虚拟仿真仪器

第4章虚拟仿真仪器第4章虚拟仿真仪器4.1虚拟仿真仪器简介4.2电路分析中常用的虚拟仿真仪器4.3模拟电路中常用的虚拟仿真仪器4.4数字电路中常用的虚拟仿真仪器4.5高频电路中常用的虚拟仿真仪器习题第4章虚拟仿真仪器4.1虚拟仿真仪器简介Multisim2001的Instruments(仪器库)中共有11种虚拟仪器：Multimeter(数字万用表)、FunctionGenerator(函数信号发生器)、Wattmeter(瓦特表)、Oscilloscope(示波器)、BodePlotter(波特图仪)、WordGenerator(字信号发生器)、LogicAnalyzer(逻辑分析仪)、LogicConverter(逻辑转换仪)、DistortionAnalyzer(失真分析仪)、SpectrumAnalyzer(频谱分析仪)和NetworkAnalyzer(网络分析仪)。这些仪器可用于电路基础、模拟电路、数字电路和高频电路的测试。使用时只需拖动仪器库中所需仪器的图标，再双击该图标就可以得到该仪器的控制面板。第4章虚拟仿真仪器早期的EWB4.x、5.x版本中仅包含数字万用表、函数信号发生器、示波器、波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪7种虚拟仪器，前4种为模拟仪器，后3种为数字仪器，它们均只有一台。Multisim又增加了4种仪器。这么多的虚拟仪器，加上可供选用的各种仿真元件以及电源信号，使得该仿真软件的仿真实验规模完全与一般电子实验室相似。这些虚拟仪器的面板不仅与现实仪器很相像，而且其基本操作也与现实仪器非常相似。在Multisim2001的仪器库中同一种虚拟仪器不止一台，所以在同一个仿真电路中允许调用多台相同的仪器，这一点与EWB4.x、5.x版本完全不同。当然应该注意与电路原理图连接时仅允许图标中的端子与电路连接。尽管虚拟仿真仪器的基本操作与现实仪器非常相似，但毕竟存在着一些区别。为了更好地使用这些虚拟仪器，本章将按照虚拟仪器的应用情况分四部分详细介绍各种虚拟仪器的使用方法。第4章虚拟仿真仪器4.2电路分析中常用的虚拟仿真仪器4.2.1数字万用表Multimeter(数字万用表)和实验室里的数字万用表一样，是一种多用途的常用仪器，它能完成交直流电压、电流和电阻的测量及显示，也可以用分贝(dB)形式显示电压和电流。其图标如图4-1(a)所示，面板如图4-1(b)所示。第4章虚拟仿真仪器图4-1数字万用表的图标和面板第4章虚拟仿真仪器1.连接图标上的正(+)、负(-)两个端子用于连接所要测试的端点，与现实万用表一样，使用时必须遵循如下原则：(1)测量电压时，数字万用表图标的正、负端子应并接在被测元件两端；(2)测量电流时，数字万用表图标的正、负端子应串联于被测支路中；(3)测量电阻时，数字万用表图标的正、负端子应与所要测试的端点并联，并且必须使电子工作台“启动/停止开关”处于“启动”状态。第4章虚拟仿真仪器2.面板操作数字万用表面板共分四个区，从上到下、从左至右各区的功能如下：(1)显示区：显示万用表测量结果，测量单位由万用表自动产生。(2)功能设置区：点击面板上的各按钮可进行相应的测量与设置。点击A按钮，可以测量电流；点击V按钮，可以测量电压；点击Ω按钮，可以测量电阻；点击dB按钮，测量结果以分贝(dB)值表示。第4章虚拟仿真仪器(3)选择区：点击～按钮，表示测量各交流参数，测量值是其有效值。点击—按钮，测量各直流参数，如果在直流状态下用以测量交流信号，则其测量所得的值是其交流信号的平均值。(4)参数设置区：Set(参数设置)按钮用于对数字万用表内部的参数进行设置。