電工電子技術(shù)仿真實驗教材.doc

電工與電子技術(shù)計算機(jī)仿真實驗?zāi)暇┖娇蘸教齑髮W(xué)自動化學(xué)院2009.11第一章 Multisim軟件簡介1-1 Multisim軟件簡介 Multisim是加拿大圖像交互技術(shù)公司（Interactive Image Technoligics，簡稱IIT公司)推出的用于電路仿真與設(shè)計的EDA軟件。Multisim具有強(qiáng)大的仿真分析功能，可以進(jìn)行電路設(shè)計、電路功能測試的虛擬仿真。Multisim軟件的虛擬測試儀器儀表種類齊全，有一般實驗室所用的通用儀器，如直流電源、函數(shù)信號發(fā)生器、萬用表、雙蹤示波器，還有一般實驗室少有或沒有的儀器，如波特圖儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、失真儀、頻譜分析儀和網(wǎng)絡(luò)分析儀等。該軟件的元器件庫中有數(shù)以萬計的電路元器件供實驗選用，不僅提供了元器件的理想模型，還提供了元器件的實際模型，同時還可以新建或擴(kuò)充已有的元器件庫，而且建庫所需的元器件參數(shù)可以從生產(chǎn)廠商的產(chǎn)品使用手冊中查到，與生產(chǎn)實際緊密相聯(lián)，可以非常方便地用于實際的工程設(shè)計。該軟件可以對被仿真的電路中的元器件設(shè)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(jìn)行仿真的同時，該軟件還可以存儲測試點(diǎn)的所有數(shù)據(jù)，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(tài)、顯示波形和具體數(shù)據(jù)等；該軟件還具有多種電路分析功能，如直流工作點(diǎn)分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、失真分析、噪聲分析、直流掃描分析、參數(shù)掃描分析等，便于設(shè)計人員對電路的性能進(jìn)行推算、判斷和驗證。較之于傳統(tǒng)的實物實驗，基于 Multisim軟件的仿真實驗主要有以下特點(diǎn)：1設(shè)計和實驗用的元器件及測試儀器儀表齊全，可以克服傳統(tǒng)實驗室的各種條件限制，完成各種類型的電路設(shè)計與實驗。2實驗成本低，實驗中不消耗實際的元器件，實驗所需元器件的種類和數(shù)量不受限制。有些實驗設(shè)備價格昂貴，使用復(fù)雜，在一般傳統(tǒng)實驗室里很難為學(xué)生提供使用機(jī)會，而在虛擬實驗室里則可輕而易舉地解決這個難題，讓學(xué)生隨心所欲地調(diào)用各種實驗設(shè)備。從而可以克服因經(jīng)費(fèi)不足造成對實驗的制約。3實驗效率高。在仿真實驗中，可以克服采用傳統(tǒng)實驗方式進(jìn)行實驗時所遇到的諸多因素的干擾和影響，例如不會因為實驗設(shè)備的損壞、接觸不良而影響實驗的正常進(jìn)行，從而使實驗結(jié)果更好地反映出實驗的本質(zhì)過程，更加快捷、準(zhǔn)確。4分析方法多，可以完成電路的瞬態(tài)分析和穩(wěn)態(tài)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(diǎn)分析、交直流靈敏度分析等電路分析方法，能夠快速、輕松、高效地對電路參數(shù)進(jìn)行測試和分析，使設(shè)計與實驗可以同步進(jìn)行，可以邊設(shè)計邊實驗，修改調(diào)試方便。還可直接打印輸出實驗數(shù)據(jù)、測試參數(shù)、曲線和電路原理圖。這些都是傳統(tǒng)實驗方式無法比擬的。運(yùn)用Multisim軟件進(jìn)行計算機(jī)仿真實驗，可以很好的解決理論教學(xué)與實際動手實驗相脫節(jié)的這一老大難問題。學(xué)生可以很方便、快捷地把剛剛學(xué)到的理論知識用計算機(jī)仿真真實地再現(xiàn)出來，不僅可以克服傳統(tǒng)實驗室各種條件的限制，還可以針對不同的目的，例如針對驗證、測試、設(shè)計、糾錯、創(chuàng)新等目的進(jìn)行訓(xùn)練，極大地提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情和積極性。真正的做到了變被動學(xué)習(xí)為主動學(xué)習(xí)，使學(xué)生的分析、應(yīng)用、設(shè)計和創(chuàng)新能力顯著提高。Multisim的工作界面非常直觀，形象逼真，只要稍加學(xué)習(xí)就可以較熟練地使用該軟件。本書以Multisim 9為例介紹Multisim軟件的使用方法。 1-2 Multisim的主窗口界面 啟動 Multisim 9軟件后，屏幕上將出現(xiàn)Multisim 9 軟件的主窗口界面。Multisim9的主窗口界面主要由標(biāo)題欄、菜單欄、系統(tǒng)工具欄、設(shè)計工具欄、使用中的元件清單、仿真開關(guān)、元件工具欄、儀表工具欄、電路窗口、狀態(tài)欄等幾個部分組成。一、Multisim 9的主窗口界面 圖1-1 Multisim 9的主窗口界面1、菜單欄標(biāo)題欄位于主窗口的最上部，顯示當(dāng)前運(yùn)行的軟件名稱。標(biāo)題欄的下面是菜單欄，通過菜單可以對Multisim的所有功能進(jìn)行操作。不難看出菜單中有一些與大多數(shù)Windows平臺上的應(yīng)用軟件一致的功能選項，如File（文件菜單）、Edit（編輯菜單）、View（視圖菜單）、Help（幫助菜單）等。