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三门峡职业技术学院教案首页编号：SMXP-7.5.1-P59-R002 日期： 2008 年 2 月 28 日系部： 机电工程系教研室：测控技术教研室授课教师： 范江波授课题目：电子CADProtel DXP授课时间： 第_周 至 第_周 课时： 4学时授课班级及人数： 07测控技术1班 共 人教学目的与要求：1、熟悉Protel DXP电路仿真的特点、功能；2、掌握元件、信号源仿真属性的设置方法；3、掌握电路仿真的基本步骤。4、学会利用Protel DXP对电路进行仿真；重点学会工作点分析、瞬态分析仿真方式。教学重点：1、理解电路仿真的基本步骤2、学会设置元件、信号源的仿真属性3、熟练掌握对电路进行工作点分析仿真、瞬态分析仿真教学难点：1 、熟练掌握对电路进行工作点分析仿真、瞬态分析仿真教学方法、教学手段：多媒体、实际操作演示教学参考书：1、Protel DXP入门与提高 张伟等编著 人民邮电出版社2、Protel DXP典型实例 倪泽峰编著 人民邮电出版社3、Protel DXP库元器件手册 王力等编著 人民邮电出版社教学小结：审批意见： 签字： 年 月 日备注：保存期限：长期 保存部门：教研室、系部教学标题12 Protel DXP的仿真教学设计本次课的重点是对电路进行工作点分析仿真、瞬态分析仿真。1、 要求学生了解Protel DXP电路仿真的特点、功能。2、 理解电路仿真的基本步骤。3、 学会设置元件、信号源的仿真属性。4、 学会对电路进行工作点分析仿真。5、学会对电路进行瞬态分析仿真。教学内容Protel DXP具有强大的电路仿真功能，它可以对所绘制的模拟电路、数字电路及模数混合电路进行仿真。在电路设计的整个周期都可以仿真查看和分析电路的性能指标，以便及时发现设计中所存在的问题并加以修正，从而更好的完成电路设计。1、Protel DXP仿真的特点（1）电路仿真的编辑环境就是原理图设计的编辑环境，与原理图编辑器相比，区别在于仿真电路中的所有元件必须具有仿真属性。（2）提供了大量的仿真元件。仿真元件库中有数十种仿真激励源，几千种仿真元件，用户只需选用所需的仿真元件，连接好电路图，加上激励源，就可以进行仿真。（3）提供了多种仿真方式。不同的仿真方式从不同角度对电路的各种电气特性进行仿真。用户可以根据具体电路的需要确定使用哪几种仿真方式。（4）提供了强大的仿真结果分析工具，可以记录各种需要的仿真数据，显示各种仿真波形，并且可以进行波形缩放、比较、测量等。使用户快速而准确地估计电路性能。2、Protel DXP仿真的功能Protel DXP可以对模拟电路、数字电路及模数混合电路进行仿真，支持以下仿真功能。（1）工作点分析（Operating Point Analysis）：即静态工作点分析。就是分析电路中各节点或器件的直流偏置电压及流过的电流。在进行瞬态分析和交流小信号分析时，系统自动进行工作点分析。（2）瞬态分析和傅立叶分析（Transient/Fourier Analysis）：瞬态分析是最常见的一种分析方式，属于时域分析。是指在指定的时间内输出关于时间的电流或电压变量。就象使用示波器一样，可观察到电路的波形。傅立叶分析是和瞬态分析同时进行的，属于频域分析。主要用来分析电路中各非正弦波的激励源及节点电压波形的频谱，可以观察谐波失真现象。（3）直流扫描分析（DC Sweep Analysis）：是指在指定范围内，改变输入信号源电压，进行静态工作点分析，每变化一次执行一次工作点分析，其输出为直流传输曲线。（4）交流小信号分析(AC Small Signal Analysis)：主要用来分析仿真电路的频率响应特性，即当输入信号的频率发生变化时输出信号的变化情况。（5）噪声分析（Noise Analysis）：估算电阻和半导体元件产生的噪声。（6）传递函数分析（Transfer Function Analysis）：分析计算电路的直流输入阻抗、输出阻抗和直流增益。（7）温度扫描分析（Temperature Sweep）：仿真工作温度变化对电路的影响。可以与工作点分析、瞬态分析等相结合，在指定温度范围内按用户指定的步长变化温度，每一个温度产生一条曲线。（8）参数扫描分析（Parameter Sweep）：与直流、交流、瞬态分析配合使用，分析电路参数变化对电路特性的影响。（9）蒙特卡罗分析（Monte Carlo Analysis）：是一种统计分析方法，分析元件的特性值在误差范围内变化对电路特性的影响程度。3、Protel DXP仿真的基本步骤（1）绘制仿真用的原理图。在原理图编辑环境下绘制仿真用的原理图，与普通原理图的绘制方法基本相同。需要注意的是仿真原理图中所使用的元件都必须具有仿真属性（Simulation）。