2.1.4 计算机仿真实验内容

1.线性电阻伏安关系仿真

打开Multisim 14软件，绘制如图2-4所示电路图。具体步骤如下：单击分类图标，打开“Select a Component”窗口，选择需要的电阻、电源等元器件，放置到仿真工作区。

● 直流电压源：（Group）Sources→（Family）POWER＿SOURCES→（Component）DC＿POWER。

● 电阻：（Group）Basic→（Family）RESISTOR。双击电阻，打开其属性对话框，其标识如“R2”在“Label”选项卡修改，参数如“1kΩ”在“Value”选项卡修改。在元件上单击右键，选择“Rotate 90° clockwise”即可将元件旋转90°。

● 地GND：（Group）Sources→（Family）POWER＿SOURCES→（Component）GROUND。

要测量图2-4电路中电流与电压，在Multisim 14软件中可以选择用电压表、电流表、万用表或测量探针来测量。具体操作如下。

（1）测量探针法

在整个电路仿真过程中，测量探针（Probe）既可以在直流通路中对电压、电流、功率进行静态测试，也可以在交直流通路中，对电路某个点的电位或某条支路的电流以及频率特性进行动态测试，使用方式灵活方便。找到主页面工具栏上的图标，从左到右可以单击放置电压探针（Voltage Probe）、电流探针（Current Probe）、功率探针（Power Probe）、差分电压探针（Differential Voltage Probe）、电压电流探针（Voltage and Current Probe）、基准电压探针（Voltage Reference）、数字探针（Digital Probe），最右侧是探针设置（Probe Settings）图标，可以设置指针参数（Parameter）、外观（Appearance）、图中显示名称（Grapher）。其使用方法有动态测试和放置测试两种。动态测试是在仿真过程中，将测量探针指向电路任意节点时，会自动显示该点的电信号信息；放置测试是在仿真前或仿真过程中，将多个测量探针放置在测试位置上，在仿真时，会自动显示该节点的电信号特性。在Multisim中一般采用放置测试的方法。在探针上单击右键，选择“Reverse probe direction”即可改变电流的测试方向；在探针上单击右键，选择“Show comment/probe”即可隐藏数据表格；双击探针，在“General”选项卡中选择“Hide RefDes”即可隐藏标识。单击仿真开关按钮运行仿真，测试结果如图2-5所示。

（2）万用表测量法

找到主页面竖排虚拟仪器图标，选择“Multimeter”，将万用表接入电路，其中XMM1测R₁的端电压，将其与R₁并联，XMM2测电流需串入待测回路，如图2-6所示。在仿真运行时，万用表显示的直流数值即为待测直流值，可通过单击“A”和“V”切换待测电压与电流值。

（3）电压表、电流表测量法

电压表和电流表存放在指示元器件库（Indicators）中，在使用中数量没有限制。单击分类图标中（Place Indicators）图标，在“In dicators”→“VOLTMETER”或“Indicators”→“AMMETER”的4个选项中选择具有合适的引出线方向的模型，注意极性；或单击“旋转”按钮，可以改变引出线的方向。将电压表并联，并将电流表串联接入电路。仿真运行，此时电压表、电流表显示的数值即为待测直流值，如图2-7所示。双击电压表或电流表，可选择测量模式（Mode）DC/AC，实现交、直流信号测量的转换，这里选择DC测量模式。

测量图2-4电路中电压与电流，记录数据到表2-1中，验证欧姆定律和功率守恒。

（4）测定1kΩ电阻的伏安特性

按照图2-8连接电路，改变直流稳压电源的电压V₁，测定相应的电流值和电压值，记录于表2-2中。

用Excel或MATLAB画电阻的伏安特性曲线。

分别双击图2-7、图2-8电源与电阻，自行改变电源、电阻的阻值，验证欧姆定律和电阻元件伏安关系。

2.非线性电阻伏安关系仿真

（1）非线性白炽灯泡的伏安特性测定

1）将图2-8中的电阻换成一只白炽灯泡，在“Indicators”→“Lamp”中选择12V＿10W白炽灯，如图2-9所示，重复实验内容1中步骤（4），改变稳压电源的输出电压V₁，在表2-3中记下相应的电压表和电流表的读数。将V₁设置成20V，观察灯泡发生了什么现象，想想为什么会出现这种现象。

2）用Excel或MATLAB画白炽灯的伏安特性曲线。

3）自行选择其他类型白炽灯泡，重复上述实验，验证白炽灯泡的非线性特性。

（2）半导体二极管的伏安特性测定

1）按图2-10中连线，200Ω电阻为限流电阻，在“Diodes”→“DIODE”中选择二极管1N4007，按表2-4、表2-5改变直流电源的输出电压V₁，记下相应的电压表和电流表的读数，并分析二极管1N4007的反向击穿电压值。

2）用Excel或MATLAB画半导体二极管的伏安特性曲线。

（3）稳压二极管的伏安特性测定

1）将图2-10中的二极管用稳压管替代，如图2-11所示。在“Diodes”→“ZENER”中选择稳压二极管1N5987B，按表2-6、表2-7改变直流电源的输出电压V₁，记录相应的电压表和电流表的读数。

2）用Excel或MATLAB绘制稳压二极管的伏安特性曲线。