基於 Multisim 14 的電路模擬與創新

目 錄
上篇 NI Multisim 14 軟件基礎
第 1 章 NI Multisim 14 概述 2
1.1 NI Multisim 14 的發展歷程 2
1.2 NI Multisim 14 的安裝 4
1.2.1 NI Multisim 14 軟件的下載 4
1.2.2 NI Multisim 14.2 安裝環境5
1.2.3 NI Multisim 14.2 軟件安裝5
1.3 NI Multisim 14 用戶界面 6
1.4 NI Multisim 14 版本 10
習題15
第 2 章 NI Multisim 14 快速入門 .17
2.1 電路設計 17
2.1.1 第三級放大電路的設計 17
2.1.2 第二級放大電路的設計 20
2.1.3 級放大電路的設計 21
2.2 創建仿真電路 22
2.3 電路仿真分析 22
2.3.1 利用虛擬儀表觀察波形 22
2.3.2 利用 NI Multisim 14 自帶的仿真分析功能對電路進行指標分析 23
2.4 NI ELVIS 的應用 26
2.4.1 使用虛擬 NI ELVIS 進行仿真 26
2.4.2 使用 NI ELVIS進行原型設計28
2.5 NI Multisim 14 元器件庫 29
習題30
第 3 章 NI Multisim 14 分析方法 .33
3.1 NI Multisim 14 仿真分析簡介 33
3.1.1 創建仿真電路 33
3.1.2 選擇仿真分析方法 33
3.1.3 設置仿真參數 33
3.1.4 運行仿真觀測結果 34
3.2 NI Multisim 14 基本分析 35
3.2.1 交互式仿真 35
3.2.2 直流工作點分析 38
3.2.3 交流分析 40
3.2.4 單頻交流分析 41
3.2.5 瞬態分析 42
3.2.6 傅里葉分析 43
3.3 NI Multisim 14 高級分析 45
3.3.1 噪聲分析 46
3.3.2 噪聲係數分析 47
3.3.3 失真分析 49
3.3.4 直流掃描分析 50
3.3.5 靈敏度分析 51
3.3.6 參數掃描分析 53
3.3.7 溫度掃描分析 55
3.3.8 零—極點分析 57
3.3.9 傳遞函數分析 59
3.3.10 蒙特卡羅分析 60
3.3.11 壞情況分析 64
3.4 NI Multisim 14 其他分析 66
3.4.1 佈線寬度分析 66
3.4.2 批處理分析 68
3.4.3 用戶自定義分析 69
習題71
第 4 章 NI Multisim 14 虛擬儀表 .74
4.1 模擬儀表 74
4.1.1 數字萬用表 74
4.1.2 函數信號發生器 76
4.1.3 瓦特表 78
4.1.4 雙踪示波器 79
4.1.5 四通道示波器 81
4.1.6 波特圖儀 82
4.1.7 伏安特性圖示儀 84
4.1.8 失真分析儀 85
4.2 數字儀表 87
4.2.1 頻率計 87
4.2.2 字信號發生器 89
4.2.3 邏輯分析儀 92
4.2.4 邏輯轉換儀 94
4.3 射頻儀表 97
4.3.1 頻譜分析儀 97
4.3.2 網絡分析儀 100
4.4 虛擬真實儀表 106
4.4.1 Agilent 34401A 型數字萬用表107
4.4.2 Agilent 33120A 型函數發生器110
4.4.3 Agilent 54622D 型數字示波器113
4.5 探針 117
4.5.1 測量探針 117
4.5.2 電流探針 119
4.6 NI ELVISmx 儀表120
4.6.1 NI ELVISmx 模擬輸入儀表 121
4.6.2 NI ELVISmx 模擬輸出儀表 124
4.6.3 NI ELVISmx 數字儀表 129
習題130
中篇 NI Multisim 14 在電類課程中的應用
第 5 章 NI Multisim 14 在電路分析中的應用134
5.1 電路的基本規律 134
5.1.1 歐姆定律 134
5.1.2 基爾霍夫電流定律 135
5.1.3 基爾霍夫電壓定律 135
5.2 電阻電路的分析 136
5.2.1 直流電路網孔電流分析 137
5.2.2 直流電路節點電壓分析 137
5.2.3 齊次定理 138
5.2.4 疊加定理 139
5.2.5 替代定理 140
5.2.6 戴維南定理 140
5.2.7 諾頓定理 141
5.2.8 特勒根定理 142
5.3 動態電路 143
