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Multisim8在电子电路故障诊断中的应用

雷跃谭永红

[摘要]本文通过实例研究，将加拿大IIT公司最新推出的Multisim8电路设计与仿真软件引入到电子电路故障的分析诊断中，概述应用Multisim8对电子电路进行故障分析诊断的基本步骤和一般方法。Multisim8具有庞大的元器件库、完备的虚拟仪器仪表、完善的分析方法和所有虚拟仪器仪表的使用数量都不受限制等强大功能和技术优势，Multisim8在电子电路故障的分析诊断中展现了出色的应用效果和广阔的应用前景。
[关键词]仿真软件电路故障分析诊断应用方法

一、引言

利用计算机现代仿真技术对电子电路进行故障分析诊断，能较方便地找到损坏的元器件，排除电路故障，不时为电器设备电路故障分析处理的一种便捷有效的新方法。
目前，用于电路仿真的EDA（电子设计自动化）工具有不少，但笔者认为，功能更完善，应用性更强的应该是加拿大IIT公司最新推出的Multisim8电路设计与仿真软件。下面通过较为简单的应用实例，概括地介绍应用Multisim8对电子电路进行故障分析诊断的方法。

二、应用Multisim8进行故障分析诊断的基本步骤

电子电路中某个元件损坏，电路功能必将发生变化，我们将电子电路丧失规定功能的现象称为电路故障。应用Multisim8对电路故障进行分析诊断，应在初步分析故障并大致判断电路故障范围的基础上，用Multisim8创建相关电路模块的仿真电路，以Multisim8提供的虚拟仪器仪表对主要测试点及疑点元件进行仿真测试，然后，对各种测试数据作出分析判断，准确找出故障位置。一般情况下，应用Multisim8进行故障分析诊断，可分为：分析电路故障范围、创建相关仿真电路、测试有关电路及元件和确定具体故障位置等4个步骤。

三、应用Multisim8诊断电子电路故障实例
（一）电压串联负反馈电路的故障诊断
在Multisim8中创建电压串联负反馈电路如图1所示。其中，运算放大器是负反馈电路的推动级，反馈支路是由电阻R2、R3组成。该电路的输出电压为
V0=〔1+〕×Vi
当电路正常工作时，用Multisim8的双踪示波器测量输入、输出波形如图图1电压串联负反馈电路
2所示。输入信号和输出信号同相，输出幅度比输入幅度增大了100倍。用Multisim8的动态探针测量各节电点的电压如图1所示：输入端（2点）信号电压的有效值为99.9Mv，输出端(6点)的信号电压的有效值为1.10V，运算放大器输出(4点)的信号电压有效值为1.87V，输入、输出信号频率均为100KHz。
图1中，用Multisim8的故障设置功能，加入相应元件的故障。单击Simulate/AutoFaultOption,弹出AutoFault的对话框。在其中可以设置元件故障，Multisim8提供了3种故障。图2电压串联负反馈电路正常的输入与输出波形
Open:将电路中的某个元件接入一个很大的电阻，使其开路。
Short:将电路中的某个元件接入一个很小的电阻，使其短路。
Leak:将电路中的某个元件并联接入一个电阻，新接入的电阻的大小由用户自己设置，使部分电流流过该并联电阻。
另一种设置方法：双击要设置故障的元件，在Switch/fault对话框中可以设置所选元件故障，同样提供了Open、Short、Leak三种故障。
假设信号源、负载和运算放大器正常,电路输出不正常，用Multisim8的动态探针测量输出信号电压的峰-峰值为24.9nV很小,几乎为零。故障诊断如下：

先断开运算放大器的输出，将一个振幅为1.9V、频率为100kHz的信号源（电路正常时运算放大器输出信号）接到由NPN和PNP组成的乙类功率放大器的输入端，用动态探针测量功率放大器的输出端，测量结果如图3所示。

从图3看出，电路输出信号电压的峰-峰值为10.7pV近似为零。初步判断Q1或Q2有故障。利用Multisim8中的I-V特性仪测量Q1和Q2的好坏。I-V特性仪是Multisim8中特有的虚拟仪表，专门用与测量二极管、晶体管、MOS管的伏安特性。测量时被测器件应从电路中隔离开来，线路连接如图4所示。
图3等效电路测量结果

图4I-V特性仪测量Q1和Q2线路连接图

图5（a）I-V特性仪测量Q2的结果图5(b)I-V特性仪测量Q1的结果

从图5(a)、（b）中看I-V特性仪测量的结果，说明Q2正常；Q1的一个PN结短路，用一个好的晶体管替换原来有故障的晶体管后，故障排除，电路输出恢复正常。
（二）数字集成计数器电路的故障诊断
数字集成电路是组成数字电路的基本单元。数字集成电路的故障不同，对数字电路的影响也不同。在图6所示的数字集成计数器电路中，若信号源开路，则数码管显示为00；反之，若数码管显示为00，
则不一定是信号源发生故障。