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第3章 元器件庫及虛擬儀器,3.1 元器件庫介紹 3.2 虛擬儀器的功能與使用,3.1 元器件庫介紹,Multisim8為用戶提供了如下元器件庫：信號源（Sources）、基本元器件（Basic）、二極管（Diodes）、晶體管（Transistors）、模擬元器件（Analog）、TTL元器件(TTL)、CMOS元器件（CMOS）、其他數(shù)字元件（Miscellaneous Digital）、混合元件（Mixed）、指示元件（Indicators）、其他元件（Miscellaneous）、射頻元件（RF）、機電類元件（Electro_Mechanical）。,3.1.1 信號源族,,電源庫,包含了各種交直流電源,注意：,Digital ground,VCC,只適用于數(shù)字電路，可不與任何器件相連接,,電壓信號源庫,SIGNAL_Voltage Sources,注意：,Am_voltage：調(diào)幅電壓信號源,Fm_voltage：調(diào)頻電壓信號源,測試電路,測試結(jié)果,調(diào)幅信號源(AM source)波形測試,測試電路,測試結(jié)果,調(diào)頻信號源(FM source)波形測試,,電流信號源庫,SIGNAL_Current Sources,Control_Function Blocks,,各種功能模塊,除法器、乘法器、積分器等,乘法器測試,測試電路,測試結(jié)果,積分器測試,測試電路,測試結(jié)果,輸入的三角波,輸出信號波形,輸入為矩形波,輸出信號波形,Controlled_Voltage Sources,,各種壓控源,FSK_Voltage：頻移鍵控信號源,測試電路,測試結(jié)果,頻移鍵控信號源(FSK source)測試,測試電路,測試結(jié)果,電壓控制正弦波振蕩器(Voltage-controlled sine wave oscillator)測試,Controlled_Current Sources,,各種受控電流源,3. 1.2 基本元件族,表3.2 基本元器件庫,Relays,,3. 1.3 二極管族,3.1.3 二極管庫（Diodes）,表3.3 二極管庫(Diodes),1.普通二極管（Diode）,穩(wěn)壓二極管的主要參數(shù)是： 穩(wěn)定電壓Uz、最小穩(wěn)定電流Izmin、最大穩(wěn)定電流Izmax、溫度系數(shù)α。 Uz7V為正溫度系數(shù)，Uz5V為負溫度系數(shù)。,2.穩(wěn)壓二極管（ZenerDiode）,4.肖特基二極管（ShockleyDiode） 該元件類似于標(biāo)準(zhǔn)二極管，具有單向?qū)щ娦?，但正向壓降小，約0.1～0.3V，沒有電容存儲效應(yīng)。,3. LED發(fā)光二極管（LightEmittingDiode） 注意：它的正向壓降一般比普通二極管大，紅色LED正向壓降約1.1～1.2V，綠色LED的正向壓降約1.4～1.5V。,5.全波橋式整流器 （FullWaveBridgeRectifier）,全波橋式整流電路,可控硅整流器簡稱SCR，又稱固體閘流管。,晶閘管是具有三個 PN 結(jié)的四層結(jié)構(gòu)。引出的三個電極分別為陽極 A，陰極 K 和控制極(或稱門極)G。,晶閘管的基本結(jié)構(gòu),6.可控硅整流器 （Silicon Controlled Rectifier）,工作原理,可用下面的實驗來說明晶閘管的工作原理。,(1)晶閘管導(dǎo)通(燈亮)必須同時具備兩個條件：第一，在陽極與陰極之間加正向電壓；第二，控制極和陰極之間也要加正向電壓(實際上加正觸發(fā)脈沖)。,(2)晶閘管導(dǎo)通后,斷開控制極[圖(b)所示]，晶閘管繼續(xù)導(dǎo)通，即晶閘管一旦導(dǎo)通后，控制極就失去控制作用(這對普通晶閘管而言)。