Multisim11 电路设计及应用试验教学指导书_应用班汇编实验指导书

2020-02-29 其他范文下载本文

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实验一：multisim基本功能与基本操作

实验目的：

 熟悉multisim工作界面；

 熟悉multisim菜单栏和工具栏的使用；  掌握使用multisim软件绘制电路原理图的方法；

实验步骤：

1.了解电子元件库的分类情况； 2.了解电子元器件连线方式；

3.按图1所示线路放置元器件并连接线路； 4.进行软件仿真分析。

图1 555振荡器电路原理图

实验二：模拟类虚拟仪器的使用方法

（一）实验目的：

 熟悉数字万用表的使用方法；  熟悉函数信号发生器的使用方法；  熟悉瓦特表的使用方法；  熟悉双踪示波器的使用方法；  熟悉波特图仪的使用方法；  熟悉频率计的使用方法。

实验步骤：

1.搭建如图1所示电路；

2.使用万用表测试节点3的电压，电流，db值；使用瓦特表测试电路的输出功率。3.将图1中的电源V1替换成函数信号发生器，调整函数信号发生器的参数，使用示波器观察节点3输出波形的变化；使用频率计测试节点3的电压频率； 4.使用波特计测试图1所示电路的幅频特性与相频特性。

实验三：模拟类虚拟仪器的使用方法

（二）实验目的：

熟悉字信号发生器的使用方法；熟悉逻辑分析仪的使用方法；熟悉逻辑转换仪的使用方法；

实验步骤：

1.按图1所示连接电路；

2.设置字信号发生器的进制，循环方式，触发方式参数； 3.设置逻辑分析仪的采样频率，分辨率参数；

4.子信号发生器的输出信号格式与逻辑分析仪的输出波形；

5.在程序主界面上放置逻辑转换仪，双击该仪器，得到图2所示设置界面，在输入框中输入逻辑表达式，点击不同功能键，实现逻辑表达式、真值表与电路之间的转换。

XWG1160OOOX***6XLA11V11kHz 5 V 01XX3115FCQTTR 图1

图2 实验四：模拟类虚拟仪器的使用方法

（三）实验目的：

 熟悉IV分析仪的使用方法；  熟悉失真分析仪的使用方法；  熟悉频谱分析仪的使用方法；  熟悉网络分析仪的使用方法；  熟悉Labview虚拟仪器的使用方法。

实验步骤：

1.按图1所示连接电路；点击运行按钮，观察输出IV特性图。

2.将图中NPN晶体管Q1更换为二极管，PNP三极管，CMOS管，观察不同器件的IV特性图；

XIV13Q1122N2102

图1 3.按图2所示电路连接电路，将失真分析仪的测试端连接至2号节点，观察失真分析仪的读数；将图2中的电阻R1更换为电感器件，R2更换为电容器件，观察失真分析仪读数的变化。

4.按图2所示连接电路，将频谱分析仪的测试端连接至2号节点，观察频谱图。

图2

实验五：multisim在电路分析中的应用

（一）实验目的：

 掌握使用multisim软件验证基尔霍夫电流/电压定理的方法；

 掌握使用multisim软件验证叠加定理、互易定理、戴维南定理的方法；

实验步骤：

1.按照图1所示连接电路；

2.在电路相应位置放置电流指示仪器，观察节点2流入电流与流出电流的关系；

U1+-A0.1802U2+1V1AC 1e-009OhmU3-A+0.1200.060-A120 Vrms 60 Hz 0° 0AC 1e-009Ohm3R11kΩAC 1e-009Ohm5R22kΩ

图1 3.按照图2所示连接电路；

4.在电路相应位置放置电压指示仪器，计算回路中各支路电压代数和。+0.000-VU3DC 10MOhm2R31V112 V 0+1kΩR12kΩ3+0.000-VU4DC 10MOhmR20.000-3kΩU5VDC 10MOhm

