内容简介
《Multisim 11电子电路仿真分析与设计》是配合“电工基础”、“电子技术”和“电子线路设计”等课程教学和电子设计竞赛而编写的教材,可作为大中专学校电类各专业的教科书,亦可供从事电工、电子技术设计和应用的科技人员参考。
Multisim 11是知名的EDA软件EWB5.0的升级版。《Multisim 11电子电路仿真分析与设计》结合典型案例讲解Multisim 11软件的使用方法和仿真分析的操作技巧。本书内容新颖、条理清晰、图文并茂、实例丰富,是一本实用性极强的电子技术实训、实验和设计的教材。
内页插图
目录
前言
第1章 概述
1.1Multisim 11的发展与基本功能
1.1.1Multisim 11的发展
1.1.2Multisim 11的基本功能
1.1.3Multisim 11的运行环境
1.1.4Multisim 11的安装
1.2Multisim 11的窗口界面
1.2.1Multisim 11的启动
1.2.2Multisim 11的主窗口界面简介
1.2.3Multisim 11的工具栏
1.2.4电路窗口
1.2.5Design ToolBox(设计工具箱)
1.2.6Sheet(数据表格栏)
1.2.7Status Bar(状态栏)
1.3Multisim 11的菜单命令
1.3.1File(文件)
1.3.2Edit(编辑)
1.3.3View(视图)
1.3.4Place(放置)
1.3.5MCU(微控制器)
1.3.6Simulate(仿真)
1.3.7Transfer(文件输出)
1.3.8Tools(工具)
1.3.9Reports(报告)
1.3.10Options(选项)
1.3.11Window(窗口)
1.3.12Help(帮助)
思考题
第2章 元器件库与元器件库管理
2.1Multisim 11的元器件库
2.1.1Sources(电源器件库)
2.1.2Basic(基本元器件库)
2.1.3Diodes(二极管器件库)
2.1.4Transistors(晶体管器件库)
2.1.5Analog(模拟集成器件库)
2.1.6TTL(TTL器件库)
2.1.7CMOS(CMOS器件库)
2.1.8Misc Digital(其他数字器件库)
2.1.9Mixed(混合器件库)
2.1.10Indicators(指示器件库)
2.1.11Power(电源器件库)
2.1.12Misc(杂项器件库)
2.1.13Advanced Peripherals(高级外围设备器件库)
2.1.14RF(射频器件库)
2.1.15ElectroMechanical(机电器件库)
2.1.16NIComponents(NI器件库)
2.1.17MCU Module(微控制器器件库)
2.2Multisim 11的虚拟元器件
2.2.1虚拟模拟元器件
2.2.2虚拟基本元器件
2.2.3虚拟二极管器件
2.2.4虚拟晶体管器件
2.2.5虚拟测量器件
2.2.6虚拟杂项器件
2.2.7虚拟电源
2.2.8虚拟定值元器件
2.2.9虚拟信号源器件
2.3元器件符号编辑器
2.3.1仿真元器件通常所具有的信息
2.3.2元器件符号编辑器的使用
2.4创建仿真元器件
2.4.1元器件创建向导第1步
2.4.2元器件创建向导第2步
2.4.3元器件创建向导第3步
2.4.4元器件创建向导第4步
2.4.5元器件创建向导第5步
2.4.6元器件创建向导第6步
2.4.7元器件创建向导第7步
2.4.8元器件创建向导第8步
2.5元器件查找和元器件库管理
2.5.1元器件查找
2.5.2元器件库的管理
思考题
第3章 虚拟仪器仪表的使用
3.1电压表
3.1.1电压表的图标
3.1.2电压表的设置
3.1.3电压表的连接
3.2电流表
3.2.1电流表的图标
3.2.2电流表的设置
3.2.3电流表的连接
3.3数字万用表
3.3.1数字万用表的图标和面板
3.3.2数字万用表的内部参数设置
3.3.3数字万用表的使用方法
3.4函数信号发生器
3.4.1函数信号发生器的图标和面板
3.4.2连接
3.4.3面板设置
3.5功率表
