Multisim仿真教程从哪开始学？-杰瑞科技汇

Multisim 仿真终极教程：从零开始到精通

第一部分：入门基础
（图片来源网络，侵删）
- 1 什么是 Multisim？为什么用它？
- 2 软件安装与界面初探
- 3 第一个电路：点亮一个 LED
第二部分：核心操作详解
- 1 元器件库的浏览与放置
- 2 电路连接与编辑
- 3 万用表：最基础的测量工具
- 4 仿真设置与运行
第三部分：虚拟仪器深度使用
- 1 示波器：观察电压波形
- 2 函数信号发生器：产生激励信号
- 3 波特图仪：分析电路频率响应
- 4 逻辑分析仪：数字电路的利器
- 5 其他实用仪器简介
第四部分：分析与高级功能
- 1 基本仿真分析（直流工作点、交流扫描等）
- 2 参数扫描分析：探究元件变化的影响
- 3 失真分析：评估信号保真度
- 4 蒙特卡洛分析：考虑元件容差
第五部分：实践案例
（图片来源网络，侵删）
- 1 案例一：二极管整流滤波电路
- 2 案例二：晶体管共射放大电路
- 3 案例三：555 多谐振荡器电路
第六部分：实用技巧与资源

第一部分：入门基础

1 什么是 Multisim？为什么用它？

Multisim 是美国国家仪器公司推出的一款电子电路仿真软件，它是一个强大的虚拟电子实验室。
核心功能： 在电脑上设计、搭建、测试和分析各种模拟、数字、混合信号及射频电路,而无需使用真实的元器件和设备。
为什么使用它？
- 低成本、零风险： 无需购买元器件、焊接设备和担心烧坏元件。
- 高效快速： 设计和修改电路非常迅速,可以立即看到仿真结果。
- 学习辅助： 是学习电子技术、验证理论知识的绝佳工具。
- 设计验证： 在制作真实电路板之前,可以预先验证设计的可行性和性能。
- 数据可视化： 提供强大的虚拟仪器，能直观地显示电压、电流、波形等。

2 软件安装与界面初探

安装： 从 NI 官网下载 Multisim 安装包（通常包含在 Ultiboard 或电路设计套件中），按照向导完成安装。（注意：可能需要使用 NI 激活器或申请试用/教育版）
启动与界面： 启动后，你会看到一个典型的 Windows 风格界面,主要由以下几个部分组成：
- 菜单栏: 包含所有操作命令，如文件、编辑、视图、放置、仿真、工具等。
- 工具栏: 提供常用命令的快捷图标，如新建、打开、保存、缩放、运行/停止等。
- 元器件工具栏: 这是最重要的区域！ 你可以在这里找到所有类型的电子元器件。
  - Sources (电源/信号源): 电池、电压源、电流源、交流源、脉冲源等。
  - Basic (基本元件): 电阻、电容、电感、开关、继电器、连接器等。
  - Diodes (二极管): 普通二极管、稳压管、发光二极管、整流桥等。
  - Transistors (晶体管): BJT、MOSFET、JFET 等。
  - Analog (模拟IC): 运算放大器、比较器、锁相环等。
  - TTL (逻辑门): 74 系列数字逻辑门电路。
  - CMOS (逻辑门): 40 系列数字逻辑门电路。
  - Mixed (混合器件): ADC/DAC、定时器、555 等。
  - Indicators (指示器): 电压表、电流表、LED、数码管、蜂鸣器等。
  - Power Components (功率器件): MOSFET、IGBT、二极管等。
  - Miscellaneous (杂项): 晶振、保险丝、电机等。
  - Electromechanical (机电元件): 开关、继电器、按钮等。
- 仿真仪器工具栏: 提供各种虚拟仪器，如万用表、示波器、函数发生器等。
- 设计窗口: 你的“面包板”,在这里搭建电路。
- 电路选项卡: 可以同时打开多个电路设计文件。
- 仿真仪表: 放置在设计窗口中的虚拟仪器。

