第三阶段EWB电路仿真与模拟电子技术课程设计实践教学指导

1、第三阶段EWB电路仿真与模拟电子技术课程设计实践教学指导一、EWB电子工作台概述从事电子产品设计,开发等工作的人员,经常要求对所设计的电路进行实物模拟和调试。其目的,一方面是为了验证所设计的电路技术指标是否能达到设计要求;另一方面,通过改变电路中元器件的参数,使整个电路性能达到最佳。以往的电路设计,常常是先制作一块模拟实验板,反复调整电路参数,直至达到设计提出的要求。但由于受工作场地,仪器设备和元器件品种、数量的限制,有些试验往往无法及时完成。这样既影响工作的进行,又束缚了设计人员的手脚。随着电子技术和计算机技术的发展,电子产品已与计算机紧密相连,电子产品的智能化日益完善,电路的集成度越来越高

2、,而产品的更新周期却越来越短。电子设计自动化(EDA技术,使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。EDA是在计算机辅助设计(CAD技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。与早期的CAD软件相比,EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快,而且操作界面友善,有良好的数据开放性和互换性。电子学工作平台Electronics Workbench (EWB(现称为MultiSim软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子学工作台软件。EW

3、B是一种强大的设计软件,可为设计者提供所需的各种元器件及仪表,进行电脑辅助设计、模拟及布局以产生印刷板层次的电路。EWB具有如下特点:(1采用直观的图形界面创建电路,在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台,绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。(2EWB具有完整的混合模拟与数字信号模拟的功能,可任意地在系统中继承数字及模拟元件。EWB会自动进行信号转换。在输出信号的观察上,EWB具备即时波形显示的功能。(3EWB软件带有丰富的电路元件库,提供多种电路分析方法。(4EWB具有虚拟的仪表设备,包含波形函数发生器、万用电表、示波器以逻辑分析仪等,可具体的模拟实际的测量情况

4、,利用它提供的虚拟仪器可以用比实验室中更灵活的方式进行电路实验,仿真电路的实际运行情况,熟悉常用电子仪器测量方法。本章主要介绍介绍EWB软件的初步知识,基本操作方法,以及在仿真过程中仪器仪表的使用和对电路运行结果的测量、观察。二、EWB软件的主窗口界面双击EWB图标启动EWB,将出现如图1所示的主窗口,其主要部分组成及个部分作用如下:(1菜单栏菜单栏位于EWB窗口最上方的区域,它提供电路文件存取、SPICE文件的转入或转出、电路图的编辑、电路的模拟与分析、在线帮助等。主要的操作可归类为文件(File、编辑(Edit、电路(Circuit及分析(Analysis。(2工具栏EWB提供两类工具,一

5、类为电路工具栏,包含用于编辑电路设计所需的按钮。另一类为元器件工具栏,包含显示其详细零组件列表的按钮。工具栏有各类元件及测量仪表,可将它们加入电路图中以完成电路设计及模拟分析。(3应用窗口EWB所提供的应用窗口,可同时包括二项或多项。主要有以下应用窗口:电路设计窗口(circuit windows:供使用者进行电路设计。子电路窗口(subcircuit windows:供使用者检测子电路图的内容。描述窗口(description windows:供使用者键入文本以描述电路。仪表开启(open instrument:显示仪表的面板控制与功能选择。图形窗口(graph windows:显示分析的结

6、果。状态栏(status line:位于EWB窗口的最下方,可显示鼠标所指处元件或仪表的名称。在模拟仿真过程中,也可显示模拟电路中的现状以及分析所需要的模拟时间。 图1EWB的主窗口三、元件库栏和仪器仪表栏EWB提供了丰富的元器件和常用的仪器仪表,如图2所示,单击某一图标即可打开该库。EWB中提供的信号源库如图3所示, 基本器件库如图4, 二极管库如图5, 虚拟仪器仪表如图6。 图2EWB的元器件库和仪器仪表 图3信号源库 图4基本器件库 图5二极管库 图6 虚拟仪器仪表四、EWB电子电路仿真分析方法EWB电子工作台可以对模拟、数字或混合电路进行电路的性能仿真和分析,其分析方法和元器件库的模型

