模电课程实践最终版

1、电子技术课程实践项目报告 模拟电路的EWB仿真举例 上海大学机自学院自动化系自动化专业姓名:学号:指导老师:2014年2月4日目录第1章EWB软件的功能介绍31.1软件简介31.2Electronics Workbench 软件界面31.2.1EWB的主窗口31.2.2元件库栏31.2.3信号源库41.2.4基本器件库41.2.5二极管库41.2.6模拟集成电路库51.2.7指示器件库51.2.8仪器库51.3Electronics Workbench 基本操作方法介绍61.3.1创建电路61.3.2使用仪器71.3.3元件库中的常用元件101.3.4元器件库和元器件的创建与删除111.4虚拟

2、工作台方式电路仿真12第2章基本分析方法132.1实验一：直流（静态）工作点分析（DC Operating Point Analysis）132.2实验二：交流频率分析（AC Frequency Analysis）142.3实验三：瞬态分析（Transient Analysis）172.4实验四：傅里叶分析（Fourier Analysis）20第3章实验项目一：运算放大器的仿真分析与传输特性测绘233.1元件原理：233.2仿真过程：233.2.1不同运算放大器的增益分析233.2.2运算放大器传输特性测绘27第4章实验项目二：二极管、稳压管的仿真模型与正反向特性测试284.1元件原理：28

3、4.2仿真过程：28 第1章 EWB软件的功能介绍 1.1 软件简介 EWB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。 1.2 Electronics Workbench 软件界面图 1.2.111.2.1 EWB的主窗口1.2.2 元件库栏图 1.2.211.2.3 信号源库图 1.2.31 1.2.4 基本器件库 图 1.2.41 1.2.5 二极管库图 1.2.51图 1.2.51 1.2.6 模拟集成电路库图 1.2.611.2.7 指示器件库图 1.2.711.2.8 仪器库图 1.2

4、.81 1.3 Electronics Workbench 基本操作方法介绍1.3.1 创建电路（）元器件操作 元件选用：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。元件的移动：用鼠标拖拽。元件的旋转、反转、复制和删除：用鼠标单击元件符号选定，用相应的菜单、工具栏，或单击右键激活弹出菜单，选定需要的动作。 元器件参数设置：选定该元件，从右键弹出菜单中选Component Properties可以设定元器件的标签（Label）、编号（Reference ID）、数值（Value）和模型参数（Model）、故障（Fault）等特性。说明：元器件各种特性参数的设置可通

5、过双击元器件弹出的对话框进行； 编号（Reference ID）通常由系统自动分配，必要时可以修改，但必须保证编号的唯一性； 故障（Fault）选项可供人为设置元器件的隐含故障，包括开路（Open）、短路（Short）、漏电（Leakage）、无故障（None）等设置。 （）导线的操作主要包括：导线的连接、弯曲导线的调整、导线颜色的改变及连接点的使用。连接：鼠标指向一元件的端点，出现小园点后，按下左键并拖拽导线到另一个元件的端点，出现小园点后松开鼠标左键。删除和改动：选定该导线，单击鼠标右键，在弹出菜单中选delete 。或者用鼠标将导线的端点拖拽离开它与元件的连接点。说明：连接点是一个小圆点

6、，存放在无源元件库中，一个连接点最多可以连接来自四个方向的导线，而且连接点可以赋予标识； 向电路插入元器件，可直接将元器件拖曳放置在导线上，然后释放即可插入电路中。（3）电路图选项的设置 Circuit/Schematic Option对话框可设置标识、编号、数值、模型参数、节点号等的显示方式及有关栅格（Grid）、显示字体（Fonts）的设置，该设置对整个电路图的显示方式有效。其中节点号是在连接电路时，EWB自动为每个连接点分配的。 1.3.2 使用仪器（） 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

