基于Multisim10的电路故障仿真分析应用

2023-03-03

随着计算机技术飞速发展, 计算机技术在电子电路设计领域中发挥着越来越重要的作用。从20世纪80年代后期陆续出现了一批EDA (Electronic Design Automation) 软件, 如OrCAD、Protel、Multisim、Pspice等。目前EDA软件工具代表着电子系统设计的技术潮流。

1 Multisim10简介

Multisim10是National Instruments公司于2007年3月推出的NI Crircuit Design Suit 10中的一个重要组成部分, 它具有众多特点。

(1) 直观的电路图捕捉环境, 轻松设计电路。

(2) 通过交互式SPICE仿真, 迅速了解电路行为。

(3) 借助高级电路分析, 理解基本设计特征。

(4) 通过一个工具链, 无缝地集成电路设计和虚拟测试。

(5) 通过改进、整合设计流程, 减少建模错误并缩短上市时间。

Multisim10软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真, 能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。凭借Multisim10, 用户可以立即创建具有完整组件库的电路图, 并利用工业标准SPICE模拟器模仿电路行为。借助专业的高级SPICE分析和虚拟仪器, 用户能在设计流程中提早对电路设计进行的迅速验证, 从而缩短建模循环。与NILabVIEW和SignalExpress软件的集成, 完善了具有强大技术的设计流程, 从而能够比较具有模拟数据的实现建模测量。

2 Multisim10在电子电路故障分析中的应用

Multisim10不仅能对正常的电子线路进行仿真分析, 而且还能仿真分析带有故障的电子电路, 以模拟电子电路故障的基本现象, 通过分析故障的基本现象以达到完善设计电路各项性能的目的。Multisim10进行故障分析的基本步骤是:设置故障范围、分析故障症状、替换查找故障电路和比较设置故障前后现象。故障分析的手段是用Multisim10提供的多种虚拟仪表、仪器对电路进行测量, 根据获得的数据来指导对电路故障的分析。Multisim10不仅可以进行模拟电路和数字电路的分析, 也可以进行数模混合电路的分析。下面以针对模拟放大电路中常见的负反馈电路进行故障分析为例。

在模拟放大电路中为改善放大电路的性能, 常用的手段是引入负反馈电路, 在Multisim10中创建如图1的电压串联负反馈放大电路, 其中, V1为正弦波信号源, U1为运算放大器, 电阻R2和R3组成负反馈支路, 该电路的输出电压。

通过虚拟仪表示波器观察输入与输出波形, 如图2所示, 当电路正常工作时, 输入信号与输出信号同相。通过动态测量探针测得A点电压有效值为100mV, B点电压有效值为1.71V, C点电压有效值为1.10V。

下面利用Multisim10提供的元件属性编辑功能, 人为设置Q1三极管E、C极开路的故障。如图3所示。继而得到输出电压的波形为一负的尖顶脉冲。这是因为Q1的E、C开路导致Q1没有输出信号, 只有Q2在负半周不完全导通输出部分信号所致。如图4所示。

下面再利用Multisim10提供的元件属性编辑功能, 设置运算放大器的反相输入端跟输出端短路, 如图5所示。应用Multisim10虚拟仪表栏中所提供的动态测量探针测量电路A、B、C三点数据来分析故障现象, 如图6所示。

由图6可见, 由动态测量探针测得A、B、C点电压有效值均为100mV, 其中B点直流电压VDC约为459μV, 远低于正常工作时的电压2.68mV。因此, B点电压过低, Q1截止, Q2导通, 电路输出信号的有效值为100mV。

通过以上在电路故障仿真分析实例中可以看出, 不论是电子电路设计工程师或是普通的电子工程维修技术人员都可以应用Multisim10软件来仿真电子电路中各种元器件故障所引起的电路故障现象, 通过进行各种故障的仿真, 比对多种故障的现象, 进一步熟悉所设计的电路或是所需维修电路的各种性能要求, 避免了电路设计中烦琐的计算, 缩短了电子产品设计的周期以及降低学习维修电路的成本。

3 结语

目前Multisim各种版本软件已经在国内得到广泛应用, 但目前大多数都是针对工作正常的电路进行原理性仿真的研究, 而Multisim能够针对故障电路的仿真的特点同样也可以很方便地帮助工程师们快速、准确、高效完成设计或是维修工作, 通过改变设计方案和电路参数来满足设计和分析的需求, 这也正是Multisim有别于其它EDA工具软件的特色之一。

摘要：目前EDA软件已广泛深入到电子系统设计各个领域中, Multisim10是National Instruments公司最新推出的电路仿真设计软件, 本文通过实例阐述了应用Multisim10进行带故障电路的电路仿真分析方法, 探讨了该仿真功能的实用价值。

关键词：Multisim10,故障分析,仿真