3.5.1功率表的图标和面板
3.5.2连接
3.5.3面板
3.5.4应用实例
3.6双通道示波器和四通道示波器
3.6.1Oscilloscope(双通道示波器)的图标和面板
3.6.2双通道示波器的使用
3.6.3应用实例
3.6.4Channel Oscilloscope(四通道示波器)
3.7波特图示仪
3.7.1波特图示仪的图标和面板
3.7.2连接使用
3.8频率计
3.8.1频率计的图标和面板
3.8.2连接使用
3.9数字信号发生器
3.9.1数字信号发生器的图标和面板
3.9.2数字信号发生器使用设置
3.10逻辑分析仪
3.10.1逻辑分析仪的图标和面板
3.10.2逻辑分析仪的设置
3.10.3应用实例
3.11逻辑转换仪
3.11.1逻辑转换仪的图标和面板
3.11.2逻辑转换仪的使用
3.12伏安特性分析仪
3.12.1伏安特性分析仪的图标和面板
3.12.2伏安特性分析仪的设置
3.13失真分析仪
3.13.1失真分析仪的图标和面板
3.13.2失真分析仪的使用与设置
3.14频谱分析仪
3.14.1频谱分析仪的图标和面板
3.14.2频谱分析仪的使用与设置
3.15网络分析仪
3.15.1网络分析仪的图标和面板
3.15.2网络分析仪的使用操作
3.16安捷伦函数信号发生器
3.16.1安捷伦函数信号发生器的图标和面板
3.16.2Agilent 33120A面板上按钮的主要功能
3.16.3Agilent 33120A产生的标准波形
3.17安捷伦数字万用表
3.17.1安捷伦数字万用表的图标和面板
3.17.2安捷伦数字万用表的使用
3.17.3Agilent 34401A量程的选择
3.18安捷伦示波器
3.18.1安捷伦示波器的图标和面板
3.18.2Agilent 54622D的校正
3.18.3Agilent 54622D示波器的基本操作
3.18.4示波器触发方式的调整
3.19泰克示波器
3.19.1泰克示波器的图标和面板
3.19.2泰克示波器的特性
3.20测量探针
3.21电流探针
3.22LabVIEW虚拟仪器
3.22.1传声器(Microphone)
3.22.2扬声器(Speaker)
3.22.3信号发生器(Signal Generator)
3.22.4信号分析仪(Signal Analyzer)
思考题
第4章 电子电路原理图设计
4.1电子电路的操作界面设置
4.1.1总体参数设置
4.1.2电路图表属性设置
4.1.3个性化标题栏的设置
4.2放置元器件
4.2.1从元器件工具栏的元器件库中选取
4.2.2使用菜单命令放置元器件
4.2.3使用右键菜单命令放置元器件
4.2.4如何正确使用虚拟元器件
4.2.5对电路窗口上的元器件操作
4.3连接线路
4.3.1两元器件引脚之间连线
4.3.2放置节点
4.3.3元器件引脚与线路连接
4.3.4线路之间的连接
4.3.5放置总线
4.3.6调整导线位置
4.3.7设置连线与节点的颜色
4.3.8删除连线和节点
4.3.9放置输入/输出端点
4.4子电路
4.4.1子电路的概念
4.4.2子电路的创建
4.5文字编辑
4.5.1放置文字
4.5.2放置注释
思考题
第5章 电子电路仿真分析
5.1电子电路仿真的基本原理及注意问题
5.1.1电路仿真的基本原理
5.1.2电路仿真分析的方法步骤
5.1.3数字电路仿真分析应注意的问题
5.1.4仿真过程的收敛和分析失效问题
5.1.5直流工作点分析显示出错时的解决办法
5.1.6在瞬态分析中仿真不收敛或分析失效问题的检查步骤
5.2直流工作点分析
5.2.1建立要分析的电路
5.2.2分析设置
5.2.3仿真分析
5.3交流分析
5.3.1建立要分析的电路
5.3.2分析设置
5.3.3仿真分析
5.4瞬态分析
5.4.1建立要分析的电路
5.4.2分析设置
5.4.3仿真分析
5.5傅里叶分析
5.5.1建立要分析的电路
5.5.2分析设置
5.5.3仿真分析
5.6噪声分析
5.6.1建立要分析的电路
5.6.2分析设置
5.6.3运行仿真分析
5.7噪声系数分析
5.7.1噪声系数分析设置