图2 5.按照图

3、图4，图5所示连接电路，对互易定理、叠加定理、戴维南定理进行验证。

图3

图4

图5

实验六：multisim在电路分析中的应用

（二）实验目的：

 深刻理解暂态响应的概念；  深刻理解非线性电路的概念；

 熟悉使用multisim软件对电路的瞬态过程进行检测。

实验步骤：

1.按照图1所示连接电路，观察J1开关在闭合和开启瞬间示波器的变化。

图1 2.按照图2所示搭建电路，改变电容C2和电感L1的值，观察当容抗和感抗相等时电路的电流和总阻抗值。

图2

实验七：multisim的分析方法

（一）实验目的：

 掌握直流静态工作点的分析方法；  掌握交流分析的方法；  掌握瞬态分析的含义和方法；

实验步骤：

1.按照图1所示连接电路，调用分析工具中的直流分析选项对线路直流工作点进行分析。

图1 2.按照图2所示连接电路，调用分析工具中的交流分析选项对线路的频率特性进行分析。

V2120 Vrms 60 Hz 0° L11mHR1357ΩC11µFC21µF 图2 3.按照图2所示连接电路，调用分析工具中的瞬态分析选项对线路的时域响应进行分析。

实验八：multisim的分析方法

（二）实验目的：

 熟悉傅里叶变换的含义，掌握multisim软件的傅里叶分析方法；  掌握噪声分析的方法；  掌握直流扫描分析的方法；  掌握灵敏度分析的方法。

实验步骤：

1.按照图1所示连接电路；

V2120 Vrms 60 Hz 0° L11mHR1357ΩC11µFC21µF 图1 2.调用分析工具中傅里叶分析方法选项，对线路的频谱成分进行分析； 3.通过傅里叶分析结果观察线路的谐波分量；

4.按照图2所示设置噪声分析的对象（某一节点的电压），设置好参数，对图1所示线路进行噪声分析，观察噪声分析的结果，分析其产生原因。

图2 5.建立如图1所示电路，选择直流扫描分析和灵敏度分析选项，根据分析结果观察电路的输出变量对电路中元器件参数的敏感程度。

实验九：multisim的分析方法

（三）实验目的：

1.掌握参数扫描分析的基本方法； 2.掌握温度扫描分析的基本方法； 3.掌握极点-零点分析的基本方法； 4.掌握传输函数分析的基本方法； 5.掌握最坏情况分析的基本方法；

实验步骤：

1.按照图1所示搭建单管放大电路；

4R32kΩR17.5kΩ6V20.1 Vrms 100 Hz 0° C110µFR22.49kΩ52Q1C310µF3V112 V C210µFR52kΩ2N1711*1R41kΩ0

图1 2.进入图2所示界面，设置扫描的参数指标要求，设置完参数后，点击simulate按钮获得仿真结果；

图2 3.搭建图1所示电路，在图3所示温度扫描菜单中设定温度扫描参数值，单击simulate进行仿真并分析仿真结果。

图3 4.搭建如图1所示电路，进入如图4所示界面，设置零点-极点分析的参数要求，点击simulate按钮进行仿真。

图4 5.搭建如图1所示电路，进入图5所示界面设置传输函数仿真参数，点击simulate按钮进行仿真分析。

图5 6.搭建如图1所示电路，进入图6所示界面设定参数，估算电路性能对于标称值时的最大误差。

图6

实验十：单管放大电路的仿真分析

实验目的：

 熟悉单管放大电路的基本结构，静态工作点的设置原理；

 掌握使用multisim软件仿真分析单管放大电路静态工作点、放大倍数及输入、输出电路的方法；

实验步骤：

1.按照图1所示连接电路，并使用虚拟仪器检测记录三极管Uce/Ucb/Ube的值，分析静态工作点是否设置合适；

R560%2V1XSC120kΩKey=A46V2C4R212 V 2kΩC53Q110µF52N22221R12kΩC633µF0+Ext Trig+_A_+B_10µF0.01 Vrms 1kHz 0° R410kΩR35.1kΩ 图1 2.改变滑动变阻器R5的阻值，观察输出波形的变化，分析静态工作点对输出波形的影响； 3.使用虚拟仪器检测图1所示电路输入电压和输出电压值，计算电路放大倍数；

