Система моделирования и исследования радиоэлектронных устройств Multisim 10

Система 
моделирования 
и исследования 
радиоэлектронных 
устройств 
Multisim 10

Москва, 2023

Шестеркин А. Н.

2-е издание, электронное

УДК 621.396.6.001.57:004.9NI Multisim 10.0 
ББК 32.844-02с515

Ш51

Ш51
Шестеркин, Алексей Николаевич.
Система моделирования и исследования радиоэлектронных устройств 
Multisim 10 / А. Н. Шестеркин. — 2-е изд., эл. — 1 файл pdf : 361 с. — Москва : 
ДМК Пресс, 2023. — Систем. требования: Adobe Reader XI либо Adobe 
Digital Editions 4.5 ; экран 10". — Текст : электронный.
ISBN 978-5-89818-380-6

Книга содержит материал, необходимый для освоения компьютерной системы 
моделирования и анализа схем NI Multisim 10.0. Рассматриваются элементы пользовательского интерфейса программы, рекомендации по созданию и редактированию 
схем устройств, основные операции, выполняемые при исследовании моделируемых 
устройств. Описаны приборы, методы исследований радиоэлектронных устройств 
и элементы, используемые в системе моделирования NI Multisim. Приведены примеры исследования электрических цепей переменного тока, схем, построенных на 
основе логических элементов, преобразователей аналог-код и код-аналог.
Книга может использоваться для ознакомления с системой и её углубленного 
освоения. Издание предназначено для студентов технических вузов, инженеров-разработчиков и проектировщиков электронных схем.

УДК 621.396.6.001.57:004.9NI Multisim 10.0 
ББК 32.844-02с515

Электронное издание на основе печатного издания: Система моделирования и исследования 
радиоэлектронных устройств Multisim 10 / А. Н. Шестеркин. — Москва : ДМК Пресс, 2015. — 
360 с. — ISBN 978-5-97060-159-4. — Текст : непосредственный.

Все права защищены. Любая часть этой книги не может быть воспроизведена в какой бы то ни было 
форме и какими бы то ни было средствами без  письменного разрешения владельцев авторских прав.
Материал, изложенный в данной книге, многократно проверен. Но поскольку вероятность технических 
ошибок все равно существует, издательство не может гарантировать абсолютную точность и правильность 
приводимых сведений. В связи с этим издательство не несет ответственности за возможные ошибки, связанные с использованием книги.

В соответствии со ст. 1299 и 1301 ГК РФ при устранении ограничений, установленных техническими средствами 
защиты авторских прав, правообладатель вправе требовать от нарушителя возмещения убытков или выплаты ком-
пенсации.

ISBN 978-5-89818-380-6
© Шестеркин А. Н.
© Оформление, издание, ДМК Пресс, 2015

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ  ...........................................................................................................8

1

 ЭЛЕМЕНТЫ ПОЛЬЗОВАТЕЛЬСКОГО ИНТЕРФЕЙСА   

 
И ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОСНОВНЫХ ПАРАМЕТРОВ 

 
ПРОГРАММЫ .............................................................................................13

1.1. Основные элементы пользовательского интерфейса ...15
1.2. Определение свойств пакета .....................................19
1.3. Определение свойств документов пакета ...................24

2

 СОЗДАНИЕ СХЕМЫ УСТРОЙСТВА ..............................................29

2.1. Размещение элементов .............................................30
2.2. Соединение элементов ..............................................46

2.2.1. Создание подсхем и иерархических блоков  .......................55

2.3. Редактирование схемы .............................................58

2.3.1. Создание и редактирование элементов  ...............................67

3

 ИССЛЕДОВАНИЕ УСТРОЙСТВ ......................................................71

3.1. Размещение и подключение приборов .......................73

3.1.1. Пример применения приборов для исследования 
схемы ...................................................................................................76

3.2. Моделирование и оценка параметров устройства  .......78

3.2.1. Определение условий моделирования  ................................84

3.3. Оформление отчета о результатах исследований ........94

4

 ПРИБОРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СХЕМ ............................. 101

4.1. Размещение и подключение приборов ..................... 104

4.1.1. Мультиметр ........................................................................... 104
4.1.2. Измерительный пробник .................................................... 106
4.1.3. Ваттметр  ................................................................................ 107
4.1.4. Частотомер  ............................................................................ 107

СОДЕРЖАНИЕ
4

4.1.5. Анализатор искажений сигналов  ...................................... 108
4.1.6. Анализатор спектра сигналов  ............................................ 110

