Multisim元器件库及虚拟仪器ppt课件

第3章 元器件库及虚拟仪器,3.1 元器件库介绍 3.2 虚拟仪器的功能与使用,3.1 元器件库介绍,Multisim8为用户提供了如下元器件库：信号源（Sources）、基本元器件（Basic）、二极管（Diodes）、晶体管（Transistors）、模拟元器件（Analog）、TTL元器件(TTL)、CMOS元器件（CMOS）、其他数字元件（Miscellaneous Digital）、混合元件（Mixed）、指示元件（Indicators）、其他元件（Miscellaneous）、射频元件（RF）、机电类元件（Electro_Mechanical）。,3.1.1 信号源族,电源库,包含了各种交直流电源,注意：,Digital ground,VCC,只适用于数字电路，可不与任何器件相连接,电压信号源库,SIGNAL_Voltage Sources,注意：,Am_voltage：调幅电压信号源,Fm_voltage：调频电压信号源,测试电路,测试结果,调幅信号源(AM source)波形测试,测试电路,测试结果,调频信号源(FM source)波形测试,电流信号源库,SIGNAL_Current Sources,Control_Function Blocks,各种功能模块,除法器、乘法器、积分器等,乘法器测试,测试电路,测试结果,积分器测试,测试电路,测试结果,输入的三角波,输出信号波形,输入为矩形波,输出信号波形,Controlled_Voltage Sources,各种压控源,FSK_Voltage：频移键控信号源,测试电路,测试结果,频移键控信号源(FSK source)测试,测试电路,测试结果,电压控制正弦波振荡器(Voltage-controlled sine wave oscillator)测试,Controlled_Current Sources,各种受控电流源,3. 1.2 基本元件族,表3.2 基本元器件库,Relays,3. 1.3 二极管族,3.1.3 二极管库（Diodes）,表3.3 二极管库(Diodes),1.普通二极管（Diode）,稳压二极管的主要参数是： 稳定电压Uz、最小稳定电流Izmin、最大稳定电流Izmax、温度系数。 Uz7V为正温度系数，Uz5V为负温度系数。,2.稳压二极管（ZenerDiode）,4.肖特基二极管（ShockleyDiode） 该元件类似于标准二极管，具有单向导电性，但正向压降小，约0.10.3V，没有电容存储效应。,3. LED发光二极管（LightEmittingDiode） 注意：它的正向压降一般比普通二极管大，红色LED正向压降约1.11.2V，绿色LED的正向压降约1.41.5V。,5.全波桥式整流器 （FullWaveBridgeRectifier）,全波桥式整流电路,可控硅整流器简称SCR，又称固体闸流管。,晶闸管是具有三个 PN 结的四层结构。引出的三个电极分别为阳极 A，阴极 K 和控制极(或称门极)G。,晶闸管的基本结构,6.可控硅整流器 （Silicon Controlled Rectifier）,工作原理,可用下面的实验来说明晶闸管的工作原理。,(1)晶闸管导通(灯亮)必须同时具备两个条件：第一，在阳极与阴极之间加正向电压；第二，控制极和阴极之间也要加正向电压(实际上加正触发脉冲)。,(2)晶闸管导通后,断开控制极图(b)所示，晶闸管继续导通，即晶闸管一旦导通后，控制极就失去控制作用(这对普通晶闸管而言)。,(3)要使从导通转为阻断(截止)，必须切断阳极电源，或在阳极与阴极之间加反向电压，或将电流减小到某一数值(维持电流 IH)以下。,3. 伏安特性,从正向特性看，当 UA UBO时，晶闸管处于阻断状态，只有很小的漏电流通过。当 UA 增大到某一数值时，,该元件是双向开关，可使电流双向流过该元件，可把它看作两个单向可控硅背靠背并联。只有在阳极、阴极间的双向电压大于转折电压及正向脉冲电流流进门极（又称栅极或控制极）时，才允许电流流过元件。,8.