4.按图2所示搭建电路，测试接入负载时输入端的电压和电流值，计算得到输入电阻；测试单管放大电路负载开路时的输出电压U0，测试单管放大电路接入负载时的输出电压UL，输出电阻由式（1）计算：

错误！未找到引用源。

（1）

实验十一：multisim在集成电路中的应用

实验目的：

 熟悉基本运算电路、比例运算电路、积分运算电路、微分运算电路的原理；  掌握基本运算电路、比例运算电路、积分运算电路及温芬运算电路的仿真设计方法；

实验步骤

1.搭建如图1所示比例运算电路，改变R1、R2、R3的阻值，观察输入和输出比例关系的变化情况。

XSC1U1AB_+_Ext Trig+_021 Vrms 60 Hz 0° V1R220kΩR120kΩ413OPAMP_3T_VIRTUALR330kΩ+0 图1 2.搭建如图2所示基本运算电路，写出其输入输出关系表达式，改变电路中的电阻值，观察输出电压的变化；

R1V11 V 20V21 V 4V31 V 510kΩR210kΩR310kΩR410kΩXMM11OPAMP_3T_VIRTUALU163R510kΩ

图2 3.搭建如图3所示积分运算电路，写出其输入输出关系表达式，改变电路中元器件的参数值，观察输出电压的变化；

R1R2418.2Ω1C10.025µFR3200kΩA+_+B_2U13XSC1Ext Trig+_V120kΩ500 Hz 2 V 0 图3 4.搭建如图4所示微分运算电路，写出其输入输出关系表达式，改变电路中元器件的参数值，5.观察输出电压的变化；

R1R45500Ω50%Key=A2XFG1C1100kΩ100nF34R2100kΩ_U1A+_B+Ext Trig_1XSC1+0 图4

实验十二：滤波电路的设计

实验目的：

 掌握滤波器截止频率，通带纹波、阻带纹波、过渡带宽的概念和设计方法；  掌握使用multisim软件分析滤波器的幅频特性和相频特性；  学会定制滤波器的方法。

实验步骤：

1．按照图1所示搭建一阶有源滤波器，利用虚拟仪器测试计算其截至频率，通带纹波，阻带增益、过渡带宽等参数；

2．按照图2所示搭建二阶有源滤波器，利用虚拟仪器测试计算其截至频率，通带纹波，阻带增益、过渡带宽等参数；

3．按照图3所示搭建5阶LC滤波器，利用虚拟仪器测试计算其截至频率，通带纹波，阻带增益、过渡带宽等参数；

4．对比以上三种滤波电路的测试结果，分析有源滤波器和LC滤波器各自的特点，分析滤波器阶数对其性能的影响。

XBP1INOUT1V11kΩ1 Vrms 10kHz 0° C21nFR12OPAMP_3T_VIRTUALU143R32kΩR26.8kΩ0 图1

XBP1INOUTR14V11kΩ1 Vrms 10kHz 0° 3R41kΩC21nF51OPAMP_3T_VIRTUALU1C11nF2R32kΩR26.8kΩ0 图2

XBP1INOUT1750Ωrsource0 V vin22.459mHL1302.199mHL21.079µFC14491.8µHL3569.4nFC2550Ωrload

