第1章 电子工作平台(EWB)概要.doc

第一章 电子工作平台（EWB）概要 1.1 EWB简述、特点 Electronics Workbench (EWB)是加拿大Electronics Workbench公司研制的虚拟电子工作台电路仿真软件，它的最新版本为MultiSim V6,可以进行原理图输入、模拟和数字混合仿真，以及SPICE方式分析。 该软件的特点是采用直观的图形界面，在计算机屏幕上模仿真实的实验室工作台，用屏幕抓取的方式选用元器件、创建电路、联结测量仪器。软件仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，可以实时显示测量结果，并可以交互控制电路的运行与测量过程。 EWB软件带有丰富的电路元件库，提供多种电路的分析方法。作为设计工具，它可以同其它流行的电路分析、设计和制板软件交换数据。EWB还是一个优秀的电子技术训练工具，利用它提供的虚拟仪器，可以用比实验室中更灵活的方式来进行电路实验，仿真电路的实际运行，以及熟悉常用的电子仪器测量方法。 EWB软件可以对各种有源和无源电路、模拟和数字电路，进行有效的分析与仿真。本教材介绍EWB5.0教育版本的基本操作方法。1.2 EWB基本界面及菜单一、EWB的界面 启动EWB5.0，可以看到Electronics Workbench主窗口。它由菜单、常用工具按钮、元件选取按钮、原理图编辑窗口和状态框组成，如图1所示。 图1 EWB的主窗口 由图可见，EWB模仿了一个实际的电子工作台，其中最大的区域是电路工作区，在这里可以进行电路的联接和测试。工作区的上面是菜单栏、工具栏和元器件库栏。从菜单栏中可以选择电路联接、实验所需的各种命令，工具栏包括常用的操作命令按钮，元器件库栏包括了电路实验所需的各种元器件与测试仪器。用鼠标操作，可以方便地使用各种命令和实验设备。二、命令菜单 EWB的主窗口菜单由文件(File)、编辑(Edit)、电路(Circuit)、分析(Analysis)、窗口(Window)、帮助(Help)等菜单组成。1 文件菜单（File） New（新文件）：建立一个新文件。 Open（打开文件）：将已存盘的文件调入本软件中。 Save（存盘）：将电路原理图存入磁盘。 Save as（换名存盘）：将电路原理图换个名字存入磁盘。 Revert to saved（恢复原存储文件）：恢复原存储文件，在存储之后所有改动都将无效。 Export（输出文件）：可以把电路原理图文件以扩展名为.NET，.SCR，.BMP，.CIR和.PIC的文件村如磁盘，以便其它文件使用。 Print（打印）：单击命令，打开一个对话框，从中可以选择打印内容，也可以同时选择几项内容打印。 Print Setup（打印机设置）：其设置方法与Windows的设置方法相同。 EXIT（退出）：推出仿真系统软件。 Install（安装）：安装有关文件。2 编辑菜单（Edit）菜单的下级菜单命令有：Cut（剪切）、Copy（拷贝）、Paste（粘贴）、Select All（全部选中）、Copy As Bitmap（以位图形式拷贝到剪切板）和Show Clipboard（显示剪切板内容）。3 电路菜单（Circuit） 电路菜单包括操作元件的命令，如旋转、水平、垂直翻转，还包括元件属性和形成电路方面的命令。Circuit菜单的下级菜单命令有：Rotate（旋转元器件）、Flip Horizontal（水平翻转元器件）、Flip Vertical（垂直翻转元器件）、Component Properties（元器件属性）、Create Sub-circuit（创建子电路）、Zoom In（放大窗口）、Zoom Out（缩小窗口）和Schematic Options（原理图选项）。4 分析菜单（Analysis）分析菜单用于设置电路的分析选项，它包括： Activate（激活电路分析）：相当于接通了电源开关。 