3 第一个电路：点亮一个 LED

让我们通过一个最简单的例子来熟悉操作流程。

（图片来源网络，侵删）

放置元件：
- 点击元器件工具栏中的 Basic (基本元件)。
- 在弹出的对话框中，选择 RESISTOR (电阻)，找到 330Ω 的电阻，点击 "OK",然后在设计窗口中点击放置它。
- 再次点击 Basic，选择 CAPACITOR (电容)，放置一个 10uF 的电容（可选，用于滤波）。
- 点击 Diodes (二极管)，选择 LED (发光二极管)，放置一个 LED。
- 点击 Sources (电源)，选择 DC_POWER_SOURCE (直流电源)，放置一个 5V 的电源。
- 点击 Indicators (指示器)，选择 VOLTMETER (电压表) 或 AMMETER (电流表)，放置一个电流表（建议串联在电路中）。
连接电路：
- 将鼠标移动到元件的引脚上,鼠标指针会变成一个带十字的实心圆点。
- 点击鼠标开始画线，拖动到另一个元件的引脚,再次点击完成连接。
- 提示： 右键点击导线可以删除或改变颜色，使用 Ctrl+W 可以快速连接两个引脚。
设置元件参数：
- 双击电阻图标，会弹出属性对话框，你可以修改 Resistance (R) 的值，比如改为 330。
- 双击电源图标，可以修改 Voltage (V) 的值，比如改为 5。
- 双击电流表，可以将其模式设置为 DC (直流)。
运行仿真：
- 点击仿真工具栏上的 绿色三角按钮 "Run" (或按 F5)。
- 你会看到电路开始仿真，LED 应该会亮起（Multisim 设置了颜色仿真），电流表会显示一个读数（约 15mA 左右）。
停止仿真：
- 点击 红色方块按钮 "Stop" (或按 Shift+F5)。

恭喜！你已经成功完成了你的第一个 Multisim 仿真！

第二部分：核心操作详解

1 元器件库的浏览与放置

放置元件： 除了点击工具栏，还可以使用菜单栏 Place -> Component 或快捷键 Ctrl+W。
搜索元件： 在元件浏览对话框的右上角有搜索框，直接输入元件名称（如 "LM741"）或关键值（如 "10k"）可以快速找到。
虚拟元件 vs. 现实元件：
- 虚拟元件: 模型理想化，参数可任意修改，颜色为浅蓝色,非常适合教学和快速验证。
- 现实元件: 基于真实厂商的元件数据，有封装和容差信息，颜色为黑色,适合更精确的设计。
放置元件信息: 放置后，元件旁边会自动添加一个标签（如 R1, V1）,双击标签可以修改其名称。

2 电路连接与编辑

导线连接： 如 1.3 所述。
节点: 当导线交叉形成一个“T”形时，会自动生成一个连接点（节点），如果只是十字交叉，则不连接，你也可以手动放置节点：Place -> Junction。
总线: 对于有多条并行导线的电路（如数据总线），使用总线可以极大简化电路图。
- Place -> Bus 画出总线。
- Place -> Bus Vector Connect 将导线连接到总线上，并定义总线名称和位宽（如 D[0..7]）。
修改导线：
- 删除： 右键点击导线，选择 Delete。
- 改变颜色： 右键点击导线，选择 Color，选择一个颜色,便于区分信号。
- 弯曲导线： 点击导线,拖动导线上的控制点即可弯曲。

3 万用表：最基础的测量工具

万用表是最常用、最简单的虚拟仪器。

放置： 从仿真仪器工具栏中选择 Multimeter,放置到设计窗口。
设置： 双击万用表打开其面板。
- A (电流): 测量电流，需串联在电路中。
- V (电压): 测量电压，需并联在元件或节点两端。
- Ω (电阻): 测量电阻,需将元件从电路中断开或电路中无源。
- dB (分贝): 测量电压或功率增益。
- 设置按钮： 可以选择测量直流、交流,或设置电阻档的激励电流。
使用： 设置好档位后，点击仿真运行按钮,万用表上就会实时显示测量结果。

4 仿真设置与运行

运行/停止： 绿色 Run / 红色 Stop。
暂停： 黄色 Pause,可以暂停仿真以便仔细观察仪表读数。
仿真仪器交互： 在仿真运行过程中，你可以实时调整函数发生器的频率/幅度，或者开关电路中的开关,观察电路的动态响应。

