1. 介绍介绍中的范例仿真一个标准非反向运算放大器电路(如图1所示)。 该非反向放大器的增益通过下列表达式计算:增益 = 1 + R1/R2。 因此,如果R1 = R2,则增益等于2,可在Multisim中运行交互式仿真时进行验证。
图1. 非反向放大器电路
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2. A部分:选择元件在Multisim环境中开始绘制电路。
- 选择所有程序»National Instruments»Circuit Design Suite 13.0»Multisim 13.0,打开Multisim。
- 选择Place»Component。 出现Select a Component窗口(也称Component Browser),如图2所示。
图2. Select a Component窗口
Component Browser由三个逻辑层次的数据库元件组成。 Master Database包含所有只读格式的装运元件。 Corporate Database用于保存与同事共享的自定义元件。 最后User Database保存的自定义元件只能由特定设计人员使用。
附加说明
- 元件(部件)分成Groups和Families,以便直观并按逻辑将相同部件组合在一起,从而使搜索更加轻松有效。
- Component Browser在一个弹窗中显示元件名称、符号、功能说明、模型和封装信息。
- 选择Source组并高亮显示POWER_SOURCES系列。
- 选择GROUND元件(如图2所示)。
- 单击OK。 Select a Component窗口暂时关闭,接地符号被“粘附”到鼠标指针上。
- 移动鼠标至工作区的合适位置并左键单击可放置元件。 放置元件后,Select a Component窗口将再次自动打开。
- 再次回到Sources组并高亮显示POWER_SOURCES系列(如未从之前的选择高亮显示)。
- 选择DC_POWER元件。
- 在电路图上放置DC_POWER元件。
- 重复步骤7、8和9,放置第二个DC_POWER元件。
附加说明
- 没有电源和接地接线端,仿真无法运行。
- 如需多个元件,可重复上述放置步骤或放置一个元件,然后使用拷贝(Ctrl+C)和粘贴(Ctrl+V)根据需要放置其他元件。
- 默认情况下,Select a Component窗口不断返回为弹窗,直至完成放置元件。 关闭窗口,返回电路图绘制窗口。
现在使用上述步骤中的方法放置其他电路元件。
- 选择Analog组和OPAMP系列。
- 在Component栏中输入AD712。
- 选择AD712SQ/883B元件,如下图所示:
图3. 选择运算放大器
注意该元件是一个多节元件,如A和B选项卡所示。
- 将AD712SQ/883B元件的A节段放置在工作区域。
- 返回Select a Component窗口。
- 选择Basic组、Resistor系列。
- 选择一个1 kΩ电阻。 在Footprint manufacturer/type栏中选择IPC-2221A/2222/RES1300-700X250。
- 放置电阻。
注意,元件粘附于鼠标指针上时,通过Ctrl+R快捷方式可在放置前旋转元件。
- 重复步骤16、17和18可再放置一个1 kΩ电阻。
- 选择Sources组、SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES系列,并放置AC_VOLTAGE元件。 此时,电路图应如下图所示:
图4. 工作区域上放置的元件
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3. B部分:电路图连线Multisim是一个无模式连线环境。 这意味着Multisim根据鼠标位置确定鼠标指针的功能。 用户选择放置、连线和编辑工具时无需返回菜单。
- 将鼠标指针移动到元件引脚附件开始连线。 鼠标显示为十字光标,而非默认的鼠标指针。
- 单击部件引脚/接线端(本例中的opamp输出引脚),放置初始连线交叉点。
- 将鼠标移动到另一个接线端,或双击鼠标将连线端点指向电路图窗口某个浮动位置完成连线。
- 使用复制(Ctrl+C)和粘贴(Ctrl+V)创建接地符号的一个副本。
- 如图5所示完成连线。无需考虑连线上的标号号码(也称网)。
图5. 电路图连线
最后关键的一步就是使用页面连接器(On-page connector)通过虚拟连接将电源接线端连接到opamp的正负电源线。
- 选择Place»Connectors»On-page connector并将其连接至V1电源的正极端子。 On-page Connector窗口将打开。
- 在Connector name栏输入+V并单击OK。
- 选择另一个页面连接器并将其连接至opamp的接线端8。 On-page Connector窗口将再次打开。
- 在Available connectors列表中选择+V连接器并单击OK。 V1 DC电源的正极接线端通过虚拟连接现已连接到opamp的引脚8。
- 重复步骤6至9,将V2的负极接线端连接到opamp的引脚4。 将页面连接器命名为–V。 线路图现在应如下图所示:
