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【摘要】本文首先介绍了Multisim软件仿真内核的仿真模式及仿真过程的基本组成，进而，把数值分析的方法，与具体仿真实例相结合，详细地探讨了仿真内核中模拟仿真器的三个重要的仿真过程：节点分析与矩阵求解、线性化和数值积分。在此基础上，深入地研究了模拟仿真器三种基本分析仿真模式：直流分析、瞬态分析和交流分析。本文在理解仿真思路、解决仿真中出现的问题、深入研究仿真方法以及灵活应用仿真器等方面，有着重要的指导意义。
【关键词】仿真器 ； 仿真模式 ； 仿真过程 ； 仿真分析
【中图分类号】TP391.9 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）2-0002-03
仿真是评估电路特性的一种数学方法。通过仿真，在构建具体的电路结构或使用实际的测量仪器之前，就能够确定电路的大部分性能。MULTISIM软件通过仿真内核中仿真器的仿真过程，实现仿真目标[1]。
MULTISIM有几个部分是紧密地和仿真器的仿真过程联系在一起的，如：构建用于仿真的电路原理图、设置仿真参数、执行仿真过程、分析仿真结果。MULTISIM整个仿真过程可用图1描述：
1.MULTISIM仿真过程的概述
1.1 仿真模式
MULTISIM仿真过程通常是运行在下面两种模式之一：交互仿真模式和分析仿真模式[2]。因此，首先确定哪一种仿真模式是很重要的问题。
·交互仿真模式——在MULTISIM的工作空间中，无论什么时候按下Run Simulation按钮，MULTISIM仿真过程就运行交互仿真模式。
·分析仿真模式——无论什么时候，在任何一种分析对话框中按下Simulate按钮，或者在XSPICE Command Line对话框中，运行XSPICE分析指令，MULTISIM仿真过程就运行分析仿真模式。
1.2 仿真过程的基本组成及概述
1.2.1 电路原理图
从仿真的角度考虑，电路原理图是一种用户用于图示地构建网络表的电路结构图，网络表则是文本地描述电路原理图中元器件和仪器的互连的一种文本表。
1.2.2 分析对话框
分析对话框用于设置分析仿真模式的仿真条件，根据所设定的条件自动地产生分析仿真模式所需要的各种仿真指令。
1.2.3 仪器仪表
MULTISIM中的仪器有产生信号、数据分析以及数据显示等多种用途。
1.2.4 指令行界面
XSPICE指令行对话框被使用于替代构建电路原理图和分析对话框，使用它，能够装载一个外部预先确定的，代表某个电路原理图的网络表，和一套仿真指令进入到仿真内核中，从而实现对某个电路的仿真分析。
1.2.5 交互式事件
当仿真进行中时，通过调节某些交互式的元件和仪器，直接送交互式事件进入仿真内核，就能夠改变电路的仿真状态。
1.2.6 图形记录仪
图形记录仪是被使用于分析仿真输出的数据。
1.2.7 指示器件
在交互仿真模式中，指示器件显示电路的输出值或改变器件本身的外观。
1.2.8 仿真内核
MULTISIM仿真内核实现指定的仿真分析。
1.2.9 仿真内核的子系统
MULTISIM仿真内核由以下子系统组成：网络表剖析器，指令解释器，交互事件管理器，模拟电路仿真器和数字电路仿真器，以及模拟器件库和数字器件库。
2.模拟电路仿真器的仿真过程
MULTISIM的仿真内核中，包含一个模拟电路仿真器和一个紧密耦合的数字电路仿真器。本文仅探讨模拟电路仿真器的仿真过程。
本节把数值分析的方法，与具体的仿真实例相结合，深入探讨MULTISIM仿真中，模拟电路仿真器的三个重要的仿真过程。
2.1 模拟电路仿真的目标
模拟仿真的目标是根据基尔霍夫电流定律（KCL）、基尔霍夫电压定律（KVL）、以及器件的伏安特性关系，来求解电路中的节点电压和支路电流。
2.2 仿真过程
模拟电路仿真器使用图2.1所示的三个仿真过程，来进行模拟电路的数值计算，分别为：节点分析与矩阵求解、线性化和数值积分。节点分析与矩阵求解是线性化和数值积分过程的基础。
2.3节点分析与矩阵求解
在模拟电路仿真器中，节点分析与矩阵求解[3]是最基本的过程。使用它来求解线性、非微积分元件所组成的电路，如图2.2所示。
这个过程之所以称为基本的，是因为电路中更复杂的电路元件通常需要精确地转化成线性的、非微积分形式的元件，以便能够使用这一过程求解电路。
首先，节点分析过程根据基尔霍夫电流定律（KCL），使用一种叫做改进节点分析（MNA）的技术，列出一组线性方程组。然后，矩阵求解过程使用矩阵求解的技术求解上述线性方程组。矩阵求解技术则是首先进行矩阵的LU分解，也就是把矩阵A分解成两个三角矩阵（下三角矩阵L和一个上三角矩阵U）；然后，使用正向迭代和后向迭代的方法分别求解两个三角矩阵。
为了避免数值困难、提高数值计算的精度和最大化求解方程组的效率，使用了下列几个技术措施：
·局部枢轴算法，降低LU分解方法所产生的截断误差。
·预定算法，改善矩阵的条件数。
