基于Multisim 14的电路仿真与创新

内容简介

NI Multisim 14 软件是美国 NI 公司推出的符合行业标准的 SPICE 仿真和电路设计软件，适用于模拟、数字和电力电子领域的教学和研究。 《基于 Multisim 14 的电路仿真与创新》分为 3 篇，共 16 章。上篇为软件基础篇，主要介绍 NI Multisim 14 电路仿真软件的基本知识和常用操作，侧重于软件自身携带的虚拟仪表和电路分析方法的介绍。中篇为课程应用篇，主要介绍 NI Multisim 14 在电类课程中的应用，如电路分析、模拟电子线路、数字电路、高频电子线路、单片机和电 力电子等课程。下篇为工程教育创新篇，主要介绍 NI Multisim 14 在其他技术中的开发应用，主要有 NI Multisim 14 与 NI LabVIEW 的联合开发应用、PLD 开发应用、FPGA（Basys 3 实验板）开发应用、工程实验室虚拟仪器套件（NI ELVIS）开发应用、基于 NI Multisim 14 的学生数据采集设备（NI myDAQ）开发应用以及口袋实验仪器（Analog Design 2）开发应用等。随书赠送有关仿真软件以及书中仿真实例，所有仿真实例皆有可重复。 《基于 Multisim 14 的电路仿真与创新》内容充实，案例丰富，适合作为高等院校电类专业的教材和工程教育创新活动的参考书，也可以作为相关工程技术人员进行电路设计的参考书。

目录

目 录 上篇 NI Multisim 14 软件基础 第 1 章 NI Multisim 14 概述 2 1.1 NI Multisim 14 的发展历程 2 1.2 NI Multisim 14 的安装 4 1.2.1 NI Multisim 14 软件的下载 4 1.2.2 NI Multisim 14.2 安装环境5 1.2.3 NI Multisim 14.2 软件安装5 1.3 NI Multisim 14 用户界面 6 1.4 NI Multisim 14 版本 10 习题15 第 2 章 NI Multisim 14 快速入门 .17 2.1 电路设计 17 2.1.1 第三级放大电路的设计 17 2.1.2 级放大电路的设计 20 2.1.3 级放大电路的设计 21 2.2 创建仿真电路 22 2.3 电路仿真分析 22 2.3.1 利用虚拟仪表观察波形 22 2.3.2 利用 NI Multisim 14 自带的仿真分能对电路进行指标分析 23 2.4 NI ELVIS 的应用 26 2.4.1 使用虚拟 NI ELVIS 进行仿真 26 2.4.2 使用 NI ELVISⅠ进行原型设计28 2.5 NI Multisim 14 元器件库 29 习题30 第 3 章 NI Multisim 14 分析方法 .33 3.1 NI Multisim 14 仿真分析简介 33 3.1.1 创建仿真电路 33 3.1.2 选择仿真分析方法 33 3.1.3 设置仿真参数 33 3.1.4 运行仿真观测结果 34 3.2 NI Multisim 14 基本分析 35 3.2.1 交互式仿真 35 3.2.2 直流工作点分析 38 3.2.3 交流分析 40 3.2.4 单频交流分析 41 3.2.5 瞬态分析 42 3.2.6 傅里叶分析 43 3.3 NI Multisim 14 分析 45 3.3.1 噪声分析 46 3.3.2 噪声系数分析 47 3.3.3 失真分析 49 3.3.4 直流扫描分析 50 3.3.5 灵敏度分析 51 3.3.6 参数扫描分析 53 3.3.7 温度扫描分析 55 3.3.8 零—极点分析 57 3.3.9 传递函数分析 59 3.3.10 蒙特卡罗分析 60 3.3.11 坏情况分析 64 3.4 NI Multisim 14 其他分析 66 3.4.1 布线宽度分析 66 3.4.2 批处理分析 68 3.4.3 用户自定义分析 69 习题71 第 4 章 NI Multisim 14 虚拟仪表 .74 4.1 模拟仪表 74 4.1.1 数字万用表 74 4.1.2 函数信号发生器 76 4.1.3 瓦特表 78 4.1.4 双踪示波器 79 4.1.5 四通道示波器 81 4.1.6 波特图仪 82 4.1.7 伏安特图示仪 84 4.1.8 失真分析仪 85 4.2 数字仪表 87 4.2.1 频率计 87 4.2.2 字信号发生器 89 4.2.3 逻辑分析仪 924.2.4 逻辑转换仪 94 4.3 射频仪表 97 4.3.1 频谱分析仪 97 4.3.2 网络分析仪 100 4.4 虚拟真实仪表 106 4.4.1 Agilent 34401A 型数字万用表107 4.4.2 Agilent 33120A 型函数发生器110 4.4.3 Agilent 54622D 