第1章 基本操作与电路的搭建上篇 Multisim 8仿真软件应用第1章 基本操作与电路的搭建1.1 Multisim 8虚拟电子电路实验室对于电子电路实验室，我们都有一个感性的认识，它应具备以下条件：（1）空间按实验室建设规定给每位试验者一个空间。（2）工作台适用于进行电子电路试验研究，要具有良好的安全特性。（3）元器件库供搭建试验电路用的元器件库：二极管、三级管、电阻、电容、电感等。（4）仪器、设备供测量、分析电子电路用的各类仪器、设备：各类示波器、信号发生器、电源等。（5）工具供连接电路用的各种工具：面包板、电烙铁、小改锥、钳子、镊子等。在实验室中进行各种试验是大学学习过程中不可缺少的一个环节，对我们深刻理解课堂理论、理论联系实际、强化动手能力、训练创新思维都有着不可替代的作用。因此，对一所大学的评估，实验室的硬件条件是一重要指标。由于各种条件的限制，如投资、时间、空间等，实验室又给我们带来一些限制。如：我们不可能在实验室配备所有的元器件；不可能将各种仪器、设备装配到人手一套；不可能在你任意想做试验的时间提供试验条件；不可能提供你所需要的所有设备；不可能提供你所想象出来的所有试验环境；实验室也不可能承担过大的损耗元器件的损耗，仪器、设备的损耗。因此，实验室有诸多对我们的限制只能在规定的时间内完成使用规定的元器件、仪器、设备完成规定的试验。随着计算机技术的发展，可否构建出一种虚拟实验室来克服这些传统意义上的实验室的不足呢？答案是肯定的，这就是电子设计自动化软件（EDA）。我们使用各种元器件搭建的电路都是为了一个目的对给定信号利用电路对其进行某种运算，得到所要求的输出（电流、电压等）。对于各种元器件运算的数学模型，有些我们是非常清楚的（如：电容、电阻、电感），有些是在一定的条件下可以用某种数学模型来近似的（如：硅三极管工作在小信号放大状态时，其模型是一电流控制电流源；MOS管在小信号放大状态时，其模型是一电压控制电流源），还有一些则是通过大量统计数据得到的经验数学模型（如：传输线）。在已知元器件数学模型的基础上，用元器件搭建的电路也可以看成是各个数学模型的连接，电路各点的电压、电流可以通过给定元器件的数学模型精确计算。于是，对元器件的数学模型进行编程，用计算机运行程序，用这种计算过程就可以模拟各种电路的工作过程和测量分析过程，即：将原来的试验过程变成为一种计算过程，将计算结果以各种方式显示出来如：数字、曲线、表格、仪表指示等。如果元器件的模型足够多，测量、分析的程序足够多，多到足以涵盖我们所搭建的各种电路和对电路的各种测量和分析，那么这个由众多程序组成的软件包就构成了我们的虚拟实验室！换言之，你拥有了软件包就拥有了“实验室”。在这个“实验室”中，元器件符号的连接本质上是对应数学模型程序的有序堆砌，电子电路的测量、分析结果就是数学模型程序运算的输出。电子电路仿真软件Multisim 8就是这样一个电子电路实验室。虚拟实验室与传统实验室相比具有以下优势：（1）不受时间、空间的限制只要你拥有计算机和Multisim 8软件就可以进行各种电子电路的仿真试验。（2）近乎零损耗不必担心会烧毁仪器、设备、元器件。（3）大量节省实验时间由于它具有足够多的虚拟元器件、虚拟仪器仪表和虚拟工具，对于实验中的需求可以做到召之即来、挥之即去。（4）为试验者提供了丰富的想象空间，为创新设计奠定了基础。Multisim 8是一个电子电路的板级仿真软件。与其他电子电路仿真软件有所不同的是：Multisim 8软件的使用在绝大部分情况下不需要编程序，学习、使用非常简单、方便。它实际上是一个由虚拟电子元器件以及虚拟仪器、仪表和虚拟工具构成的组态软件，可以完成绝大多数电路的仿真分析。虚拟实验室虽好，但不能说有了虚拟实验室就可以取代传统实验室。原因在于电路的组成形态是复杂的，我们可以为各种组成电路的电子元器件建立各种数学模型，使之虚拟化，但这些模型的建立是有条件的。也就是说，在一定的条件下电路模型可以反映电路内电流电压的真实变化；但如果超出了限定的条件，模型就失去了意义。例如：继电器的干扰（触头电流小时没有问题，当触头电流达到一定程度，由触头开闭产生的干扰对电路的影响就不能不考虑）、高频环境工作下的普通电阻（频率较低时表现为纯电阻，当频率高到一定程度时其电抗的特性就会表现出来）、各元器件间的电磁耦合（频率较高时各元器件间的电磁耦合加强，元器件的排列位置的重要性大大上升）等问题的数学描述都属于分布参数范畴，而这种分布参数的数学描述是非常困难的，在虚拟实验室中也很难仿真，必须通过具体试验去解决遇到的问题。我们再将电子电路实验室里必备的装备回忆一下：（1）电源各种电压、电流等级的交流、直流电源（电压源、电流源、受控源等）。（2）信号源各种信号发生器（周期的、非周期的、随机的等）。（3）电子元器件库各种电子元器件（通常理解为器件以半导体材料构造，元件以非半导体材料构造）。（4）仪器、仪表各种测量、分析使用的仪器、仪表（万用表、频率计、各种示波器双踪的、多踪的、模拟数字混合的、频谱分析仪、失真度仪等）。（5）各类工具焊接元器件用工具、摘除元器件用工具、各类辅助工具（镊子、改锥、钳子等）、辅助材料（焊锡、助焊剂、连接线等）。（6）必备的说明书仪器、设备的使用说明书等。所有这些在虚拟实验室Multisim 8中已经准备就绪，只不过它们是以计算机软件的形式存在的。本书限于篇幅，仅将Multisim 8的基本功能及使用方法介绍给大家，有些较复杂的使用方法可参考Multisim 8的随机帮助文件。