅電路和高頻功率放大器組成，在Multisim 13 仿真電路窗口建立調幅發射機電路如圖4所示。在創建完電路圖后設置相應參數，調幅發射機仿真波形圖如圖5 所示。

圖4 V2 為300mV 的調幅發射機電路

圖5 調幅發射機仿真波形

3.2.2 調幅發射機仿真分析

觀察圖6 調幅發射機仿真波形，可以看出，輸出的信號仍然是一個普通的調幅波，調制信號雖然規律不變，但是在信號幅度上出現了增大的情況，實現調幅發射機高頻放大的作用。

4 結論

本文以高頻電子線路課程中基礎性驗證實驗及設計綜合類實驗為例，利用Multisim 13 軟件設計仿真，并對仿真結果進行分析。實踐證明，將Multisim 仿真軟件引入高頻電子線路的教學中，可以達到理論聯系實際的良好效果。