三端双向可控硅开关元件（Triac）,该元件相当于两个背靠背的两个肖特基二极管并联，是依赖于双向电压的双向开关。当电压超过开关电压时，才有电流流过二极管。,7.双向开关二极管（Diac）,3. 1.4 晶体管族,表3.4 三极管库（Transistors）,3.1. 5 模拟元件族,三端运放仿真时比较快，但它的模型没有反映运放的全部特性；,五端运放增加了一对正负电压引脚，也增加了一些仿真特性参数；,比较器,表3.5 模拟元器件库（Analog）,3. 1.6 TTL元件族,3.1.7 CMOS元件族,3.1.7 CMOS元器件库,NC(Tiny Logic)系列的芯片与74HC、4XXX最大的区别是，该系列的芯片都是单一功能单一封装的门电路，如NC7S00，它里面只是封装了一个二输入的与非门。,包括了74HC、4XXX和NC(Tiny Logic)系列的各种型号的元器件。,4XXX系列的器件，其平均电压范围为315V；,74HC系列为26V；,3. 1.8 其他数字元器件 Misc Digital,3.1.8 其他数字元器件库,主要是Fairchild公司生产的27C系列的存储器，基本都是各种容量的DPROM，另外还有四个其他厂商生产的RAM芯片。,这是一个元器件安排比较复杂的元器件箱，包含有一个2K8位的RAM，还有解码器、编码器、多谐振荡器、运算器、移位寄存器等，更多的是一些TTL数字器件。,1.TIL 元器件箱。,2.Memory 元器件箱。,Line receiver(线路接收器)可放置在数字电路之间，作数字信号的中继传输。该元器件箱中大部分都是摩托罗拉公司生产的总线型线路收发器。,Line driver(行激励器)一般用来连接数字信号和模拟信号，作用类似于RE232。,3.Line driver 元器件箱。,4.Line receiver 元器件箱。,该元器件箱中绝大部分是德州仪器公司生产的各种型号的SN74系列总线缓冲器，只有两个行激励器。,3.1.9 混合元件族 Mixed,表3.6 混合集成电路库（MixedICs）,3.1.10 指示元件族,电压表,电流表,灯泡,数码管,3.1.11 其他元件族 Misc,3.1.11 其它器件库（Miscellaneous）,表3.12 其它器件库(Miscellaneouus),3.1.12射频元件族,3.1.12射频元器件库,射频电容器和低频下使用的一般电容是不同的，常被用作传输线、波导和不连续器件间的连接，实际电容值在几pF到nF之间。有一种典型的射频电容是交叉指型电容，其电容值在0.1到10pF之间。,在该元器件库中，系统提供了七种适合在高频情况下使用的器件。,1.RF capacitor(虚拟射频电容器)。,2.RF inductor(虚拟射频电感器)。,其等效电路是电阻与电感串联、与电容并联。射频电感与其他电感相比，具有更高的品质因数Q。,都是现实器件，其工作原理与一般双极型晶体管相同，但它有更高的工作频率，为此，其基极、发射极和集电极的面积要达到设计最小化。,它是现实器件，与双极型相比，有不同的载流子，因此具有更好的传输特性。对于RF MOS_3TDN来说，栅极的长度和宽度是非常重要的参数，因此栅极长度的减小，可以改善增益、噪音系数和工作频率，加大其宽度可以提高功率容量。,3.4. RF_BJT_NPN(射频NPN管)和RF_BJT_PNP(射频PNP管)。,5.RF MOS_3TDN(射频MOS型场效应管)。,其结构是地-导体-地。常被用在微波频段，作为传输线。,隧道二极管是现实器件，它与其他二极管不同的是存在一个负阻区，在该区正向电压与电流成反比；,6.Tunnel diode (隧道二极管)。,隧道二极管一般用在高频通信电路中，作为放大器、振荡器、调制器和解调器。,7.Strip line(传输线)。,3.1.13 机电类元件族,3.1.13 机电类元器件库,该库包含的八个元器件箱中，只有Line Transformer是现实元器件。,该开关可以使用键盘上的字母“a”到“z”或空格键、数字键中的任何一个，来控制其开或断，具体设定可通过其属性对话框完成。默认控制键是空格键。,1.Sensing switches(感测开关)。