（2）设置仿真元件参数。放置好仿真元件之后，必须对元件的属性参数进行设置。和普通原理图相比，仿真元件需要设置的属性要多一些。仿真元件的标称值要合理设置，这些值会影响电路仿真的输出波形。（3）设置仿真激励源。对于仿真电路，仿真激励源就是电路的输入信号。放置好激励源后需要根据实际电路的要求设置其属性参数。（4）定义仿真电路节点。为了便于观测，在电路中需要观察波形的地方放置网络标号。放置方法与普通原理图相同。（5）设置仿真方式及参数。Protel DXP提供了多种仿真方式，用户必须根据具体电路的仿真目的来设置仿真方式。另外不同仿真方式下会有不同的仿真参数设置窗口，正确设置这些窗口中的仿真参数才能保证仿真过程正常运行。（6）执行仿真设置好所有参数后，即可启动仿真操作。（7）仿真结果分析及处理如果对仿真结果比较满意，则可认为仿真元件的参数基本合理。如果不满意，则重新设置仿真元件的参数及仿真方式参数，再执行仿真，直到得到期望的仿真结果为止。4、Protel DXP仿真可靠运行必须遵守的原则对一个电路进行仿真，原理图必须包含所有仿真所必须的信息。通常，为使仿真可靠运行必须遵守以下原则：（1）仿真原理图的所有元件必须具有仿真属性。（2）必须有适当的激励源，以便仿真过程中驱动电路。（3）仿真电路中在需要保存仿真数据的节点必须添加网络标号。（4）必要时，还要设置仿真电路的初始状态。讨论： 利用Protel DXP提供的电路仿真工具对所设计的原理图性能进行验证与传统的验证方法有何不同？要进行电路仿真，仿真原理图的所有元件必须包含有详细而精确的仿真信息，以便仿真器正确处理这些元件，所以设置仿真元件参数的工作非常重要。另外，Protel DXP不提供专门的仿真元件库，而是在原理图元件中添加一个仿真属性（Simulation），具有仿真属性的元件分布在多个元件库中，需要我们把具有仿真属性的元件找到。5、查找仿真元件“Miscellaneous Devices.IntLib”元件库是一个常用电气元件库，这个库里的元件基本上都有仿真属性，可以直接用在仿真原理图中。但是集成电路元件是按生产厂家组织管理的，而大多数厂家的元件都不带仿真属性，需要我们查找所需集成电路仿真元件。下面我们以查找“74LS04”的仿真元件为例介绍查找仿真元件的方法。在原理图设计的编辑环境，点击Libraries面板上的Search按钮，打开查找元件对话框，在Name栏输入“*74LS04*”，在Mode Type栏下拉列表中选择“Simulation”，点击Search按钮，得到结果。6、仿真元件参数设置所有仿真元件如果没有特别指出，都认为是理想元件，即没有温度系数，没有寄生电感、电容。对于运算放大器，严格遵守“虚短”和“虚断”原则。仿真元件具有独特的仿真属性，这些属性需要用户来设定参数，下面介绍一些常见元件的参数设定方法。A电阻有两种类型的仿真电阻：固定电阻（Res）和半导体电阻（Res Semi）。其中半导体电阻的阻值由其长、宽及环境温度决定，应设置这些参数。（1）固定电阻参数设置（2）半导体电阻参数设置B电位器有两种类型的仿真电位器：可变电阻（Res Adj）和分压电阻（Res Tap）。它们需设置的参数相同。C电容有三种类型的仿真电容：定值无极性电容（Cap）、定值有极性电容（Cap Pol）、半导体电容（Cap Semi）。D电感有两种类型的仿真电感：定值电感（Inductor）、可变电感（Inductor Adj）。E二极管二极管的名称为：D ZenerF三极管有两种类型的仿真三极管：NPN和PNP。G节点电压初值节点电压初值“.IC”是一个特殊的元件，存放在“Simulation Sources.IntLib”元件库内。该元件最主要的作用是在进行瞬态分析时，设置电路上某个节点上的电压初值。当电路中有储能元件（如电容）时，常常会用到节点电压初值“.IC”。放置方法为用导线或直接将“.IC”与节点相连，然后修改属性参数。节点电压设置“.NS”是一个特殊的元件，存放在“Simulation Sources.IntLib”元件库内。在分析双稳态或不稳定电路的瞬态特性时，“.NS”用来设定某节点电压的预收敛值。放置方法为直接将“.NS”与节点相连，然后修改属性参数。7、仿真信号源在对原理图仿真之前必须有适当的仿真激励信号源来驱动电路。Protel DXP提供的仿真激励源均存放在“Simulation Sources.IntLib”元件库内。这些仿真激励源在仿真电路设计过程中都被视作理想激励源：电压源内阻为零，电流源内阻无穷大。下面介绍几种常用仿真激励源的属性设置。（1）直流电源直流电源有两种：直流电压源（VSRC）和直流电流源（ISRC）。它们的输出为恒定电压或电流。（2）正弦交流电源正弦交流电源有两种：正