5.7.2运行仿真分析
5.8失真分析
5.8.1建立要分析的电路
5.8.2分析设置
5.8.3运行仿真分析
5.9直流扫描分析
5.9.1建立要分析的电路
5.9.2仿真设置
5.9.3运行仿真分析
5.10灵敏度分析
5.10.1建立要分析的电路
5.10.2仿真设置
5.10.3运行仿真分析
5.11参数扫描分析
5.11.1建立要分析的电路
5.11.2分析设置
5.11.3运行仿真分析
5.12温度扫描分析
5.12.1建立要分析的电路
5.12.2分析设置
5.12.3运行仿真分析
5.13极点—零点分析
5.13.1建立要分析的电路
5.13.2分析设置
5.13.3运行仿真分析
5.14传递函数分析
5.14.1建立要分析的电路
5.14.2分析设置
5.14.3运行仿真分析
5.15最坏情况分析
5.15.1建立要分析的电路
5.15.2分析设置
5.15.3运行仿真分析
5.16蒙特卡罗分析
5.16.1建立要分析的电路
5.16.2分析设置
5.16.3运行仿真分析
5.17布线宽度分析
5.17.1建立要分析的电路
5.17.2分析设置
5.17.3运行仿真分析
5.18批处理分析
5.18.1建立要分析的电路
5.18.2分析设置
5.18.3运行仿真分析
5.19用户自定义分析
思考题
第6章 电子电路仿真分析与设计
6.1RC一阶电路仿真分析
6.1.1RC一阶电路的特点
6.1.2搭建RC一阶仿真电路
6.1.3RC一阶动态电路仿真分析
6.2RLC二阶动态电路仿真分析
6.2.1RLC二阶电路的特点
6.2.2搭建RLC二阶仿真电路
6.2.3仿真分析
6.3RLC串联谐振电路仿真分析
6.3.1RLC串联谐振电路特点
6.3.2RLC串联谐振电路的仿真分析
6.4半波整流电路仿真分析
6.4.1半波整流电路原理简述
6.4.2搭建半波整流仿真分析电路
6.4.3仿真分析
6.5桥式整流滤波电路仿真分析
6.5.1电路原理简述
6.5.2搭建桥式整流滤波仿真电路
6.5.3桥式整流滤波电路仿真分析
6.6单管共射放大电路仿真分析
6.6.1单管共射放大电路原理简述
6.6.2搭建单管共射放大仿真电路
6.6.3单管共射放大电路仿真分析
6.7乙类功率放大电路仿真分析
6.7.1乙类功率放大电路原理简述
6.7.2搭建乙类功率放大仿真电路
6.7.3仿真分析
6.8结型场效应晶体管共源放大器仿真分析
6.8.1结型场效应晶体管共源放大电路原理简述
6.8.2搭建结型场效应晶体管共源放大仿真电路
6.8.3仿真分析
6.9电压串联负反馈放大器仿真分析
6.9.1电压串联负反馈放大器原理简述
6.9.2搭建电压串联负反馈放大器仿真电路
6.9.3仿真分析
6.10反相比例运算放大器仿真分析
6.10.1反相比例运算放大器原理简述
6.10.2搭建反相比例运算放大器仿真电路
6.10.3仿真分析
6.11加法电路仿真分析
6.11.1加法电路原理简述
6.11.2搭建仿真电路
6.11.3仿真分析
6.12RC正弦波振荡器仿真分析
6.12.1RC正弦波振荡电路原理简述
6.12.2搭建仿真电路
6.12.3RC正弦波振荡电路仿真分析
6.13三端可调输出集成稳压器仿真分析
6.13.1三端可调输出集成稳压器原理简述
6.13.2搭建仿真电路
6.13.3仿真分析
6.14编码器74LS148D的功能测试与仿真分析
6.14.1编码器74LS148D的功能测试电路
6.14.2仿真分析
6.15译码器74LS138N的功能测试与仿真分析
6.15.1译码器74LS138N的功能测试电路
6.15.2仿真分析
6.16集成D触发器的功能测试与仿真分析
6.16.1集成D触发器的功能测试电路
6.16.2集成D触发器的应用设计过程与仿真分析
6.17JK触发器的功能测试与仿真分析
6.17.1JK触发器的功能测试
6.17.2仿真分析
6.18移位寄存器74LS194D的功能测试与仿真分析
6.18.1双向移位寄存器74LS194D的功能测试
6.18.2仿真分析
6.19计数器74LS192D的功能测试与仿真分析