,键的定义与Sensing switches 相同，但使用时须注意，这种瞬时开关，单击控制按键，只能瞬时改变其开关状态，放开控制键后，会恢复到原来的开关状态。,2.Momentary switches(瞬时开关)。,3.Supplementary contacts(接触器)。,使用方法与Sensing switches 相同，只是有些接触是常闭到时打开。,共有六类，分别是：电机启动线圈、前向或快速启动器线圈、反向启动器线圈、慢启动器线圈、控制器线圈、时间延迟继电器。,该类计时接触器有两种，一种是常开到时闭合，一种是常闭到时打开。,4.Timed contacts(计时接触器)。,5.Coils,Relays(线圈与继电器)。,该元器件箱中，包含有三相电机、直流电机电枢、电机、加热器、螺线管、灯泡、发光指示器等。其中发光指示器有四个引脚，高电平有效，可以表示09、AF的十六进制数。,该元器件箱含有各类空心、铁心电感器和变压器。,在该元器件箱中有熔丝、过载保护器、热过载、磁过载、梯形逻辑过载等五类，都是虚拟元器件。,6.Liner Tranformer(线性变压器)（现实元器件）。,7.Protection devices(保护装置)。,8.Output devices(输出装置)。,3.2.1 新元器件库的建立,选择此项，新建元件族,先进入库的管理Tools DatabaseDatabase Manager,方法一：,先选择Master Database,选择User Database,然后选择增加新的元件族,输入新的元件族的名称,先选择新建库在什么位置,在UserDatabase元器件库列表中可看到新建元件族rr1,新库即建立完毕！,注意：此新库中是空的，还没有装入元器件！,这里可删除元件族,软件中的数据库有：,关于数据库,Master Database,User Database,Corporate Database,软件中的主元器件数据库， 里面的元器件是不能删除的；,用户层次的元器件数据库， 用户可以在里面建立自己的 元器件分类库；,（1）Tools DatabaseDatabase Manager 还是先进入元器件库的管理窗口,方法二：,先选择Master Database,在出现的元器件列表中，选择相近的元器件,然后用Copy,（2）然后在Master Database中选择与新建库中需要的相近的元器件,可用此按钮增加新的元件族,（3）复制到User Database中的新建库中,选择新增加的元件族所在位置,输入新的元件族的名称,新库即建立完毕！,在UserDatabase元器件库列表中选择新建库所在的位置,（4）最后可在User Database中看到新建的库,且新库中已经有复制过来的一个元器件了！,3.3 虚拟仪器的功能与使用,使用虚拟测试仪器时只需在仪器工具栏中单击选用仪器的图标，将其拖入电路窗口,连接该仪器的连接端与相应的电路连接点即可。,Multisim8提供了19种虚拟测试仪器!,双击该仪器，打开该仪器的控制面板，根据需要，使用鼠标操作仪器面板上相应的按钮及参数设置对话框窗口，如同使用真实的设备一样。,(a)图标,(b)面板,1）数字万用表(Multimeter),3.3.1通用虚拟仪器,单击Set按钮，弹出参数设置对话框，可以进行如： 电流表内阻、电压表内阻、欧姆表电流及测量范围等参数的设置。,支路电流测量电路,(a)图标,(b)面板,函数信号发生器是可提供正弦波、三角波、方波3种不同波形的电压信号源。,2）函数信号发生器 (Function Generator),如图所示，图表中端子“+”、“-”和Common分别表示函数信号发生器的正极、负极和公共输出级。,(a)图标,(b)面板,可显示功率和功率因数；,3）瓦特表(Wattmeter),测量电路交、直流 的有功功率；,电压输入端与电路并联，而电流输入端要串联入电路中!,注意功率表的连接：,瓦特表应用电路,(a)图标,(b)面板,4）双踪示波器(Oscilloscope),(a)图标,(b)面板,四通道示波器可同时测量4个通道的信号，图标如图所示。