Multisim 完整使用教程：从入门到精通

Multisim 是美国国家仪器公司推出的一款功能强大的电子电路仿真软件，它集成了电路原理图设计、电路仿真、虚拟仪器测试等功能，是电子设计自动化领域的标杆软件之一，本教程将以最新版的 Multisim 14.0 (或相近版本) 为例进行讲解,但其核心概念和操作流程在旧版中同样适用。

第一部分：入门基础

软件安装与启动

1. 获取软件：你可以从 NI 官网下载试用版，或通过学校/公司购买正版。
2. 安装：按照安装向导一步步操作，建议安装所有组件，尤其是 NI Circuit Design Suite。
3. 启动：安装完成后，启动软件,首次启动可能需要激活或选择默认模板。

认识主界面

启动后，你会看到一个典型的 Windows 风格界面,主要由以下几个部分组成：

• 菜单栏：包含所有命令，如 File (文件), Edit (编辑), Place (放置), Simulate (仿真), Transfer (传输) 等。
• 工具栏：常用命令的快捷图标,方便快速操作。
• 元器件工具栏：这是设计的核心区域，点击不同的图标可以打开相应的元器件库。
  • Sources (电源/信号源)：电池、电压源、电流源、接地、信号发生器等。
  • Basic (基本元件)：电阻、电容、电感、开关、连接器等。
  • Diodes (二极管)：普通二极管、稳压管、发光二极管、整流桥等。
  • Transistors (晶体管)：BJT, MOSFET, JFET 等。
  • TTL / CMOS：数字逻辑集成电路。
  • Mixed (混合器件)：555定时器、ADC/DAC等。
  • Indicators (指示器)：电压表、电流表、LED、七段数码管、蜂鸣器等。
  • Power Source Components (电源组件)：熔断器、电压调节器等。
  • Miscellaneous (杂项)：晶振、电机、保险丝等。
  • Advanced Peripherals (高级外设)：键盘、液晶屏等。
  • RF Components (射频元件)：各种射频专用元件。
  • Electromechanical (机电元件)：继电器、开关、电机等。
• 仿真工具栏：控制仿真的开始、暂停、停止。
• 设计工具箱：显示当前项目的层次结构，包括电路图、子电路、PCB布局等。
• 电路工作区：你在这里绘制和连接电路。
• 虚拟仪器工具栏：放置虚拟示波器、万用表、函数发生器等仪器的区域。

第一个电路：点亮一个LED

让我们通过一个简单的例子来熟悉操作流程。

目标：用一个5V电源点亮一个红色LED。

步骤：

1. 放置电源

   • 点击元器件工具栏的 Sources (电源) 图标。
   • 在弹出的窗口中，选择 POWER_SOURCES 组。
   • 找到 DC_POWER_SOURCE (直流电源)，点击 OK。
   • 在工作区点击一下，放置电源，双击电源，将其电压值 Voltage(V) 改为 5。
   • 再次点击 Sources，找到 GROUND (接地)，并将其放置在电路中。注意：任何电路都必须有接地！

2. 放置元器件

   • 点击元器件工具栏的 Basic (基本元件) 图标。
   • 选择 RESISTOR (电阻)，在搜索框中输入 300，找到一个300Ω的电阻，点击 OK 放置。
   • 再次点击 Basic，选择 LED，选择一个红色的 RED_LED，点击 OK 放置。

3. 放置虚拟仪器

   • 点击虚拟仪器工具栏的 Multimeter (万用表) 图标,在工作区放置一个万用表。

4. 连接电路

   
   （图片来源网络，侵删）
   • 将鼠标移动到元器件的引脚上,鼠标指针会变成一个十字。
   • 按住鼠标左键，拖动到另一个元器件的引脚，松开鼠标,即可完成一条导线连接。
   • 连接电路：
     • 电源正极 -> 电阻一端
     • 电阻另一端 -> LED 阳极
     • LED 阴极 -> 接地
     • 电源正极 -> 万用表 A+ (电流正极)
     • 电源负极 -> 万用表 COM (公共端),并确保电源负极也接地了。

5. 运行仿真

   • 点击仿真工具栏的 Run (绿色三角形) 按钮，或者按 F5 键。
   • 观察现象：
     • 你会看到红色的LED被点亮了！
     • 双击万用表，会弹出一个显示面板，可以看到流过电路的电流，根据欧姆定律，电流 I = V / R = 5V / 300Ω ≈ 16.67mA,这正是LED正常工作所需的电流范围。

6. 停止仿真

   • 点击仿真工具栏的 Stop (黑色方块) 按钮，或按 Shift + F5 键。

第二部分：核心操作技巧

元器件操作

• 移动：单击选中元器件,按住鼠标左键拖动。
• 删除：选中元器件，按 Delete 键。
• 旋转/翻转：选中元器件，右键单击，选择 Rotate 90° Clockwise (顺时针旋转90度) 或 Flip Horizontal/Vertical (水平/垂直翻转)。
• 修改参数：双击元器件，在弹出的属性对话框中修改其值、容差、模型等。
• 替换：双击元器件，在弹出的对话框中点击 Replace,可以查找并替换为其他元器件。