第三部分：虚拟仪器深度使用

1 示波器：观察电压波形

示波器是分析模拟电路的核心工具。

放置与连接： 放置 Oscilloscope，它有 4 个通道（A, B, C, D），一个外触发端，每个通道有两个接线端：和，通常将端接地。
面板设置：
- Timebase (时基):
  - Scale: 设置水平轴（时间）每格代表的秒数，信号频率为 1kHz，周期为 1ms，可以设置为 1ms/Div。
  - X position: 水平位移。
  - Y/T: 显示电压随时间变化的波形（默认模式）。
  - A/B, B/A: 显示两通道电压的比值。
- Channel (通道设置):
  - Scale: 设置垂直轴（电压）每格代表的伏特数，信号峰峰值为 5V，可以设置为 1V/Div 或 2V/Div。
  - Y position: 垂直位移,用于将多个波形上下错开显示。
  - AC: 交流耦合，只显示交流成分,滤除直流偏置。
  - DC: 直流耦合，显示完整的交流+直流信号。
  - 0: 接地，将输入端接地,用于校准零点。
- Trigger (触发):
  - Edge: 边沿触发（上升沿或下降沿）。
  - A, B, Ext: 选择触发源。
  - Level: 设置触发电平，只有当信号达到该电平时,示波器才开始扫描。
使用技巧： 点击通道选择按钮上方的颜色块,可以改变该通道波形的显示颜色。

2 函数信号发生器：产生激励信号

为你的电路提供输入信号。

放置与连接： 放置 Function Generator，它有三个输出端：
- 正波形输出。
- Common: 公共端,通常接地。
- 负波形输出（反相）。
面板设置：
- Waveforms (波形): 选择正弦波、三角波、方波。
- Frequency (频率): 设置信号频率（Hz, kHz, MHz）。
- Duty Cycle (占空比): 设置方波或三角波的占空比（%）。
- Amplitude (幅度): 设置波形的峰值电压（Vpp）。
- Offset (偏置): 设置波形的直流偏置电压。

3 波特图仪：分析电路频率响应

用于测量电路的幅频特性和相频特性。

放置与连接： 放置 Bode Plotter，它有输入和输出两个端口：
- IN V+, IN V-: 连接电路的输入端。
- OUT V+, OUT V-: 连接电路的输出端。
面板设置：
- Horizontal (水平轴):
  - Log / Lin: 对数或线性坐标。
  - I: 起始频率。
  - F: 结束频率。
- Vertical (垂直轴):
  - Log / Lin: 对数或线性坐标。
  - F: 最终值（dB 或 V）。
  - I: 初始值（dB 或 V）。
- 控制按钮：
  - Set: 设置扫描点数（默认 100 点）。
  - Save: 保存数据。
  - 标记读数，可以精确读取某一点的频率、增益和相位。

4 逻辑分析仪：数字电路的利器

用于同时观察和分析多路数字信号。

放置与连接： 放置 Logic Analyzer，它有 16 个数字输入通道和一个外触发端。
面板设置：
- Stop / Reset / Reverse: 停止、重置、反转显示。
- Clock (时钟设置):
  - Clock rate: 设置时钟频率。
  - Clock source: 选择时钟源（外部或内部）。
  - Sampling: 设置采样模式（沿触发）。
- Trigger (触发设置):
  可以设置复杂的触发条件，例如在通道 1 上升沿且通道 2 为高电平时触发。

第四部分：分析与高级功能

除了使用虚拟仪器，Multisim 还提供了强大的分析功能,可以自动完成复杂的计算并生成图表。

访问分析工具： 菜单栏 Simulate -> Analyses。

1 基本仿真分析

DC Operating Point (直流工作点分析):
- 作用： 计算电路在直流电源下的各节点电压和支路电流。
- 用途： 快速判断晶体管是否工作在放大区、运放是否饱和等。
AC Analysis (交流扫描分析):
- 作用： 类似于波特图仪,计算电路在某个频率范围内的频率响应。
- 用途： 分析放大器的增益、带宽、滤波器的截止频率等,它会自动生成一个包含幅频和相频特性的图表。

2 参数扫描分析

作用： 当电路中某个元件的参数在一定范围内变化时，观察电路性能（如节点电压、频率响应）的变化。
用途：
- 分析电阻/电容值对电路中心频率的影响。
- 确定某个元件的最佳取值范围。
- 进行容差分析。
操作： 在 Analyses 中选择 Parameter Sweep，设置要扫描的元件、扫描类型（线性、列表等）、扫描范围和输出变量。