图3 5.点击Tool-wizard-filter菜单，进入下图所示界面，设定滤波器的性能指标要求，构建滤波器电路。

图4

实验十三：波形变换电路的仿真方法

（一）实验目的：

 掌握检波电路的设计与仿真方法；  掌握绝对值电路的设计与仿真方法；  掌握整流电路的设计与仿真方法；

实验步骤：

1.按照如图1所示搭建电路，改变R1/C1的值，观察输出波形的变化，熟悉检波电路的基本原理；

图1 2.按照图2所示搭建电路，观察电路仿真结果，分析输入电源极性变化时，输出电压波形的变化规律，熟悉绝对值电路的基本原理。

图2 3.按照如图3所示搭建电路，对比输入与输出波形，分析整流电路的工作原理。

实验十四：波形变换电路的仿真方法

（二）实验目的：

 掌握上限幅电路的设计原理与仿真方法；  掌握下限幅电路的设计原理与仿真方法；  掌握并联限幅电路的设计原理与仿真方法；

实验步骤：

1.按照如图1所示搭建电路，对比输入波形与输出波形的变化，改变电路中D1与R1的值，观察输出波形的变化，分析上限幅电路的基本工作原理；

图1 2．按照如图2所示搭建电路，对比输入波形与输出波形的变化，改变电路中D1与R1的值，观察输出波形的变化，分析下限幅电路的基本工作原理；

图2 3.按照如图3所示搭建电路，对比输入波形与输出波形的变化，改变电路中D1与D2的值，观察输出波形的变化，分析并联限幅电路的基本工作原理；

图3

实验十五：数字电路的设计与仿真方法

（一）实验目的：

 熟悉multisim中数字器件元件库；

 掌握组合逻辑电路（全加器、比较器）的设计与仿真方法。

实验步骤：

1.在multisim主界面上点击TTL、CMOS等器件类别，熟悉与门、非门、或们、与非门、或非门等逻辑器件的功能；

2.绘制如图1所示全加器的电路原理图；

图1 3.根据图1所示原理图，利用逻辑转换仪得到全加器的真值表和最简逻辑表达式。4.按照图2所示绘制比较器的电路图；

图2 5.根据图2所示原理图，利用逻辑转换仪得到比较器的真值表和最简逻辑表达式。

实验十六：数字电路的设计与仿真方法

（二）实验目的：

 熟悉时序电路的概念和基本设计方法；

 掌握基本时序逻辑电路（计数器、分频器）的设计与仿真方法；

实验步骤：

1.按照如图1所示搭建10进制计数器，利用逻辑转换仪得到其真值表和逻辑表达式；

U2DCD_HEXVCC5VXFG103456710912ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKU1QAQBQCQDRCO14***2XLA11VCC0174LS160NFCQT 图1 2.根据图1所示电路，设计100进制计数器，图2为100进制计数器的参考电路，可根据此电路，采用逻辑转换仪分析其真值表和逻辑表达式；

U4U3XFG1U1VCC5V01030456710ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO14131211***30456710912ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO14***7VCC91274LS160NU5A74LS00D74LS160N 图2 100进制计数器

3.根据图1所示10进制计数器基本原理，设计1000进制计数器，图3为1000进制计数器的参考电路，可根据此电路，采用逻辑转换仪分析其真值表和逻辑表达式；

U4U3U69)‎Ln9(‎10)‎Ln10(‎11)‎Ln11(‎14***85)‎Ln4(‎6)‎Ln3(‎7)‎Ln2(‎8)‎Ln1(‎123Bus141)‎Ln8(‎2)‎Ln7(‎3)‎Ln6(‎4)‎Ln5(‎4)‎Ln5(‎3)‎Ln6(‎2)‎Ln7(‎1)‎Ln8(‎121110912)‎Ln12(‎11)‎Ln11(‎10)‎Ln10(‎9)‎Ln9(‎BusIO112)‎Ln12(‎XFG1VCC5V03456710912ABCDENPENT~LOAD~CLRCLK21U1QAQBQCQDRCO1413121115BusIO28Ln1(‎8)‎7Ln2(‎7)‎6Ln3(‎6)‎5Ln4(‎5)‎14U20456710913ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKQAQBQCQDRCO14***3456710ABCDENPENTU7QAQBQCQDRCO91011120VCC15U5AVCCVCC129~LOAD~CLRCLKVCCVCC135V21674LS160N74LS160N74LS160NVCC5V74LS00DVCC5V

