Multisim 13 教程：从零开始学电路仿真

Multisim 是一款由美国国家仪器公司推出的电路设计与仿真软件，前身是著名的 Electronics Workbench (EWB)，它以其直观的图形界面、庞大的元器件库和精确的仿真模型而闻名，是电子工程师、学生和爱好者进行电路设计、分析和验证的必备工具。

本教程将分为以下几个部分：

1. 软件介绍与安装
2. 界面初识：主窗口详解
3. 第一个仿真：点亮一个 LED (基础操作流程)
4. 核心功能详解
   • 放置元器件
   • 连接电路
   • 设置虚拟仪器
   • 运行仿真与查看结果
5. 进阶功能介绍
   • 参数扫描分析
   • 失真分析
   • 后处理器
6. 实用技巧与总结

第一部分：软件介绍与安装

1 软件介绍

Multisim 13 是一个功能全面的电路仿真平台,主要特点包括：

• 直观的图形界面：拖拽式操作,易于上手。
• 丰富的元器件库：包含数千种标准分立元件、集成电路、数字芯片、电源、虚拟仪器等。
• 强大的仿真引擎：基于 SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）内核，提供直流、交流、瞬态、傅里叶等多种分析。
• 虚拟仪器：虚拟示波器、万用表、函数发生器等，与现实仪器操作类似,方便测试电路。
• PCB 设计无缝衔接：仿真通过的电路可以一键导出到 Ultiboard 中进行 PCB 布局设计。

2 安装

1. 获取安装包：你需要从 NI 官网或授权渠道获取 Multisim 13 的安装文件。
2. 安装 NI Circuit Design Suite：Multisim 通常与 Ultiboard 打包在一起，安装过程按照向导提示即可,注意选择合适的安装路径。
3. 激活：安装完成后，可能需要使用序列号进行激活,确保你有有效的许可证。

第二部分：界面初识：主窗口详解

启动 Multisim 13 后，你会看到一个典型的 Windows 应用程序界面,它主要由以下几个部分组成：

1. 菜单栏：包含所有软件命令，如 File (文件), Edit (编辑), Place (放置), Simulate (仿真), Transfer (传输) 等。
2. 工具栏：以图标形式提供常用快捷命令，如新建、打开、保存、放大、缩小、运行/停止仿真等。
3. 元器件工具栏：这是设计的核心区域，点击不同的图标可以打开相应的元器件库。
   • Sources (电源/信号源)
   • Basic (基本元件：电阻、电容、电感、开关等)
   • Diodes (二极管)
   • Transistors (晶体管)
   • TTL / CMOS (数字逻辑门)
   • Mixed (混合器件：定时器、模数转换器等)
   • Indicators (指示器：LED、数码管、电压表等)
   • Power Sources Components (电源组件)
   • Miscellaneous (杂项)
   • RF Components (射频元件)
   • Electromechanical (机电元件)
   • 虚拟仪器：示波器、万用表、函数发生器等。
4. 设计窗口：也称为“电路图捕获窗口”,是你绘制电路原理图的主工作区。
5. 仿真开关：位于右上角，绿色的“播放”按钮用于启动仿真，红色的“停止”按钮用于停止仿真。
6. 仪表工具栏：通常固定在界面的右侧,包含了所有可用的虚拟仪器。
7. 使用中的列表：显示当前已放置在电路图中的所有元器件,方便管理和修改。

第三部分：第一个仿真：点亮一个 LED

让我们通过一个最简单的例子——用电池点亮一个 LED,来熟悉整个操作流程。

目标

创建一个包含一个 5V 电源、一个限流电阻和一个 LED 的电路，并仿真验证 LED 被点亮。

步骤 1：新建电路图

• 启动 Multisim 13。
• 软件通常会自动创建一个空白电路图，如果没有，点击菜单栏 File -> New -> Schematic Capture。

步骤 2：放置元器件

1. 放置电源：

   • 点击元器件工具栏的 Sources (电源) 图标。
   • 在弹出的浏览器中，展开 POWER_SOURCES。
   • 选择 DC_POWER (直流电源)，点击 OK。
   • 在设计窗口中点击一下,放置一个直流电源符号。
   • 双击这个电源符号，在弹出的属性窗口中，将 Voltage (V) 的值修改为 5，然后点击 OK。

2. 放置电阻：

   • 点击元器件工具栏的 Basic (基本元件) 图标。
   • 在浏览器中，展开 RESISTOR。
   • 选择一个 1k 的电阻，点击 OK 并放置在图上。

3. 放置 LED：

   
   （图片来源网络，侵删）
   • 点击元器件工具栏的 Diodes (二极管) 图标。
   • 在浏览器中，展开 LED。
   • 选择一个 LED_red (红色发光二极管)，点击 OK 并放置。

4. 放置虚拟仪器（万用表）：

   • 点击右侧仪表工具栏的 Multimeter (万用表) 图标。
   • 在设计窗口中点击,放置一个万用表。

步骤 3：连接电路

• 使用鼠标将光标移动到元器件的引脚上,光标会变成一个带十字的十字准线。
• 点击并拖动鼠标到另一个元器件的引脚，再次点击,即可完成一根导线的连接。
• 连接顺序：电源正极 -> 电阻 -> LED 正极 -> 电源负极。
• 连接万用表：将两个表笔分别连接到电阻的两端,用于测量其两端的电压。