4.2. Генераторы входных сигналов ................................. 111

4.2.1. Функциональный генератор  .............................................. 111
4.2.2. Генератор кодовых последовательностей (слов)  ............ 112

4.3. Приборы для анализа временных диаграмм  ............. 115

4.3.1. Осциллографы ...................................................................... 115
4.3.2. Пробник тока  ........................................................................ 120
4.3.3. Анализатор временных диаграмм, логический 
анализатор ....................................................................................... 121

4.4. Приборы для анализа и преобразований .................. 124

4.4.1. Логический конвертор (преобразователь) ....................... 124

4.5. Приборы для анализа и преобразований .................. 126

4.5.1. Анализатор амплитудных и фазочастотных 
характеристик – Bode Plotter ....................................................... 126
4.5.2. Измеритель вольт-амперных характеристик  .................. 128
4.5.3. Анализатор электрических цепей  ..................................... 130

5

 МЕТОДЫ АНАЛИЗА ........................................................................... 133

5.1. Общие процедуры .................................................. 134
5.2. Расчет схемы по постоянному току  ......................... 139

5.2.1. Динамический анализ по постоянному току ................... 141

5.3. Анализ схемы по переменному току  ........................ 143
5.4. Анализ переходных процессов ................................ 146
5.5. Анализ Фурье ........................................................ 149
5.6. Анализ шумов. Оценка коэффициента шума ............ 153
5.7. Анализ искажений сигналов .................................... 157
5.8. Анализ чувствительности  ....................................... 160
5.9. Исследования при модификации параметров 
элементов .................................................................... 162
5.10. Температурные исследования ................................ 166
5.11. Определение наихудшей комбинации 
параметров  .................................................................. 168
5.12. Статистическое моделирование ............................. 173
5.13. Оценка коэффициента передачи ............................ 178
5.14. Оценка полюсов и нулей ....................................... 179
5.15. Комбинированные методы анализа ........................ 181
5.16. Анализ, определенный пользователем  ................... 183
5.17. Анализ ширины проводников платы ....................... 184

СОДЕРЖАНИЕ

5.18. Обработка результатов моделирования. 
Постпроцессор ............................................................. 184

6

 ЭЛЕМЕНТЫ БАЗОВОЙ БИБЛИОТЕКИ  .................................. 191

6.1. Группа Sources ....................................................... 193

6.1.1. Семейство POWER_SOURCES ........................................ 193
6.1.2. Семейство SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES  .................. 197
6.1.3. Семейство SIGNAL_CURRENT_SOURCES  ................. 202
6.1.4. Семейство CONTROLLED_VOLTAGE_SOURCES ..... 203
6.1.5. Семейство CONTROLLED_CURRENT_SOURCES .... 210
6.1.6. Семейство CONTROL_FUNCKTION_BLOCKS  .......... 211

6.2. Группа Analog  ........................................................ 216

6.2.1. Семейство ANALOG_VIRTUAL  ....................................... 217
6.2.2. Семейство OPAMP  .............................................................. 218
6.2.3. Семейство OPAMP_NORTON  .......................................... 219
6.2.4. Семейство COMPARATOR  ............................................... 219
6.2.5. Семейство WIDEBAND_AMPS  ....................................... 219
6.2.6. Семейство SPECIAL_FUNCTION  ................................... 220

6.3. Группа Basic ........................................................... 220

6.3.1. Семейство BASIC_VIRTUAL ............................................ 221
6.3.2. Семейство RATED_VIRTUAL  .......................................... 223
6.3.3. Семейства RESISTOR, RPACK 
и POTENTIOMETER  ................................................................... 227
6.3.4. Семейства SWITCH, RELAY ............................................. 228
6.3.5. Семейства TRANSFORMER 
и NON_LINEAR_TRANSFORMER ........................................... 229
6.3.6. Семейства CONNECTORS и SOCKETS ......................... 229
6.3.7. Семейства CAPACITOR, CAP_ELECTROLIT 
и VARIABLE_CAPACITOR  ......................................................... 230
6.3.8. Семейства INDUCTOR и VARIABLE_INDUCTOR ..... 230
6.3.9. Семейство SCH_CAP_SYMS  ............................................ 231

6.4. Группа TRANSISTOR ............................................. 231
6.5. Группа DIODES  ..................................................... 235
6.6. Группа POWER ...................................................... 237
6.7. Группа TTL  ............................................................ 240
6.8. Группа CMOS ......................................................... 241
6.9. Группа Electro_Mechanical ...................................... 243
6.10. Группа Indicators  .................................................. 246
6.11. Группа Misc .......................................................... 250