7、在弹出对话框中设置工作参数。电压表和电流表可以多次选用。（） 数字多用表数字多用表的量程可以自动调整。下图是其图标和面板。图 1.3.21其电压、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 按钮可以设置其参数。（）示波器示波器为双踪模拟式，其图标和面板如下图所示。图 1.3.22其中：Expand - 面板扩展按钮；Time base - 时基控制；Trigger - 触发控制；包括：Edge - 上（下）跳沿触发Level - 触发电平触发信号选择按钮：Auto（自动触发按钮）；A、B（A、B通道触发按钮）；Ext（外触发按钮）X（Y）pos

8、ition - X（Y）轴偏置；Y/T、B/A、A/B - 显示方式选择按钮（幅度/时间、B通道/A通道、A通道/B通道）；AC、0、DC - Y轴输入方式按钮（AC、0、DC）。 （）信号发生器信号发生器可以产生正弦、三角波和方波信号，其图标和面板如下图所示。可调节方波和三角波的占空比。图 1.3.23（）波特图仪波特图仪类似于实验室的扫频仪，可以用来测量和显示电路的幅度频率特性和相位频率特性。波特图仪的图标和面板如下图所示。波特图仪有IN和OUT两对端口，分别接电路的输入端和输出端。每对端口从左到右分别为+V端和-V端，其中IN端口的+V端和-V端分别接电路输入端的正端和负端，OUT端口的

9、+V端和-V端分别接电路输出端的正端和负端。此外在使用波特图仪时，必须在电路的输图 1.3.24入端接入AC（交流）信号源，但对其信号频率的设定并无特殊要求，频率测量的范围由波特图仪的参数设置决定。 其中：Magnitude（Phase）- 幅频（相频）特性选择按钮；Vertical（Horizontal）Log/Lin - 垂直（水平）坐标类型选择按钮（对数/线性）；F（I）- 坐标终点（起点）。 1.3.3 元件库中的常用元件EWB带有丰富的元器件模型库，在电路分析软件实验中要用到的元件及其参数的意义如下。（） 信号源 元件名称参数缺省设置值设置范围电池(直流电压源)电压V12VuVkV直

10、流电流源电流I1AuAkA 交流电压源电压频率相位120V60Hz0uVkVHzMHzDeg交流电流源电流I频率相位1A1HZ0uAkAHzMHzDeg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H1WmWMW电流控制电流源电流增益F1A/AmA/AkA/A表1（）基本元件元件名称参数缺省设置值设置范围电阻电阻值R1kWWMW电容电容值CuFpFF电感电感值L1mH uHH线性变压器匝数比 (初级/次级)N漏感LE激磁电感LM初级绕阻电阻RP次级绕阻电阻RS20.001H5H00 开关键Space AZ,0-9,Enter,Space 延迟

11、开关导通时间Ton断开时间Toff0.5S0SpSS pSS 表21.3.4 元器件库和元器件的创建与删除对于一些没有包括在元器件库内的元器件，可以采用自己设定的方法，自建元器件库和相应元器件。EWB自建元器件有两种方法：一种是将多个基本元器件组合在一起，作为一个模块使用，可采用下文提到的子电路生成的方法来实现；另一种方法是以库中的基本元器件为模板，对它内部参数作适当改动来得到，因而有其局限性。若想删除所创建的库名，可到EWB的元器件库子目录名Model下，找出所需删除的库名，然后将它删除。1.4 虚拟工作台方式电路仿真用虚拟工作台仿真电路的步骤由于EWB增加了虚拟测量仪器、实时交互控制元件和

12、多种受控信号源模型，除了可以给出以数值和曲线表示的SPICE分析结果外，EWB还提供了独特的虚拟电子工作台仿真方式，可以用虚拟仪器实时监测显示电路的变量值，频响曲线和波形。仿真的步骤为：（） 输入原理图，在工作区放置元件的原理图符号，连接导线，设置元件参数；（） 放置和连接测量仪器，设置测量仪器参数；（） 启动仿真开关，在仪器上观察仿真结果。第2章 基本分析方法2.1 实验一：直流（静态）工作点分析（DC Operating Point Analysis） 在进行直流（静态）工作点分析时，电路中的交流源将被置为零，电感短路，电容开路，电路中的数字元器件将被视为高阻接地.这种分析方法对模拟电路非