此外，還有一些EDA軟件專用的選項，如Place（放置菜單），Simulate（仿真菜單），Transfer（文件輸出菜單）、Options（選項菜單）等，如圖1-2。圖1-2 菜單欄 以下分別介紹菜單欄中各欄目的子項目。File菜單中包含了對文件和項目的基本管理和打印等命令： New：建立一個新文件。Open：打開一個文件。Close：關(guān)閉當(dāng)前文件。Save：保存當(dāng)前文件。Save As：將當(dāng)前文件另存為。New Project：建立一個新項目。Open Project：打開一個項目。Save Project：保存當(dāng)前項目。Close Project：關(guān)閉當(dāng)前項目。Print Setup：打印設(shè)置。Print Circuit Setup：打印電路圖設(shè)置。Print Instruments：打印當(dāng)前文件中的儀表波形圖。Print Preview：打印預(yù)覽。Print：打印。Recent Files：最近幾次打開過的文件。Recent Project：最近幾次打開過的項目。Exit：退出Multisim。Edit菜單中包含了對電路圖進(jìn)行編輯的命令：Undo：撤消操作。Redo：不撤消操作。Cut：剪切。Copy：復(fù)制。Paste：粘貼。Paste Special：粘貼所選擇內(nèi)容。Delete：刪除。Delete Multi-Page：刪除多頁。Select All：全選。Find：查找。Flip Horizontal：將所選的元件水平翻轉(zhuǎn)。Flip Vertical：將所選的元件垂直翻轉(zhuǎn)。90 ClockWise：將所選的元件順時針90度旋轉(zhuǎn)。90 ClockWiseCW：將所選的元件逆時針90度旋轉(zhuǎn)。Component Properties：打開所選的元件屬性對話框。 View菜單中包含了確定使用軟件時的視圖以及對一些工具欄和窗口進(jìn)行控制的命令：Toolbars：顯示各種工具欄。Show Grid：顯示網(wǎng)格。Show Page Bounds：顯示頁邊界。Show Title Block：顯示圖明細(xì)表。Show Border：顯示圖框。Show Ruler Bars：顯示標(biāo)尺。Zoom In：放大顯示。Zoom Out：縮小顯示。Zoom Area：以100%的比率來顯示。Zoom Full：全部顯示。Grapher：打開仿真結(jié)果的圖形顯示窗口。Hierarchy：層次。Circuit Description Box：打開電路描述窗口。 Place菜單中包含了在電路窗口內(nèi)放置元件、連接點(diǎn)、總線和文字等命令：Component：放置一個元件。Junction：放置一個節(jié)點(diǎn)。Bus：放置一根總線。Bus Vector Connect：總線矢量連接。HB/SB Connector：放置HB/SB連接器。Hierarchical Block：放置層次模塊。Create New Hierarchical Block：新建層次模塊。Subcircuit：新建子電路。Replace by Subcircuit：用一個子電路替代。Off-Page Connector：Off-Page連接器。Multi-Page：多頁設(shè)置。Graphics：制圖 Title Block：放置標(biāo)題塊。 Simulate菜單中包含了電路仿真設(shè)置與操作命令：Run：執(zhí)行仿真。Pause：暫停仿真。Instruments：選擇儀表。Default Instrument Settings：打開預(yù)置儀表設(shè)置對話框，設(shè)置儀表的預(yù)置值。Digital Simulation Settings：設(shè)定數(shù)字仿真參數(shù)。Analyses：選擇仿真分析方法。Postprocess：打開后處理器對話框。Simulation Error Log/Audit Trail：電路仿真錯誤記錄/檢查數(shù)據(jù)跟蹤。XSpice Command Line Interface：打開XSpice命令行界面。VHDL Simulation：進(jìn)行VHDL仿真。Verilog HDL Simulation：進(jìn)行Verilog HDL仿真。Auto Fault Option：自動設(shè)置電路故障。Global Component Tolerances：設(shè)置全部元件的容差。 Transfer菜單包含了將仿真結(jié)果用其它EDA軟件需要的文件格式輸出的命令：Transfer to Ultiboard V7：轉(zhuǎn)換為Ultiboard V7（Multisim中的電路板設(shè)計軟件）的文件格式。Transfer to Ultiboard 2001：轉(zhuǎn)換為Ultiboard 2001的文件格式。Transfer to other PCB Layout：轉(zhuǎn)換為其他電路板設(shè)計軟件所支持的文件格式。Forward Annotate to Ultiboard V7：建立Ultiboard V7注釋文件。Backannotate from Ultiboard V7：將Ultiboard V7注釋文件傳入到當(dāng)前文件中。Highlight selection in Ultiboard V7：加亮所選擇區(qū)域。