第5章__电子线路分析程序

第5章电子线路分析程序 5 1概述5 2功能键及下拉式菜单5 3鼠标操作介绍5 4应用举例 5 1概述 5 1 1软件基本功能及特征MC3 MICRO CAP 软件是通过人机交互方式工作的 只要使用者在显示器屏幕上 绘制 出电路图 该软件就能完成对该电路的自动分析 并以曲线或列表方式给出分析结果 电路图中的节点号的设定 电路参数的读入 方程的列写及求解 都是由计算机自动完成的 因此对初学者来说 掌握该软件的使用较容易 需要记忆的内容不多 该软件的功能主要有4项 1 瞬态分析 Transient 2 交流分析 AC 3 直流分析 DC 4 傅里叶分析 Fourier 常用的是前3种 5 1 2用法入门为了让使用者尽快对MC3的基本性能有所了解 先看两个实例 实例一调出一个已 绘制 好的电路 观看它的分析过程及结果 1 步骤一绘制电路原理图 1 在C盘上进入MC3目录并运行MC3 2 只要软件安装正确 应出现一个电路窗 主画面 见图5 1 3 用鼠标点击File下拉菜单 使其展开 接着点击 LOADCircuit 横栏 则在电路窗中又显示一个文件目录单 4 从文件目录单中选中PRLC文件 点击后在电路窗中将展现一个二阶电路 见图5 2 2 步骤二分析类型设置点击Run菜单 出现四项分析功能的目录下拉式菜单 选第一项瞬态分析 TRAN 后会显示分析条件窗 从中可设定分析的各种条件 本例的条件设定如图5 3所示 图5 1电路分析窗 图5 2二阶电路图 图5 3瞬态分析窗 3 步骤三运行分析与观察分析结果 1 点击TRAN菜单 在其下拉菜单中再点击Run栏目 则进入自动分析过程 很快就显示出该电路的分析结果 见图5 4 2 分析结束后 在Run菜单中点击最下一栏 Return 时 则回到电路窗状态 图5 4二阶电路的分析结果曲线 实例二在电路窗中 绘制 一个电路 并对它进行分析 1 步骤一绘制电路原理图 1 点击电路窗File菜单 选择第一项后点击 则出现一个空白的电路窗 2 点击电路窗右侧元件窗中的 RESIST 电阻元件 后 将鼠标移回电路窗 按下鼠标左键不放 则窗中出现一个电阻的元件图 并能随鼠标一起移动 同时按下鼠标右键时 元件能翻转 3 选择 Own 栏点击 则出现一个数值输入横条 用键盘键入1K 后点击一下 1K就显示于元件一侧 该元件的输入即完成 4 用同样方法再输入电容C 10 F 以及接地端G 5 电源选用正弦源SIN 其型号为SIN60 点击左侧的Info 则显现正弦源SIN的参数窗 可对其频率 振幅等进行设定 设定结果见图5 5 6 点击View菜单 选中第七栏 令其展示各节点号码 图5 5RC正弦电路 2 步骤二分析类型设置 1 点击Run菜单 并选择AC项 出现分析条件窗 从中可对频率范围 增益范围 输入节点号加以设定 设定结果见图5 6 2 点击Run 运行此电路即可得分析结果 见图5 7 图5 6AC分析条件窗 图5 7RC交流电路频率特性 5 2功能键及下拉式菜单 5 2 1主要功能键的作用按下F1 F10各功能键可以完成以下功能 F1 显示当前窗的帮助文件 F2 电路分析的启动键 F3 电路分析结束返回或退出MC3 F4 当前窗的设置 F5 改变当前窗窗口尺寸 F8 搜索 F9 电路图缩放 F10 电路分析时进入方式选择 以上各项功能均可由鼠标操作替代 这将在5 3节中介绍 5 2 2操作窗中各项的功能 1 Add 当前窗处于COMP状态 即COMP被辉亮 时 Add为加入功能 可用来调入元件图形 2 Zap 元件删除 3 Def 元件参数赋值 4 Info 电源类器件的信息设定 5 Line 在电路图元件间加连线 6 Text 为电路图加说明文字 7 Box 电路图的复制 5 2 3下拉菜单及主要功能 1 File Createnewcircuit 建立一个电路 Loadcircuit 调出一个电路 Savecircuit 新电路或修改过的电路存盘 Mergecircuit 合并电路 2 Editors Librarydevices 元器件库 Librarylabels 横条元件库 Libraryfunctions 函数库 3 Print Graphic circuit 打印电路图 Graphic frontwindow 