步骤 4：运行仿真

• 点击右上角的 绿色“播放”按钮 (Simulate)。
• 你应该能看到电路图中的 LED 发出了红光（在软件中通常以高亮或特定颜色显示）。
• 双击万用表，打开其面板，将测量模式设置为 V (电压)，你应该能看到一个读数，根据欧姆定律 (V=IR)，电压读数应为 5V * (1kΩ / (1kΩ + LED动态电阻)),一个近似值即可。

步骤 5：停止仿真

• 点击 红色“停止”按钮 (Stop Simulation) 结束仿真。

恭喜！你已经成功完成了第一个 Multisim 仿真。

第四部分：核心功能详解

1 放置元器件

• 搜索：在元器件浏览器顶部的搜索框中输入元件名称或值（如 10k 或 NPN）,可以快速找到元件。
• 虚拟元件 vs. 现实元件：
  • 虚拟元件：模型参数可任意修改，没有封装,主要用于仿真验证。
  • 现实元件：参数是固定的，带有封装信息，用于后续的 PCB 设计，初学者建议多用虚拟元件,方便调试。

2 连接电路

• 节点：导线连接的点。
• 总线：对于有多条并行导线的情况（如数据总线）,可以使用总线来简化绘图。
• 修改导线：双击导线可以修改其颜色和标签。

3 设置虚拟仪器

Multisim 的虚拟仪器是仿真的“眼睛”和“耳朵”。

• 万用表：测量电压、电流、电阻。
• 函数发生器：产生正弦波、方波、三角波等信号，可设置频率、幅值、偏置。
• 示波器：双踪示波器，用于观察电压随时间变化的波形，是调试模拟电路最重要的工具，可以调整时基、电压/格、触发方式等。
• 波特图仪：测量电路的频率响应,观察幅频和相频特性。
• 逻辑分析仪：用于分析数字电路,可以同时观察多路数字信号的时序关系。

4 运行仿真与查看结果

• 仿真模式：在菜单栏 Simulate -> Interactive Simulation Settings 中，可以设置仿真步长、方法等,通常保持默认即可。
• 分析功能：Simulate -> Analyses 菜单下提供了更深入的分析工具，如：
  • DC Operating Point (直流工作点分析)：计算电路在直流状态下的各节点电压和支路电流。
  • AC Analysis (交流分析)：分析电路在不同频率下的响应。
  • Transient Analysis (瞬态分析)：分析电路在时域内的响应,相当于用示波器观察波形。

第五部分：进阶功能介绍

1 参数扫描分析

这是一个非常强大的功能，用于研究某个元件参数变化对电路性能的影响。 示例：分析电阻值从 100Ω 到 1kΩ 变化时，LED 电流的变化。

1. 绘制好 LED 电路。
2. 在菜单栏选择 Simulate -> Analyses -> Parameter Sweep。
3. 设置参数：
   • Sweep Parameter：选择 Device Parameter。
   • Device Type：选择 resistor。
   • Name：选择你的电阻（如 r1）。
   • Parameter：选择 resistance。
   • Sweep Variation Type：选择 Linear。
   • **StartStopIncrement设置为1001000100` (即 100Ω, 200Ω, ..., 1kΩ)。
4. 设置输出：在 Analysis to sweep 中选择 DC Operating Point。
5. 点击 Run，仿真结束后，会弹出图表，显示不同电阻值下的电路工作点（如通过电阻的电流）。

2 失真分析

用于衡量信号通过电路后产生的失真程度,对音频放大器等电路设计至关重要。

3 后处理器

可以对仿真结果进行数学运算，比如计算功率、效率等，你可以将多个分析结果作为变量，进行加减乘除、求导、积分等操作。

第六部分：实用技巧与总结

实用技巧

1. 使用总线：对于复杂的数字电路，使用总线可以极大简化连线,使电路图更清晰。
2. 添加注释：使用 Text 工具 (Place -> Text) 为关键节点或元器件添加说明,方便自己回顾和他人理解。
3. 保存电路模板：对于常用的电路模块（如电源、放大器核心），可以将其保存为一个子电路,方便在后续设计中重复调用。
4. 快捷键：熟练使用快捷键能极大提高效率，如 Ctrl+C (复制), Ctrl+V (粘贴), Delete (删除), Ctrl+R (旋转)。
5. 虚拟仪器与图表：除了虚拟仪器，你还可以在 Simulate -> Grapher 中查看所有仿真生成的图表，并进行缩放、标注等操作。

Multisim 13 是一个功能强大且易于上手的电路仿真工具，本教程带你走过了从安装、界面认识到基础操作和进阶分析的全过程。

学习建议：

• 多动手：理论看十遍不如亲手做一遍，从简单的电路开始,逐步尝试更复杂的项目。
• 勤思考：每仿真一个电路，都要思考它的原理，分析仿真结果是否符合预期，如果不符，检查电路连接、元件参数设置是否正确。
• 善用帮助：Multisim 自带详尽的帮助文档,遇到问题可以随时查阅。

希望这份教程能帮助你顺利开启 Multisim 13 的学习之旅,祝你设计愉快！