Export Simulation Results to MathCAD：將仿真結(jié)果輸出到MathCAD。Export Simulation Results to Excel：將仿真結(jié)果輸出到Excel。Export Netlist：輸出電路網(wǎng)表文件。 Tools菜單中包含了編輯與管理元器件和元件庫的命令： Database Management：啟動元器件數(shù)據(jù)庫管理器，進(jìn)行數(shù)據(jù)庫的編輯管理工作。Symbol Editor：打開符號編輯器。Component Wizard：打開元件編輯器。555 Timer Wizard：555定時器編輯。Filter Wizard：濾波器編輯。Electrical Rules Check：電氣規(guī)則測試。Renumber Components：元件重命名。Replace Components：替代元件。Update HB/SB Symbols：升級HB/SB符號。Convert V6 Database：V6數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換。Modify Title Block Data：更改標(biāo)題塊數(shù)據(jù)。Title Block Data：標(biāo)題塊編輯。Reports菜單中包含了產(chǎn)生當(dāng)前電路的各種報告的命令：Bill of Materials：材料清單。Component Detail Report：元器件詳細(xì)參數(shù)報告。Netlist Report：電路網(wǎng)表報告。Schematic Statistics：簡要統(tǒng)計報告。Spare Gates Report：未用元件門統(tǒng)計報告。Cross Reference Report：元件交叉參照表。Options菜單中包含了定制電路的界面和電路的某些功能的設(shè)定命令：Preferences：打開參數(shù)選擇對話框，進(jìn)行參數(shù)設(shè)置。Customize：常規(guī)命令設(shè)置。Global Restrictions：軟件限制設(shè)置。Circuit Restrictions：電路限制設(shè)置。Simplified Version：簡化版本。 Window菜單中包含了控制窗口顯示的命令，并列出所有被打開的文件。Cascade：層疊窗口。Tile：平鋪窗口。Arrange Icons：重新排列圖標(biāo)。 2、設(shè)計工具欄設(shè)計工具欄是Multisim的核心欄，通過對該工具欄按鈕的操作可以完成對電路從設(shè)計到分析的全部工作，如圖1-3圖1-3 設(shè)計工具欄圖3中紅線框內(nèi)的按鈕自左向右依次為：設(shè)計項目欄按鈕：用于顯示或隱藏設(shè)計項目欄。電子數(shù)據(jù)表按鈕：用于顯示或隱藏電路的電子數(shù)據(jù)表。元器件數(shù)據(jù)庫按鈕：用于啟動元器件數(shù)據(jù)庫管理器，進(jìn)行元器件的編輯管理工作。元件編輯器按鈕：打開新建元件對話框，用于調(diào)整或新建元件。仿真按鈕：用于執(zhí)行或停止仿真。圖形編輯器按鈕：用于顯示仿真分析的圖形結(jié)果。分析按鈕：用于選擇要進(jìn)行的分析方法。后分析按鈕：用于進(jìn)行對仿真結(jié)果的進(jìn)一步操作。3、使用中的元件清單在使用中的元件清單中列出了當(dāng)前電路所使用的全部元件，以便檢查和重復(fù)調(diào)用，如圖1-4。圖1-4 在用元件4、元件工具欄Multisim 9為用戶提供了豐富的元件，用戶可以方便地從元件工具欄中提取。通常將元件工具欄放在主窗口的左邊，也可以用鼠標(biāo)將元件工具欄拖拽到任意位置，并讓其橫向放置。元件工具欄上的每一個按鈕都對應(yīng)一個元器件庫，每個器件庫就像是一個元件箱，里面放置著同一類型的元件。只要用鼠標(biāo)單擊元件工具欄上的按鈕便可打開它所對應(yīng)的元器件庫，從中提取元件。元件工具欄中的按鈕對應(yīng)的元器件庫從上到下依次是：電源庫、基本元件庫、二極管庫、晶體管庫、模擬元件庫、TTL元器件庫、COMS元器件庫、其它數(shù)字元器件庫、模數(shù)混合元器件庫、指示器件庫、其他器件庫、射頻器件庫、電機(jī)類器件庫、放置層次模塊、放置總線、鏈接教育網(wǎng)站、鏈接EDA網(wǎng)站，如圖1-5。圖1-5 元件工具欄5、虛擬元件工具欄在Multisim不僅為用戶提供實際元器件，還提供虛擬元器件。它們之間的區(qū)別在于：實際元器件是與生產(chǎn)實際中真實的元器件的型號、參數(shù)值以及封裝都相對應(yīng)的元器件，在設(shè)計中選用此類器件，不僅可以使設(shè)計仿真與實際情況有良好的對應(yīng)性，還可以直接將設(shè)計導(dǎo)出到Ultiboard中進(jìn)行PCB的設(shè)計。而虛擬元器件的參數(shù)值是該類器件的典型值，不與實際器件對應(yīng)，用戶可以根據(jù)需要改變器件模型的參數(shù)值，只能用于仿真。通常將虛似元件工具欄與實際元件工具欄并排排列在主窗口的左邊。在元件工具欄中，雖然代表虛擬器件的按鈕的圖標(biāo)與該類實際器件的圖標(biāo)形狀相同，但虛擬元器件的按鈕有底色，而實際元器件的按鈕沒有底色。其按鈕從上到下依次是：電源、信號源元器件、基本元件、二極管、FET元器件、模擬元件、其他虛擬器件、虛擬定值元器件、3D元器件、測量元器件，如圖1-6。