导线操作

• 删除导线：单击选中导线（会变成紫色），按 Delete 键。
• 改变导线路径：将鼠标悬停在导线上，鼠标指针会变成一个方向箭头,按住鼠标左键拖动即可改变路径。
• 连接点：当导线的末端靠近另一个引脚或导线时，会自动出现一个连接点，此时松开鼠标即可实现“T型”连接。
• 颜色设置：双击导线，可以在 Color 选项卡中改变导线颜色,方便区分不同电位的信号线。

使用虚拟仪器

虚拟仪器是Multisim的灵魂,它们就像真实的仪器一样工作。

• 万用表：可测量交/直流电压、电流和电阻。
• 函数发生器：可产生正弦波、方波、三角波，并可设置频率、幅值、偏置等。
• 示波器：双踪示波器，可以同时观察两个信号的波形、频率、幅值、相位差等，使用时，将示波器的 A、B 通道连接到电路的测试点,运行仿真即可看到波形。
• 波特图仪：用于测量电路的频率响应,可以直观地看到电路的幅频特性和相频特性。
• 逻辑分析仪：用于分析数字电路,可以同时捕获和显示多达16路数字信号。

第三部分：进阶功能

仿真分析

Multisim 提供了强大的分析功能，让你不仅仅能看到“现象”，还能得到“数据”。

• 如何打开分析工具：菜单栏 Simulate -> Analyses and simulation...。
• 常用分析类型：
  • 直流工作点分析：分析电路在直流电源作用下的各节点电压和支路电流,这是进行其他分析的基础。
  • 瞬态分析：类似于用示波器观察电路随时间变化的响应，对于分析振荡电路、RC充放电电路等非常有用。
  • 交流扫描分析：类似于用波特图仪分析电路的频率响应,可以得到更详细的幅频和相频曲线。
  • 参数扫描分析：可以分析某个元器件参数（如电阻值）在一定范围内变化时，电路性能（如输出电压）的变化情况,这对于电路优化和容差分析至关重要。
  • 傅里叶分析：将非正弦周期信号分解为一系列正弦波的叠加,用于分析信号的频谱成分。

子电路

当你的电路变得非常复杂时，可以将一部分功能电路（如一个放大器模块）打包成一个“子电路”,简化主电路图。

• 创建子电路：
  1. 在工作区选中要打包的电路部分。
  2. 菜单栏 Place -> Replace by Subcircuit...。
  3. 为子电路命名，点击 OK。
  4. 一个代表子电路的方框就会出现,你可以像使用普通元器件一样使用它。
• 编辑子电路：双击子电路方框，选择 Edit Subcircuit 即可进入子电路内部进行修改。

后处理器

后处理器是一个强大的数学工具，它可以将仿真得到的数据（如节点电压、支路电流）进行数学运算,生成新的结果。

• 使用场景：你想计算一个电路的功率损耗,后处理器可以将电压和电流相乘得到功率随时间变化的曲线。

第四部分：从仿真到现实

生成PCB布局

Multisim 可以无缝衔接到其PCB设计软件 Ultiboard。

• 自动传输
  • 菜单栏 Transfer -> Transfer to Ultiboard。
  • 选择导出的网络表和布局信息,Ultiboard会自动根据你的原理图生成PCB布局的雏形。
• 导出文件
  • 菜单栏 File -> Export -> Export to other PCB format...。
  • 可以导出为 Gerber 文件（工业标准，用于PCB制造）、DXF 文件（用于CAD软件）或 SPICE 网络表文件。

生成BOM清单

BOM (Bill of Materials) 即物料清单,对于采购和焊接非常重要。

• 生成方法：菜单栏 Reports -> Bill of Materials。
• 软件会自动列出你电路图中所有元器件的型号、数量、封装等信息,你可以将其导出为Excel或PDF文件。

学习资源与技巧

1. 官方资源：NI官网提供了大量的视频教程、示例电路和帮助文档,是最好的学习资料。
2. 社区论坛：NI社区和电子工程论坛（如EDA365）是提问和交流的好地方。
3. 从模仿开始：尝试打开Multisim自带的示例电路，运行它们，看看它们是如何工作的，然后尝试修改其中的参数,观察结果的变化。
4. 勤做笔记：将你常用的快捷键、操作技巧和分析方法记录下来,形成自己的知识库。

Multisim 是一个功能极其强大的工具，掌握它需要时间和练习,本教程为你提供了一个清晰的路线图：

• 入门：熟悉界面,点亮第一个LED。
• 核心：掌握元器件、导线和虚拟仪器的操作。
• 进阶：学习仿真分析和子电路,进行深度研究。
• 实践：将仿真结果转化为PCB和BOM,连接理论与现实。

希望这份教程能帮助你顺利开启Multisim的学习之旅！祝你设计愉快！