Pause（暂停分析）：仿真暂停。 Stop（停止分析）：相当于关闭电源开关。 Analysis Options（分析选择项）：该命令设置有关分析计算和仪器使用方面的内容。一般电路仿真不需要设置，可以用默认值。当分析中出现不收敛问题时，需重新设置。该选择包括（通用设置卡）、（直流设置卡）、（瞬态分析设置卡）、（器件设置卡）和（仪器设置卡）。 DC Operating Point（直流工作点分析）：分析显示直流工作点结果。 AC Frequency（交流频率分析）：分析电路的频率特性。 Transient（暂态分析）：即时域分析。 Fourier（傅立叶分析）：分析时域信号的直流分量、基波分量和谐波分量。 Noise（噪声分析）：分析电阻或晶体管的噪声对电路的影响。 Distortion（失真分析）：分析电子电路中的谐波失真和内部调制失真。 Parameter Sweep（参数扫描失真）：分析某元件的参数变化对电路的影响。 Temperature Sweep（温度扫描分析）：分析不同温度条件下的电路特性。 Pole-Zero（零极点分析）：分析电路中极点、零点数目及数值。 Transfer Function（传递函数）：分析激励和输出之间的直流小信号传递函数。 Sensitivity（灵敏度分析）：分析节点电压和支路电流对电路元件参数的灵敏度。 Worst Case（最坏情况分析）：分析电路特性变化的最坏可能性。 Monte Carlo（蒙特卡罗分析）：分析电路中元件参数在误差范围变化时对电路特性才的影响。 Display Graphs（图形显示窗口）：用于显示各种分析结果。对不同的分析，输出可以是图形或者是数据。5 窗口菜单（Window） Arrange（安排窗口）：重排窗口内容。 Circuit（电路窗口）：显示电路窗口内容。 Description（描述窗口）：显示电路描述窗口的内容6 帮助菜单（Help）包括：Help（帮助）、Help Index（帮助索引）、Release Notes（版本注解）、About Electronics Workbench（版本说明）。1.3 EWB的命令工具栏1 常用工具栏常用工具栏为常用菜单操作命令提供快捷方式，图2所示为常用工具栏，其中各个按钮的含义如图中所示。 图2 常用工具栏2 元器件和仪器工具栏EWB提供的元件库和仪器库，可以从主窗口的元器件和仪器工具栏中选取，如图3所示，其中每个库中包含一组元器件或仪器。图3 元器件和仪器工具栏 表1表7列出了主要的元器件库和仪器库。每个表对应于一个元器件工具栏或仪器工具。表1 信号源接地调频电源移频键控源直流电压源压控电压源电压控制电压源直流电流源压控三角波电压控制电流源交流电压源压控方波电流控制电压源交流电流源受控单脉冲电流控制电流源时钟源（方波电源）分段线性源调幅电源压控分段线性源表2 基本元器件联接点可调电容开关电阻极性电容延迟开关电容可调电感压控开关（续表2）电感线性变压器流控开关电位器继电器压控模拟开关表3 二极管二极管发光二极管稳压管全波整流器表4 模拟集成电路三端运放七端运放五端运放比较器 表5 指示器件电压表灯泡蜂鸣器电流表彩色指示灯条形光柱表6 控制器件电压微分器电压比例模块乘法器电压积分器传递函数模块三端加法器 表7 仪器数字多用表函数信号发生器示波器波特图仪1.4 EWB的基本操作 用EWB来分析、仿真电路，首先是建立电路，将员器件库中的模型符号放到电路工作区，联接导线，然后设定元器件模型的参数。下面对元器件、导线和仪器的操作方法分别作简要的说明。一、 元器件的操作1元件的选用：打开元件库栏，移动鼠标到需要的元件图形上，按下左键，将元件符号拖拽到工作区。2元件的移动：用鼠标拖拽。3元件的旋转、反转、复制和删除：用鼠标单击选定的元件符号，用响应的菜单、工具栏，或单击右键激活弹出菜单，选定需要的动作。