5.3.1 電容器充電和放電 144
5.3.2 零輸入響應 144
5.3.3 零狀態響應 145
5.3.4 全響應 145
5.3.5 二階電路的響應 147
5.4 正弦穩態分析 149
5.4.1 電路定理的相量形式 150
5.4.2 諧振電路 153
5.4.3 三相交流電路 155
5.5 等效電路 157
5.5.1 電阻的串聯和並聯等效電路 157
5.5.2 電阻△形與 Y 形等效電路158
5.5.3 受控源單口網絡的等效 158
5.5.4 與理想電壓源並聯支路的等效 159
5.5.5 與理想電流源串聯支路的等效 159
5.6 典型應用案例分析和仿真 160
5.6.1 頻率響應與網絡函數 160
5.6.2 非正弦穩態分析 161
習題163
第 6 章 NI Multisim 14 在模擬電子線路中的應用 167
6.1 晶體管放大電路 167
6.1.1 共發射極放大電路 167
6.1.2 常見基本放大電路 173
6.1.3 差分放大電路 176
6.1.4 場效應管及晶體管組合的放大電路 178
6.1.5 低頻功率放大電路 180
6.1.6 共發射極三極管放大器設計嚮導 182
6.1.7 負反饋放大器電路 184
6.2 信號運算電路 189
6.2.1 理想運算放大器的基本特性 189
6.2.2 比例求和運算電路 189
6.2.3 積分電路和微分電路 194
6.2.4 對數和指數運算電路 196
6.3 有源濾波電路 199
6.3.1 低通濾波器 200
6.3.2 高通濾波器 202
6.3.3 帶通濾波器 204
6.3.4 帶阻濾波器 205
6.3.5 濾波器設計嚮導 206
6.4 信號產生電路 209
6.4.1 正弦波信號產生電路 209
6.4.2 非正弦波發生電路 212
6.5 信號變換電路 215
6.5.1 半波精密整流電路 215
6.5.2 值電路 216
6.5.3 限幅電路 217
6.5.4 電壓電流（V/I）變換電路219
6.5.5 電壓比較器 220
6.5.6 可調有源分頻器 222
6.5.7 同相峰值檢出電路 224
6.5.8 檢測報警電路 225
6.5.9 線性穩壓電源 226
6.6 可調串聯穩壓電源的設計 226
6.6.1 任務描述 226
6.6.2 構思（可調串聯穩壓電源的設計方案）226
6.6.3 設計（可調串聯穩壓電源的設計與仿真）227
6.6.4 實現和運行（可調串聯穩壓電源的組裝調試與測試）229
習題229
第 7 章 NI Multisim 14 在數字電路中的應用236
7.1 數字邏輯器件的測試 236
7.1.1 TTL 門電路的測試 236
7.1.2 組合邏輯部件的功能測試 237
7.1.3 時序邏輯部件的功能測試 239
7.1.4 A/D 與 D/A 功能測試241
7.2 組合邏輯電路的仿真 242
7.2.1 用邏輯門實現 2ASK、2FSK 和 2PSK 電路的仿真 242
7.2.2 用四位全加器實現四位二進制數運算. 243
7.2.3 編碼器的擴展 245
7.2.4 用譯碼器實現邏輯函數 245
7.2.5 用數據選擇器實現邏輯函數 246
7.2.6 基於邏輯轉換儀的組合邏輯電路設計. 247
7.2.7 靜態冒險現象的分析 247
7.3 時序邏輯電路的仿真 248
7.3.1 序列檢測電路 248
7.3.2 七位串行/並行轉換器249
7.3.3 智力競賽搶答器 250
7.3.4 數字鐘晶振時基電路 250
7.3.5 程序計數分頻器 251
7.3.6 序列信號產生電路 252
7.3.7 燈發生器 253
7.3.8 彩燈控制器 254
7.4 555 定時器的應用254
7.4.1 用 555 定時器構成施密特觸發器 255
7.4.2 用 555 定時器構成單穩態觸發器 255
7.4.3 用 555 定時器構成多諧振盪器 257
7.4.4 用 555 定時器組成波群發生器 258
7.5 數模和模數轉換電路 259
7.5.1 數模轉換電路（DAC） 259
7.5.2 模數轉換電路（ADC） 262
7.5.3 波形發生器 262
7.6 數字邏輯電路項目設計 263
7.6.1 數字邏輯電路項目設計概述 263
7.6.2 搶答器設計 266
7.6.3 電子秒錶設計 269
習題272
第 8 章 NI Multisim 14 在高頻電子線路中的應用 275
8.1 高頻小信號諧振放大電路 275
