计算机仿真与故障实习报告

1、计算机仿真与故障实习报告实习目的：本次实习的目的是借助现代 EDA技术进行系统电路设计，侧重于 综合应用所学知识， 设计较为复杂的功能电路或小型电子系统， 培养 我们的现代电路设计与综合应用的能力， 提高电路设计水平， 培养现 代电子系统设计能力和创新研究能力。实习内容：1、熟悉ProtelDXP设计环境。2、通过双稳态振荡电路的设计和仿真，进一步掌握 ProtelDXP 电路仿真基本概念和仿真元件参数设置，完成电路的基本仿真。3、通过设计有源带通滤波器电路，将 50HZ的方波进行分解，得 到基波，二次谐波，三次谐波，观测各次谐波，并将各次谐波接至加 法器的相应输入端， 进行仿真后， 观测分析

2、各次谐波和加法器的输出 波形，掌握ProtelDXP仿真分析方式。实习过程：仿真在电路设计流程中扮演着越来越重要的角色 ,是检验电路设 计的一种有效手段，PROTE是集所有设计工具于一身的EDA软件。运 用其Advaneed SIM仿真工具分别叙述了电路仿真设计的方法、步骤 ， 以及对仿真结果的分析。通过仿真对工作点、暂态波形、小信号等分 析,确认电路设计效果。如在工程设计过程中利用 SIM 仿真工具对电 路进行测试 ,可以大大缩短设计周期 ,提高设计效率 。首先我们先熟悉掌握protel DXP的设计环境，Protel DXP在早期版本的基础上加强了软件的仿真功能。 通过对电源电路的设计仿真

3、，我 们了解了 Protel DXP电路仿真设计的一般步骤，电路仿真是指在计算 机上通过软件来模拟具体电路的实际工作过程，并计算出在给定条件下电路中各节点（包括中间节点和输出节点）的输出波形。电路仿真是 否成功，取决于电路原理图、元件模型的仿真属性、电路的网表结构 以及仿真设置等。它的设计流程图如下：电路仿真流程图1、原理图设计：首先，新建一个原理图文件*schdoc，打开编辑环境, 与普通原理图大致相同；然后,打开Libraries，加载必要的元器件库，添 加元器件并设置参数，这里所有的元器件都必须具有 Simulation仿真 属性,否则仿真时将出现错误信息，在DXP中假定所有元器件都是理

4、想 元器件;最后，用导线进行电气连接或网络标号，对整个电路进行编译 ERC校验，确保整个电路没有错误。下面是我们对电源设计的原理图：JNDI10TO1十Qi2N2222AR25KCap Piti lOOiijr叩 PoBIOOuF2、设置仿真环境：执行菜单命令,打开Analysessetup对话框，设置仿 真方式并指定要显示的数据，DXP提供10种分析仿真方式,包括直流 工作点、直流扫描、交流小信号、瞬态过程、 Fourier、噪声、传输 函数、温度扫描、参数扫描以及蒙特卡罗分析等。在这其中我们还要对元件的参数设计，设置好仿真元器件之后，还必须对仿真元件的属性进行修改。 还要设置仿真激励源。由

5、于电路 原理图中绘制的电路，仅仅是能够实现一定功能的电路，如果没有电 源的输入供电是无法工作的。所谓仿真激励源，其实就是输入信号， 使电路可以开始工作。仿真测试电路要想正常工作，必须至少包含一 个激励源。一般来说，常用的激励源有以下几种：直流源、脉冲信号 源、正弦信号源等。3、仿真:设置仿真环境后单击0K按钮，系统进行电路仿真，生成一 *sdf 文件，同时打开窗口显示分析结果。4、分析结果:观察电路仿真结果，分析仿真波形是否符合电路设计要求如果不符合，则重新调整电路参数进行仿真，直到满意为止对电源的仿真波形如下：Tire 国The fell实习设计:本次实习要求我们设计带通滤波器将 50Hz的