图3 1000进制计数器

4.根据图4所示搭建分频器电路，利用示波器观察其输入与输出波形，采用逻辑转换仪获得其真值表和逻辑表达式；

XSC1VCCXFG15V30456ABCDENPENT~LOAD~CLRCLKU1QAQBQCQDRCO14***6ABCDENPENT3U2QAQBQCQDRCO1413121115A+_+B_Ext Trig+_02VCC912710171091VCC5V~LOAD~CLRCLK274LS160NVCC74LS160N 图4 10-100分频器

实验十七：数字电路的设计与仿真方法

（二）实验目的：

 掌握555定时电路的基本设计和仿真方法；  掌握AD电路的设计原理和仿真方法；  掌握DA电路的设计原理和仿真方法；

实验步骤：

1.熟悉LM555CM定时芯片的引脚功能，按照图1所示搭建电路，调整电路中R1/R2阻值，观察输出波形的变化。

VCCVCC5VR1330Ω4RSTDISTHRTRICONGND8VCCOUT3XSC1Ext Trig+_U1+A_+B_4XFC11231R2330Ω726253C2100nF0C11µF1LM555CM 图1

LM555CM引脚功能：

引脚1：接地引脚，提供参考电平；引脚2：555定时器的负跳变触发端；引脚3：信号的输出引脚；引脚4：555定时器的清零信号；

引脚5：555定时器内部参考电平的滤除高频干扰的引脚，一般接电容；引脚6：555定时器的正跳变触发端；引脚7：积分电容的放电引脚；引脚8：电源引脚。

用法：4引脚和8引脚接高电平；引脚5接1μF电容，起滤波作用；引脚2和6接在一起，作为输入信号的引脚；

555多谐振荡器周期的理论计算式为：TW=0.7（R1+2R2）C。

2.按照图2所示搭建AD转换电路，改变R1~R8的电阻阻值，观察数码管输出的变化，分析其工作原理。

U19V25 V DCD_HEXR11kΩ1R22kΩ28R32kΩ3R42kΩ4V16 V R52kΩ5R62kΩ6R72kΩ7R81kΩ9U117U210U311U412U12AU13A0V45 V 181920U14A29U***1011121312345D0D1D2D3D4D5D6D7EIU8A0A1A2GSEO97614150U513U614U715160U16A262574LS148N*U17A0U18AV310 V

图2 3.按照图3所示搭建DA转换电路，依次闭合J1~J4开关，观察节点11电压的变化，分析DA电路的基本工作原理

R2210kΩR120kΩV1610 V J1Key = A10R1010kΩ3R410kΩR320kΩ7J2J3Key = B4R610kΩR520kΩ8Key = C5R820kΩR720kΩ9J4Key = D1R920kΩ00U111XMM1 图3

实验十八：非线性电路设计与仿真方法

（一）实验目的：

 掌握RC正弦波振荡电路的设计与仿真方法；  掌握LC正弦波振荡电路的设计与仿真方法；  掌握石英晶体正弦波振荡电路的设计与仿真方法；

实验步骤：

1.按照如图1所示搭建电路，改变C1/R1/C2/R2的值，观察输出电压波形的变化，分析RC振荡电路的基本工作原理；

16C1100nF7R11.6kΩU1R71000Ω20 V V1A+_+B_9XSC1Ext Trig+_C2100nF0R31.6kΩ4R2016.9kΩ50Q12N22222R434ΩR6Q22N222234kΩ310R534ΩR81000Ω8V220 V 图1 2.按照如图2所示搭建电路，改变L1/C1的值，观察输出波形的变化，分析LC振荡电路的基本工作原理；