13、常适用。下面以一道例题来做讲解。例：如图2.1-1所示是一个串联电路，求各个节点直流电压。图 2.11 实验步骤：（1）打开一个新文件，在电子工作区上创建如图2.1-1所示电路。选择菜单栏Circuit（电路）中的Schematic Options（作图选项），选定Show Node选项为选中状态，则电路中的节点标志显示在电路中，如图2.1-1所示。（2）选择菜单栏Analysis（分析）中的DC Operating Point Analysis（直流工作点分析）选项，则软件会自动把电路中所有的节点电压数值和电源支路的电流数值显示在菜单栏Analysis（分析）中的Display Graph（

14、显示图）中。（3）选择菜单栏Analysis（分析）中的Display Graph（显示图），或单击工具栏图标中的分析图快捷按钮，可看到分析结果，如图2.1-2所示。在进行直流工作点分析时，电路中的数字元器件将被视为高阻接地。图 2.12 直流静态工作点分析表由图2可知各节点电压值：V1=10V，V2=10V，电源支路的电流数值：I=20pA。2.2 实验二：交流频率分析（AC Frequency Analysis） 交流频率分析，即分析电路中某一节点的频率特性。分析时电路中的直流源将自动置零，交流信号源、电容、电感等均处于交流模式，输入信号也设定为正弦波形式。无论输入是何交流信号，在进行交流

15、频率分析时，会自动把它作为正弦信号输入。因此，输出响应也是该电路的交流频率的函数。例：如图2.2-1所示为一单管共射放大电路，求节点3的交流频率特性，即节点3的幅频特性和相频特性。图 2.21 实验步骤：（1）创建如图2.2-1所示电路，确定输入信号的幅度为5V、相位为0，选择菜单栏Analysis（分析）中的AC frequency（交流频率），则弹出图2.2-2所示对话框，其各参数说明如表3所示。图 2.22 交流频率分析对话框 表3交流频率分析缺省设置含义和设置要求扫描起始频率1Hz起始频率扫描终止频率10GHz终止频率扫描形式10倍10倍/线性/8倍显示点数100对线性而言，起始至终止

16、间的点数垂直刻度Log（对数）线性/对数/十进制被分析节点被分析的节点（2）选择需分析的电路节点3，确定分析的起始频率（Start Frequency）、终点频率（End frequency）、扫描方式（Sweep type）、显示点数（Number of points）、垂直尺度（Vertical scale）。（3）点击Simulate(仿真)按钮，可得到如图2.2-3所示节点3的幅频特性和相频特性波形。图 2.23 交流频率分析结果2.3 实验三：瞬态分析（Transient Analysis）瞬态分析，也称为时域暂态分析，是指电路中某一节点的时域响应，即该节点在整个显示周期中每一时刻的

17、电压波形。在进行瞬态分析时，直流电源保持常数，交流信号源随着时间而改变，电容和电感都是能量储存模式元件。瞬态分析对话框和各参数说明如下图和下表所示。图 2.31 瞬态分析对话框参数缺省设置含义和设置要求设为零不选如果从零初始状态起始则选择此项用户定义不选用户定义的初始状态进行分析计算静态工作点选如果从静态工作点起始分析，则选择此项起始时间0秒瞬态分析的终止时间，必须大于起始时间，而小于终止时间终止时间0001秒瞬态分析的终止时间必须大于起始时间自动产生步进时间选自动选择一个较合理的或最大的时间步进时间最小点数100点自起始至终止之间模拟输出的点数列印的步进时间（1E-05）秒输出的时间间隔最大