当前窗中内容打印 Graphic screen 屏幕上全部内容打印 Text Netlist 电路图资料展现 4 View其中最重要的是第七栏 Shownodenumbers 展现电路图的节点号 5 Options它提供软件操作过程中的各种设置及选择 其中较重要的是 Output 输出方式选择 运算结果可以文件存贮方式 打印方式或屏幕显示方式进行输出 6 Windows完成当前窗的设定及恢复 Mode 功能窗 Component 元件参数窗 Untitled 电路窗 7 Run分析方式选定 Transient 瞬时分析 AC 交流分析 DC 直流分析 Fourier 傅里叶分析 Quitanalysis 退出分析 返回电路窗 5 3鼠标操作介绍 5 3 1基本操作在多数窗口上方都有如下图标 用鼠标对其点击即完成相应功能 参见图5 1 1 空白框 点击后 此窗即被删除 它常用于退回操作 2 帮助框H 点击后 即显现与此图窗有关的帮助说明文字 3 移位框 点击此框中不同位置 可以使电路窗中所 绘 制的电路图上 下 左 右移动 以实现对电路图的观察 4 缩放框 点击后 图窗尺寸做相应变化 5 3 2菜单操作及加载操作当对图窗上部菜单条目 File Editors 点击时 则能完成该菜单的下拉 再对菜单内的某栏目点击时则完成相应的功能操作 如点击File菜单中Load栏目后 则出现文件目录窗 而后再点击某文件名时 则该文件的电路图即被调出 5 4应用举例 实例一串联谐振电路特性研究1 步骤一绘制电路原理图在电路窗中用R L C及正弦源 SINES 绘制串联谐振电路图 图5 8 并用Own栏直接赋予相应的数值 在View菜单中第七栏对电路图节点加以编号 其中输入节点号为3号 输出节点号为1号 注意一定要有接地端的符号 图5 8串联谐振电路 图5 9分析条件 2 步骤二分析类型设置 1 点击Run菜单 并选择AC分析后点击 则显示分析条件窗 图5 9 估计谐振频率在100Hz左右 将频率范围 Frequencyrange 选为1000 100 注意 左项为上限频率 右项为下限频率 2 此时上方的菜单栏又增加出AC和MonteCarlo两项 点击AC项 再点击下拉菜单中的Run栏则进入分析状态 3 步骤三运行分析与观察分析结果 1 只要以上操作正确 则显示出分析结果 图5 10 可以看出谐振频率f0约为160Hz 在谐振点处相移 Phase 为0 图5 10分析结果 2 返回到电路图 用Def栏将电阻值R改为5 然后重复以上操作 可以看出谐振曲线的锐度 选择性 下降 再返回电路图用同样方法改变L或C值后能看出谐振点将移动 若用Move栏将R C元件交换 则运行结果将是电容上电压的频率响应曲线 实例二RC一阶电路瞬时响应1 步骤一绘制电路原理图用RC和脉冲信号源PULSE构成一个一阶电路 见图5 11 图5 11一阶电路 2 步骤二分析类型设置 1 点击Run 选第一栏 Transient 做瞬态分析 则出现瞬态分析的条件窗 Analysislimits 其中第一 二栏的设定很重要 否则将无法观察到瞬态响应的完整曲线 图5 12波形显示设定 2 再点击Transient菜单 并选中Monitor项 则显示Monitor画面 它是瞬态分析波形显示的设定窗 图5 12 其中TWareform用于表示将显示那个节点电压的波形 如V2表示显示2号节点的电压波形 此功能是否认可 由Plot栏实现 点击该栏下的小方框则出现叉号 表示被认可 波形图的标尺在Scalerange中设定 如7 3表示纵坐标的范围是 3V到 7V 3 步骤三运行分析与观察分析结果设定完成后 再点击Transient菜单中的Run项 则运行分析并显现分析的波形图 图5 13 图5 13分析结果 实例三二阶电路的瞬态响应1 步骤一绘制电路原理图2 步骤二观察分析结果 1 设定输出波形为1 2 3节点的电压波形 2 运行后得波形曲线 如图5 15所示 图5 14二阶电路 图5 15分析结果 实例四高阶电路的响应由两个电容 一个电感组成的多节点电路 手工计算该电路将是较困难的 由计算机求解很快就能完成 1 步骤一绘制电路原理图在电路窗建立如图5 16所示的电路图 2 步骤二观察分析结果 1 设定输出波形为1 2 3 