0XSC1Ext Trig+_A+_+B_C110nFL110mH10R35.1kΩ2U1R110kΩ3R2100kΩ

图2 3.按照如图3所示搭建电路，改变C6/C4/R6的值，观察输出波形的变化，分析石英晶体振荡电路的工作原理；

图3

实验十九：非线性电路设计与仿真方法

（二）实验目的：

 掌握方波发生器、三角波发生器的基本工作原理与设计方法；  掌握调制电路的设计与仿真方法；

实验步骤：

1.按照如图1所示搭建方波发生器电路，改变电路中各电阻与电容值，观察输出信号幅值和频率的变化，分析其工作原理；

图1 2.按照如图2所示搭建三角波发生器电路，改变电路中各电阻与电容值，观察输出信号幅值和频率的变化，分析其工作原理；

图2 3.按照如图3所示搭建普通调制电路，观察输入输出信号波形的变化，分析其工作原理（图4为乘法器A1的内部结构图）；

V15 Vrms 100kHz 0° 01V225 Vrms 10kHz 0° A1YXXSC1Ext Trig+_A+_+B_1 V/V 0 V 3 图3

图4 4.按照如图5所示搭建单边带解调电路，观察输入输出信号波形的变化；对比图3与图5分析解调电路的工作原理。

XSC1V16A1YB_+_Ext Trig+_A+5 Vrms 7V2X100kHz 0° 1 V/V 0 V 5 Vrms 810kHz 0° 11.395mHLLL12338.4µHLLL2430750Ω5rsource1.663nF6.855nFCLC1CLC24.284µH6.059µH50Ω541.4nFLCL1382.8nFLCL2rloadCCC1CCC20图5

实验二十：非线性电路设计与仿真方法

（二）实验目的：

 熟悉MCU电路的仿真方法；  熟悉ultiboard软件的基本使用方法；

实验步骤：

1.MCU电路的仿真实验

（1）在元件库中选择MCU中的8051单片机，设置路径和名称

（2）选择编程语言和编译器

（3）放置好器件，构建外围电路

U1U******516P1B0T2P1B1T2EXP1B2P1B3P1B4P1B5MOSIP1B6MISOP1B7SCKRSTP3B0RXDP3B1TXDP3B2INT0P3B3INT1P3B4T0P3B5T1P3B6WRP3B7RDXTAL2XTAL1GNDVCCP0B0AD0P0B1AD1P0B2AD2P0B3AD3P0B4AD4P0B5AD5P0B6AD6P0B7AD7EAVPPALEPROGPSENP2B7A15P2B6A14P2B5A13P2B4A12P2B3A11P2B2A10P2B1A9P2B0A***3***242322212019***101112***81920P1B0T2P1B1T2EXP1B2P1B3P1B4P1B5MOSIP1B6MISOP1B7SCKRSTP3B0RXDP3B1TXDP3B2INT0P3B3INT1P3B4T0P3B5T1P3B6WRP3B7RDXTAL2XTAL1GNDVCCP0B0AD0P0B1AD1P0B2AD2P0B3AD3P0B4AD4P0B5AD5P0B6AD6P0B7AD7EAVPPALEPROGPSENP2B7A15P2B6A14P2B5A13P2B4A12P2B3A11P2B2A10P2B1A9P2B0A***33323***2524232221VDDVSS0V5VR120kΩ50%Key=AU2VCCCVGNDERSRWD7D6D5D4D3D2D1D08051U4BU3A7400N7400NVDD5VU5C7400N8051（4）进入code—properties菜单

（5）编辑程序

（6）调试，编译程序

2.ultiboard软件的基本使用方法（1）在ultiboard中新建工程文件

（2）在multisim中建立电路

R147.5Ω1C220nFR247.5ΩL110mH2C1620nF43C320nFR347.5ΩC4620nF

（3）transfer中将其转换为ultiboard文件

（4）在ultiboard中进行调整

（5）确保所有器件都封装的情况下，选择autoroute自动布线

（6）单击按钮，检查电气规则

（7）输出PCB文件（8）tools—view 3D

试验指导书1

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