6.19.1计数器74LS192D的功能测试电路
6.19.2仿真分析
6.20单稳态触发器设计与仿真分析
6.20.1单稳态触发器应用设计分析
6.20.2单稳态触发器的应用设计过程与仿真分析
6.21方波发生器设计与仿真分析
6.21.1方波发生器设计分析
6.21.2方波发生器应用设计过程与仿真分析
6.22数-模转换器设计与仿真分析
6.22.1数-模转换器设计分析
6.22.2数-模转换器应用设计过程与仿真分析
6.23模-数转换器设计与仿真分析
6.23.1模-数转换器设计分析
6.23.2模-数转换器应用设计过程与仿真分析
6.24单片机控制流水灯电路设计与仿真分析
6.24.1单片机控制流水灯电路设计分析
6.24.2单片机控制流水灯设计电路过程与仿真分析
参考文献
前言/序言
《电子电气工程原理与实践》 内容简介 本书致力于为读者提供一套全面、深入的电子电气工程基础理论知识与实际应用能力。内容覆盖了从基础的直流电路分析,到复杂的数字逻辑设计,以及现代电子系统中的关键技术,旨在帮助读者构建扎实的专业基础,并掌握解决实际工程问题的能力。 第一部分:直流与交流电路基础 本部分将从最基本的电学定律入手,带领读者深入理解直流电路的构成与分析方法。我们将详细介绍欧姆定律、基尔霍夫电压定律和电流定律,并在此基础上,讲解电阻、电容、电感等基本元器件的特性及其在电路中的作用。通过大量的理论推导和实例分析,读者将能够熟练掌握串联、并联电路的计算,以及更复杂的网孔分析和节点电压分析方法。 随后,我们将过渡到交流电路的学习。本部分将引入正弦交流电的稳态分析,重点讲解阻抗、电纳、电抗等概念,并深入探讨RLC串联和并联电路的频率响应特性。读者将学习如何应用相量法来简化交流电路的分析,并理解功率因数、平均功率、无功功率以及视在功率等重要概念。此外,我们将介绍变压器的工作原理及其在电力系统中的应用,为后续的电力电子技术打下基础。 第二部分:半导体器件与模拟电路设计 半导体器件是现代电子系统的基石。本部分将系统介绍各种关键的半导体器件,包括二极管(整流二极管、稳压二极管、发光二极管等)和晶体管(BJT双极结型晶体管、MOSFET金属氧化物半导体场效应晶体管)。我们将详细解析它们的物理结构、工作原理、特性曲线以及基本应用电路,如二极管的整流和限幅电路,晶体管的放大和开关电路。 在此基础上,本书将深入探讨模拟集成电路的设计与应用。我们将介绍运算放大器(Op-amp)的核心概念,包括理想运算放大器的特性、虚短虚断原理,并详细讲解其在多种经典电路中的应用,例如同相/反相放大器、电压跟随器、加法器、减法器、积分器、微分器等。此外,还将涵盖滤波器(低通、高通、带通、带阻滤波器)的设计原理与电路实现,以及振荡器和信号发生器的工作原理。读者将学习如何根据设计需求,选择合适的元器件和电路拓扑,搭建稳定可靠的模拟信号处理系统。 第三部分:数字逻辑电路与微控制器基础 数字逻辑电路是构建现代计算机、通信设备和控制系统的基础。本部分将从最基本的逻辑门(AND, OR, NOT, NAND, NOR, XOR)开始,系统介绍组合逻辑电路和时序逻辑电路的设计。我们将详细讲解逻辑函数的化简方法,如卡诺图和布尔代数。然后,我们将深入学习各种组合逻辑电路,包括编码器、译码器、多路选择器、数据分配器、加法器、减法器等。 接着,我们将转向时序逻辑电路,介绍触发器(SR, D, JK, T触发器)的工作原理,以及由触发器构成的寄存器和计数器。这些基本单元构成了数字系统的存储和状态转移功能。 为了将数字逻辑与实际应用结合,本部分还将引入微控制器(Microcontroller)的概念与基础。我们将介绍微控制器的基本结构,包括CPU、存储器、输入/输出接口等,并重点讲解常用的微控制器架构,如ARM Cortex-M系列。读者将学习微控制器的基本编程模型,包括汇编语言和高级语言(如C语言)在微控制器开发中的应用。通过简单的实例,读者将能够初步掌握如何编写程序控制微控制器的外设,实现简单的嵌入式系统功能。 第四部分:电力电子技术入门 电力电子技术是将电能进行变换和控制的核心技术,在电力传输、新能源、电动汽车等领域发挥着至关重要的作用。