4节点电压波形 2 运行后得到图5 17波形图 图5 16高阶电路 图5 17分析结果 图5 18正弦激励的高阶电路 图5 19交流分析波形 实例五单管放大电路研究图5 20是一个NPN三极管单管放大电路 分压式偏置电阻分别是20k 和6k 它们决定了三极管的静态工作点和放大倍数 图5 20单管放大电路 1 步骤一绘制电路原理图 1 在电路窗中 绘制 图5 20的电路图 2 点击View菜单的第七项 显示电路的节点号 3 做AC分析 在分析条件窗中选定分析频率范围为1E9 100 增益范围为100 20dB 输入节点号为6 输出节点号为5 2 步骤二观察分析结果 1 点击Run后 得到如图5 21所示的曲线 图5 21Rb2 6k 时的分析结果 2 若将分压电阻6k 改为1k 后 分析结果如图5 22所示 放大器的增益下降至30dB左右 实例六逻辑电路分析软件提供了一些逻辑元件 可以完成一些简单逻辑电路的波形分析 本例是用非门组成的一个逻辑电路 可表现3个脉冲信号的综合逻辑结果 图5 22Rb2 1k 时的分析结果 1 步骤一绘制电路原理图 1 按图5 23作图 显示节点号码 其中5V电源使与非门开通 图5 23与非逻辑电路 2 对脉冲信号源PULSE VIN VD2设定相应的参数 图5 24示出一种设定结果 图5 25是一个脉冲波形图 图5 24设定结果 图5 25脉冲波形图及参数的关系 VZERO 零电平 低电平 VONE 1 电平 高电平 P1 前沿起始时刻 P2 前沿顶部时刻 P3 后沿起始时刻 P4 后沿结束时刻 P5 脉冲周期 2 步骤二观察分析结果该电路的分析结果如图5 26所示 它符合电路的逻辑关系 图5 26分析结果 实例七简单直流电路分析MC3也能做直流分析 但与一般直流分析的区别是 它不只计算一个工作点 而是计算一系列的直流解 本例是一个简单的直流电路 图5 27 有3个节点1 2 3 从1号节点处加电源 求2号节点的解答 1 步骤一绘制电路原理图 绘制 电路图 图5 27 显示出节点号 可以算出U1 U2 0 3999 故U1 10V时 U2 4V 图5 27简单直流电路 图5 28DC分析条件 2 步骤二分析类型设置运行DC分析 进入直流分析条件窗 设定输入范围为10V 增量为0 5V 输入节点为1号 输出范围为10V 输出节点为2号 增量为5V 电路工作温度为27 图5 28 3 步骤三观察分析结果分析结果如图5 29所示 图5 29DC分析结果 本例中还可以有两个输入的功能 若在3号节点再增加一个0 5V的电压源 可以用修改分析条件的方法来实现 图5 30 它的运行结果为图5 31 分析结果为6条线 它们反映了当U3分别为0V 1V 5V时 U1从0变化至10V时相应的U2的电压解 图5 30两个输入时的设定 实例八非线性电路分析在上例的基础上增加一个非线性元件 半导体二极管D0 由于二极管伏安特性的非线性 将使U2的解也表现为一条直线 图5 31DC分析结果 1 步骤一绘制电路原理图按图5 32输入电路图 2 步骤二分析类型设置设定分析条件 图5 33 图5 32非线性直流电路 图5 33分析条件 3 步骤三观察分析结果点击Run后 得图如5 34所示的曲线 由图可以看出 当1号节点电压低于3V时 U3节点电压小于0 6V 二极管D0截止 故这一段解答表现为直线特性 而当U1电压大于3V 则U3电压大于0 6V D0开始逐渐导通 使U3电压曲线成为一条曲线并趋于饱和 图5 34分析结果 实例九双输入信号的直流电路分析直流分析 DC 可以有两个输入信号的特点 对于半导体三端器件 如三极管 场效应管 有着独特的效果 1 步骤一绘制电路原理图按图5 35输入电路图 图5 35三极管直流分析 2 步骤二分析类型设置与观察分析结果图5 36给出了分析条件及在此条件下U3随U1变化的关系曲线 图5 37是另一种条件下解的曲线 实例十TTL与非门内部电路模拟1 步骤一绘制电路原理图按图5 38输入电路图 输入节点号为3 输出节点号为8 2 步骤二分析类型设置对该电路做DC分析 分析条件如图5 39所示 3 步骤三观察分析结果单击Run后 得到如图5 40所示的结果 它与理论上的电压传输特性相似 图5 36第一种分析结果 图5 37第二种分析结果 图5 3