СОДЕРЖАНИЕ
6

6.12. Группа Misc Digital  ............................................... 253
6.13. Группа Mixed ........................................................ 255
6.14. Группа RF ............................................................. 257
6.15. Группа Advanced_Peripherals  ................................ 259
6.16. Группа MCU Module  ............................................. 260

7

 ПРИМЕРЫ ПРИМЕНЕНИЯ СИСТЕМЫ  ........................................265

7.1. Электрические цепи однофазного синусоидального 
тока  ............................................................................ 266

7.1.1. Синусоидальный ток и его основные 
характеристики .........................................................................................266
7.1.2. Влияние элементов на  характеристики цепей 
синусоидального тока  ............................................................................267
7.1.3. Символический метод расчета цепей синусоидального 
тока  ...............................................................................................................270
7.1.4. Резонансный режим двухполюсника .....................................271
7.1.5. Частотные характеристики двухполюсников .....................274
Задание к  практической работе  .........................................................275

7.2. Передача сигналов в цифровых устройствах ............ 283

7.2.1. Помехи в сигнальных линиях ...................................................283
7.2.2. Схемы повышения помехоустойчивости сигнальных 
линий ............................................................................................................286
Задание к практической работе ...........................................................290

7.3. Простейшие логические элементы. Основные 
характеристики ............................................................ 298

7.3.1. Модели логических элементов .................................................298
7.3.2. Основные характеристики логических элементов ............300
7.3.3. Основные логические элементы ..............................................304
Задание к практической работе ...........................................................312

7.4. Регистры  ............................................................... 312

7.4.1. Основные определения ...............................................................317
7.4.2. Применение регистров ................................................................319
Задание к практической работе ...........................................................306

7.5. Аналого-цифровые и цифроаналоговые 
преобразователи .......................................................... 326

7.5.1. Общие сведения  ............................................................................326
7.5.2. Преобразователи код–аналог ....................................................328
7.5.3. Характеристики и применение ЦАП  .....................................332
7.5.4. Преобразователи аналог–код  ...................................................335
Задание к практической работе  ..........................................................343

СОДЕРЖАНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ ................................................................... 351

Основные элементы транзисторно-транзисторной 
логики  ......................................................................... 352

Список литературы  ........................................................................................ 354

Алфавитный указатель  ................................................................................ 356

ВВЕДЕНИЕ

Автоматизация проектирования радиоэлектронных устройств позволяет существенно повысить производительность труда в этой области, улучшить качество разработок. В настоящее время созданы 
и успешно используются системы, позволяющие автоматизировать 
все или большинство операций по сквозному проектированию радиоэлектронных устройств: создание принципиальных схем, моделирование, оценку характеристик проектируемого устройства, разработку печатных плат, документирование результатов, подготовку 
управляющих программ для изготовления узлов устройства. К таким программам относят, прежде всего, P-CAD, DesignLab, MicroCap, Proteus, NI Multisim и др.

Эти пакеты содержат наборы (библиотеки) моделей элементов, 

источников сигналов, контрольно-измерительных приборов. Разработчик, как правило, с помощью мыши помещает нужные элементы 
в рабочее окно программы, соединяет их необходимым образом и 
запускает процесс динамического моделирования или симуляции 
(Simulate). Используя виртуальные приборы, пользователь может 
сформировать различные симулирующие (зондирующие) сигналы 
и оценить реакцию на них моделируемого устройства.

Результаты моделирования можно сохранить, дополнительно 

обработать в среде пакета или экспортировать в математические 
пакеты, электронные таблицы. Далее осуществляется разработка 
печатной платы, документирование результатов. Особо следует подчеркнуть, что в большинстве случаев пользователь не имеет дела с 
традиционным программированием, то есть не составляет никаких 
инструкций. 

Одной из простых и легко осваиваемых программ, позволяющих 

проектировать как простые, так и сложные электромеханические, 
аналоговые и цифровые устройства, является упомянутая выше 
электронная система моделирования NI Multisim корпорации National Instruments Electronics Workbench Group (http://www.ni.com/).

