使用Multisim仿真Howland电流源电路,一般需要经过创建电路、设置元件参数、连接仪器仪表、设置仿真参数和运行分析仿真结果这几个步骤,以下是详细介绍:
打开Multisim软件:启动Multisim后,进入主界面。
放置元件:
在元件库中找到运算放大器(如常用的OPAMP),将其放置在电路图编辑窗口合适位置。
接着从电阻元件库中选取 R1、R2、R3 以及 \(R\) 这几个电阻,放置到编辑窗口中。
从电源库中选择一个直流电压源,用于提供输入电压 uI 。
放置一个负载电阻 RL,代表电路所驱动的负载,一般从电阻元件库选取。
连接电路:按照Howland电流源电路的拓扑结构,使用软件中的导线工具,将各个元件连接起来。将直流电压源与 R1 串联后连接到运放的反相输入端; R2 连接在运放的反相输入端和输出端之间; R3 与 RL 串联后连接在运放输出端与地之间;运放的同相输入端通过电阻 \(R\) 接地。
运算放大器:选中放置的运放,打开其属性对话框,根据实际需求或仿真需要,设置运放的参数,如电源电压范围等(一般可先采用默认参数,后续根据需要调整 )。
电阻:分别双击各个电阻元件,在属性对话框中设置它们的阻值。为了实现较好的恒流特性,需满足 \(R_1 \times R_3 = R_2 \times R\) 这个条件,例如可以设置 \(R_1 = 1k\Omega\)、\(R_2 = 10k\Omega\)、\(R_3 = 10k\Omega\)、\(R = 1k\Omega\) ,负载电阻 RL 可先设置一个初始值,如 \(5k\Omega\) ,后续可改变它来观察对输出电流的影响。
直流电压源:双击直流电压源,设置输入电压 uI 的值,比如设置为 \(5V\) 。
电流表:从仪器仪表库中选取电流表,将其串联在负载电阻 RL 的支路中,用于测量流过负载的电流 iO 。
电压表(可选):如果需要观察运放各引脚的电压等,还可以放置电压表,并联在相应的位置,如运放的输出端、同相输入端等。
选择仿真类型:在Multisim的菜单栏中找到“仿真”选项,点击后选择“分析”,一般可先选择“直流工作点分析”,用于分析电路在直流状态下的工作点,观察各节点电压等信息是否符合预期。
设置其他参数:根据具体需求,还可以进行“瞬态分析”,设置合适的起始时间、终止时间等参数,来观察电路在不同时间段的动态响应,比如改变输入电压 uI 时,输出电流 iO 的变化情况。
运行仿真:点击Multisim界面中的仿真运行按钮(通常是一个绿色的三角形图标),开始运行设置好的仿真分析。
分析结果:
查看电流表的读数,确认负载电流 iO 是否符合理论计算值(理论上 \(i_O = \frac{u_I}{R_1}\) ) 。
改变负载电阻 RL 的值,再次运行仿真,观察电流表读数是否保持恒定,验证电路的恒流特性。如果不符合预期,检查电路连接、元件参数设置是否正确,也可以通过分析电压表读数等,排查可能存在的问题。
还可以改变输入电压 uI ,观察输出电流 iO 的变化是否符合理论关系,进一步验证电路性能。