3 失真分析

作用： 分析在小信号交流输入下，电路由于非线性元件（如晶体管）产生的谐波失真和互调失真。
用途： 评估音频放大器等对信号保真度要求高的电路性能。

4 蒙特卡洛分析

作用： 考虑实际元件的容差（如电阻标称值 1kΩ，但可能有 5% 的误差）,模拟多次随机取值下的电路性能分布。
用途： 预测批量生产时,电路性能的合格率和一致性。

第五部分：实践案例

1 案例一：二极管整流滤波电路

目标： 将 220V/50Hz 的交流电降压、整流、滤波,得到一个平滑的直流电压。

搭建电路：
- 从 Sources 中选择 AC_POWER_SOURCE，设置电压为 220V，频率为 50Hz。
- 使用 Basic 中的 TRANSFORMER (变压器)，选择一个降压变压器，如 220V:12V。
- 使用 Diodes 中的 DIODE (二极管) 搭建一个桥式整流电路。
- 在整流电路后，并联一个 CAPACITOR (滤波电容)，如 1000uF。
- 并联一个 RESISTOR (负载电阻)，如 1kΩ。
- 在电容两端并联一个 Oscilloscope，在负载电阻两端并联一个 Multimeter。
仿真与分析：
- 运行仿真。
- 观察示波器波形：你会看到整流后的脉动直流电，经过电容滤波后,波形变得平滑。
- 观察万用表读数：应该能测量到一个接近 15V (12V * 1.414) 的直流电压。

2 案例二：晶体管共射放大电路

目标： 设计一个基本的晶体管放大电路,并测量其电压增益和频率响应。

搭建电路：
- 使用 Sources 中的 AC_POWER_SOURCE 作为输入信号（10mV, 1kHz）。
- 使用 Basic 中的电阻设置偏置电路（基极分压电阻、集电极电阻、发射极电阻）。
- 使用 Transistors 中的一个 NPN 晶体管（如 2N2222）。
- 在输入和输出端各放置一个 Oscilloscope 通道,以便比较输入和输出信号。
仿真与分析：
- 时域分析： 运行仿真，观察示波器上的两个波形，输出波形的幅度应该大于输入波形，计算电压增益 Av = Vout / Vin。
- 频域分析：
  - 方法一（使用波特图仪）：断开输入信号源，连接波特图仪的输入到电路输入，输出到电路输出,运行交流扫描分析。
  - 方法二（使用分析工具）：Simulate -> Analyses -> AC Analysis，设置输出变量为输出节点电压，运行后，查看生成的幅频和相频图，找到中频增益和-3dB带宽。

3 案例三：555 多谐振荡器电路

目标： 使用 555 定时器搭建一个无稳态多谐振荡器，驱动一个 LED 闪烁。

搭建电路：
- 使用 Mixed 中的 TIMER -> 555。
- 根据标准的 555 无稳态电路图，连接外部电阻 R1, R2 和电容 C1。
- 将输出引脚（3脚）通过一个限流电阻连接到 LED。
- 在输出端和 LED 之间并联一个 Oscilloscope。
仿真与分析：
- 运行仿真。
- 你会看到 LED 开始闪烁。
- 观察示波器波形，会看到一个方波，测量其周期和高低电平时间，并与理论公式 T ≈ 0.693 * (R1 + 2*R2) * C1 进行比较。

第六部分：实用技巧与资源

电路注释与标题框： 使用 Text 和 Title Block 工具为你的电路图添加说明,使其更专业。
子电路创建： 将复杂电路的一部分创建成一个“黑盒子”（子电路）,可以大大简化顶层电路图。
PCB 设计： Multisim 通常与 Ultiboard 配套使用，在 Multisim 中设计好电路后，可以无缝地导入 Ultiboard 进行 PCB 布局和布线。
3D 视图： View -> 3D View 可以查看电路的立体效果,非常直观。
学习资源：
- NI 官方网站： 提供了大量的教程、示例和文档。
- YouTube： 搜索 "Multisim tutorial",有大量视频教程。
- 电子论坛和社区： 如 EEVblog 论坛、国内的电子发烧友论坛等,可以提问和交流。