型数字示波器113 4.5 探针 117 4.5.1 测量探针 117 4.5.2 电流探针 119 4.6 NI ELVISmx 仪表120 4.6.1 NI ELVISmx 模拟输入仪表 121 4.6.2 NI ELVISmx 模拟输出仪表 124 4.6.3 NI ELVISmx 数字仪表 129 习题130 中篇 NI Multisim 14 在电类课程中的应用 第 5 章 NI Multisim 14 在电路分析中的应用134 5.1 电路的基本规律 134 5.1.1 欧姆定律 134 5.1.2 基尔霍夫电流定律 135 5.1.3 基尔霍夫电压定律 135 5.2 电阻电路的分析 136 5.2.1 直流电路网孔电流分析 137 5.2.2 直流电路节点电压分析 137 5.2.3 齐次定理 138 5.2.4 叠加定理 139 5.2.5 替代定理 140 5.2.6 戴维南定理 140 5.2.7 诺顿定理 141 5.2.8根定理 142 5.3 动态电路 143 5.3.1 电容器充电和放电 144 5.3.2 零输入响应 144 5.3.3 零状态响应 145 5.3.4 全响应 145 5.3.5 二阶电路的响应 147 5.4 正弦稳态分析 149 5.4.1 电路定理的相量形式 150 5.4.2 谐振电路 153 5.4.3 三相交流电路 155 5.5 等效电路 157 5.5.1 电阻的串联和并联等效电路 157 5.5.2 电阻△形与 Y 形等效电路158 5.5.3 含受控源单口网络的等效 158 5.5.4 与理想电压源并联支路的等效 159 5.5.5 与理想电流源串联支路的等效 159 5.6 典型应用案例分析和仿真 160 5.6.1 频率响应与网络函数 160 5.6.2 非正弦稳态分析 161 习题163 第 6 章 NI Multisim 14 在模拟电子线路中的应用 167 6.1 晶体管放大电路 167 6.1.1 共发射极放大电路 167 6.1.2 常见基本放大电路 173 6.1.3 差分放大电路 176 6.1.4 场效应管及晶体管组合的放大电路 178 6.1.5 低率放大电路 180 6.1.6 共发射极三极管放大器设计向导 182 6.1.7 负反馈放大器电路 184 6.2 信号运算电路 189 6.2.1 理想运算放大器的基本特 189 6.2.2 比例求和运算电路 189 6.2.3 积分电路和微分电路 194 6.2.4 对数和指数运算电路 196 6.3 有源滤波电路 199 6.3.1 低通滤波器 200 6.3.2 高通滤波器 202 6.3.3 带通滤波器 204 6.3.4 带阻滤波器 205 6.3.5 滤波器设计向导 206 6.4 信号产生电路 209 6.4.1 正弦波信号产生电路 209 6.4.2 非正弦波发生电路 212 6.5 信号变换电路 215 6.5.1 半波精密整流电路 215 6.5.2 值电路 216 6.5.3 限幅电路 217 6.5.4 电压电流（V/I）变换电路219 6.5.5 电压比较器 220 6.5.6 可调有源分频器 222 6.5.7 同相峰值检出电路 224 6.5.8 检测报警电路 225 6.5.9 线稳压电源 226 6.6 可调串联稳压电源的设计 226 6.6.1 任务描述 226 6.6.2 构思（可调串联稳压电源的设计方案）226 6.6.3 设计（可调串联稳压电源的设计与仿真）227 6.6.4 实现和运行（可调串联稳压电源的组装调试与测试）229 习题229 第 7 章 NI Multisim 14 在数字电路中的应用236 7.1 数字逻辑器件的测试 236 7.1.1 TTL 门电路的测试 236 7.1.2 组合逻辑部件能测试 237 7.1.3 时序逻辑部件能测试 239 7.1.4 A/D 与 D/A能测试241 7.2 组合逻辑电路的仿真 242 7.2.1 用逻辑门实现 2ASK、2FSK 和 2PSK 电路的仿真 242 7.2.2 用四位全加器实现四位二进制数运算. 243 7.2.3 编码器的扩展 245 7.2.4 用译码器实现逻辑函数 245 7.2.5 用数据选择器实现逻辑函数 246 7.2.6 基于逻辑转换仪的组合逻辑电路设计. 