Программа имитирует рабочее место исследователя – лаборато
рию с огромным набором элементов, оборудованную контрольно-измерительными приборами, по внешнему виду, органам управления 
и характеристикам максимально приближенными к их промышлен

ВВЕДЕНИЕ

ным аналогам или даже являющимися их виртуальными копиями. 
Программа получила широкое распространение. Пакет могут успешно использовать как новички, так и профессионалы. Он делает процесс исследований более наглядным, готовит к проведению 
экспериментов в реальной лаборатории. Пакет является развитием 
известной программы Electronics Workbench.

В настоящее время издано несколько книг, в которых рассмат
риваются возможности пакета Multisim, решение различных задач 
с его помощью, однако совершенствование и расширение функций 
пакета создают дефицит в таких работах. В справочнике приведено 
краткое описание основных функций версии программы NI Multisim 10.1 и правил работы с ней. Автор не претендует на исчерпывающее описание возможностей пакета и при его освоении считает 
целесообразным использовать и другие работы, в частности приведенные в библиографическом списке.

При подготовке издания использовались в основном справочные 

материалы разработчиков пакета, опыт проведения занятий по курсам «Электроника и электронные элементы вычислительной техники», «Моделирование радиоэлектронных устройств» на кафедре 
вычислительной и прикладной математики Рязанского государственного радиотехнического университета. Справочник содержит 
семь разделов.

В первой главе рассматриваются элементы пользовательского 

интерфейса, описываются основные установки программы и параметры создаваемых документов, которые следует определить перед 
началом работы для более эффективных действий.

Вторая глава содержит информацию по созданию и редактирова
нию схем устройств. Несмотря на то, что эти процессы являются в 
большинстве случаев интуитивно понятными, материалы этого раздела помогут пользователям более полно изучить и освоить возможности пакета. Предполагается, что читатели обладают знаниями, необходимыми для разработки принципиальной схемы, прежде всего 
элементной базы, некоторым опытом разработки радиоэлектронных 
устройств. Этот раздел следует прочитать полностью, особенно начинающим пользователям.

В третьей гдаве рассматриваются основные операции, выпол
няемые при исследовании моделируемых устройств. Исследования 
обычно завершают работу разработчика – схемотехника (далее разработку продолжают конструкторы), поэтому в этом разделе приведены сведения по оформлению отчета.

ВВЕДЕНИЕ
10

В четвертой и пятой главах кратко описаны приборы и методы 

исследований радиоэлектронных устройств. Успех исследований 
в значительной мере определяется знаниями методов анализа, навыками работы с приборами. К материалам этих разделов можно 
обращаться по мере необходимости, для изучения или уточнения 
особенностей работы с тем или иным прибором (методом), поэтому 
некоторая информация в них повторяется, а для упрощения поиска 
нужной информации четвертый и пятый разделы имеют большое 
число пунктов. Наиболее часто используемые приборы – мультиметр и осциллограф – рассмотрены более подробно, поэтому с их 
возможностями следует ознакомиться в первую очередь.

В шестой главе более подробно рассмотрены состав и характе
ристики основных элементов, включенных в базовую версию пакета. 
К этому разделу следует обращаться при затруднениях с выбором 
нужного элемента. Большая часть библиотеки элементов – это модели конкретных электро- и радиотехнических элементов. Характеристики этих приборов, следовательно и соответствующих моделей, 
определены технической документацией, и поэтому практически все 
параметры таких элементов «записаны» в моделях. Более подробную информацию об этих элементах можно найти в специальной 
литературе, на сайтах предприятий-изготовителей.

Значительное число моделей элементов создано специально для 

исследований в среде Multisim и, естественно, имеет ряд параметров, 
которые может определить пользователь. Существенное число параметров, доступных пользователю, имеют и виртуальные элементы. 
В связи с этим большее внимание уделено моделям, разработанным 
для исследований в среде Multisim, и виртуальным элементам.

К материалам шестого раздела также следует обращаться по мере 

необходимости, для изучения или уточнения особенностей того или 
иного элемента, поэтому для того чтобы в одном месте получить, 
по возможности, полную информацию, пояснения некоторых параметров повторяются, а для облегчения поиска нужной информации 
описания некоторых семейств выделены в отдельные разделы.

В последней, седьмой главе рассмотрен ряд примеров по исполь
зованию пакета для анализа электрических цепей переменного тока, 
исследованию характеристик различных электронных устройств. 
Материалы каждого параграфа этого раздела содержат теорию, задание на исследования и методику их проведения в среде Multisim. 
Все параграфы раздела являются самостоятельными. Материалы 
седьмого раздела помогут глубже освоить огромные возможности