四通道示波器的连接、设置和双踪示波器几乎完全一样，这里就不再介绍了。,5）四通道示波器(4 Channel Oscilloscope),波特图仪是用来测量和显示电路幅频特性和相频特性的仪器, 能产生一个频率很宽的扫频信号。 波特图仪的图标和面板如图所示，其中IN端口的“+”和“-”分 别接被测电路输入的正端和负端；OUT端口的“+”和“-”分别接被 测电路输出的正端和负端。,(a)图标,(b)面板,6）波特图仪(Bode Plotter),幅频特性,相频特性,波特图仪应用电路,电路的幅频特性,电路的相频特性,(a)图标,(b)面板,字信号发生器是能产生32路同步逻辑信号的多路逻辑信号源，常用于数字电路的连接测试。图标中包括32路同步逻辑信号输出端(031)、信号准备好端(R)和外部触发信号端(T)。,7） 字信号发生器(Word Generator),设定字信号在初始位置和终止位置间循环输出。,设定字信号从初始位置开始，逐条输出到终止位置为止。,设定单击按钮一次，输出一条字信号,设置触发方式，包括内部触、外部触发、上升沿触发和下降沿触发,用来设置和保存字信号变化的规律或调用以前字信号变化规律的文件,设置字信号发生器的时钟频率,逻辑分析仪用于对数字逻辑信号的时序进行分析,可以同步记录和显示16路数字信号；,8） 逻辑分析仪(Logic Analyzer),常用于数字逻辑电路的时序分析。,(a)图标,(b)面板,波形显示区,显示控制区,游标控制区,设置每个水平刻度显示的时钟脉冲个数,设置触发方式,主要功能区：,外部时钟输入端 C时钟控制输入端 Q触发控制输入端 T,16路信号输入端(1F),要求电路用七段数码管显示09；,字信号发生器,逻辑分析仪,逻辑分析仪测试电路,数码管,字信号发生器设置,设置字信号,根据字信号设定信号位数,接受设置,编辑字信号内容,选择字信号发送方式，可进入仿真,选择字信号的频率,逻辑分析仪设置,只需要设置每个水平刻度显示的时钟脉冲个数,其他参数用默认值即可,逻辑分析仪测试仿真结果,四路数字信号的波形图,思考：要此电路显示0F应该怎样设置字信号发生器？,逻辑分析仪的波形又有何不同？,9） 逻辑转换仪(Logic Converter),逻辑转换仪能够完成真值表、逻辑表达式和逻辑电路三者之间的相互转换;,通常只有在将逻辑电路转化为真值表时，才将逻辑转换仪的图标与逻辑电路连接起来。,逻辑转换仪是Multisim特有的仪器,现实中不存在与其相对应的仪器,(a)图标,(b)面板,逻辑转换仪(Logic Converter),8个信号输入端,1个信号输出端,真值表区,信号输入端子,转换类型选择区,逻辑表达式显示区,转换类型选择区(Conversions)：包括6个按钮。 ： 单击该按钮，将逻辑电路转换为真值表。 ：单击该按钮，将真值表转化为逻辑表达式。 ：单击该按钮，将真值表转化为最简逻辑表达式。 ：单击该按钮，将逻辑表达式转化为真值表。 ：单击该按钮，将逻辑表达式转化为逻辑电路。 ：单击该按钮，将逻辑表达式转化为与非门逻辑 电路。,输入表达式时要注意，必须符合有关规定！,例题：求表达式：Y(ABC)D+(AB)CD+A(BC)D+A(CD) 的真值表和逻辑电路。,表示“非”,首先调入逻辑转换仪,然后双击逻辑转换仪,输入表达式,表达式转换为真值表,由真值表得最简表达式,得最简表达式,最后，表达式转换为逻辑电路,由逻辑转换仪转换得到的逻辑电路图,对电路图中的连线可做相应的修改,(a)图标,(b)面板,失真度分析仪是用来测量电路总谐波失真(THD)和信噪比(S/N)的仪器。,10） 失真度分析仪(Distortion Analyzer),显示测量结果,设置基频,设置求解精度 最小值为基频的1/10,(a)图标,(b)面板,11）频谱分析仪(Spectrum Analyzer),频谱分析仪主要用于测量信号所包含的频率和对应的幅度。,图标中输入端子IN与电路的输出信号相连，T端子与外触发信号相连。,测试射频放大电路的频谱,射频放大电路,频谱仪设置及测试结果,频率范围由Frequency区设定,设定好频率参数,选择纵轴表示形式,开始或停止分析,测试结果,