1.2 Multisim 8的安装1.2.1 软件的安装及数据库文件的导入1软件的安装根据Multisim 8安装文件的提示，完成软件安装；启动软件工作。第一次启动Multisim 8后，会出现如图1-1所示的界面。2数据库文件的导入如果你是Multisim 2001或Multisim 7的用户，并在原使用系统下建立过自己的元器件数据库，在Multisim 8中仍想使用这些数据库文件，可使用数据库文件导入命令Tools Database Convert Database来实现。在弹出窗口中选择转换类型，单击Select Source Database Names命令，在Multisim 2001或Multisim 7安装目录下的Database子目录中寻找需转换的数据库或者在指定的数据库存放目录下寻找需转换的数据库。选择Start命令,在弹出的Duplicate Component Name窗口中选择Overwrite，开始导入数据库，如图1-2所示。1.2.2 Multisim 8界面介绍Multisim 8的工作界面可以分成几个区域。1菜单命令区菜单命令区提供了各类下拉菜单命令，如图1-3所示。图1-1 Multisim 8界面图1-2 数据库的导入图1-3 菜单命令区File文件操作。打开、建立、保存各类文件，打印文件等。Edit编辑操作。对电路图的内容进行编辑等。View观察操作。对电路图放大、缩小、全屏、增加网格、标尺、定制工作界面等。Place放置操作。向电路图中放置元器件、节点、总线、说明文字、标题栏，构造子电路、公共模块电路、多图电路等。Simulate仿真操作。启动仿真，选择各种仿真方法，设置系统仿真参数等。Transfer转换操作。主要用于将仿真完成的电路转换为Ultiboard软件（用于生成PCB板）所需的文件。Tools常用工具。主要有数据库操作类工具、元器件设计工具、标准电路生成工具、电路检查工具、屏幕捕捉工具、各类编辑器工具（标题栏、符号、电路描述）等。Reports报表生成操作。生成与电路相关的各类报表。Options定制工作界面，设置或修改在电路设计时所需的基本信息。Window窗口排放格式选择以及当前窗口队列内容。Help各类帮助信息。2工具按钮区工具按钮区提供了与菜单命令相对应的主要快捷按钮，如图1-4所示。 图1-4 工具按钮区3元器件库区元器件库区提供各种虚元器件和实元器件库，如图1-5所示。图1-5 元器件库区4虚拟仪器区界面右侧竖列图标为虚拟仪器区，提供了各类虚拟仪器。5电路设计窗口区界面中央带有标尺和网格的区域为电路设计窗口区，供设计电路用。6设计工具框（Design Toolbox）在Multisim 8的工作界面的左侧有一设计工具框窗口。在工具框窗口Design Toolbox中包含3个选项卡：（1）Visibility 改变当前电路设计窗口内电路的显示状态。（2）Hierarchy观察电路设计窗口内的电路组成情况。（3）Project View观察一个电路工程的构成情况。在设计工具框的右上方，有一些快捷工具按钮可供使用，其功能与File菜单的相关功能等价。7数据表观察区（Spreadsheet View）在Multisim 8的工作界面的底部有一数据表观察窗口。在数据表观察窗口Spreadsheet View中包含4个选项卡：（1）Results显示电路连接的检查结果。其显示的内容可由命令Tool Electrical Rules Check设置，一般情况下无需设置。（2）Nets观察电路的节点情况。单击节点栏，对应节点所连接的线路会被选中（选中后的线路可以被编辑）。在表中凡涉及Trace的栏目均为Ultiboard软件使用的参数。（3）Components观察电路所使用的元件情况。单击元件栏，对应元件会被选中（选中后的元件可以被编辑）。（4）PCB Layers观察电路PCB板的情况。后3项选项卡中，都有可修改参数，一般情况下无需修改。当选择后3项选项卡时，在数据表观察区的右上角，有一些工具可供使用：快速查找、生成各类文件、对选择列排序、打印、选择显示内容等。1.2.3 Multisim 8快速入门通过Multisim 8提供的范例可让我们以最快的速度对Multisim 8的工作过程有一个清晰的了解和直观的体验。具体操作如下：1调入范例文件使用菜单命令区的File Open Sample命令，进入Multisim 8的范例目录，选择打开ClassB_PushPullAmp.ms8（乙类推挽放大器）文件。2熟悉工具按钮区提供的各种工具将鼠标指向工具按钮区的各图标，鼠标处会出现图标功能说明。尝试使用工具按钮区提供的各种工具，体会其作用。3浏览数据表观察区注意数据表观察区（Spreadsheet View）提供的各种信息。在数据表观察区分别选择Nets、Components选项卡；选中表格中的某一行，观察电路区的情况；单击右键选中表格中的某一行，选择弹出菜单中的各选项，体会其作用；单击表单的标题栏，选中一列后，尝试使用数据表观察区右上角的各项工具，体会其作用。4观察设计工具框注意设计工具框（Design Toolbox）提供的各种信息。选择设计工具框Visibility选项卡，对其中的复选框进行操作，注意观察电路设计窗口中的变化，体会各选项的作用；选择设计工具框Hierarchy选项卡，观察其内容；尝试使用设计工具框顶部右侧的各项工具，体会其作用。5启动仿真观察电路输出在工具按钮区单击Run/Stop Simulation（F5）图标（或选择Simulate Run命令）启动电路仿真。启动电路仿真后界面底部