点击数字万用表面板中的Set按钮，就会弹出图4-2所示的对话框，该对话框中包括两栏：电子设置栏和显示设置栏，其参数设置如下：第4章虚拟仿真仪器图4-2数字万用表内部的参数设置第4章虚拟仿真仪器●ElectronicSetting(电子设置)栏AmmeterResistance(R)：用于设置与电流表并联的内阻，其大小会影响电流的测量精度；VoltmeterResistance(R)：用于设置与电压表串联的内阻，其大小会影响电压的测量精度；OhmmeterCurrent(I)：用于设置用欧姆表测量时，流过欧姆表的电流。第4章虚拟仿真仪器●DisplaySetting(显示设置)栏AmmeterOverrange(I)：用于设置电流表范围；VoltmeterOverrange(V)：用于设置电压表范围；OhmmeterOverrange(R)：用于设置欧姆表范围。例4.1用万用表电压挡测量图4-3所示电路的电压值。第4章虚拟仿真仪器图4-3用万用表电压挡测量电压电路＋－XMM1R225ohmR13ohmV112V－＋V3R330ohm＋－V216VR680ohmR4132ohmR532ohmR715ohm－＋32V第4章虚拟仿真仪器连接好电路，双击万用表图标，点击V按钮，再点击—按钮。运行仿真开关，当电压挡的内阻用其默认值1Gohm时，测得电压为14.307V；若再点击数字万用表面板中的Set按钮，在弹出的对话框中的ElectronicSetting(电子设置)栏里，将电压表内阻设置为1kohm时，则测得电压为14.120V。可见电压表串联的内阻的大小影响电压的测量精度。电压表内阻越大越好。第4章虚拟仿真仪器4.2.2示波器Oscilloscope(示波器)是用来观察信号波形并测量信号幅度、频率及周期等参数的仪器，是电子实验中使用最为频繁的仪器之一。其图标如图4-4(a)所示，面板如图4-4(b)所示。第4章虚拟仿真仪器图4-4示波器的图标和面板第4章虚拟仿真仪器1.连接图4-4所示示波器为一个双踪示波器，有A、B两个通道，G是接地端，T是外触发端。用示波器进行测量时，可以连接电路。示波器与电路的连接如图4-5所示。图中A、B两个通道分别用一根线与被测点相连，示波器上A、B两通道显示的波形即为被测点与“地”之间的波形。测量时接地端G一般要接地(当电路中已有接地符号时，也可不接地)。第4章虚拟仿真仪器图4-5示波器与方波发生器的连接＋－R420kohmC10.1uFR31kohmR21kohmR11kohm3D15.3VD25.3VABTGXSC112U1第4章虚拟仿真仪器2.面板操作1)示波器面板上各参数的设置和按钮的功能下面从上到下、从左至右依次对示波器面板上的5个区加以介绍。(1)显示区：显示A、B两个通道的波形。(2)Timebase区：设置X轴方向时间基线扫描时间。第4章虚拟仿真仪器Timebase区共有两栏，其作用如下：●Scale栏：选择X轴方向每一个刻度代表的时间。点击该栏后将自动出现刻度翻转列表，上下翻转可选择适当的数值。修改其设置可使示波器上显示的波形的宽窄发生变化。低频信号周期较大，当测量低频信号时，设置时间要大一些；高频信号周期较小，当测量高频信号时，设置时间要小一些，这样测量观察比较方便。●Xposition栏：表示X轴方向时间基线的起始位置。修改其设置可使时间基线左右移动，即波形左右移动。第4章虚拟仿真仪器Timebase区设有4个按钮，其作用如下：●Y/T：表示Y轴方向显示A、B通道的输入信号波形，X轴方向显示时间基线，并按设置时间进行扫描。当显示随时间变化的信号波形时，常采用此种方式。●Add：表示X轴按设置时间进行扫描，而Y轴方向显示A、B通道的输入信号之和。●B/A：表示将B通道信号施加在Y轴上，将A通道信号作为X轴(时间)扫描信号。●A/B：与B/A相反。第4章虚拟仿真仪器(3)ChannelA区：设置Y轴方向A通道输入信号的标度。ChannelA区共有两栏，其作用如下：●Scale栏：表示Y轴方向对A通道输入信号每格所表示的电压数值。点击该栏后将出现刻度翻转列表，根据所测信号电压的大小，上下翻转该列表选择一适当的值。●Yposition栏：表示时间基线在显示屏幕中的上下位置。当其值大于零时，时间基线在屏幕中线上侧，反之在下侧。