圖1-6 虛擬元件工具欄6、儀表工具欄儀表工具欄中放置了Multisim為用戶提供的虛擬儀器儀表，這些虛擬儀器儀表的外形、面板設(shè)計和操作方法都與實際儀器很相似，用戶可以方便、快捷地選擇自己需要的儀器對電路進(jìn)行測試。通常將儀表工具欄放在主窗口的右邊。其按鈕對應(yīng)的虛擬儀器從上到下依次是：依次為數(shù)字萬用表、函數(shù)信號發(fā)生器、功率表、雙通道示波器、四通道示波器、波特圖儀、頻率計、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀、邏輯轉(zhuǎn)換器、IV分析儀、失真度分析儀、頻譜分析儀、網(wǎng)絡(luò)分析儀、Agilent信號發(fā)生器、Agilent萬用表、Agilent示波器、實時測量探針，如圖1-7。 圖1-7 儀表工具欄1-3 Multisim的使用入門一、 基本設(shè)置在做仿真實驗之前，可以根據(jù)自己的需求和習(xí)慣對Multisim 9的界面進(jìn)行一番設(shè)置。具體做法是：執(zhí)行Options菜單中的Preferences命令，打開Preferences對話框，如圖1-8。圖1-8 Preferences對話框 通過該對話框的標(biāo)簽選項，用戶可以對界面顏色、電路尺寸、縮放比例、自動存儲時間等內(nèi)容作相應(yīng)的設(shè)置。 例如，要進(jìn)行歐、美的元件符號系統(tǒng)轉(zhuǎn)換。 在Symbol standard區(qū)內(nèi)，Multisim 9提供了兩種電氣元器件符號標(biāo)準(zhǔn)，一種是ANSI（美國標(biāo)準(zhǔn)），另一種是DIN（歐洲標(biāo)準(zhǔn)）。DIN與我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)比較接近，所以建議最好選擇DIN。 二、建立電路文件啟動Multisim后，會自動建立一個默認(rèn)文件名為“Circuit l”的電路文件。單擊系統(tǒng)工具欄中的保存按鈕 （或執(zhí)行File菜單中的Save命令），如果是第一次保存文件，將打開“另存為”對話框，在對話框中輸入文件名，并選擇存儲路徑，單擊“保存”按鈕即可。 如果還想另外再創(chuàng)建一個新文件，則單擊系統(tǒng)工具欄中的新建按鈕 （或執(zhí)行File菜單中的New命令），就可以再建立一個新文件。三、放置元器件及儀器儀表 Multisim 為用戶提供了豐富的元件和虛擬儀器儀表，用戶可以方便地從各個工具欄中調(diào)用。元件工具欄通常放在主窗口的左邊，儀表工具欄通常放在主窗口的右邊。如果看不見工具欄，可執(zhí)行View菜單中的Toolbars命令選擇需要顯示各個工具欄。元件工具欄上的每一個按鈕都對應(yīng)一個元器件庫，每個元器件庫就像是一個元件箱，里面放置著同一類型的元件。只要用鼠標(biāo)單擊元件工具欄上的按鈕便可打開它所對應(yīng)的元器件庫，從中提取元件。如果不知道要提取的元件屬于哪個元器件庫，也可以執(zhí)行Place菜單中的Component命令來放置元件。如果放置虛擬元件且需要改變元件參數(shù)，則用鼠標(biāo)雙擊該電阻元件，打開其屬性對話框，如圖所示。選擇Value頁，進(jìn)行參數(shù)值的設(shè)置。四、將元器件連接成電路把電路需要的元器件放置在電路窗口后，用鼠標(biāo)就可以方便地將元器件連接起來。具體操作方法是：1元件與元件之間的連接：把鼠標(biāo)指針移到要連接的元件的一個引腳處，等鼠標(biāo)指針自動變?yōu)橐粋€帶十字的小圓點(diǎn)時，單擊鼠標(biāo)，連出一根線。接著移動鼠標(biāo)到另一個元件的引腳處，再單擊鼠標(biāo)，兩元件之間的連接就完成了。如果想控制連線的形狀，可在移動鼠標(biāo)的過程中，在連線的拐彎處單擊一下鼠標(biāo)，以固定連線的位置。2元件與導(dǎo)線中間的連接：把鼠標(biāo)指針移到要連接的元件的一個引腳，等鼠標(biāo)指針自動變?yōu)橐粋€帶十字的小圓點(diǎn)時，單擊鼠標(biāo)。接著移動鼠標(biāo)到要連接的導(dǎo)線上，再單擊鼠標(biāo)，元件與導(dǎo)線中間的連接就完成了，同時系統(tǒng)會自動在兩根導(dǎo)線的連接處放置一個連接點(diǎn)。3改變導(dǎo)線和連接點(diǎn)的顏色：將鼠標(biāo)指針移到該導(dǎo)線上，點(diǎn)擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單，選擇菜單中的Color命令，打開Colors對話框，點(diǎn)擊想要的顏色，然后單擊“OK”按鈕即可。4移動導(dǎo)線：用鼠標(biāo)單擊該導(dǎo)線，使該導(dǎo)線處于被選中狀態(tài)，將鼠標(biāo)指針移到該導(dǎo)線或?qū)Ь€的小方塊上，按下鼠標(biāo)左鍵不放，拖動鼠標(biāo)，便可將導(dǎo)線拖拽到所需位置。 5刪除導(dǎo)線和連接點(diǎn)：用鼠標(biāo)單擊要刪除的導(dǎo)線，按Delete鍵，即可刪除該導(dǎo)線。如果要刪除某連接點(diǎn)，則用鼠標(biāo)單擊需刪除的連接點(diǎn)，使該連接點(diǎn)處于被選中狀態(tài)，按Delete鍵即可刪除該連接點(diǎn)。五、運(yùn)行仿真、進(jìn)行仿真分析連接好電路后，用鼠標(biāo)單擊仿真開關(guān)，便可運(yùn)行仿真。 如果需要暫停仿真，則單擊暫停按鈕，便可暫停仿真。 如果需要停止仿真，則用鼠標(biāo)單擊仿真開關(guān)即可。 