電子設計仿真與虛擬實驗

電子設計仿真與虛擬實驗

ComputerAidedAnalysisofCircuitsEmail:tangying@ortangy06@輔助教材：《Multisim10計算機虛擬仿真實驗室》黃培根電子工業(yè)出版社考試方式：設計報告（15周周六晚6A109打印稿,電子稿發(fā)送到tangy06@）第一部分走進電子技術一個簡單的光控報警器電路

電池和電池盒電阻器光敏電阻電位器第一次電路分析光控報警電路的功能:

當照射到光敏電阻R的光線變暗至一定程度時，蜂鳴器HA開始報警，從而達到檢測光線強度控制報警的目的。

光控報警電路包括的基礎知識：干電池（drybattery）：額定電壓都是1.5V電池盒（batterycase）：把兩節(jié)干電池串聯(lián)成3V直流穩(wěn)壓電源（regulatedpowersupply）：220V的交流電通過變壓、整流、濾波和穩(wěn)壓，然后輸出適合電路使用的電源1電池和電池盒2電阻器

其功能是通過分壓為其他電子器件提供所需的電壓和通過限流提供所需的電流1）電阻的阻值如何計算：比如一個電阻上的色環(huán)依次為：橙、白、黑、紅、棕。那么它的阻值應該如何計算呢？前3環(huán)橙、白、黑表明阻值的前3位有效數(shù)為390

第四環(huán)為紅，表明倍率為102

最后得到阻值390×102=39000（Ω）=39（kΩ）

2）電阻的種類

按電阻體的材料和結構特征分成繞線、非繞線和敏感電阻等幾種。

繞線電阻是用電阻絲在絕緣的骨架上繞制而成的。

非繞線電阻包括了我們常用的碳膜電阻和金屬膜電阻實際應用中，如果電路沒有特別說明，我們一般都采用1/8W的金屬膜電阻。金屬膜電阻的精度高、成本低，使得它在現(xiàn)代電子電路中應用最為廣泛。硫化鎘光敏電阻：光譜特性曲線與人眼對可見光的響應曲線比較接近，其阻值隨光照強度的變化而變化。在暗光條件下它的電阻可達幾個MΩ，在強光下它的電阻僅為數(shù)百歐或數(shù)千歐。是敏感電阻（器）的一種。敏感電阻是指那些電特性對外界溫度、濕度、壓力、高度等物理量反應敏感的電阻3光敏電阻（photovesistor）4電位器（potentiometer）帶開關電位器我們通常選用碳膜電位器，它結構簡單、成本低，能滿足絕大多數(shù)的電路場合5三極管（transistor）

3個引腳b、c、e分別稱為基（base）、集電極（collector）、和發(fā)射極（emitter）

三極管具有電流放大作用

水管閥門是由手柄控制的，而手柄只要微微地扭動就能控制水管中水流的變化。三極管接在電路中，集電極“流向”發(fā)射極的電流受到基極這個“手柄”的控制，基極很小的電流變化會引起集電極到發(fā)射極之間很大的電流變化?；鶚O的電流一旦切斷，集電極到發(fā)射極也就沒有電流了。放大倍數(shù)為：

第一次電路分析R1：由于R1的分壓作用，使得電位器RP和光敏電阻R上的電壓肯定比電源電壓要小光敏電阻R：其電阻隨著照射到其上的光線強弱變化而變化

第一個三極管如果VT1的基極得到合適的偏壓（偏置電壓），它就具有電流放大的作用，電流就會從VT1的集電極流向發(fā)射極。第二個三極管

與VT1的情況一樣，加在VT2上的偏置電壓一旦達到VT2正常工作時所需的電壓值，VT2開始正常工作。

VT2的集電極和發(fā)射極導通，于是電流從電源正極經(jīng)過蜂鳴器HA并通過VT2的集電極和發(fā)射極流入電源負極。形成了電流的閉合環(huán)路，蜂鳴器HA發(fā)出“嘀……”的報警聲。此時的電流走向如圖所示

報警蜂鳴器“合適”的偏壓（整個電路的關鍵）“合適的偏壓”取決于誰？光線變暗光敏電阻阻值變大其電壓值變大電路工作蜂鳴器報警MultisimElectronicsWorkbench(EWB)是加拿大IIT公司于八十年代末、九十年代初推出的用于電路仿真與設計的EDA軟件，又稱為“虛擬電子工作臺”。公司從EWB6.0版本開始，將專用于電路仿真與設計模塊更名為MultiSim，大大增強了軟件的仿真測試和分析功能，大大擴充了元件庫中的仿真元件數(shù)量，使仿真設計更精確、可靠。Multisim意為“萬能仿真”

把設計好的電路圖通過軟件的用戶界面“輸入”到計算機中，而計算機通過分析電路的連接和功能把電路的“輸出”和工作狀態(tài)信息在顯示器上顯示出來仿真使我們可以不用實際搭接電路也能對電路進行在線實時分析，這就是仿真的意義所在什么是電路仿真？Multisim的發(fā)展Multisim是加拿大InteractiveImageTechnologies公司推出的電子電路設計及仿真軟件EWB5.12MultisimMultisimv7Multisimv8Multisimv9Multisim界面介紹菜單系統(tǒng)工具欄設計工具欄使用中元件列表元件工具欄儀器儀表工具欄電路圖編輯窗口狀態(tài)欄仿真開關.com按鈕