18、的步进时间（1E-05）秒模拟的最大步进时间模拟分析的节点数观看电路分析结果的节点数表4 瞬态分析参数说明例：图2.3-2所示微分电路，试分析输入信号选择矩形波时该电路输出节点6的瞬态波形。图 2.32 微分电路分析步骤：（1）创建进行分析的电路如图2.3-2所示，选择菜单栏Analysis（分析）中的Transient（瞬态分析）。根据对话框的要求，设置参数。（2）点击Simulate(仿真)按钮，得到如图所示节点6的瞬态波形（矩形波为输入波形）。图 2.33 瞬态分析结果注意：在对选定的节点做瞬态分析时，可以以直流分析的结果作为瞬态分析的初始条件。瞬态分析也可以通过连接示波器来实现。瞬态分

19、析的优点是通过设置，可以更好、更仔细地观察起始波形的变化情况。2.4 实验四：傅里叶分析（Fourier Analysis）傅立叶分析方法用于分析估计时域信号的直流、基频和谐波分量，即离散傅立叶变换。这个分析将电压波形从时域变换到频域，求出它的频域变化规律。EWB会自动地进行时域分析以得到傅立叶分析的结果。在进行傅立叶分析时，必须首先在对话栏里选择一个输出节点即输出分量，分析从这个节点获得的电压波形。分析还需要一个基频，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，那么基频将是这些频率的最小公因数。比如有一个10.5KHz和一个7KHz的交流激励信号，那么基频就是0.5H

20、z.傅立叶分析对话框和各参数说明如图2.4-1和表5所示。图 2.41 傅里叶分析对话框参数缺省值含义和设置要求输出变数电路中的节点所要观看电路中的节点的分析结果基频1Hz使用交流电源的频率或最小公因数的频率求谐波谐波数9计算基频的谐波数垂直刻度线性线性/对数/分贝相角显示分析相角对频率的图形线上输出分析结果振幅大小线图取代棒状图表5 傅里叶分析参数说明例：电路原理图如图2.4-2所示，傅立叶分析的基频选择为1kHz，而电路的输入信号源的频率为1kHz。求节点4的傅立叶变换波形。图 2.42分析步骤：（1） 在EWB上创建需进行分析的电路图；（2） 选定“分析（Analysis）”栏中的“傅立

21、叶分析（Fourier）”项；（3） 确定被分析的电路节点；（4） 根据图所示对话框的要求，设置参数；（5） 按“仿真（Simulate）”键，即可在如图上获得被分析节点6的离散傅立叶变换的波形，按“ESC”键将停止仿真的运行。图 2.43 傅里叶分析结果第3章 实验项目一：运算放大器的仿真分析与传输特性测绘3.1 元件原理：，可以得到以下两条规则。（1）“虚断”：由于理想运放，则故输入端口的电流约为零，可近似视为断路，称为“虚断”。（2）“虚短”：由于理想运放，为有限量，则，即两输入端间电压约等于零，可近似视为断路，称为“虚短”。3.2 仿真过程：3.2.1 不同运算放大器的增益分析图 3.

22、21 反向比例器反向比例器：电压并联负反馈因为有负反馈，利用虚短和虚断，u+ =0，u=u+=0（虚地），电压放大倍数: 图 3.22 同向比例器同相比例器：电压串联负反馈因为有负反馈，利用虚短和虚断，u-= u+= ui ，i1=if （虚断），电压放大倍数: 图 3.23 电压跟随器电压跟随器：因为有负反馈，利用虚短和虚断：ui=u+= u-= uo 电压放大倍数Au=1图 3.24 加法运算电路加法运算电路，i1 + i2= if ，若R1 =R2 =R, 图 3.25 积分电路 积分电路： 图 3.26 微分电路微分电路：u-= u+= 0 ，3.2.2 运算放大器传输特性测绘图 3.2.21利用U（有效值）=30V的正弦波作为激励源测绘经过放大器的波形