單擊設(shè)計工具欄中的分析按鈕（或執(zhí)行Simulate菜單中的Analyses命令），便可選擇仿真分析方法，對電路進(jìn)行各種仿真分析。六、注意事項1Multisim軟件中的有些元器件符號、單位等與我國現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)存在差異。例如，電阻的單位“”在Multisim中用“ohm”表示，電容的單位“F”在Multisim中用“uF”表示等。2每一個電路中必須有一個接地端，如果一個電路中沒有接地端，通常不能有效地進(jìn)行仿真分析。3為了確定線路連接是否可靠，可稍微移動一下與連接點(diǎn)相連的元件，查看是否有“虛焊”現(xiàn)象。 4如果兩根交叉的導(dǎo)線在交叉處沒有連接點(diǎn)，則表示這兩根導(dǎo)線在交叉處不相連接。5為了避免由于突然斷電等原因造成不必要的損失，在建立電路過程中，每進(jìn)行一步操作后，都要單擊系統(tǒng)工具欄中的保存按鈕（或執(zhí)行File菜單中的Save命令）保存電路文件。6在運(yùn)行仿真時，通常不允許改接電路。第二章 電工技術(shù)仿真實驗2-1 采用虛擬儀器測量電位和電壓一、實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)設(shè)置Multisim 9的界面。2學(xué)習(xí)建立電路文件。2學(xué)習(xí)電路元件的放置、元件參數(shù)的設(shè)置，熟悉元件的旋轉(zhuǎn)、改變顏色、改變標(biāo)識、移動、刪除等操作。3掌握虛擬電壓表、電流表、實時測量探針的使用方法。4熟悉連接電路元件、設(shè)置導(dǎo)線和節(jié)點(diǎn)的顏色、移動導(dǎo)線和節(jié)點(diǎn)、刪除導(dǎo)線和節(jié)點(diǎn)等操作。5驗證電路中電位的相對性、電壓的絕對性。加強(qiáng)對電位、電壓關(guān)系的理解。6驗證電路中等電位點(diǎn)的特性。 二、實驗設(shè)備1直流電壓源 2臺2直流電壓表 1塊3直流電流表 1塊4實時測量探針 1只5滑動變阻器 1個6電阻 2個三、實驗內(nèi)容與步驟1、打開Preferences對話框。選擇Circuit標(biāo)簽，打開Circuit頁，在Show區(qū)中的Show node names選項欄前面打上“”，顯示電路連接點(diǎn)的編號。 2、選擇Component Bin標(biāo)簽，打開Component Bin頁。 3、在Symbol standard區(qū)內(nèi)，選擇DIN（歐洲標(biāo)準(zhǔn)），然后單擊“OK”按鈕。 4、單擊系統(tǒng)工具欄中的保存按鈕 5、在對話框中輸入文件名“采用虛擬儀器測量電位和電壓”，并選擇存儲路徑，單擊“保存”按鈕。6、在電路窗口中建立如圖2-1示電路。 圖2-1 測量電位和電壓電路7、雙擊電路中的滑線變阻器R3，彈出其屬性對話框。 8、選擇Value頁，在Key欄中輸入A，在Increment欄中輸入1。這表示每按一次A鍵，滑動點(diǎn)右邊的電阻所占百分比增大1%。這相當(dāng)于滑動變阻器的滑動觸頭向左移動；按shift+A，滑動點(diǎn)右邊的電阻所占百分比減小1%，這相當(dāng)于滑動變阻器的滑動觸頭向右移動。并設(shè)置R3的電阻值為500 ohm，然后單擊“確定”按鈕。 9、單擊仿真開關(guān) 。10、將實時測量探針的探頭移到電路的各點(diǎn)上，測出各點(diǎn)的電位，并計算三個電阻的電壓。 11、測量完畢后，再單擊實時測量探針按鈕，放回實時測量探針。12、單擊仿真開關(guān)，停止仿真。 13、改選節(jié)點(diǎn)6為參考點(diǎn)，將接地端改接到節(jié)點(diǎn)6的位置上。16、單擊仿真開關(guān) 。17、用實時測量探針測出各點(diǎn)的電位，并計算三個電阻的電壓。18、反復(fù)按A鍵和shift+A鍵，移動滑動變阻器的滑動觸頭，觀察電壓表的讀數(shù)變化。當(dāng)電壓表的讀數(shù)近似為零時，表明電壓表兩端的兩個節(jié)點(diǎn)的電位相等，是等電位點(diǎn)。 19、單擊仿真開關(guān)，停止仿真。 20、取下電壓表，用一根導(dǎo)線將兩個等電位點(diǎn)連接起來。 21、單擊仿真開關(guān) 。22、記錄電流表的讀數(shù)，并用實時測量探針測出各點(diǎn)的電位，計算三個電阻的電壓。四、實驗注意事項1在建立電路過程中，每進(jìn)行一步操作后，都要單擊系統(tǒng)工具欄中的保存按鈕（或執(zhí)行File菜單中的Save命令）保存電路文件，以避免由于突然斷電等原因造成不必要的損失。2在Multisim中用“ohm”表示電阻的單位“”。3在連接電路時，可稍微移動一下與連接點(diǎn)相連的元件，查看是否有“虛焊”現(xiàn)象。特別要注意接地端的連接，如果一個電路沒有連接上接地端，通常不能有效地進(jìn)行仿真。4要等電路達(dá)到穩(wěn)定后，再讀取電流表、電壓表的讀數(shù)。5在運(yùn)行仿真時，不允許改接電路。五、實驗總結(jié)與分析1分析參考點(diǎn)改變時，電路中各點(diǎn)的電位和兩點(diǎn)間的電壓的改變情況。2分析將兩個等電位點(diǎn)之間用導(dǎo)線短接時，對其他支路的影響情況。3總結(jié)電路中電位與電壓的區(qū)別與聯(lián)系。4總結(jié)使用Multisim軟件進(jìn)行仿真實驗的操作經(jīng)驗。 