247 7.2.7 静态冒险现象的分析 247 7.3 时序逻辑电路的仿真 248 7.3.1 序列检测电路 248 7.3.2 七位串行/并行转换器249 7.3.3 智力竞赛抢答器 250 7.3.4 数字钟晶振时基电路 250 7.3.5 程序计数分频器 251 7.3.6 序列信号产生电路 252 7.3.7 灯发生器 253 7.3.8 彩灯控制器 254 7.4 555 定时器的应用254 7.4.1 用 555 定时器构成施密特触发器 255 7.4.2 用 555 定时器构成单稳态触发器 255 7.4.3 用 555 定时器构成多谐振荡器 257 7.4.4 用 555 定时器组成波群发生器 258 7.5 数模和模数转换电路 259 7.5.1 数模转换电路（DAC） 259 7.5.2 模数转换电路（ADC） 262 7.5.3 波形发生器 262 7.6 数字逻辑电路项目设计 263 7.6.1 数字逻辑电路项目设计概述 263 7.6.2 抢答器设计 266 7.6.3 电子秒表设计 269 习题272 第 8 章 NI Multisim 14 在高频电子线路中的应用 275 8.1 高频小信号谐振放大电路 275 8.1.1 高频小信号谐振放大电路的组成 275 8.1.2 高频小信号谐振放大电路的选频作用. 276 8.1.3 高频小信号谐振放大电路的通频带和矩形系数276 8.1.4 双调谐回路高频小信号放大器 277 8.2 高频谐率放大电路 278 8.2.1 高频谐率放大电路原理仿真 278 8.2.2 高频谐率放大电路外部特 280 8.3 正弦波振荡器 286 8.3.1 电感三端式振荡器 286 8.3.2 电容三端式振荡器 288 8.3.3 电容三端式振荡器的改进型电路 289 8.3.4 石英晶体振荡器 290 8.4 振幅调制与解调电路 291 8.4.1 普通振幅调制（AM） 291 8.4.2 载波的双边带（DSB）信号294 8.4.3 单边带（SSB）信号的特点295 8.4.4 检波电路 296 8.5 混频器 301 8.5.1 三极管混频器电路 301 8.5.2 模拟乘法器混频电路 302 8.6 频率调制与解调电路 303 8.6.1 频率调制 303 8.6.2 调频解调 304 习题305 第 9 章 基于 NI Multisim 14 的单片机仿真 310 9.1 NI MultiMCU 仿真平台介绍 310 9.2 基于 8051 的开关量输入/输出设计310 9.2.1 创建仿真的 8051 单片机硬件电路 310 9.2.2 编写并编译 MCU 源程序313 9.2.3 开关量的输入/输出仿真电路313 9.3 基于 PIC 的彩灯闪亮电路设计 314 9.3.1 创建仿真的 PIC 单片机硬件电路 314 9.3.2 编写并编译 MCU 源程序316 9.3.3 彩灯闪亮的仿真电路 317 9.3.4 NI MultiMCU 在线调试 317 9.3.5 仿真及调试注意事项 319 9.4 单片机仿真设计实例 319 9.4.1 基于 8052 的流水灯控制器设计 319 9.4.2 基于 8052 的数制转换电路设计 321 9.4.3 基于 PIC16F84 实现 LCD 屏显示 322 9.4.4 基于 PIC16F84A 实现 EEPROM 读写325 习题329 第 10 章 NI Multisim 14 在电力电子技术中的应用 331 10.1 交流-直流变换 331 10.1.1 单相可控整流电路 331 10.1.2 三相可控整流电路 335 10.2 直流-直流变换 336 10.2.1 直流降压斩波电路 336 10.2.2 直流升压斩波电路 338 10.2.3 反激式 DC/DC 转换器 339 10.2.4 正激式 DC/DC 转换器 340 10.2.5 推挽式 DC/DC 转换器 341 10.3 直流-交流变换 342 10.3.1 单相桥式逆变器 342 10.3.2 三相桥式逆变器 343 10.3.3 单相桥式全控整流及有源逆变器 344 10.4 交流-交流变换 345 10.4.1 单相交流调压电路 345 10.4.2 三相交流调压电路 345 10.4.3 单相交-交变频电路 347 10.4.4 单相交-直-交变频电路348 10.5 电机驱动控制 349 10.5.1 开环鼠笼式感应电机启动电路 349 10.5.2 六阶无刷直流电机驱动的电路 350 10.5.3 永磁直流电机驱动电路 351 10.5.4 步进电机驱动电路 352 10.6 移相式微电机三相梯形波变流电源的仿真设计 353 10.6.1 任务描述 353 10.6.2 构思（移相式微电机三相梯形波变流电源的设计方案）353 10.6.3 设计（移相式微电机三相梯形波变流电源的设计与仿真）353 10.6.4 实现和运行（移相式微电机三相梯形波变流电源的组装调试与测试）356 习题356 下篇 NI Multisim 14 在新工科创新活动中的应用 第 11 章 NI Multisim 14 中 LabVIEW 仪表开发应用360 11.1 概述 360 11.2 NI Multisim 14 中 LabVIEW 仪表360 11.2.1 BJT 分析仪（BJT Analyzer） 360 11.2.2 阻抗表（Impedance