multisim是加拿大interactive image technologies公司近年推出的电子线路仿真软件ewb（electronics workbench，虚拟电子工作平台）的升级版。multisim为用户提供了一个集成一体化的设计实验环境。利用multisim，建立电路、仿真分析和结果输出在一个集成菜单中可以全部完成。其仿真手段切合实际，元器件和仪器与实际情况非常接近。multisim元件库中不仅有数千种电路元器件可供选用，而且与目前较常用的电路分析软件pspice提供的元器件完全兼容。multisim提供了丰富的分析功能，其中包括电路的瞬态分析、稳态分析、时域分析、频域分析、噪声分析、失真分析和离散傅里叶分析等多种工具。本文以multisim为工作平台;深入分析了二阶低通滤波器电路。利用multisim可以实现从原理图到pcb布线工具包（如electronics workbench的ultiboard）的无缝隙数据传输，且界面直观，操作方便。
2 电路设计
由于一阶低通滤波器的幅频特性下降速率只有-20 db/10 f，与理想情况相差太大，其滤波效果不佳。为了加快下降速率，使其更接近理想状态，提高滤波效果，我们经常使用二阶rc有源滤波器。采取的改进措施是在一阶的基础上再增加一节rc网络。
电路结构如图1所示，此电路上半部分是一个同相比例放大电路，由两个电阻r1，rf和一个理想运算放大器构成。r1与rf均为16 kω。下半部分是一个二阶rc滤波电路，由两个电阻r2，r3及两个电容c1，c2构成。其中r2，r3均为4 kω，c1，c2均为0.1μf。电路由一个幅度为1 mv，频率可调的交流电压源提供输入信号，用一个阻值为1 kω的电阻作为负载。
3 理论分析
3.1 频率特性
二阶低通滤波器电路的频率特性为：
3.2 通带电压放大倍数aup
低频下，两个电容相当于开路，此电路为同相比例器。
3.3 特征频率f0与通频带截止频率fp
4 multisim分析
4.1 虚拟示波器分析
在multisim软件的虚拟仪器栏中选择虚拟双踪示波器，将示波器的a、b端分别连接到电路的输入端与输出端（即图1中的1、3节点），再点击仿真按钮进行仿真，得到如下波形。
图2为输入信号频率为1 khz，幅度为1 mv时二阶低通滤波器电路的输入输出情况。图中横坐标为时间，纵坐标为电压幅度。我们选择示波器扫描频率为1 ms/div。纵轴每格均代表1 mv，输出方式为y/t方式。幅度大的为输入信号，幅度小的为输出信号。
很显然，输出信号的频率与输入信号一致，说明二阶低通滤波器电路不会改变信号频率。从图2还可以看出，在输入信号频率较大（如1 khz）时输出信号的幅度明显小于输入信号的幅度。而低频情况下的理论计算结果aup=2;即在低频情况下输出信号的幅度应为输人信号的两倍。很显然，输入信号频率较大时电路的放大作用已经不理想。
调节输入频率，使之分别为800 hz，600 hz，400 hz，300 hz，200 hz，150 hz，1 hz。由虚拟示波器得到输入频率为1 hz时的输出电压uo1=2 mv，即aup=2，与理论计算值相吻合。而输入频率为150 hz时uo2=1.5 mv。此时uo2最接近截止时的输出电压up=0.707uo1=1.414 mv。这说明截止频率fp接近150 hz。
我们发现，仅通过虚拟示波器分析，既很难得出fp的准确值，也不能直观看出输入信号的频率对电路放大性能的影响，于是用multisim中的交流分析来精确观察电路的输入输出特性。
4.2 交流分析（ac analysis）
停止multisim仿真分析（multisim仿真分析与交流分析不能同时进行），在主菜单栏中simulate项中选择analysis中的ac analysis。参数设置如下：起始频率为1 hz，终止频率为10 mhz，扫描方式使用十进制，纵坐标以db为刻度，在output variables中选择输出节点（即图1中节点3），然后点击simulate进行仿真分析，得到电路的幅频特性曲线如图3所示。
4.2.1 通带电压放大倍数aup的测量
从特性曲线可以看出，在低频状态下频率变化对aup的影响不大，频率较大时aup随频率增加而急剧减小。高频状态下输出电压则接近于0。从对话框中可知纵坐标最大值为6.020 4 db，即aup=2，与理论计算值相符。
4.2.2 通频带截止频率fp的测量
fp为纵坐标从最大值（6.020 4 db）下降3 db时所对应的频率，即纵坐标为3.020 4 db所对应的频率。将图3中右侧标尺移至3.020 4 db附近，选其局部进行放大;再将该标尺精确移至纵坐标为3.020 4 db处，得到的横坐标为148.495 2 hz，即fp=148.495 2 hz。这与理论计算得到的基本一致。
4.3 参数扫描分析（parameter sweep）
当某元件的参数变化时，利用multisim中的参数扫描分析功能可以得到电路输入输出特性的变化情况。
在主菜单栏中simulate项中选择analysis中的parameter sweep。参数设置如下（以分析c1为例）：设备项中选择电容设备，元件名选择c1，参数选择电容量，电容量使用le-006f，le-007f，le-008f三个值。点击more选项，选择ac analysis（交流分析），再选择节点3作为输出节点。点击simulate进行仿真，得到c1取上述三个不同值时电路的幅频特性曲线（如图4所示）。
图4中，三条曲线由下至上对应的电容分别为le-006f、le-007f、le-008f，对应的截止频率分别为35.550 hz，148.493 7 hz，193.375 6 hz。很显然，c1减小引起电路的截止频率增大，通频带变宽。而c1的变化对电压增益基本无影响。
采用类似方法，我们得到c2，r1，r2，r3和rf对电路性能的影响如下：c2，r2和r3的变小均会引起电路的截止频率增大和通频带变宽。而c2，r2和r3的变化对电压增益的影响不大。r1与输出电压幅度成反比，rf与输出电压幅度成正比，但r1和rf的变化不影响电路的频率特性。
5 结语
由以上分析可知，multisim中的仿真分析结果与理论计算结果十分接近。multisim既是一个专门用于电子电路设计与仿真的软件，又是一个非常优秀的电子技术教学工具。multisim应用于课堂教学，丰富了电子技术多媒体辅助教学的内容，是教育技术发展的一个飞跃。multisim以其具有的开发性、灵活性、丰富性、生动性、实时交互性和高效性等功能特征，极大地丰富了电子电路的教学方法，拓展了教学内容的广度和深度，为提高电子技术教学质量提供了又一个有效手段。
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