六、思考題試用Multisim軟件的電壓表、電流表測量如圖2-2所示電路中各支路的電流和各支路的電壓，驗證基爾霍夫定律。分別以a點(diǎn)、b點(diǎn)為參考點(diǎn)，用實時測量探針測量出電路中各點(diǎn)的電位。圖2-2 直流電路2-2 疊加定理的驗證一、實驗?zāi)康?通過仿真實驗驗證疊加定理。2掌握虛擬電壓表、電流表、單刀雙擲開關(guān)的使用方法。二、實驗設(shè)備1直流電壓源 2臺2直流電壓表 1塊3直流電流表 2塊4電阻 5個5單刀雙擲開關(guān) 2個三、實驗原理與說明在含有多個獨(dú)立源的線性電路中，任一支路的電流（或電壓）等于各獨(dú)立源單獨(dú)作用在該電路時，在該支路中產(chǎn)生的電流（或電壓）的代數(shù)和。線性電路的這一性質(zhì)稱之為疊加定理。疊加定理說明了線性電路中各個電源作用的獨(dú)立性，這是一個重要的概念。任何一個獨(dú)立電源作用在線性電路中所產(chǎn)生的響應(yīng)，并不因為其它電源的存在而受到影響。四、實驗內(nèi)容與步驟1、在電路窗口中建立如圖2-3示電路。 圖2-3 實驗電路。2、首先讓電路中兩個電壓源共同作用。 3、單擊仿真開關(guān) 。4、電路達(dá)到穩(wěn)定后，記錄兩只電流表和電壓表的讀數(shù)。5、再讓電路中的電壓源V1單獨(dú)作用 。 6、單擊仿真開關(guān) 。7、電路達(dá)到穩(wěn)定后，記錄兩只電流表和電壓表的讀數(shù)。8、然后讓電路中的電壓源V2單獨(dú)作用 。 9、單擊仿真開關(guān) 。10、電路達(dá)到穩(wěn)定后，記錄兩只電流表和電壓表的讀數(shù)。比較三次測量的數(shù)據(jù)可得各電壓電流的數(shù)值應(yīng)該是兩個分量之和。七、思考題將電路中的電阻R2改為二極管，進(jìn)行仿真實驗，驗證疊加定理是否適用于非線性電路。2-3 戴維寧定理的驗證 一、實驗?zāi)康?學(xué)習(xí)子電路的創(chuàng)建與調(diào)用。2掌握有源單口網(wǎng)絡(luò)等效電路參數(shù)的測量方法。3通過仿真實驗驗證戴維寧定理。 二、實驗設(shè)備1直流電壓源 2臺2直流電流源 1臺3直流電壓表 2塊4直流電流表 2塊5電阻 4個6可變電阻 2個三、實驗原理與說明具有兩個引出端紐，內(nèi)部含有獨(dú)立電源且兩個端紐上的電流為同一電流（這稱為端口條件）的部分電路稱為有源單口網(wǎng)絡(luò)，也稱為有源二端網(wǎng)絡(luò)。戴維寧定理指出：對于任意一個線性有源單口網(wǎng)絡(luò)，可用一個電壓源及其內(nèi)阻R0的串聯(lián)組合來代替。電壓源的電壓為該網(wǎng)絡(luò)N的開路電壓；內(nèi)阻R0等于該網(wǎng)絡(luò)N中所有理想電源為零時，從網(wǎng)絡(luò)兩端看進(jìn)去的等效電阻。等效電阻R0的計算，常采用以下四種方法：（1）無源單口網(wǎng)絡(luò)的等效變換法將單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立源置零后，用無源單口網(wǎng)絡(luò)的等效變換方法計算出其等效電阻。（2）開路、短路法先分別用實驗方法測量或用計算方法求出有源單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓UOC和短路電流ISC，如圖2-4所示。 圖2-4 短路法求等效電阻（3）外加電壓法將單口網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部所有獨(dú)立源置零后，在所得到的無源二端網(wǎng)絡(luò)的兩端鈕之間外加一個電壓U，測量或計算流入網(wǎng)絡(luò)的電流I，如圖2-5所示。再根據(jù)歐姆定律求出等效電阻，即 圖2-5 外加電壓法法求等效電阻四、實驗內(nèi)容與步驟1建立有源單口網(wǎng)絡(luò)子電路首先在電路窗口中放置所需元件。執(zhí)行Place菜單中HB/SB Connector命令，放置兩個端鈕。將鼠標(biāo)的光標(biāo)指向端鈕，單擊鼠標(biāo)右鍵，彈出快捷菜單，在快捷菜單中選擇Flip Horizontal命令修改端鈕的方向。分別雙擊兩端鈕，將這兩個端鈕分別命名為a和b。連接各元件，如圖2-6所示。 圖2-6 有源單口網(wǎng)絡(luò)子電路然后，選中圖中所有元件，執(zhí)行Place菜單中Replace by Sucircuit命令，在出現(xiàn)的Subcircuit Name對話框中為子電路命名，單擊OK按鈕后即可得到如圖2-7所示的子電路。 圖2-7 子電路2測量有源單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓 在有源單口網(wǎng)絡(luò)的兩端接一個直流電壓表。單擊仿真開關(guān) 。電路達(dá)到穩(wěn)定后，記錄電壓表的讀數(shù)，測得有源單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓3測量有源單口網(wǎng)絡(luò)的短路電流 在有源單口網(wǎng)絡(luò)的兩端接一個直流電流表。單擊仿真開關(guān)。 電路達(dá)到穩(wěn)定后，記錄電流表的讀數(shù)，測得有源單口網(wǎng)絡(luò)的短路電流。 根據(jù)有源單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓和短路電流的測量值，計算等效電阻。