Multisim菜單欄Multisim有9個主菜單，如圖所示，菜單中提供了本軟件幾乎所有的功能命令。

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調(diào)頻電壓源壓控方波電壓源

電壓控制電壓源

電流控制電壓源

脈沖電壓源

指數(shù)電壓源

分段線性電壓源

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正弦交流電流源

調(diào)幅信號源

調(diào)頻電流源

壓控正弦波電壓源

壓控三角波電壓源

電壓控制電流源

電流控制電流源

脈沖電流源

指數(shù)電流源

分段線性電流源

受控單脈沖

非線性相關源

電源/信號源庫的圖標及功能接地端利用Multisim創(chuàng)建電路時必須接“地”直流電壓源設置標號設置顯示狀態(tài)

設置電壓幅值

設置分析類型設置故障Why？

交流電壓源設置最大值設置有效值設置頻率設置初相位時鐘電壓源實質(zhì)上是一個頻率、占空比及幅度皆可調(diào)的方波發(fā)生器

受控源1）VCVS2）VCCS3）CCVS4）CCCS電阻電容電解電容電感電位器可變電容可變電感繼電器變壓器非線性變壓器磁芯連接器半導體電阻排電阻虛擬電阻虛擬電容虛擬上拉電阻虛擬電感虛擬電位器虛擬可變電容虛擬可變電感虛擬繼電器虛擬變壓器虛擬非線性變壓器無芯線圈插座半導體電容開關基本器件庫的圖標及功能電阻電阻瀏覽器電阻模型分類欄“General”頁：元件的一般性資料，包括元件的名稱、制造商、創(chuàng)建時間、制作者?！癝ymbol”頁：元件的符號。“Model”頁：元件的模型，提供電路仿真時所需要的參數(shù)?！癋ootprint”頁：元件封裝，提供給印制電路板設計的原件外形?！癊lectronicParameters”頁：元件的電氣參數(shù)，包括元件在實際使用中應該考慮的參數(shù)指標。“UserFields”頁：用戶使用信息。編輯電阻元件

電位器設定控制鍵設置調(diào)節(jié)幅度開關“CURRENT_CONTROLLEDSWITCH”（電流控開關）“SPDT”（單刀雙擲開關）“SPST”（單刀單擲開關）“TD_SWI”（時間延遲開關）“VOLTAGE_CONTROLLEDSWITCH”（電壓控開關）二極管穩(wěn)壓二極管發(fā)光二極管可控硅整流器雙向可控硅虛擬二極管虛擬穩(wěn)壓管橋式整流器雙向開關二極管變?nèi)荻O管二極管庫的圖標及功能NPN三極管PNP三極管虛擬四端NPN晶體管達林頓NPN三極管NPN三極管陣列三端耗盡型NMOS管三端耗盡型PMOS管三端增強型NMOS管三端增強型PMOS管四端耗盡型NMOS管虛擬四端增強型NMOS管N溝道結型FETP溝道結型FET虛擬N溝道砷化鎵FETN溝道功率MOSFET虛擬NPN三極管虛擬PNP三極管虛擬四端PNP晶體管達林頓PNP三極管IGBT虛擬三端耗盡型NMOS管虛擬三端耗盡型PMOS管虛擬三端增強型NMOS管虛擬三端增強型PMOS管虛擬四端耗盡型PMOS管虛擬四端增強型PMOS管虛擬N溝道結型FET虛擬P溝道結型FET虛擬P溝道砷化鎵FETP溝道功率MOSFET晶體管庫的圖標及功能5、7、8端運放諾頓運放寬帶運放比較器特殊功能運放3端虛擬運放5端虛擬運放7端虛擬運放虛擬比較器模擬集成電路庫的圖標及功能ADC/DAC模擬開關單穩(wěn)態(tài)器件555定時器虛擬模擬開關PLL鎖相環(huán)混合集成電路庫的圖標及功能5、7、8端運放諾頓運放寬帶運放比較器特殊功能運放3端虛擬運放5端虛擬運放7端虛擬運放虛擬比較器模擬集成電路庫的圖標及功能74××系列74LS××系列TTL數(shù)字集成電路庫的圖標及功能5V4XXX系列10V4XXX系列15V4XXX系列555定時器虛擬模擬開關PLL鎖相環(huán)混合集成電路庫的圖標及功能指示器件庫●電壓表●電流表●探測器●燈泡●十六進制顯示器●條形光柱●蜂鳴器設置內(nèi)阻電路類型選擇乘法器傳遞函數(shù)模塊電壓微分器電壓滯回模塊電流限幅器模塊電壓回轉(zhuǎn)率模塊除法器電壓比例模塊電壓積分器電壓限幅器模塊電壓控制限幅器模塊3端求和器模塊控制器件庫的圖標及功能

晶體虛擬光耦合器虛擬真空三極管虛擬熔斷器直流電機開關式升壓變換器有損傳輸線無損傳輸線2虛擬晶體真空三極管熔斷器集成穩(wěn)壓器開關式降壓變換器開關式升壓降壓變換器無損傳輸線1網(wǎng)表其他器件庫的圖標及功能檢測開關(常閉)接觸器(常閉)線圈和繼電器保護裝置開關（常開）計時接觸器線性變壓器輸出設備機電類器件庫的圖標及功能數(shù)字多用表瓦特表示波器

字信號發(fā)生器

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失真度分析儀

網(wǎng)絡分析儀

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波特圖儀

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邏輯轉(zhuǎn)換器(Logicconverter)IV曲線分析儀(IVAnalyzer)

失真度分析儀(DistortionAnalyzer)

頻譜分析儀(SpectrumAnalyzer)

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動態(tài)測試筆(Dynamicmeasurementprobe)虛擬儀表的設定在虛