7、都建筑在PSPICE程序的基础上,当使用者创建一个线路图,并接通电源开关后,就可以用示波器等测试仪器读出电路参数。采用虚拟电子工作台,即通过计算机软件仿真的方法对电子线路进行模拟运行,其整个运行过程可以分成四个步骤:数据输入,参数设置,电路分析和数据输出。1、直流工作点分析:在进行直流工作点分析时,电路中的交流源将被置零,电容开路,电感短路。这种分析方法是对电路进行进一步分析的基础。2、交流频率分析:分析电路的频率特性。需先选定被分析的电路节点,在分析时,电路中的直流源将自动置零,交流信号源、电容、电感等均处在交流模式,输入信号也设定为正弦波形式,输出响应是该电路频率的函数。3、瞬态分析(Tr

8、ansient Analysis:是指所选定的电路节点的时域响应。即观察该节点在整个显示周期中每一时刻的电压波形。在进行瞬态分析时,直流电源保持常数,交流信号随着时间而改变,电容和电感都是能量储存模式元件。4、傅立叶分析(Fourier Analysis:用于分析一个时域信号的直流分量、基频分量和谐波分量。即把被测节点处的时域变化信号作离散傅立叶变换,求出它的频域变化规律。在进行傅立叶分析时,必须首先选择被分析的节点,一般将电路中的交流激励源的频率设定为基频,若在电路中有几个交流源时,可以将基频设在这些频率的最小公因数上。譬如有一个10.5KHz和一个7KHz的交流激励信号,则基频可取0.5K

9、Hz。5、噪声分析(Noise Analysis:用于检测电子线路输出信号的噪声功率幅度,计算、分析电阻或晶体管的噪声对电路的影响。在分析时,假定电路中各个噪声源是互不相干的,因此它们的数值可以分别计算。总的噪声是各噪声在该节点的和(有效值。主要是用于小信号电路的噪声分析,元器件噪声模型采用PSPICE模型。噪声分析完成后,在显示图中产生的是输出噪声功率谱和输入噪声功率谱,单位:V/Hz6、失真分析(Distortion Analysis:用于分析电子电路的谐波失真和内部调制失真,当电路中有一个交流信号源,该分析能确定电路中每一个节点的二次谐波和三次谐波的复值。若电路有两个交流信号源,该分析能

10、确定电路变量在三个不同频率处的复值,即两个频率之和的值,两个频率之差的值以及二倍频与另一个频率的差值。该分析方法是对电路进行小信号的失真分析,采用多维的“Volterra”分析法和多维“泰勒”(T aylor 级数来描述工作点上的非线性,级数要用到三次方项。7、参数扫描分析(Parameter Sweep Analysis:可以较快地获得某个元件的参数在一定范围内变化时对电路的影响。相当于该元件每次取不同的值进行多次仿真。使用者可以通过“参数扫描分析”对话框,选择被分析元件参数的起始值、终点和增量值。8、温度扫描分析(Temperature Sweep Analysis:可以同时观察到不同温度

11、条件下的电路特性,相当于该元件每次取不同温度值进行多次仿真。可以通过“温度扫描分析”对话框,选择被分析元件温度的起始值、终值和增量值。在进行分析的时候,电路的仿真温度缺省设定在27o C。9、灵敏度分析(Sensitivity Analysis:可以计算电路输出节点电压和支路电流的交、直流灵敏度。对直流灵敏度分析,可以分析电路中所有元件参数的变化,对交流灵敏度分析,可以分析一个元件的参数变化。进行直流灵敏度分析时,首先要求完成直流工作点分析。交流灵敏度分析,是指交流小信号的分析。此外,EWB电子工作台还提供了其它5种电路的高级分析方法:零-极点分析(Pole-Zero Analysis传递函数分析(Transfer Function Analysis直-交流灵敏度分析(DC-AC Sensitivity Analysis最坏情况分析(Wo