4、在同一電路窗口中，根據(jù)有源單口網(wǎng)絡(luò)的開路電壓和等效電阻，建立有源單口網(wǎng)絡(luò)的戴維寧等效電路。分別在有源單口網(wǎng)絡(luò)和它的等效電路兩端接上一個相同的可變電阻，如圖2-8所示。按A鍵同時改變兩個可變電阻的阻值，測量兩個電路的外特性，比較測量結(jié)果。圖2-8 等效電路五、實驗注意事項1進(jìn)行仿真實驗時，要注意電壓、電流的實際方向。2在同一個電路中，可以建立多個子電路，并且可以使用多個相同或不同的子電路。3要先停止仿真，然后再改接電路。4運(yùn)行仿真時，要等電路達(dá)到穩(wěn)定后，再讀取電流表、電壓表的讀數(shù)。 六、實驗總結(jié)與分析1總結(jié)子電路的創(chuàng)建與調(diào)用的操作經(jīng)驗。2分析總結(jié)有源單口網(wǎng)絡(luò)等效電阻的測量方法。七、思考題測量圖2-9所示有源單口網(wǎng)絡(luò)的參數(shù)，并建立該有源單口網(wǎng)絡(luò)的戴維寧等效電路。 圖2-9 有源二端電路2-4 單相RLC串聯(lián)電路分析 一、實驗?zāi)康?通過仿真實驗進(jìn)一步了解電路的三種性質(zhì)。2學(xué)習(xí)使用虛擬雙通道示波器。3掌握功率表的使用方法。4掌握交流電壓表、交流電流表的使用方法。二、實驗設(shè)備1正弦交流電壓源 1臺2交流電壓表 1塊3交流電流表 1塊4功率表 1塊5雙通道示波器 1臺6電阻 1個7電感 1個8電容 1個三、實驗內(nèi)容與步驟1、在電路窗口中建立如圖2-10所示電路。 圖2-10 RLC串聯(lián)電路2、單擊仿真開關(guān) 。3、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄電壓表、電流表的讀數(shù)。4、雙擊功率表，打開功率表面板，記錄功率表的讀數(shù)。5、雙擊打開示波器 6、進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置 。在示波器屏幕上顯示出電路端電壓（藍(lán)色）和電阻電壓（紅色）的波形 ?？煽闯龃藭r端電壓超前電流，電路呈感性。當(dāng)電源頻率為2kHz時，電感電壓大于電容電壓，ULUC，電路呈感性。 7、單擊仿真開關(guān) ，停止仿真。8、將電源的頻率改為1kHz。9、單擊仿真開關(guān) 。10、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄電壓表、電流表和功率表的讀數(shù)。11、雙擊打開示波器。 在示波器屏幕上顯示出電路端電壓（藍(lán)色）和電阻電壓（紅色）的波形 ?？煽闯龃藭r端電壓與電流同相，電路發(fā)生串聯(lián)諧振。發(fā)生諧振的原因是當(dāng)電源頻率為1kHz時，電感電壓和電容電壓大小相等，電阻電壓等于端電壓，功率因數(shù)為1。 13、單擊仿真開關(guān) ，停止仿真。14、將電源的頻率改為500Hz。15、單擊仿真開關(guān) 。16、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄電壓表、電流表和功率表的讀數(shù)。17、在示波器屏幕上顯示出電路端電壓（藍(lán)色）和電阻電壓（紅色）的波形 。 可看出此時端電壓滯后電流，電路呈容性。四、實驗注意事項1Multisim 9 提供的虛擬雙通道示波器與實際的示波器外觀和基本操作基本相同，該示波器可以觀察一路或兩路信號波形的形狀，分析被測周期信號的幅值和頻率，時間基準(zhǔn)可在秒直至納秒范圍內(nèi)調(diào)節(jié)。示波器圖標(biāo)有四個連接點(diǎn)：A通道輸入、B通道輸入、外觸發(fā)端T和接地端G。2虛擬功率表的外觀和操作與實際的功率表相似，其電流線圈應(yīng)與負(fù)載串聯(lián)，電壓線圈應(yīng)與負(fù)載并聯(lián)。接線時要注意遵守“發(fā)電機(jī)端”接線規(guī)則，即要把電流線圈和電壓線圈的標(biāo)有“+”號的兩個端鈕接在電源的同一極性上。3因為是交流電路，所以需要使用交流電壓表和交流電流表，應(yīng)該設(shè)置電壓表、電流表的Mode為AC。4正弦交流電壓源的屬性對話框中的Voltage (Pk)是指最大值，而Voltage (RMS)則是指有效值。五、實驗總結(jié)與分析1分析總結(jié)使用虛擬雙通道示波器的操作經(jīng)驗。2通過仿真實驗分析總結(jié)RLC串聯(lián)電路的三種性質(zhì)。3總結(jié)設(shè)置導(dǎo)線顏色的操作方法。六、思考題RL串聯(lián)電路，已知R=26，L=85mH，接于工頻220V電源上，求其有功功率和功率因數(shù)。分別并聯(lián)15、35、115F電容后，電路的有功功率和功率因數(shù)變?yōu)槎嗌?？?yīng)用Multisim軟件對該電路進(jìn)行仿真實驗。2-5 測定三相電源的相序 一、實驗?zāi)康?通過仿真實驗進(jìn)一步理解三相電源的相序。2學(xué)習(xí)使用虛擬四通道示波器。3掌握用示相器來測定相序的方法。 二、實驗設(shè)備1三相電源 1臺2四通道示波器 1臺3電容 1個4燈泡 2只三、實驗原理與說明三相電源中，每相電壓依次達(dá)到同值(例如正的最大值)的先后次序稱為相序。相序為ABCA，即B相比A相滯后，C相又比B相滯后，稱為正相序（也叫順序或正序）。正序的對稱三相正弦電壓的相量圖如圖2-11（a）所示。 （a） （b）圖2-11 三相電源相序相序為CBAC，即B相比C相滯后，A相又比B相滯后，稱為逆相序（也叫逆序或負(fù)序）。