8.1.1 高頻小信號諧振放大電路的組成 275
8.1.2 高頻小信號諧振放大電路的選頻作用. 276
8.1.3 高頻小信號諧振放大電路的通頻帶和矩形係數276
8.1.4 雙調諧迴路高頻小信號放大器 277
8.2 高頻諧振功率放大電路 278
8.2.1 高頻諧振功率放大電路原理仿真 278
8.2.2 高頻諧振功率放大電路外部特性 280
8.3 正弦波振盪器 286
8.3.1 電感三端式振盪器 286
8.3.2 電容三端式振盪器 288
8.3.3 電容三端式振盪器的改進型電路 289
8.3.4 石英晶體振盪器 290
8.4 振幅調製與解調電路 291
8.4.1 普通振幅調製（AM） 291
8.4.2 抑制載波的雙邊帶（DSB）信號294
8.4.3 單邊帶（SSB）信號的特點295
8.4.4 檢波電路 296
8.5 混頻器 301
8.5.1 三極管混頻器電路 301
8.5.2 模擬乘法器混頻電路 302
8.6 頻率調製與解調電路 303
8.6.1 頻率調製 303
8.6.2 調頻解調 304
習題305
第 9 章 基於 NI Multisim 14 的單片機仿真 310
9.1 NI MultiMCU 仿真平台介紹 310
9.2 基於 8051 的開關量輸入/輸出設計310
9.2.1 創建仿真的 8051 單片機硬件電路 310
9.2.2 編寫並編譯 MCU 源程序313
9.2.3 開關量的輸入/輸出仿真電路313
9.3 基於 PIC 的彩燈閃亮電路設計 314
9.3.1 創建仿真的 PIC 單片機硬件電路 314
9.3.2 編寫並編譯 MCU 源程序316
9.3.3 彩燈閃亮的仿真電路 317
9.3.4 NI MultiMCU 在線調試 317
9.3.5 仿真及調試注意事項 319
9.4 單片機仿真設計實例 319
9.4.1 基於 8052 的流水燈控制器設計 319
9.4.2 基於 8052 的數制轉換電路設計 321
9.4.3 基於 PIC16F84 實現 LCD 屏顯示 322
9.4.4 基於 PIC16F84A 實現 EEPROM 讀寫325
習題329
第 10 章 NI Multisim 14 在電力電子技術中的應用 331
10.1 交流-直流變換 331
10.1.1 單相可控整流電路 331
10.1.2 三相可控整流電路 335
10.2 直流-直流變換 336
10.2.1 直流降壓斬波電路 336
10.2.2 直流升壓斬波電路 338
10.2.3 反激式 DC/DC 轉換器 339
10.2.4 正激式 DC/DC 轉換器 340
10.2.5 推挽式 DC/DC 轉換器 341
10.3 直流-交流變換 342
10.3.1 單相橋式逆變器 342
10.3.2 三相橋式逆變器 343
10.3.3 單相橋式全控整流及有源逆變器 344
10.4 交流-交流變換 345
10.4.1 單相交流調壓電路 345
10.4.2 三相交流調壓電路 345
10.4.3 單相交-交變頻電路 347
10.4.4 單相交-直-交變頻電路348
10.5 電機驅動控制 349
10.5.1 開環鼠籠式感應電機啟動電路 349
10.5.2 六階無刷直流電機驅動的電路 350
10.5.3 永磁直流電機驅動電路 351
10.5.4 步進電機驅動電路 352
10.6 移相式微電機三相梯形波變流電源的仿真設計 353
10.6.1 任務描述 353
10.6.2 構思（移相式微電機三相梯形波變流電源的設計方案）353
10.6.3 設計（移相式微電機三相梯形波變流電源的設計與仿真）353
10.6.4 實現和運行（移相式微電機三相梯形波變流電源的組裝調試與測試）356
習題356
下篇 NI Multisim 14 在新工科創新活動中的應用
第 11 章 NI Multisim 14 中 LabVIEW 儀表開發應用360
11.1 概述 360
11.2 NI Multisim 14 中 LabVIEW 儀表360
11.2.1 BJT 分析儀（BJT Analyzer） 360
11.2.2 阻抗表（Impedance Meter） 361
11.2.3 麥克風（Microphone） 361
11.2.4 話筒（Speaker）362
11.2.5 信號分析儀（Signal Analyzer） 363
11.2.6 信號產生器（Signal Generator）364
