Multisim簡介:短時間內學會捕獲,模擬和佈局

更新 May 30, 2021

NI Multisim是功能強大的原理圖捕獲和模擬環境,工程師,學生和教授可以使用它們來模擬電子電路和原型印刷電路板(PCB)。本文向您展示如何在Multisim中捕獲,模擬和佈局您的第一個設計。

本文中的範例電路是放大器電路。這種同相運算放大器配置包括一個有源元件(運算放大器)和兩個無源電阻器元件,這些元件將用於完成反饋網絡以在該電路中提供增益。

1.簡介

對於這個入門範例,您將模擬一個標準的同相運算放大器電路(如圖1所示)。該同相放大器的增益由表達式Gain = 1 + R1 / R2計算。因此,如果R1 = R2 ,則增益等於2 ,您將在Multisim中運行交互式模擬時進行驗證。

圖1.同相放大器電路。

 

2. A部分:選擇組件

首先在Multisim環境中繪製原理圖。

  1. 通過選擇All Programs»National Instruments»Circuit Design Suite 13.0»Multisim 13.0打開Multisim。
  2. 選擇Place»Component 。將出現Select a Component視窗(也稱為Component Browser ),如圖2所示。

圖2.選擇一個Component視窗。

Component Browser將資料庫組件分為三個邏輯級別。Master Database包含只讀格式的所有内建組件。在Corporate Database中,您可以保存要與同事共享的自定義組件。最後,User Database是保存自定義組件的位置,只能由特定設計者使用。

附加點

  • 組件(或零件)被組織為“Groups”和“Families以直觀和邏輯地將通用零件組合在一起,並使搜索更容易,更有效。
  • Component Browser在單個彈出視窗中顯示組件名稱,符號,功能描述,模型和封裝。
  1. 選擇Source的群組並highlight 顯示POWER_SOURCES系列。
  2. 選擇GROUND組件(如圖2所示)。
  3. 單擊OK。 “Select a Component”視窗暫時關閉,並且接地符號已“ghosted”到滑鼠指標。
  4. 將滑鼠移到工作區上的適當位置,然後單擊滑鼠左鍵一次以放置組件。放置組件後,“ Select a Component”視窗將再次自動打開。
  5. 再次轉到Sources群組,並highlight顯示POWER_SOURCES系列(如果先前選擇中尚未highlight顯示)。
  6. 選擇DC_POWER組件。
  7. DC_POWER組件放置在原理圖上。
  8. 重複步驟7、8和9,放置第二個DC_POWER組件。

 

附加點

  • 沒有電源和接地,模擬將無法運行。
  • 如果需要多個組件,則可以重複所示的放置步驟,或者放置一個組件,然後根據需要使用複制(Ctrl + C)和粘貼(Ctrl + V)來放置其他組件。
  • 默認情況下,“Select a Component”視窗將一直彈出視窗,直到完成放置組件為止。關閉視窗以返回到原理圖輸入視窗。

 

現在,使用前面步驟中討論的技術放置其餘電路組件。

  1. 選擇Analog 組和OPAMP系列。
  2. 在“Component”字段中鍵入AD712
  3. 選擇AD712SQ / 883B組件,如下圖所示:

圖3.選擇運算放大器。

請注意,此組件是一個多部分組件,如A和B選項所示。

  1. AD712SQ / 883B組件的A部分放在工作區上。
  2. 返回到“ Select a Component”視窗。
  3. 選擇Basic群組,Resistor 系列。
  4. 選擇一個1kΩ電阻。在 Footprint manufacturer/type字段中,選擇IPC-2221A / 2222 / RES1300-700X250
  5. 放置電阻。

 

請注意:當組件重影到滑鼠指標時,可以使用鍵盤上的<Ctrl + R>快捷鍵在放置之前旋轉組件。

 

  1. 重複步驟16、17和18,放置另一個1kΩ電阻。
  2. 選擇Sources組, SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES系列,然後放置AC_VOLTAGE組件。此時,原理圖應如下圖所示:

圖4.放置在工作區上的組件。

 

3. B部分:接線圖

Multisim是一種無模式的佈線環境。這意味著Multisim通過滑鼠的位置確定滑鼠指標的功能。您不必返回菜單即可在放置,佈線和編輯工具之間進行選擇。

  1. 通過將滑鼠指標移到組件的引腳附近開始佈線。滑鼠顯示為十字準線,而不是默認的滑鼠指標。
  2. 通過單擊零件的引腳/終端(在這種情況下,是運算放大器的輸出引腳)來放置初始接線端。
  3. 通過將滑鼠移至另一個終端來完成導線,或雙擊以將導線的端點錨定到原理圖窗口中某個位置的浮動位置,以完成導線。
  4. 使用複制<Ctrl + C>和粘貼<Ctrl + V>創建地面符號的副本。
  5. 完成佈線,如圖5所示。不必擔心佈線上標記的數字(也稱為網絡)。

圖5.接線示意圖。

最後一個關鍵步驟是使用On-page連接器通過虛擬連接將電源終端連接到運算放大器的正負電源軌。

  1. 選擇Place»Connectors»On-page的連接器,然後將其連接到V1電源的正極。將打開“On-page Connector ”視窗。
  2. Connector name字段中輸入+ V ,然後單擊OK
  3. 選擇另一個On-page連接器並將其連接到運算放大器的終端8。On-page Connector視窗將再次打開。
  4. 在“Available connectors”列表中選擇+ V連接器,然後單擊“OK” 。現在, V1 DC電源的正極通過虛擬連接連接到運算放大器的引腳8。
  5. 重複步驟6到9,將V2的負極連接到運算放大器的引腳4。將頁面連接器命名為–V 。原理圖現在應如下圖所示:

圖6.On-page連接器的示意圖。

 

4. C部分:模擬電路

現在,您可以運行交互式Multisim模擬了。但是,您需要一種可視化數據的方法。 Multisim提供了可視化模擬測量的工具。儀器可在右側菜單欄中找到,並由以下圖標指示。

圖7. Instruments工具欄。

  1. 從菜單中選擇Oscilloscope,然後將其放置在原理圖上。
  2. 將示波器的通道A和通道B終端連接到放大器電路的輸入和輸出。
  3. 放置接地組件並將其連接到示波器的負極端子。
  4. 右鍵單擊連接到通道B的導線,然後選擇 Segment color.。
  5. 選擇藍色陰影,然後單擊OK 按鈕。原理圖應如圖8所示。

圖8 將示波器連接到原理圖。

  1. 選擇Simulate»Run以啟動模擬。
  2. 雙擊 Oscilloscope 以打開其Front Panel並觀察模擬結果(請參見圖9)。如預期的那樣,輸入訊號被放大了2倍。
  3. 通過按下模擬工具欄中的紅色停止按鈕來停止模擬。

圖9 模擬結果。

 

5. D部分:轉移到PCB佈局

現在,我們準備將Multisim設計轉移到Ultiboard進行PCB佈局。在為此做準備時,我們需要考慮到源(電源,信號)和地面是虛擬組件,因此不能將它們傳輸到Ultiboard。另外,所有組件都必須包含足跡訊息。用連接器代替電源和接地是一個好習慣。

  1. 從原理圖中刪除V1V2V3示波器。請勿卸下頁面上的連接器。
  2. 打開“Component Browser” ,然後放置TERMINAL_BLOCKS系列Connectors組中的282834-4接線終端。該連接器將用於連接電源( + V-V )。
  3. 如下圖所示,將連接器的引腳1連接到+ V On-page連接器,將引腳4連接到–V On-page連接器,並將引腳2和3接地。

圖10.連接終端塊。

  1. 在工作區上放置另一個282834-4接線盒。該連接器將用於連接輸入和輸出訊號。
  2. 將連接器的引腳1連接到運算放大器的引腳3(輸入)。
  3. 將連接器的引腳2連接到運算放大器的引腳1(輸出)。
  4. 將連接器的引腳3接地。原理圖將類似於下圖:

圖11.帶有接線盒的示意圖。

  1. 選擇Transfer»Transfer to Ultiboard»Transfer to Ultiboard 13.0,然後保存netlist文件。 Ultiboard將自動打開。
  2. 單擊 OK 接受“ Import Netlist”視窗中列出的所有操作。 Ultiboard將創建一個默認的板輪廓。請注意,所有部件都放置在電路板輪廓之外,並且黃線(標線)標識引腳之間的連接,如圖12所示。

圖12.默認電路板輪廓和從Multisim轉移的零件。

在本練習中,我們將使用2x2英寸的板。請按照以下步驟調整電路板輪廓的大小。

  1. 在熒幕左側找到“Design Toolbox”。
  2. 選擇“ Layers”選項,然後雙擊“ Board Outline 以啟用該層,如下所示。

圖13.設計工具箱。

使用“ Design Toolbox”的“Layers”選項,可以在設計的層之間移動並控制層的外觀。

  1. 轉到工具欄區域,並參考下圖找到“Select”工具欄。

圖14.選擇工具欄。

Select”工具欄包含用於控制選擇過濾器的功能。換句話說,這些過濾器控制滑鼠指標可以選擇的內容。

  1. 禁用除Enable selecting other objects之外的所有篩選器。
  2. 雙擊工作區上的板輪廓以打開“ Rectangle Properties”窗口。
  3. 選擇Rectangle選項卡,Units更改為inch,並輸入2 Width2的Height
  4. 單擊OK

 

6. E部分:佈線板

將組件放置在板上。

  1. 轉到“Select”工具欄,禁用“Enable selecting parts”以外的所有過濾器。
  2. 將零件J2拖放到Board Outline中。您可以使用<Ctrl + R>快捷鍵旋轉零件。
  3. 將其餘零件放在電路板輪廓內,以圖15為指導。

圖15.零件放置。

對於本練習,您將在銅頂和銅底層上都放置走線。

  1. 在“Design Toolbox”中雙擊“Copper Top”
  2. 選擇Place»Line
  3. 找到部件U1 (運算放大器)。請注意,引腳1必須連接到R1,如棘輪所示。
  4. 單擊部分U1的引腳1,在R1上畫一條線,然後單擊其引腳以完成跟踪。按Esc退出路由模式。跟踪將如下圖所示:

圖16.放置跟踪。

  1. 雙擊“Design Toolbox”中的“Copper Bottom 層。
  2. 選擇 Place»Line
  3. 單擊部分U1的引腳2,在R1上畫一條線,然後單擊其引腳以完成跟踪。按Esc退出路由模式。請注意,跡線的顏色為紅色,這是為 Copper Bottom配置的顏色。
  4. 完成其餘連接的放置痕跡。您的電路板應如圖17所示。

圖17.佈線板。

  1. 選擇View»3D Preview 以打開設計的3D視圖,如下所示。

圖18. 3D預覽。