4元器件参数的设置：用左键双击，或者用右键单击选定的元件图形，从弹出的菜单中选Component Properties，可以设定元器件的标签、编号、数值和模型参数。二、 导线的操作1导线的联接：将鼠标指向元器件的端点，使其出现一个圆点，按下鼠标左键并拖拽出一根导线；拖拽导线并使其指向另一个元器件的端点，待出现小圆点时，释放鼠标左键。2删除与改动：选中该导线，单击鼠标右键，在弹出的菜单中选Delete（删除）；或者用鼠标，将导线的端点拖拽离开它与元件的联接点。如果要改动连线，可以将拖拽离开的导线联到另一个联接点。3改变导线的颜色：在复杂的电路中，可以将导线设置为不同的颜色，这有助于对电路图的识别。要改变导线的颜色，可用左键双击该导线，从弹出的Wire Properties（导线属性）的对话框中，选择Schematic Options（电路图选项），并单击Set Wire Color（设置导线颜色）标签，然后在打开的对话框中选择合适的颜色。4向电路插入元器件：如果需要在电路的某一地方假如元器件，可以将元器件直接拖拽放置在导线上，然后释放即可。5联接点的使用：联接点是一个小圆点，存放在无源元件库中。一个联接点最多可以联接来自四个方向的导线。可以将联接点直接插入联线中，还可以给联接点赋予标识。6节点及其标识、编号与颜色：在联结电路时，EWB为每个节点分配了一个编号。是否显示节点号，可通过选择Circuit / Schematic Options菜单命令，然后在打开的对话框中选择卡进行设置。另外，用鼠标左键双击节点，在弹出的对话框中，可设置节点的标签及与节点相联接的导线颜色。在电路中使用的节点，都是计算机的默认值。三、 仪器的操作1指示仪表（电压表、电流表）的选用：从指示器件库中，选定电压表或电流表，用鼠标拖拽到电路工作区中。用鼠标单击选定的指示仪表符号，通过旋转操作可以改变其引出线的方向。用左键双击选定的仪表符号，从弹出的对话框中，可以设置工作参数。2测量仪器的选用：打开仪器库栏，移动鼠标到需要的仪器图标上，按下左键，将仪器图标拖拽到工作区。3测量仪器的移动：用鼠标拖拽。4测量仪器的删除：用鼠标左键单击选定的仪器图标，用编辑菜单（Edit），或单击右键激活弹出菜单，选定删除(Delete)动作。5测量仪器参数的设置：用左键双击仪器图标，从弹出的仪器面板中，可以设定仪器的参数。15 元器件的设置 对于元件参数的设置，可以通过元件属性对话框来设定。用左键双击，或者用右键单击选定的元件图形，从弹出的菜单中选Component Properties，屏幕上将出现如图4所示的元件属性设定对话框。大多数元件属性包含下列几组参数或选择性项。 Label参数组：确定元件的引用ID（Reference ID）和说明标识（Label）。 Value参数组：设定元件的主要仿真参数，例如电阻值、电容值、电压值等。图4所示为交流电流源的主要仿真参数（电压有效值、频率和初始相位）。 Fault参数组：为该元件仿真设置引脚故障。 Display参数组：设定是否在工作区显示元件的引用ID（Reference ID）、说明标识（Lebel）和主要仿真参数（Value）。Anaylysis Setup参数组：设定元件模型在特定分析功能中起作用的其它参数，如电阻元件的温度、电源的AC稳态属性等。下面将常用的元器件及参数的意义说明如下。 图4 元件模型参数设定对话框1 信号源常用信号源模型的主要仿真参数如表8所示。表8 信号源模型的主要参数元件名称主要参数缺省设置值设置范围直流电压源电压V12VVkV （续表8）元件名称主要参数缺省设置值设置范围直流电流源电流I 1AAkA交流电压源电压V频率相位120V60Hz0VkVHzMHzDeg交流电流源电流I频率相位1A1Hz0AkAHzHzDeg电压控制电压源电压增益E1V/VmV/VkV/V电压控制电流源互导G1SmSMS电流控制电压源互阻H1mM电流控制电流源电流增益F1A/AmA/AkA/A时钟源频率占空比电压V1000Hz50%5VHzMHz0100%mVkV2基本无源元件常用的基本无源元件的基本参数如表9所示。