仿真

任务一 基尔霍夫定律仿真实验

一、任务要求

图1-1

电路如图1-1所示，选取回路abcd和节点b，验证基尔霍夫定律。

二、任务分析

在回路abcd中，由基尔霍夫电压定律可知V1+VR1+VR2+V2=0，分别用电压表测量V1、R1、R2、V2两端电压，若其代数和为零，则可验证基尔霍夫电压定律；在节点b上，由基尔霍夫电流定律可知I1=I2+I3，在ab间、bc间、bd间分别串联电流表，若其代数和为零，则可验证基尔霍夫电流定律。实验电路如图1-2所示

图1-2

其中U1、U5、U6、U7为电压表，分别测量R1、R2、V1、V2电压，若其代数和为零则可验证基尔霍夫电压定律；U2、U3、U4为电流表，分别测量I2、I1、I3电流，若其代数和为零则可验证基尔霍夫电流定律。

三、相关知识

1、NI Multisim的特性

Multisim的前身是加拿大IIT公司的EWB，其以Windows为基础，适用于模拟、数字电路设计，后更名为Multisim。2005年2月，Multisim被美国NI公司收购，并与该公司的LabVIEW结合，性能得到极大提升。

Multisim10是NI Electronics Workbench Group于2007年推出的最新款交互式系统分析仿真软件，提炼了SPICE仿真的复杂内容，提供原理图捕获和仿真、交互式虚拟仪器，并与NI LabVIEW和NI LabVIEW SignalExpress集成用于测试。

Multisim直观的设计环境、方便的元件放置与布线、交互式的虚拟仪器、自动生成电路的电路向导及快速获取元件编码等功能，使得操作者无需成为SPICE专家就能够使用。借助Multisim的高级特性能够完成复杂的设计，其中包括直流工作点分析、交流分析、瞬态分析、Fourier分析、噪声分析、失真分析、RF分析、灵敏度分析、直流扫描分析、参数扫描分析、温度扫描分析、零极点分析、传递函数分析、最坏情况分析、Monte Carlo分析、线宽分析、批处理分析和用户自定义分析等18个复杂的分析方法直至全面的元件库、MCU以及VHDL协同仿真，并将仿真结果进行进一步的后处理。专业设计者能够方便地加入最新元件，使用NI LabVIEW测量软件快速进行原型开发和测试设计。 

2、Multisim10基本界面

Multisim10基本界面组成如图1-3所示。

图1-3

工具栏中各英文具体含义见附录。

3、Multisim10的基本设置

在进行使用前，需要对Multisim10进行一些基本的初始设置，符合我们的习惯和方便我们的工作。

（1）选择主菜单中Options/Global Preferences…，弹出Preferences对话框。该对话框共有Paths、Save、Parts、General4个选项卡，选Parts选项卡。Parts选项卡共有3栏内容，Place Component Mode，设置元件放置方式，建议选择Continuous placement（ESC to quit），这样元件可以连续放置；Symobl standard，选择元件符号模式，建议选择欧洲标准模式DIN；下面的栏目默认即可。

（2）选择主菜单中Options/Sheet Properties…，弹出Sheet Properties对话框，该对话框共有6个选项卡。首先选Circuit选项卡，将Circuit选项卡中的Net Names栏下默认的Show All选项，改为Hide All选项，这样可以隐藏电路节点编号，使电路简介；然后再选择Workspace选项卡，将Workspace选项卡中的Sheet Size设置为A0，确保仿真电路图纸足够大，方便使用。最后点击OK按钮退出。

以上设置完成后，再此打开软件时不必重新设置。

4、具体步骤

（1）直流电压源调用

单击元件工具栏中Place Source（电源器件）图标，在Family窗口中选择POWER_SOURCES，然后在Component窗口中选择DC_POWER，调出12V直流电源。

在电子平台空白处点击鼠标左键，会出现1个12V直流电源。移动鼠标，再次点击左键，会出现第二个12V直流电源，以此类推。点击鼠标右键，调用结束。在这里我们保留2个直流电源，分别为V1、V2。

双击V2，弹出DC_POWER对话框。在Value选项卡中，将Voltage后面的12改为20，这样电源V2由12V变为20V。

（2）电阻调用

单击元件工具栏中Place Basic（基本器件）图标，在Family窗口中选择RESISTOR，然后在Component窗口中选择10，调出3个10欧姆电阻。

选中R3，点击右键，选择90Clockwise，时电阻水平翻转。这个栏目中共有四个选项，Flip Horizontal为水平翻转，Flip Vertical为垂直翻转，90Clockwise为顺时针旋转90度，90ClockwiseW为逆时针旋转90度。电阻没有极性，所以顺时针或逆时针旋转均可，但在旋转二极管等极性元件时，要注意旋转方向。

（3）常用仪器调用

单击元件工具栏中Place Indicator（指示器）图标，首先在Family窗口中选择VOLTMETER，然后在Component窗口中选择VOLTMETER_H，调出4个电压表，并根据需要，按照（2）中描述的方法进行翻转；然后再在Family窗口中选择AMMETER，然后在Component窗口中选择AMMETER_H，调出3个电流表，并根据需要进行翻转。

（4）连线操作

按图1-2所示放置好各元件及仪器，将鼠标指向所要连接的元件引脚上，鼠标箭头就会变十字形，按住左键沿栅格拖拽，直到目标连接元件引脚，完成后中间将产生一条红色连线。注意两根导线相交时，有节点表示相接，没有节点则不相接。

注意：两个元件相连接时，不能直接将一个元件的引脚放在另一个引脚上。两引脚之间必须有栅格和红色的连线，否则电路相当于没有连接在一起。

（5）接地操作

在Multisim10中，所有需要仿真的电路必须接地。本任务中没有接地，所以需要在电子平台空白处放置一个接地符号，以满足系统要求。单击元件工具栏中Place Source（电源器件）图标，在Family窗口中选择POWER_SOURCES，然后在Component窗口中选择DGND，调出接地符号，放置在空白处。

（6）电路测试

连线完成后，打开仿真开关，观测各电流表及电压表示数，记录在下表中。

练习一：按图中要求完成电路仿真，并记录各表中的示数。

练习二：按图中要求完成电路仿真，并记录各表中的示数。

提示：单击元件工具栏中Place Basic（基本器件）图标，在Family窗口中选择POTENTIOMETER，然后在Component窗口中选择相应数值，即可调