,(3)要使從導(dǎo)通轉(zhuǎn)為阻斷(截止)，必須切斷陽極電源，或在陽極與陰極之間加反向電壓，或?qū)㈦娏鳒p小到某一數(shù)值(維持電流 IH)以下。,3. 伏安特性,從正向特性看，當(dāng) UA UBO時，晶閘管處于阻斷狀態(tài)，只有很小的漏電流通過。當(dāng) UA 增大到某一數(shù)值時，,該元件是雙向開關(guān)，可使電流雙向流過該元件，可把它看作兩個單向可控硅背靠背并聯(lián)。只有在陽極、陰極間的雙向電壓大于轉(zhuǎn)折電壓及正向脈沖電流流進門極（又稱柵極或控制極）時，才允許電流流過元件。,8.三端雙向可控硅開關(guān)元件（Triac）,該元件相當(dāng)于兩個背靠背的兩個肖特基二極管并聯(lián)，是依賴于雙向電壓的雙向開關(guān)。當(dāng)電壓超過開關(guān)電壓時，才有電流流過二極管。,7.雙向開關(guān)二極管（Diac）,3. 1.4 晶體管族,表3.4 三極管庫（Transistors）,3.1. 5 模擬元件族,,三端運放仿真時比較快，但它的模型沒有反映運放的全部特性；,五端運放增加了一對正負電壓引腳，也增加了一些仿真特性參數(shù)；,比較器,表3.5 模擬元器件庫（Analog）,3. 1.6 TTL元件族,3.1.7 CMOS元件族,3.1.7 CMOS元器件庫,NC(Tiny Logic)系列的芯片與74HC、4XXX最大的區(qū)別是，該系列的芯片都是單一功能單一封裝的門電路，如NC7S00，它里面只是封裝了一個二輸入的與非門。,包括了74HC、4XXX和NC(Tiny Logic)系列的各種型號的元器件。,4XXX系列的器件，其平均電壓范圍為3~15V；,74HC系列為2~6V；,3. 1.8 其他數(shù)字元器件 Misc Digital,3.1.8 其他數(shù)字元器件庫,主要是Fairchild公司生產(chǎn)的27C系列的存儲器，基本都是各種容量的DPROM，另外還有四個其他廠商生產(chǎn)的RAM芯片。,這是一個元器件安排比較復(fù)雜的元器件箱，包含有一個2K8位的RAM，還有解碼器、編碼器、多諧振蕩器、運算器、移位寄存器等，更多的是一些TTL數(shù)字器件。,1.TIL 元器件箱。,2.Memory 元器件箱。,Line receiver(線路接收器)可放置在數(shù)字電路之間，作數(shù)字信號的中繼傳輸。該元器件箱中大部分都是摩托羅拉公司生產(chǎn)的總線型線路收發(fā)器。,Line driver(行激勵器)一般用來連接數(shù)字信號和模擬信號，作用類似于RE232。,3.Line driver 元器件箱。,4.Line receiver 元器件箱。,該元器件箱中絕大部分是德州儀器公司生產(chǎn)的各種型號的SN74系列總線緩沖器，只有兩個行激勵器。,3.1.9 混合元件族 Mixed,表3.6 混合集成電路庫（MixedICs）,3.1.10 指示元件族,電壓表,電流表,燈泡,數(shù)碼管,3.1.11 其他元件族 Misc,3.1.11 其它器件庫（Miscellaneous）,表3.12 其它器件庫(Miscellaneouus),3.1.12射頻元件族,3.1.12射頻元器件庫,射頻電容器和低頻下使用的一般電容是不同的，常被用作傳輸線、波導(dǎo)和不連續(xù)器件間的連接，實際電容值在幾pF到nF之間。有一種典型的射頻電容是交叉指型電容，其電容值在0.1到10pF之間。,在該元器件庫中，系統(tǒng)提供了七種適合在高頻情況下使用的器件。,1.RF capacitor(虛擬射頻電容器)。,2.RF inductor(虛擬射頻電感器)。,其等效電路是電阻與電感串聯(lián)、與電容并聯(lián)。射頻電感與其他電感相比，具有更高的品質(zhì)因數(shù)Q。