表9 基本无源元件的主要参数元件名称参数缺省设置值设置范围电阻电阻值R1kVvkV电容电容值C1F PFF电感电感值L1mHHH电位器键key电阻R比例设定Setting增量IncrementR1K50%5%AZ,09M0100%0100%排电阻电阻R1KM（续表9）元件名称参数缺省设置值设置范围可调电容键key电容值C比例设定Setting增量IncrementC10F50%5%AZ,09,Enter,SpacepFF0100%0100%H极性电容电容值C1pFpFF可调电感键key电感L比例设定Setting 增量IncrementL10mH50%5%AZ,09,Enter,SpacepHH0100%0100%线性变压器匝数比（初级/次级）N漏感LE激磁电感LM初级绕组电阻RP次级绕组电阻RS20.001H5H00开关键keySpaceAZ,09Enter,Space延迟开关导通时间Ton断开时间Toff0.5s0 spsspss压控开关导通电压Von短开电压Voff1V0VmVkVmVkV流控开关导通电流Ion短开电流Ioff1A0AmAkAmAkA压控模拟开关断开控制电平Coff导通控制电平Con短开电阻Roff导通电阻Ron0V1V1T1mVkVmVkVTT关于无源元件的说明：（1） EWB软件中的无源元件增加了用于仿真的其它参数，使模型更接近实际元器件的特性，如电阻的温度特性、开关的导通和短开电阻、变压器 的损耗电阻等。另外，还可以设置漏电、开路、短路等故障。（2） 对电位器、可变电感、可边电容和开关模型，提供了用键盘控制元件参数的交互手段，可以在仿真过程中手工改变电路参数，观察电路特性的即时变化。这种交互是进行软件实验的有效手段。缺省设置是用Space（空格键）改变开关状态，R、L、C键增加，r、l、c键减小可变电阻、电感、电容的比例设置（Setting）。参数中的Key用来改变控制键。（3） 时间延迟开关（Time-Delay Switch）有两个控制时间，即闭合时间Ton和断开时间Toff，Ton 不能等于Toff，且都必须设置为零。若TonToff，接通开关，在0Toff时间内，开关闭合；在TonToff时间内，开关断开；Toff开关闭合。若TonToff，接通开关，在0Toff时间内，开关断开；在TonToff时间内，开关闭合；Ton开关断开。在开关断开状态时，认为其电阻为无限大，在开关闭合状态时，认为其电阻为无穷小。Ton、Toff值在该元件属性对话框中设置。（4） 电压控制开关(Voltage-Controlled Switch)、电流控制开关（Current-Controlled Switch）和电压控制模拟开关(Voltage-Controlled Analog Switch)，具有导通电阻Ron和断开电阻Roff，用于仿真实际电子开关的特性。3指示部件指示部件部件共有九种，其中四种的说明如下。（1） 电压表（Voltmeter）多个电压表可同时使用。电压表的内阻与其两端钮为并联关系，内阻设置过小，会引起测量误差，故建议内阻用得大一些。该表可测交、直流电压，由对话框设置，如图5所示。有粗线端为负极端子。（2） 电流表（Ammeter）多个电流表可同时使用。其内阻与电流表是串联的，内阻设置应尽可能小，否则会引起测量误差。该表可测交、直流电压，与电压表一样，由对话框设置。有粗线端为负极端子。图5 电压表参数设定的对话框（3） 灯泡(Bulb)该部件相当于一个电阻元件，其工作电压及功率由对话框设置。（4） 蜂鸣器(Buzzer)该部件相当于一个压电陶瓷片晶体。当两端电压超过设置电压时，计算机内扬声器便会发出音响声。1.6 仪器的设置1 电压表和电流表从指示器件库中，选定电压表或电流表，用鼠标拖拽到电路的工作区中，通过旋转操作可以改变其引出线的方向。双击电压表或电流表，可以在弹出的对话框中设置工作参数。