Meter） 361 11.2.3 麦克风（Microphone） 361 11.2.4 话筒（Speaker）362 11.2.5 信号分析仪（Signal Analyzer） 363 11.2.6 信号产生器（Signal Generator）364 11.2.7 流信号产生器（Streaming Signal Generator） 364 11.3 修改 NI Multisim 14 中的 LabVIEW 仪表364 11.4 LabVIEW 仪表导入 NI Multisim 14 365 11.4.1 重命名模板项目 366 11.4.2 标明界面信息 367 11.4.3 生成用户仪表 369 习题370 第 12 章 基于 NI Multisim 14 的 PLD 开发应用. 371 12.1 新建 PLD 模块 371 12.2 NI Multisim 14 中的 PLD 用户界面372 12.3 创建 PLD 电路 373 12.4 基于 PLD 器件实现计数器 374 12.5 基于 PLD 器件实现计数器的 VHDL 语言375 习题377 第 13 章 基于 NI Multisim 14 的 Basys 3 的开发应用379 13.1 Basys 3 开发板概述 379 13.2 Basys 3 开发板的硬件结构 380 13.3 Basys 3 开发板的软件安装 381 13.4 基于 NI Multisim 14 的 Basys 3 开发板的编程385 13.5 基于 Basys 3 开发板的十字路通灯控制器的设计 388 习题393 第 14 章 基于 NI Multisim 14 的 NI ELVIS 的开发应用395 14.1 NI ELVIS 概述 395 14.2 虚拟 NI ELVIS Ⅰ 396 14.2.1 虚拟 NI ELVIS Ⅰ操作界面 396 14.2.2 虚拟 NI ELVIS Ⅰ的仪表 398 14.2.3 虚拟 NI ELVIS Ⅰ应用举例 401 14.3 虚拟 NI ELVIS Ⅱ403 14.3.1 虚拟 NI ELVIS Ⅱ操作界面403 14.3.2 虚拟 NI ELVISmx 仪表的启动 404 14.3.3 虚拟 NI ELVISmx 仪表的使用 405 14.4 原型 NI ELVIS Ⅱ+硬件406 14.4.1 原型 NI ELVIS Ⅱ+概述. 406 14.4.2 原型 NI ELVIS Ⅱ+硬件平台407 14.4.3 NI ELVIS Ⅱ+原型板信号 409 14.4.4 原型 NI ELVIS Ⅱ+主要能指标411 14.5 NI ELVISmx 软件411 14.5.1 NI ELVISmx 软件的安装411 14.5.2 使用 NI ELVISmx 软面板仪表 412 14.5.3 使用 NI ELVISmx 快捷虚拟仪表 414 14.5.4 在 Signal Express 中使用 NI ELVISmx 仪表415 14.6 应用举例 417 14.6.1 创建仿真电路 417 14.6.2 搭建实际电路 419 14.6.3 构建测试环境 419 14.6.4 实际电路测试 419 习题420 第 15 章 基于 NI Multisim 14 的 NI myDAQ 开发应用 423 15.1 虚拟 NI myDAQ 423 15.1.1 NI myDAQ 套件的安装 423 15.1.2 NI ELVISmx 虚拟仪表的启动424 15.1.3 虚拟 NI myDAQ 425 15.2 原型 NI myDAQ 的硬件427 15.2.1 原型 NI myDAQ 的开发环境427 15.2.2 原型 NI myDAQ 信号接口428 15.2.3 原型 NI myDAQ 虚拟仪表的能指标428 15.3 原型 NI myDAQ 的软件430 15.3.1 使用 NI ELVISmx 软面板仪表 430 15.3.2 使用 NI ELVISmx 快捷虚拟仪表 431 15.3.3 NI myDAQ 与 NI Multisim 14 434 习题436 第 16 章 基于 NI Multisim 14 的 Analog Design 2 开发应用 437 16.1 Analog Design 2 概述 437 16.2 Analog Design 2 软件 439 16.2.1 WaveForms 2015 软件的安装 439 16.2.2 WaveForms 2015 软件界面 440 16.2.3 硬件驱动 441 16.3 Analog Design 2 仪表 442 16.4 基于 Analog Discovery 2 的智能仪器开发 444 16.4.1 智能仪器开发环境的建立 444 16.4.2 Analog Discovery 2 应用案例446 习题449 参考文献451