,都是現(xiàn)實器件，其工作原理與一般雙極型晶體管相同，但它有更高的工作頻率，為此，其基極、發(fā)射極和集電極的面積要達到設(shè)計最小化。,它是現(xiàn)實器件，與雙極型相比，有不同的載流子，因此具有更好的傳輸特性。對于RF MOS_3TDN來說，柵極的長度和寬度是非常重要的參數(shù)，因此柵極長度的減小，可以改善增益、噪音系數(shù)和工作頻率，加大其寬度可以提高功率容量。,3.4. RF_BJT_NPN(射頻NPN管)和RF_BJT_PNP(射頻PNP管)。,5.RF MOS_3TDN(射頻MOS型場效應(yīng)管)。,其結(jié)構(gòu)是地-導(dǎo)體-地。常被用在微波頻段，作為傳輸線。,隧道二極管是現(xiàn)實器件，它與其他二極管不同的是存在一個負阻區(qū)，在該區(qū)正向電壓與電流成反比；,6.Tunnel diode (隧道二極管)。,隧道二極管一般用在高頻通信電路中，作為放大器、振蕩器、調(diào)制器和解調(diào)器。,7.Strip line(傳輸線)。,3.1.13 機電類元件族,3.1.13 機電類元器件庫,該庫包含的八個元器件箱中，只有Line Transformer是現(xiàn)實元器件。,該開關(guān)可以使用鍵盤上的字母“a”到“z”或空格鍵、數(shù)字鍵中的任何一個，來控制其開或斷，具體設(shè)定可通過其屬性對話框完成。默認控制鍵是空格鍵。,1.Sensing switches(感測開關(guān))。,鍵的定義與Sensing switches 相同，但使用時須注意，這種瞬時開關(guān)，單擊控制按鍵，只能瞬時改變其開關(guān)狀態(tài)，放開控制鍵后，會恢復(fù)到原來的開關(guān)狀態(tài)。,2.Momentary switches(瞬時開關(guān))。,3.Supplementary contacts(接觸器)。,使用方法與Sensing switches 相同，只是有些接觸是常閉到時打開。,共有六類，分別是：電機啟動線圈、前向或快速啟動器線圈、反向啟動器線圈、慢啟動器線圈、控制器線圈、時間延遲繼電器。,,該類計時接觸器有兩種，一種是常開到時閉合，一種是常閉到時打開。,4.Timed contacts(計時接觸器)。,5.Coils,Relays(線圈與繼電器)。,該元器件箱中，包含有三相電機、直流電機電樞、電機、加熱器、螺線管、燈泡、發(fā)光指示器等。其中發(fā)光指示器有四個引腳，高電平有效，可以表示0~9、A~F的十六進制數(shù)。,該元器件箱含有各類空心、鐵心電感器和變壓器。,在該元器件箱中有熔絲、過載保護器、熱過載、磁過載、梯形邏輯過載等五類，都是虛擬元器件。,6.Liner Tranformer(線性變壓器)（現(xiàn)實元器件）。,7.Protection devices(保護裝置)。,8.Output devices(輸出裝置)。,3.2.1 新元器件庫的建立,選擇此項，新建元件族,先進入庫的管理Tools —Database—Database Manager,方法一：,先選擇Master Database,選擇User Database,然后選擇增加新的元件族,輸入新的元件族的名稱,先選擇新建庫在什么位置,在UserDatabase元器件庫列表中可看到新建元件族rr1,新庫即建立完畢！,注意：此新庫中是空的，還沒有裝入元器件！,這里可刪除元件族,軟件中的數(shù)據(jù)庫有：,關(guān)于數(shù)據(jù)庫,Master Database,User Database,Corporate Database,,軟件中的主元器件數(shù)據(jù)庫， 里面的元器件是不能刪除的；,,用戶層次的元器件數(shù)據(jù)庫， 用戶可以在里面建立自己的 元器件分類庫；,（1）Tools ——Database——Database Manager 還是先進入元器件庫的管理窗口,方法二：,先選擇Master Database,在出現(xiàn)的元器件列表中，選擇相近的元器件,然后用Copy,（2）然后在Master Database中選擇與新建庫中需要的相近的元器件,可用此按鈕增加新的元件族,（3）復(fù)制到User Database中的新建庫中,選擇新增加的元件族所在位置,輸入新的元件族的名稱,新庫即建立完畢！