电压表和电流表可以多次选用。2 数字多用表数字多用表的量程可以自动调整，图6所示是其接线图和面板。图6 数字多用表接线和面板数字多用表的电压和电流档的内阻、电阻档的电流和分贝档的标准电压值，都可以任意设置。从打开的面板上选Setting按钮，即可以设置其参数。3 示波器示波器为双踪模拟式，其接线图标和面板如图7所示。当点击“Expand”按钮时，可以将面板进一步展开，见图8。图7 示波器接线和控制面板（1） 示波器与被测电路的联结仅允许示波器图标上的端子与电路测量点相联，联接端子如图7所示。（2）示波器时基的设置“Time Base”用来设置轴向时间基线的扫描时间，“s/div”（或“ms/div”，“s/div”）表示水平轴方向每一个刻度代表的时间。“X Position”表示调整水平轴方向时间基线的起始位置，改变其设置，可使时间基线左右移动。“Y/T”表示Y轴方向显示A、B通道的输入信号，X轴方向表示时间基线，扫描是按设置的时间进行的。“B/A”表示将A通道信号作为X轴扫描信号，将B通道信号施加在Y轴上，“A/B”与上述相反。当显示随时间变化的信号波形时，采用“Y/T”方式。当显示电路的传输特性时，利用“B/A”（Vi接到A通道，Vo接到B通道）或“A/B”方式（Vi、Vo接法与“B/A”方式相反）。 图8 扩展的示波器面板（3）示波器触发方式（Trigger）的设置“Edge”表示将输入信号的上升沿或下跳沿作为触发信号；“Level”用于设置触发电平；选择“Auto”，表示触发信号不依赖外部信号；选择“A”或“B”,表示用A通道或B通道的输入信号作为水平轴时基扫描的同步触发信号；选择“Ext”，是指用示波器图标上触发端子联结的信号，来作为水平轴时基扫描的同步触发信号。一般情况下使用“Auto”方式。（4）示波器输入通道的设置示波器有两个完全相同的输入通道A和B（Channel A、Channel B），可以同时观察两个信号。面板图中的“V/Div”为放大、衰减开关（或“mV/Div”、“V/Div”），表示在屏幕的Y轴方向上每一刻度相应的电压值；“Y Position”表示时间基线在显示屏幕上的上下位置。输入通道设置中的“AC/O/DC”按钮有三种用途：“AC”表示屏幕仅显示输入信号中的交变分量（相当于实际电路中加入了隔直电容），“DC”表示屏幕将信号的交直流分量全部显示，“O”表示将输入信号对地短路。（5）波形参数的测量在图示屏幕上有两条左右可以移动的读数指针，指针上方有三角形标志，通过鼠标器左键可拖动读数指针左右移动。在显示屏幕下方有三个测量数据的显示区。左侧数据区表示：1号读数指针所指示的信号波形数据，其中T1表示1号读数指针离开屏幕最左端（时基线零点）所对应的时间，时间单位取决于“Time Base”设置的时间单位；VA1，VB1分别表示通道A，通道B的信号幅度值，其值为电路中测量点的实际值，与“放大、衰减开关”设置无关。中间数据区表示2号读数指针所在位置测得的数值。T2表示2号读数指针离开时基线零点的时间值。右侧数据区中，T2-T1表示2号读书指针所在位置与1号读数指针所在位置的时间差值，可用来测量信号的周期、脉冲信号的宽度、上升和下降时间等参数；VA2-VA1表示A通道信号两次测量值之差，VB2-VB1表示B通道信号两次测量值之差。为了测量方便准确，单击“Pause”（或F9键）使波形“冻结”，然后再测量更好。（6）信号波形显示颜色的设置只要对联接A、B通道的导线的颜色进行设置，所显示波形的颜色便与导线的颜色相同。方法是双击联接导线，在弹出的对话框中，对导线的颜色进行设置。（7）展开面板的缩小单击展开面板右下方的“Reduce”按钮，即可将展开面板缩成原来的大小。（8）改变屏幕背景的颜色单击展开面板右下方的“Reverse”按钮，即可改变屏幕背景的颜色。如要将屏幕背景恢复为原色，再单击一次“Reverse”按钮即可。（9）波形读数的存储对于读数指针测量的数据，单击展开面板