Multisim和Excel在模拟电路仿真实验中的应用

摘要：《模拟电路》教学中通过在三极管的特性曲线分析教学中引入了Multisim和Excel软件，可将三极管的特性进行仿真测试，并对测试结果绘制图表，加深了学生的感性认识，让课堂教学更加深刻有趣。

关键词：Multisim；Excel；三极管；特性曲线

中图分类号：G642文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)10-2265-03

Multisim and Excel in Analogue Circuit Simulation Experiment of Application

YANG QI

(Department of Physics, Changji University, Changji 831100, China)

Abstract: "The analog circuit", teaching through the analysis of the characteristic curve in transistor teaching into Multisim and Excel software, can be the characteristics of transistor simulation test, and the result of the test chart drawing, deepen the students of perceptual knowledge, let the classroom teaching more profound interesting.

Key words: Multisim; Excel; transistor; characteristic curve

在《电子技术》课程中晶体二极管与晶体三极管都是应用最广泛和非常重要的元器件，不仅模拟电路中要用到，数字电路中依然也会用到这两种元器件，谈起晶体管，也许很多人并不感到陌生。然而，就是这小小的晶体管带来了电子技术的一场革命。这场革命发展之迅速、涉及范围之广泛，完全超出了人们的想象。今天，晶体管和在此基础上发明的集成电路几乎无所不能、无处不在，小到人们日常生活中所使用的助听器、收音机、大到实验室仪器、工业生产及国防设备、电子计算机、机器人、宇宙飞船等，都离不开晶体管。可以毫不夸张地说，正是晶体管奠定了现代电子技术的基础，开启了信息时代的大门。

因此了解二极管及三极管的基本工作特性是我们学好《电子技术》课程的基础，也是我们研究和设计电子电路的基础。

我们在学极管和三极管时首先要了解其输入\输出电压特性曲线，而由于三极管有三个电极我们在分析其特性曲线时只有结果不讲过程，教学过程中学生没有直观的感受，即使做实验，也是根据给定的验步骤搭接好电路，按照要求去测量一些参数，因此实验较为单调。如果在教学中介绍二极管或三极管的特性时引入Multisim仿真，并应用Excel将仿真数据进行分析处理，既可以加深学生的感性认识，又会取得较好的教学效果。

Multisim是美国国家仪器公司(NI)下属的Electronics Workbench Group的交互式SPICE仿真和电路分析软件，专门用于原理图捕获、交互式仿真、PCB设计和集成测试，它的优点很多，是目前大学课程中常用的电子设计应用软件。同样Excel也是一款我们非常熟悉的软件，Excel是Office的组件之一，是强有力的电子表格处理软件，人机界面友好，使用便捷，易学。主要用于对数据的处理、统计分析与计算，能绘制图表等功能。

下面就以三极管特性曲线为例，让我们一起来了解如何使Multisim和Excel结合使用。

1三极管特性曲线测试仿真与绘制图表

三极管特性曲线的测试电路如图1所示。

图1三极管特性曲线的测试电路

1.1三极管输入特性曲线

电路如图1所示：维持Uce为某一定值，逐点改变Ube（调节图中的E1），测出若干个Ube和Ib，根据测量数据描绘一条输入特性 曲线。依次取不同的Uce值，可获得一组输入特性曲线。实际上，当Uce≥1V后，特性曲线几乎重叠在一起，因此只测两组。方法步骤如下：

1）首先断开E2（一定是断开），使Uce＝0V。调节E1，分别使0μA、5μA、10μA、20μA、30μA……，测出对应的Ube值，记录下数据。

2）接通E2并调节，使Uce＝5V。重复上述步骤(注意要始终保持Uce＝5V)。

仿真设计

三极管输入特性曲线仿真电路如图2所示；由于Multisim软件电源库中没有可变电源，所以使用电源和可变电阻并联，可变电阻的滑动端接电路，当调节电路中的可变电阻R3和R4阻值时就相当于调节电源电压。由图2可知当Uce＝5V，Ib＝20μA时，Ube= 0.651V。

图2三极管输入特性曲线测试仿真电路

根据测试要求，通过仿真电路所得数据输入到Excel中如表1所示。

表1三极管输入特性测试

接下来可以利用Excel绘制图表的功能做出三极管的输入特性曲线，步骤如下：首先选主菜单栏的插入中的图表，在图表向导中选择标准图表类型中的XY散点图，XY散点图有5种形式的散点图，可以选择平滑线散点图或无数据线散点图均可，接着进入数据源向导，在数据区域选中Uce分别为0V和5V时所测得Ube数据，系列产生在行或列会自动选择，让后进入系列选项卡中，由于需要绘制两条曲线，所以在系列中有两个分别是Uce=0V和Uce=5V，方法是在名称下选中表格里显示的Uce=0V或Uce=5V，接着要分别选择X值和Y值这里非常重要，由于输入特性曲线的横坐标是Ube的值，纵坐标是Ib的值，所以X值

应选择对应的Ube的值，Y值应选择Ib的值。还可根据个人要求将XY坐标进行调整。通过Excel的一系列的设置最后得到如图3所示的三极管输入特性曲线。

图3三极管输入特性曲线

1.2三极管输出特性曲线

电路如图1所示，方法步骤如下：

1）首先调节E1，使Ib＝20μA。调节E2，分别使Uce＝0V、0.1 V、0.2 V、0.3 V、0.4……，测量出对应的Ic的值，记录下来。

2）再调节E1,依次使Ib＝40μA、60μA、80μA……，重复上述步骤。记录各Uce对应的Ic的值。

三极管输出特性曲线仿真电路如图4所示；与输入特性曲线电路相同只是操作步骤不同。由图4可知当Ib＝20μA时，Uce=02V，Ic＝3.353mA

图4三极管输出特性曲线测试仿真电路

根据测试要求，通过仿真电路所得数据输入到Excel中如表2所示。

表2三极管输出特性测试

接下来同样利用Excel绘制图表的功能做出三极管的输出特性曲线，步骤如绘制三极管的输入特性曲线，只是注意系列选项卡中选择X值和Y值时注意绘制输出特性曲线的横坐标和纵坐标即可。得到如图5所示的三极管输出特性曲线。

图5三极管输出特性曲线

2结论

从Multisim的仿真电路和通过Excel绘制图表，在这里不用过多分析，我们就能够直观的看出三极管特性和我们教材上的结论是完全一致的。

因此通过Multisim对三极管的特性进行测试仿真然后用Excel对测试结果绘制图表,不仅直观的显示出各个参数之间的关系，使分析其结论也更加简单明了，还可加深学生的感性认识，让课堂教学更加深刻有趣。同时Multisim和Excel软件灵活应用，不仅仅只对三极管特性进行分析，还可对二极管的特性进行分析，这样能够帮助学生快速、牢固地掌握电子电路的基础知识，开阔眼界，为以后分析和设计电子电路打下基础。

参考文献：

[1]聂典,丁伟.Multisim10计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].北京:电子工业出版社,2009.

[2]王毓银.数字电路逻辑设计[M].北京:高等教育出版社,1998.

[3]神龙工作室.Excel数据透视表与数据分析范例应用[M].北京:人民邮电出版社,201O.