,在UserDatabase元器件庫列表中選擇新建庫所在的位置,（4）最后可在User Database中看到新建的庫,且新庫中已經(jīng)有復(fù)制過來的一個元器件了！,3.3 虛擬儀器的功能與使用,使用虛擬測試儀器時只需在儀器工具欄中單擊選用儀器的圖標(biāo)，將其拖入電路窗口,連接該儀器的連接端與相應(yīng)的電路連接點即可。,Multisim8提供了19種虛擬測試儀器!,雙擊該儀器，打開該儀器的控制面板，根據(jù)需要，使用鼠標(biāo)操作儀器面板上相應(yīng)的按鈕及參數(shù)設(shè)置對話框窗口，如同使用真實的設(shè)備一樣。,(a)圖標(biāo),(b)面板,1）數(shù)字萬用表(Multimeter),3.3.1通用虛擬儀器,單擊Set…按鈕，彈出參數(shù)設(shè)置對話框，可以進行如： 電流表內(nèi)阻、電壓表內(nèi)阻、歐姆表電流及測量范圍等參數(shù)的設(shè)置。,支路電流測量電路,(a)圖標(biāo),(b)面板,函數(shù)信號發(fā)生器是可提供正弦波、三角波、方波3種不同波形的電壓信號源。,2）函數(shù)信號發(fā)生器 (Function Generator),如圖所示，圖表中端子“+”、“-”和Common分別表示函數(shù)信號發(fā)生器的正極、負極和公共輸出級。,(a)圖標(biāo),(b)面板,可顯示功率和功率因數(shù)；,3）瓦特表(Wattmeter),測量電路交、直流 的有功功率；,電壓輸入端與電路并聯(lián)，而電流輸入端要串聯(lián)入電路中!,注意功率表的連接：,瓦特表應(yīng)用電路,(a)圖標(biāo),(b)面板,4）雙蹤示波器(Oscilloscope),(a)圖標(biāo),(b)面板,四通道示波器可同時測量4個通道的信號，圖標(biāo)如圖所示。四通道示波器的連接、設(shè)置和雙蹤示波器幾乎完全一樣，這里就不再介紹了。,5）四通道示波器(4 Channel Oscilloscope),波特圖儀是用來測量和顯示電路幅頻特性和相頻特性的儀器, 能產(chǎn)生一個頻率很寬的掃頻信號。 波特圖儀的圖標(biāo)和面板如圖所示，其中IN端口的“+”和“-”分 別接被測電路輸入的正端和負端；OUT端口的“+”和“-”分別接被 測電路輸出的正端和負端。,(a)圖標(biāo),(b)面板,6）波特圖儀(Bode Plotter),幅頻特性,相頻特性,波特圖儀應(yīng)用電路,電路的幅頻特性,電路的相頻特性,(a)圖標(biāo),(b)面板,字信號發(fā)生器是能產(chǎn)生32路同步邏輯信號的多路邏輯信號源，常用于數(shù)字電路的連接測試。圖標(biāo)中包括32路同步邏輯信號輸出端(0~31)、信號準(zhǔn)備好端(R)和外部觸發(fā)信號端(T)。,7） 字信號發(fā)生器(Word Generator),設(shè)定字信號在初始位置和終止位置間循環(huán)輸出。,設(shè)定字信號從初始位置開始，逐條輸出到終止位置為止。,設(shè)定單擊按鈕一次，輸出一條字信號,設(shè)置觸發(fā)方式，包括內(nèi)部觸、外部觸發(fā)、上升沿觸發(fā)和下降沿觸發(fā),用來設(shè)置和保存字信號變化的規(guī)律或調(diào)用以前字信號變化規(guī)律的文件,設(shè)置字信號發(fā)生器的時鐘頻率,邏輯分析儀用于對數(shù)字邏輯信號的時序進行分析,可以同步記錄和顯示16路數(shù)字信號；,8） 邏輯分析儀(Logic Analyzer),常用于數(shù)字邏輯電路的時序分析。