負(fù)序的對稱三相正弦電壓的相量圖如圖2-10（b）所示。工程上通常用的都是正序。A相可以任意指定，但A相一經(jīng)確定，那么比A相滯后的就是B相，而比A相超前就是C相了，這是不可以混淆的。工程實踐中通常在交流發(fā)電機(jī)出線的三相母線上涂以黃、綠、紅三種顏色來區(qū)分A、B、C三相。在實際應(yīng)用中，有時需要判斷三相電源的相序。下面通過仿真實驗，學(xué)習(xí)用兩種方法來判斷三相電源的相序。四、實驗內(nèi)容與步驟（一）、三相電源相序觀測1、在電路窗口中建立如圖2-12所示電路。 圖2-12 三相電源相序觀測電路2、單擊仿真開關(guān) 。3、雙擊打開示波器 4、單擊暫停接鈕 5、進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)置 。通過示波器顯示的波形來確定相序。 （二）、三相電源相序檢測1、在電路窗口中建立如圖2-13示電路。設(shè)置兩只虛似燈泡的額定功率均為100W，電容為1F。 圖2-13 三相電源相序測量電路2、單擊仿真開關(guān) 。3、電壓較高時燈泡上下兩邊都有光線，電壓較低時燈泡僅一邊有光線。 4、如果設(shè)電容所接那相為A相，則電壓較高（燈較亮）的為B相。 5、電壓較低（燈較暗）的為C相。 五、實驗注意事項1Multisim9提供的虛擬四通道示波器與實際的示波器外觀和基本操作基本相同。四通道示波器與雙通道示波器的使用方法和參數(shù)調(diào)整方式完全一樣，只是多了一個通道控制器旋鈕，當(dāng)旋鈕撥到某個通道位置，才能對該通道的Y軸進(jìn)行調(diào)整。2三相電源的屬性對話框中的Voltage (Pk)是指相電壓的最大值。六、實驗總結(jié)與分析1分析總結(jié)使用虛擬四通道示波器的操作經(jīng)驗。2通過仿真實驗分析總結(jié)三相電源的相序。七、思考題在電路窗口建立由一個電感和兩只瓦數(shù)相同的燈泡組成的無中線的星形電路，構(gòu)成一個示相器。進(jìn)行分析計算，判斷如電感所接那相為A相，則燈較亮（電壓較高）的為哪一相？燈較暗（電壓較低）為哪一相？并通過仿真實驗進(jìn)行驗證。2-6 測量三相電路的電壓、電流一、實驗?zāi)康?通過仿真實驗進(jìn)一步掌握線電壓、相電壓、線電流、相電流的概念。2通過仿真實驗進(jìn)一步理解三相四線制供電系統(tǒng)中中線的作用。二、實驗設(shè)備1三相電源 1臺2交流電流表 4塊3交流電壓表 6塊4電阻 3個5電感 3個6開關(guān) 2個三、實驗原理與說明如圖2-14所示，將三相電源的三個負(fù)極性端點(diǎn)連接在一起，形成一個結(jié)點(diǎn)N，稱為中性點(diǎn)。再由三個正極性端A、B、C分別引出三根輸出線，稱為相線(又稱火線、端線)。這樣就構(gòu)成了三相電源的星形連接。圖2-14 星形連接三相電源三相電源作星形連接時，若相電壓是對稱的，那么線電壓也一定是對稱的，并且線電壓有效值是相電壓有效值的關(guān)系為把流過電源每一相的電流稱為相電流，在每一根相線上流過的電流稱為線電流，在中性線上流過的電流稱為中線電流。顯然在三相電源作星形連接時，線電流就等于對應(yīng)的相電流。當(dāng)三相星形負(fù)載不對稱時，如果沒有中性線，或是中性線上阻抗較大，就會出現(xiàn)中性點(diǎn)電壓不為零的情況，即負(fù)載中性點(diǎn)的電位不等于電源中性點(diǎn)的電位，這種現(xiàn)象稱為中性點(diǎn)位移。 中性點(diǎn)位移使負(fù)載相電壓不對稱，有的負(fù)載相電壓低于電源相電壓，而有的負(fù)載相電壓又高于電源相電壓，甚至可能高過電源的線電壓。負(fù)載變化，中性點(diǎn)電壓也會隨著變化，各相負(fù)載電壓也都會跟著改變。不對稱的星形連接負(fù)載，如果裝設(shè)了中性線，而且中性線阻抗很小，就能迫使中性點(diǎn)電壓很小（緩解中點(diǎn)位移），從而使負(fù)載電壓差不多等于電源相電壓，并且?guī)缀醪浑S負(fù)載的變化而變化。如果中性線斷開，電路便不能穩(wěn)定地工作在正常電壓下，有時可能會造成很大的危害（因為有的負(fù)載相可能會出現(xiàn)很高的電壓）。所以三相四線制電路中，中性線要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，同時中性線上不能裝設(shè)熔斷器和開關(guān)。四、實驗內(nèi)容與步驟1、在電路窗口中建立如圖2-15示電路。 圖2-15 星形連接三相電路2、分別按空格鍵和A鍵，閉合開關(guān)J1和J2。3、單擊仿真開關(guān) 。4、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄各電壓表、電流表的讀數(shù)。三相線電流、線電壓和相電壓均對稱，中性線電流近似為零 。5、單擊仿真開關(guān)，停止仿真。 8、按空格鍵，斷開開關(guān)J1。9、單擊仿真開關(guān) 。10、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄各電壓表、電流表的讀數(shù)。11、各相電壓、電流不變，說明在對稱三相電路中，中性線不起作用。12、單擊仿真開關(guān)，停止仿真。 13、按空格鍵，閉合開關(guān)J1。14、按A鍵，斷開開關(guān)J2。15、單擊仿真開關(guān) 。16、電路達(dá)到穩(wěn)定后，分別記錄各電壓表、電流表的讀數(shù)。17、有中線時，其他兩相的