6、方波进行分解，得到 基波，二次谐波，三次谐波，观测各次谐波，并将各次谐波接至加法 器的相应输入端，观测加法器的输出波形。通过了解我们的课题要求，我们查找了相关资料，对带通滤波器 (BPF的理解。带通滤波器的作用是只允许某一段频带的内的信号 通过，而将此频带以外的信号阻断。由于我们在大二学习了模电，对方波的分解和合成都有一定的了 解，方波的分解与合成：周期性信号波的数学基础，任何具有周期为T的信号波函数f(t)都可以表示为三角函数所构成的级数之和，即其 根据傅利叶分解可以展开成直流分量、基波和所有n阶谐波的迭加。 根据傅利叶公式可得：1f(t) 2ao(ancosn t bnsinn t)n 1

7、2冗1其中：T为周期，3为角频率(3二)，第一项2ao为直流分量方波的傅利叶分解，方波的数学模型如右图。根据傅利叶分解可知方波为奇函数，它没有常数项f(t)4h(sin t3sin3 tsin 5 t5sin 7 t7根据原理图设计方法图中，左边三路分别是中心频率为50Hz、100Hz和150Hz的带通滤波器，结构完全相同，但是中心频率不相同此带通滤波器的参数计算如下：通带中心频率050 Hz通带的中心角频率:,r3c2r1r250Auo通带中心角频率。处的电压放大倍数:RF102R0.02 F ,则:R1Q10CAuo 00.02 10 6( 10) 250159.2103RF严211031

8、85 103C 00.02 10250R2C 0(2Q2Q 10Auo)0.02 10 6 250 (2 102 10)8380以上为基波的电阻参数计算过程，二次谐波和三次谐波的参数计算为：保持电容不变，将电阻相应地取二分之一和三分之一，即得二 次谐波和三次谐波的电阻参数。右边部分为三路分解波的合成，使用 一个同向加法器实现。下图是整体方案设计：基波:三次谐波:五次谐波:按以上原理将50HZ的方波进行分解，取其基波、三次谐波、五次谐 波。为了满足设计要求，对相应的分解波进行提取，则需要设计相应 中心频率的带通滤波器，最后将三路信号通过一个加法器进行合成。进行参数设计好之后，得到的波形如下图:|

9、T S)Misk Levd Cle时 丄Fumjj山沖曲 /14罰丄 LsmsI tiMr當畐粘貂UUJT1 175 2D25711- -1 XTLnRHRJOnautJMiiQ如i实现频谱图的仿真，得到傅里叶频谱分析图如下:700. Om-100.00m0.000irJIJriIjSj LLJ1 E L I1 1JILLIlliI Jl I k1 J 1111111mSOO.Orn100.Qm100.0300.0400.0500.0m2000FrequencjJ (Hz)=1 i ,J LL L J J JIII 1L 111 1 1 11 1 11.1Illi5.0004.0003,000

10、2.0001I.OOOi0.000100.001*12oaoFie queries l(Hi)300.0400.0D.Ot0.0004D0 0Fiequency (Hi)out37.0C0on-oczr fa.冋i i iIlliIlliIlli1 1 1 1Illi400.D2oaoFrequency (Hz)300.010Q01.0003.000outODO二E=1,/I= 1111IlliIlliIlli111IlliIlliIlliIlli1.2500.7500.2500.250100.0200.0Frpni ipnrii300 0out2实习分析:从信号波形图可以清楚地看到，一个方波分解成为三个正弦波,其中0UT1表示基波，其频率为50HZ 0UT2为三次谐波，其频率为 150HZ OUT3为五次谐波，其频率为250H乙 从波形图中可见，基波 在一个周期内有 1 个波形，三次谐波有 2 个波形，五次谐波有 3 个波 形。说明方波的各次谐波提取成功。在信号波形图中奇次谐波相叠加之后的到类似方波的波形，奇次 谐波叠加的越多越接近方波， 而偶此谐波都被滤除， 一次如果想得到 更接近方波的波形只需要多叠加几次谐波比如将1 、3、5、7、9 等次谐波加