图6. 带页面连接器的电路图
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4. C部分:仿真电路 现在您就可以运行交互式Multisim仿真;但是,需要一种显示数据的方法。 Multisim提供视觉化仿真测量的仪器。 仪器可在右边菜单栏找到,图标如下所示。
图7. 仪器工具栏
- 从菜单中选择Oscilloscope并将其放置在电路图上。
- 将Oscilloscope的通道A和通道B接线端连接到放大器电路的输入和输出。
- 放置一个接地元件并将其连接至Oscilloscope的负极接线端。
- 右键单击连接至通道B的连线并选择Segment color。
- 选择蓝色阴影并单击OK按钮。 电路图应如图8所示。
图8. 连接Oscilloscope至电路图
- 选择Simulate»Run可开始仿真。
- 双击Oscilloscope可打开其前面板,观察仿真结果(见图9)。 输入信号按预期被放大2倍。
- 按下仿真工具栏上的红色停止按钮可停止仿真。
图9. 仿真结果
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5. D部分:传输至PCB布局设计现在即可将Multisim设计传输至Ultiboard进行PCB布局设计。 准备时需考虑到源(电源、信号)和接地均为虚拟元件,因此不能将其传输到Ultiboard。 同时,所有元件必须包含封装信息。 用连接器替换电源和接地是一个好方法。
- 从电路图上移除V1、 V2、V3以及Oscilloscope。 请勿移除页面连接器。
- 打开Component Browser,从Connectors组、TERMINAL_BLOCKS系列中放置一个282834-4接线盒。 该连接器用于连接电源(+V, -V)。
- 将连接器引脚1、4、2和3分别连接至+V页面连接器、–V页面连接器和接地,如下图所示:
图10. 接线盒连线
- 在工作区放置另一个282834-4。 该连接器用于连接输入和输出信号。
- 将连接器引脚1连接至opamp引脚3(输入)。
- 将连接器引脚2连接至opamp引脚1(输出)。
- 将连接器引脚3连接至接地。 电路图如下图所示:
图11. 接线盒电路图
- 选择Transfer»Transfer to Ultiboard»Transfer to Ultiboard 13.0并保存网表文件。 Ultiboard将自动打开。
- 单击OK接受Import Netlist窗口中列出的所有操作。 Ultiboard将创建一个默认的电路板轮廓。 注意所有部件都位于电路板轮廓外,黄线(飞线)识别引脚之间的连接,如图12所示。
图12. Multisim传输的默认电路板轮廓和部件
本练习使用2x2英寸电路板。 请遵循下列步骤重新调整电路板轮廓大小。
- 找到屏幕左侧的Design Toolbox。
- 选择Layers选项卡并双击Board Outline以启用该层,如下图所示。
图13. Design Toolbox
通过Design Toolbox的Layers选项卡可移动设计的各层并控制各层的显示颜色。
- 回到工具栏区域并找到Select工具栏,如下图所示。
图14. Select工具栏
Select工具栏包含用于控制选择过滤条件的函数。 也就是说,这些过滤条件控制鼠标指针可选择的内容。
- 禁用除Enable selecting other objects之外的其他所有过滤条件。
- 双击工作区域上的电路板轮廓,打开Rectangle Properties窗口。
- 选择Rectangle选项卡,将Units改为inch,并在Width和Height中均输入2。
- 单击OK。
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6. E部分:电路板布线在电路板内放置元件。
- 回到Select工具栏,禁用除Enable selecting parts之外的其他所有过滤条件。
- 拖曳部件J2并将其置于电路板轮廓内。 通过Ctrl+R快捷键可旋转部件。
- 参考图15,将其他部件置于电路板轮廓内。
图15. 放置部件
该练习中,Copper Top和Copper Bottom层均进行布线。
- 双击Design Toolbox中的Copper Top层。
- 选择Place»Line。
- 找到部件U1 (opamp)。 注意根据飞线所示,引脚1需连接至R1。
- 单击部件U1的引脚1,绘制一条线至R1并单击引脚完成布线。 按下Esc退出布线模式。 布线如下图所示:
图16. 布线
- 双击Design Toolbox中的Copper Bottom层。
- 选择Place»Line。
- 单击部件U1的引脚2,绘制一条线至R1并单击引脚完成布线。按下Esc退出布线模式。 注意,布线颜色为红色,这是Copper Bottom层的颜色配置。
- 完成其他连接的布线。 电路图应如图17所示。
图17. 布线后的电路板
- 选择View»3D Preview 可打开设计的三维视图,如下图所示。
图18. 三维预览