11.2.7 流信號產生器（Streaming Signal Generator） 364
11.3 修改 NI Multisim 14 中的 LabVIEW 儀表364
11.4 LabVIEW 儀表導入 NI Multisim 14 365
11.4.1 重命名模板項目 366
11.4.2 標明界面信息 367
11.4.3 生成用戶儀表 369
習題370
第 12 章 基於 NI Multisim 14 的 PLD 開發應用. 371
12.1 新建 PLD 模塊 371
12.2 NI Multisim 14 中的 PLD 用戶界面372
12.3 創建 PLD 電路 373
12.4 基於 PLD 器件實現計數器 374
12.5 基於 PLD 器件實現計數器的 VHDL 語言375
習題377
第 13 章 基於 NI Multisim 14 的 Basys 3 的開發應用379
13.1 Basys 3 開發板概述 379
13.2 Basys 3 開發板性的硬件結構 380
13.3 Basys 3 開發板的軟件安裝 381
13.4 基於 NI Multisim 14 的 Basys 3 開發板的編程385
13.5 基於 Basys 3 開發板的十字路通燈控制器的設計 388
習題393
第 14 章 基於 NI Multisim 14 的 NI ELVIS 的開發應用395
14.1 NI ELVIS 概述 395
14.2 虛擬 NI ELVIS 396
14.2.1 虛擬 NI ELVIS 操作界面 396
14.2.2 虛擬 NI ELVIS 的儀表 398
14.2.3 虛擬 NI ELVIS 應用舉例 401
14.3 虛擬 NI ELVIS 403
14.3.1 虛擬 NI ELVIS 操作界面403
14.3.2 虛擬 NI ELVISmx 儀表的啟動 404
14.3.3 虛擬 NI ELVISmx 儀表的使用 405
14.4 原型 NI ELVIS 硬件406
14.4.1 原型 NI ELVIS 概述. 406
14.4.2 原型 NI ELVIS 硬件平台407
14.4.3 NI ELVIS 原型板信號 409
14.4.4 原型 NI ELVIS 主要性能指標411
14.5 NI ELVISmx 軟件411
14.5.1 NI ELVISmx 軟件的安裝411
14.5.2 使用 NI ELVISmx 軟面板儀表 412
14.5.3 使用 NI ELVISmx 快捷虛擬儀表 414
14.5.4 在 Signal Express 中使用 NI ELVISmx 儀表415
14.6 應用舉例 417
14.6.1 創建仿真電路 417
14.6.2 搭建實際電路 419
14.6.3 構建測試環境 419
14.6.4 實際電路測試 419
習題420
第 15 章 基於 NI Multisim 14 的 NI myDAQ 開發應用 423
15.1 虛擬 NI myDAQ 423
15.1.1 NI myDAQ 套件的安裝 423
15.1.2 NI ELVISmx 虛擬儀表的啟動424
15.1.3 虛擬 NI myDAQ 425
15.2 原型 NI myDAQ 的硬件427
15.2.1 原型 NI myDAQ 的開發環境427
15.2.2 原型 NI myDAQ 信號接口428
15.2.3 原型 NI myDAQ 虛擬儀表的性能指標428
15.3 原型 NI myDAQ 的軟件430
15.3.1 使用 NI ELVISmx 軟面板儀表 430
15.3.2 使用 NI ELVISmx 快捷虛擬儀表 431
15.3.3 NI myDAQ 與 NI Multisim 14 434
習題436
第 16 章 基於 NI Multisim 14 的 Analog Design 2 開發應用 437
16.1 Analog Design 2 概述 437
16.2 Analog Design 2 軟件 439
16.2.1 WaveForms 2015 軟件的安裝 439
16.2.2 WaveForms 2015 軟件界面 440
16.2.3 硬件驅動 441
16.3 Analog Design 2 儀表 442
16.4 基於 Analog Discovery 2 的智能儀器開發 444
16.4.1 智能儀器開發環境的建立 444
16.4.2 Analog Discovery 2 應用案例446
習題449
參考文獻451