·重新排序算法，最大限度地减少方程组求解的非零项。
MULTISIM允许用户通过仿真选项直接访问枢轴算法的一些参数。
一般情况下，节点分析和矩阵求解过程是稳定的，并且具有确定解，求解的成功率仅仅受限于浮点值计算的有限精度所导致的数值的复杂化程度。
【关键词】仿真器 ； 仿真模式 ； 仿真过程 ； 仿真分析
【中图分类号】TP391.9 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089（2015）2-0002-03
仿真是评估电路特性的一种数学方法。通过仿真，在构建具体的电路结构或使用实际的测量仪器之前，就能够确定电路的大部分性能。MULTISIM软件通过仿真内核中仿真器的仿真过程，实现仿真目标[1]。
MULTISIM有几个部分是紧密地和仿真器的仿真过程联系在一起的，如：构建用于仿真的电路原理图、设置仿真参数、执行仿真过程、分析仿真结果。MULTISIM整个仿真过程可用图1描述：
1.MULTISIM仿真过程的概述
1.1 仿真模式
MULTISIM仿真过程通常是运行在下面两种模式之一：交互仿真模式和分析仿真模式[2]。因此，首先确定哪一种仿真模式是很重要的问题。
·交互仿真模式——在MULTISIM的工作空间中，无论什么时候按下Run Simulation按钮，MULTISIM仿真过程就运行交互仿真模式。
·分析仿真模式——无论什么时候，在任何一种分析对话框中按下Simulate按钮，或者在XSPICE Command Line对话框中，运行XSPICE分析指令，MULTISIM仿真过程就运行分析仿真模式。
1.2 仿真过程的基本组成及概述
1.2.1 电路原理图
从仿真的角度考虑，电路原理图是一种用户用于图示地构建网络表的电路结构图，网络表则是文本地描述电路原理图中元器件和仪器的互连的一种文本表。
1.2.2 分析对话框
分析对话框用于设置分析仿真模式的仿真条件，根据所设定的条件自动地产生分析仿真模式所需要的各种仿真指令。
1.2.3 仪器仪表
MULTISIM中的仪器有产生信号、数据分析以及数据显示等多种用途。
1.2.4 指令行界面
XSPICE指令行对话框被使用于替代构建电路原理图和分析对话框，使用它，能够装载一个外部预先确定的，代表某个电路原理图的网络表，和一套仿真指令进入到仿真内核中，从而实现对某个电路的仿真分析。
1.2.5 交互式事件
当仿真进行中时，通过调节某些交互式的元件和仪器，直接送交互式事件进入仿真内核，就能夠改变电路的仿真状态。
1.2.6 图形记录仪
图形记录仪是被使用于分析仿真输出的数据。
1.2.7 指示器件
在交互仿真模式中，指示器件显示电路的输出值或改变器件本身的外观。
1.2.8 仿真内核
MULTISIM仿真内核实现指定的仿真分析。
1.2.9 仿真内核的子系统
MULTISIM仿真内核由以下子系统组成：网络表剖析器，指令解释器，交互事件管理器，模拟电路仿真器和数字电路仿真器，以及模拟器件库和数字器件库。
2.模拟电路仿真器的仿真过程
MULTISIM的仿真内核中，包含一个模拟电路仿真器和一个紧密耦合的数字电路仿真器。本文仅探讨模拟电路仿真器的仿真过程。
本节把数值分析的方法，与具体的仿真实例相结合，深入探讨MULTISIM仿真中，模拟电路仿真器的三个重要的仿真过程。
2.1 模拟电路仿真的目标
模拟仿真的目标是根据基尔霍夫电流定律（KCL）、基尔霍夫电压定律（KVL）、以及器件的伏安特性关系，来求解电路中的节点电压和支路电流。
2.2 仿真过程
模拟电路仿真器使用图2.1所示的三个仿真过程，来进行模拟电路的数值计算，分别为：节点分析与矩阵求解、线性化和数值积分。节点分析与矩阵求解是线性化和数值积分过程的基础。
2.3节点分析与矩阵求解
在模拟电路仿真器中，节点分析与矩阵求解[3]是最基本的过程。使用它来求解线性、非微积分元件所组成的电路，如图2.2所示。
这个过程之所以称为基本的，是因为电路中更复杂的电路元件通常需要精确地转化成线性的、非微积分形式的元件，以便能够使用这一过程求解电路。
首先，节点分析过程根据基尔霍夫电流定律（KCL），使用一种叫做改进节点分析（MNA）的技术，列出一组线性方程组。然后，矩阵求解过程使用矩阵求解的技术求解上述线性方程组。矩阵求解技术则是首先进行矩阵的LU分解，也就是把矩阵A分解成两个三角矩阵（下三角矩阵L和一个上三角矩阵U）；然后，使用正向迭代和后向迭代的方法分别求解两个三角矩阵。
为了避免数值困难、提高数值计算的精度和最大化求解方程组的效率，使用了下列几个技术措施：
·局部枢轴算法，降低LU分解方法所产生的截断误差。
·预定算法，改善矩阵的条件数。
·重新排序算法，最大限度地减少方程组求解的非零项。
MULTISIM允许用户通过仿真选项直接访问枢轴算法的一些参数。
一般情况下，节点分析和矩阵求解过程是稳定的，并且具有确定解，求解的成功率仅仅受限于浮点值计算的有限精度所导致的数值的复杂化程度。