![电子技术实验与Multisim14仿真](https://wfqqreader-1252317822.image.myqcloud.com/cover/260/47684260/b_47684260.jpg)
1.4 Multisim 14的仿真分析
虚拟仪器只能完成电压、电流、波形和频率等参数的测量,反映电路的全面特性方面存在一定的局限性,为此,Multisim 14提供了19种仿真分析方法。用户在对电路仿真分析时,可选用合适的仿真分析方法分析电路。
执行菜单命令“Simulate”→“Analyses and simulation”即可打开仿真分析界面。
仿真分析之前,可用“Interactive Simulation”页面对仿真条件进行设置。如设置仿真的初始条件、结束时间和时间步长以及元器件模型和分析参数等,通常采用默认设置,特殊需要时用户可自行设置。
下面简要介绍仿真分析方法的特点和应用场合。
(1)直流工作点分析(DC Operating Point)
直流工作点分析是在电路电感短路、电容开路的情况下,计算电路的静态工作点。直流分析的结果通常可用于电路的进一步分析,如在进行暂态分析和交流小信号分析之前,程序会自动先进行直流工作点分析,以确定暂态的初始条件和交流小信号情况下非线性元件的线性化模型参数。
(2)交流分析(AC Sweep)
交流分析是分析电路的小信号频率响应。分析时程序先对电路进行直流工作点分析,以便建立电路中非线性元件的交流小信号模型,并把直流电源置0,交流信号源、电容及电感等用其交流模型,如果电路中含有数字元件,将认为是一个接地的大电阻。交流分析是以正弦波为输入信号,不管电路的输入端接何种输入信号,进行分析时都将自动以正弦波替换,而其信号频率也将在设定的范围内被替换。交流分析的结果,以幅频特性和相频特性两个图形显示。如果将波特图仪连至电路的输入端和输出端,也可获得同样的交流频率特性。
(3)瞬态分析(Transient)
瞬态分析是一种时域(Time Domain)分析,可以在激励信号(或没有任何激励信号)的情况下计算电路的时域响应。分析时,电路的初始状态可由用户自行制定,也可由程序自动进行直流分析,用直流解作为电路初始状态。瞬态分析的结果通常是分析节点的电压波形,故可用示波器观测到相同的结果。
(4)直流扫描分析(DC Sweep)
直流扫描分析用来分析电路中某一节点的直流工作点随电路中一个或两个直流电源变化的情况。利用直流扫描分析的直流电源的变化范围可以快速确定电路的可用直流工作点。
(5)单一频率交流分析(Single Frequency AC)
单一频率交流分析用来测试电路对某个特定频率的交流频率响应分析结果,以输出信号的实部/虚部或幅度/相位的形式给出。
(6)参数扫描分析(Parameter Sweep)
对给定的元件及其要变化的参数和扫描范围、类型(线性或对数)与分辨率,计算电路的DC、AC或瞬态响应,从而可以看出各个参数对某些性能的影响程度。
(7)噪声分析(Noise)
噪声分析对指定的电路分析节点,输入噪声源以及扫描频率范围,计算所有电阻与半导体器件所贡献的噪声的均方根值。
(8)蒙特卡罗分析(Monte Carlo)
在给定的容差范围内,计算当元件参数随机地变化时,对电路的DC、AC或瞬态响应的影响。可以对元件参数容差的随机分布函数进行选择,使分析结果更符合实际情况。通过该分析可以预计由于制造过程中元件的误差,而导致所设计的电路不合格的概率。
(9)傅里叶分析(Fourier)
在给定的频率范围内,对电路的瞬态进行傅里叶分析,计算出该瞬态响应的DC分量、基波分量以及各次谐波分量的幅值及相位。
(10)温度扫描分析(Temperature Sweep)
对给定的温度变化范围、扫描类型(线性或对数)与分辨率,计算电路的DC、AC或瞬态响应,从而可以看出温度对某些性能的影响程度。
(11)失真分析(Distortion)
对给定的任意节点以及扫频范围、扫频类型(线性或对数)与分辨率,计算总的小信号稳态谐波失真与互调失真。
(12)灵敏度分析(Sensitivity)
灵敏度分析包括DC(直流)分析和AC(交流)两种灵敏度分析。用于对元件的某个感兴趣的参数,计算由该参数的变化而引起的DC或AC电压与电流的变化灵敏度。
(13)最坏情况分析(Worst Case)
当电路中所有元件的参数在其容差范围内改变时,计算由此引起的DC、AC或瞬态响应变化的最大方差。所谓“坏情况”是指元件参数的容差设置为最大值、最小值或最大上升或下降值。
(14)噪声系数分析(Noise Figure)
噪声系数分析主要研究元器件模型中的噪声参数对电路的影响。在二端口网络(如放大器和衰减器)的输入端不仅有信号,还会伴随噪声,同时电路中的无源器件(如电阻)会增加热噪声,有源器件则增加散粒噪声和闪烁噪声。无论何种噪声,经过电路放大后,将全部汇总到输出端,对输出信号产生影响。信噪比是衡量一个信号质量好坏的重要参数,而噪声系数(F)则是衡量二端口网络性能的重要参数,其定义为网络的输入信噪比/输出信噪比,即
F=输入信噪比/输出信噪比
若用分贝表示,则噪声系数(NF)为
NF=10lgF(dB)
(15)零极点分析(Pole Zero)
对给定的输入与输出极点,以及分析类型(增益或阻抗的传递函数,输入或输出阻抗),计算交流小信号传递函数的零、极点,从而可以获得有关电路稳定性的信息。
(16)传递函数分析(Transfer Function)
对给定的输入源与输入节点,计算电路的DC小信号传递函数以及输入、输出阻抗和DC增益。
(17)线宽分析(Trace Width)
线宽分析是用来确定在设计PCB时为使导线有效地传输电流所允许的最小导线宽度。导线所散发的功率不仅与电流有关,还与导线的电阻有关,而导线的电阻又与导线的横截面积有关。在制作PCB时,导线的厚度受板材的限制,那么,导线的电阻主要取决于PCB设计者对导线宽度的设置。
(18)批处理分析(Batched)
批处理分析是将同一电路的不同分析或不同电路的同一分析放在一起依次执行,这样可以更加全面地观察电路的静态工作点、频率特性等。
(19)用户自定义分析(Use-Defined)
用户自定义分析就是由用户通过SPICE命令来定义某些仿真分析功能,以达到扩充仿真分析的目的。SPICE是Multisim的仿真核心,SPICE以命令行的方式与用户交互,而Multisim以图形界面方式与用户交互。