修改其设置可使时间基线上下移动，即波形上下移动。第4章虚拟仿真仪器ChannelA区设有3个按钮，其作用如下：●AC：表示屏幕仅显示输入信号中的交流分量(相当于实际电路中加入了隔直流通交流的电容)。●DC：表示屏幕将信号的交直流分量全部显示。●0：表示将输入信号对地短路。(4)ChannelB区：用来设置Y轴方向B通道输入信号的标度。该区设置与ChannelA区相同。(5)Trigger区：用来设置示波器触发方式。第4章虚拟仿真仪器Trigger区共有两栏，其作用如下：●Edge栏：有两个按钮，表示将输入信号的上升沿或下降沿作为触发信号。●Level栏：用于选择触发电平的大小。Trigger区设有5个按钮，其作用如下：●Sing：选择单脉冲触发。●Nor：选择一般脉冲触发。第4章虚拟仿真仪器●Auto：表示触发信号不依赖外部信号。一般情况下使用Auto方式。●A或B：表示用A通道或B通道的输入信号作为同步X轴时间基线扫描的触发信号。●Ext：用示波器图标上触发端子T连接的信号作为触发信号来同步X轴时间基线扫描。第4章虚拟仿真仪器2)示波器的使用(1)波形参数测量：在屏幕上有两条左右可以移动的读数指针，指针上方有三角形标志。通过鼠标左键可拖动读数指针左右移动。在显示屏幕下方有3个测量数据的显示区：左侧数据显示区显示1号读数指针所处的位置和所指信号波形的数据。T1表示1号读数指针离开屏幕左端(时间基线零点)所对应的时间，时间单位取决于Timebase所设置的时间单位；VA1和VB1分别表示所测位置通道A和通道B的信号幅度值，其值为电路中测量点的实际值，与X、Y轴的Scale设置值无关。第4章虚拟仿真仪器中间数据显示区显示2号读数指针所处的位置和所指信号波形的数据。T2表示2号读数指针离开时间基线零点的时间值。VA2和VB2分别表示所测位置通道A和通道B信号的实际幅度值。右侧数据显示区中，T2-T1显示2号读数指针所处位置与1号读数指针所处位置的时间差值，常用来测量信号的周期、脉冲信号的宽度、上升时间及下降时间等参数。VA2-VA1表示A通道信号两点测量值之差，VB2-VB1表示B通道信号两点测量值之差。为使测量方便准确，可点击PAUSE(暂停)按钮或按F6键使波形“暂停”，然后再测量。第4章虚拟仿真仪器(2)设置信号波形显示颜色：为了便于观察和区分同时显示在示波器上的A、B两通道的波形，可以将两路波形以不同的颜色来显示。方法是：快速双击连接A、B两通道的导线，在弹出的对话框中设置导线的颜色，此时波形的显示颜色便与导线的颜色相同，这样观察和测量非常方便。(3)改变屏幕背景颜色：点击面板右下方的Reverse按钮，即可改变屏幕背景的颜色。如要将屏幕背景恢复为原色，再次点击Reverse按钮即可。第4章虚拟仿真仪器(4)存储读数：对于读数指针测量的数据，点击面板右下方Save按钮即可将其存储。数据存储格式为ASCII码。(5)移动波形：在动态显示时，点击按钮或按F6键，使波形“暂停”，通过改变Xposition设置便可左右移动A、B通道的波形；利用指针拖动显示屏下沿的滚动条也可以左右移动波形。改变Yposition设置，可以上下移动A、B通道的波形。第4章虚拟仿真仪器例4.2用示波器观察图4-5所示电路的输出波形。双击示波器图标，参数设置如图4-6所示。运行仿真开关，即可得到仿真输出，波形如图4-6所示。其中，锯齿波形为电容器C1上的变化波形，方波为方波发生器的输出波形。第4章虚拟仿真仪器图4-6方波发生器的仿真波形第4章虚拟仿真仪器4.2.3函数信号发生器FunctionGenerator(函数信号发生器)是用来产生正弦波、方波和三角波信号的仪器。其图标如图4-7(a)所示，面板如图4-7(b)所示。第4章虚拟仿真仪器图4-7函数信号发生器的图标和面板第4章虚拟仿真仪器1.连接函数信号发生器的图标有+、Common和-3个输出端子，与外电路相连输出电压信号。连接+和Common端子，输