本部分将为读者提供电力电子技术的基础知识。我们将介绍电力电子变换器的基本类型,如AC-DC变换(整流)、DC-DC变换(斩波)、DC-AC变换(逆变)以及AC-AC变换。 我们将重点讲解功率器件(如晶闸管、MOSFET、IGBT)的开关特性及其在变换器中的应用。通过对典型电路拓扑的分析,如Buck变换器、Boost变换器、Buck-Boost变换器等,读者将理解如何实现电压的升高、降低或反转。此外,还将介绍相控整流和逆变电路,以及它们在电力系统中的应用。本部分旨在为读者构建对电力电子技术的基本认知,并为进一步深入学习打下基础。 第五部分:信号与系统理论基础 信号与系统是电子信息科学的基础理论之一。本部分将从信号的分类与描述出发,介绍连续时间信号和离散时间信号的基本概念,如周期信号、非周期信号、能量信号、功率信号等。我们将深入讲解傅里叶级数和傅里叶变换,它们是分析信号频谱特性的强大工具,使我们能够理解信号在频域的表示。 接着,我们将引入系统的概念,包括线性系统、时不变系统、因果系统等。我们将重点讲解卷积运算,它是描述线性时不变系统输出与输入之间关系的数学工具。此外,还将介绍拉普拉斯变换和Z变换,它们是分析和设计连续时间系统和离散时间系统的有力工具,能够帮助我们处理更复杂的系统响应和稳定性问题。通过本部分的学习,读者将能够更深刻地理解信号在不同域(时域、频域)的表示,并掌握分析和设计各种电子系统的基本方法。 第六部分:嵌入式系统与传感器技术 随着物联网和智能化时代的到来,嵌入式系统和传感器技术变得越来越重要。本部分将进一步拓展微控制器在实际应用中的广度。我们将介绍各种常见的传感器类型,包括温度传感器、光敏传感器、压力传感器、湿度传感器、加速度传感器等,详细解析它们的工作原理、输出信号特性以及与微控制器接口的常见方式。 在此基础上,我们将介绍嵌入式系统的硬件架构和软件开发流程。读者将学习如何构建一个完整的嵌入式系统,包括主控单元、传感器、执行器以及通信模块。我们将讲解常用的嵌入式操作系统(RTOS)的基本概念和优势,以及如何在嵌入式平台上进行软件调试和优化。通过一些具体的应用案例,如智能家居控制、环境监测系统、数据采集系统等,读者将能够理解如何将理论知识转化为实际的工程解决方案。 第七部分:电路故障诊断与排除 在实际的电子系统设计和维护过程中,准确地诊断和排除故障是至关重要的技能。本部分将系统介绍电路故障的常见类型,如短路、开路、元器件失效、信号失真等,并提供一套科学的故障诊断思路和方法。 我们将讲解使用各种测量仪器,如万用表、示波器、信号发生器等,进行电路参数测量和波形分析。通过对典型故障场景的分析,读者将学习如何根据测量结果,快速定位故障原因。此外,还将介绍一些高级的故障排除技巧,如替换法、分块法、比较法等,并强调安全操作规程的重要性。本部分的目的是培养读者严谨的逻辑思维能力和扎实的动手实践能力,使其能够高效地解决实际工程中的问题。 第八部分:通信系统基础原理 现代社会高度依赖通信技术。本部分将为读者介绍通信系统的基本原理。我们将从信息论的基础概念出发,如信源、信宿、信道、噪声等,讲解信息传输的基本过程。然后,我们将介绍各种调制技术,如幅度调制(AM)、频率调制(FM)、相位调制(PM)等,以及它们在模拟通信中的应用。 接着,我们将转向数字通信,介绍脉冲编码调制(PCM)、基带传输、带通传输等基本概念。我们将讲解数字信号的编码、解码、差错控制编码(如海地码、卷积码)以及解码技术。此外,还将介绍多路复用技术,如频分复用(FDM)、时分复用(TDM)等,它们能够提高信道利用率。本部分旨在为读者提供通信系统设计的理论基础,为理解无线通信、光纤通信等现代通信技术奠定基础。 总结 《电子电气工程原理与实践》通过系统性的理论讲解和丰富的实例分析,旨在为读者构建一套完整、深入的电子电气工程知识体系。本书内容涵盖了直流交流电路、半导体与模拟电路、数字逻辑与微控制器、电力电子、信号系统、嵌入式系统、故障诊断以及通信原理等多个核心领域,力求让读者在掌握理论知识的同时,也能具备解决实际工程问题的能力。通过本书的学习,读者将能够自信地应对各种电子电气工程挑战,为未来的学习和职业发展打下坚实的基础。