,(a)圖標(biāo),(b)面板,波形顯示區(qū),顯示控制區(qū),游標(biāo)控制區(qū),設(shè)置每個水平刻度顯示的時鐘脈沖個數(shù),設(shè)置觸發(fā)方式,主要功能區(qū)：,外部時鐘輸入端 C時鐘控制輸入端 Q觸發(fā)控制輸入端 T,16路信號輸入端(1~F),要求電路用七段數(shù)碼管顯示0～9；,字信號發(fā)生器,邏輯分析儀,邏輯分析儀測試電路,數(shù)碼管,字信號發(fā)生器設(shè)置,設(shè)置字信號,根據(jù)字信號設(shè)定信號位數(shù),接受設(shè)置,編輯字信號內(nèi)容,選擇字信號發(fā)送方式，可進入仿真,選擇字信號的頻率,邏輯分析儀設(shè)置,只需要設(shè)置每個水平刻度顯示的時鐘脈沖個數(shù),其他參數(shù)用默認值即可,邏輯分析儀測試仿真結(jié)果,四路數(shù)字信號的波形圖,思考：要此電路顯示0～F應(yīng)該怎樣設(shè)置字信號發(fā)生器？,邏輯分析儀的波形又有何不同？,9） 邏輯轉(zhuǎn)換儀(Logic Converter),邏輯轉(zhuǎn)換儀能夠完成真值表、邏輯表達式和邏輯電路三者之間的相互轉(zhuǎn)換;,通常只有在將邏輯電路轉(zhuǎn)化為真值表時，才將邏輯轉(zhuǎn)換儀的圖標(biāo)與邏輯電路連接起來。,邏輯轉(zhuǎn)換儀是Multisim特有的儀器,現(xiàn)實中不存在與其相對應(yīng)的儀器,(a)圖標(biāo),(b)面板,邏輯轉(zhuǎn)換儀(Logic Converter),,8個信號輸入端,1個信號輸出端,真值表區(qū),信號輸入端子,轉(zhuǎn)換類型選擇區(qū),邏輯表達式顯示區(qū),轉(zhuǎn)換類型選擇區(qū)(Conversions)：包括6個按鈕。 · ： 單擊該按鈕，將邏輯電路轉(zhuǎn)換為真值表。 · ：單擊該按鈕，將真值表轉(zhuǎn)化為邏輯表達式。 · ：單擊該按鈕，將真值表轉(zhuǎn)化為最簡邏輯表達式。 · ：單擊該按鈕，將邏輯表達式轉(zhuǎn)化為真值表。 · ：單擊該按鈕，將邏輯表達式轉(zhuǎn)化為邏輯電路。 · ：單擊該按鈕，將邏輯表達式轉(zhuǎn)化為與非門邏輯 電路。,輸入表達式時要注意，必須符合有關(guān)規(guī)定！,例題：求表達式：Y＝(ABC)'D+(AB)'CD'+A(BC)'D+A'(CD)’ 的真值表和邏輯電路。,表示“非”,首先調(diào)入邏輯轉(zhuǎn)換儀,然后雙擊邏輯轉(zhuǎn)換儀,輸入表達式,表達式轉(zhuǎn)換為真值表,由真值表得最簡表達式,得最簡表達式,最后，表達式轉(zhuǎn)換為邏輯電路,由邏輯轉(zhuǎn)換儀轉(zhuǎn)換得到的邏輯電路圖,對電路圖中的連線可做相應(yīng)的修改,(a)圖標(biāo),(b)面板,失真度分析儀是用來測量電路總諧波失真(THD)和信噪比(S/N)的儀器。,10） 失真度分析儀(Distortion Analyzer),顯示測量結(jié)果,設(shè)置基頻,設(shè)置求解精度 最小值為基頻的1/10,(a)圖標(biāo),(b)面板,11）頻譜分析儀(Spectrum Analyzer),頻譜分析儀主要用于測量信號所包含的頻率和對應(yīng)的幅度。,圖標(biāo)中輸入端子IN與電路的輸出信號相連，T端子與外觸發(fā)信號相連。,測試射頻放大電路的頻譜,射頻放大電路,頻譜儀設(shè)置及測試結(jié)果,頻率范圍由Frequency區(qū)設(shè)定,設(shè)定好頻率參數(shù),選擇縱軸表示形式,開始或停止分析,測試結(jié)果,