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1、i 题 目 电子电路的电子仿真实验 摘摘 要要 Electronics Work bench 简称 EWB 中文又称电子工程师仿真工 作室 EWB5 12 软件的仿真功能十分强大 近似 100 地仿真出真实电路 的结果 而且 它就像在实验室桌面或工作现场那样提供了示波器 信 号发生器 扫频仪 逻辑分析仪 数字信号发生器 逻辑转换器 万用 表等广播电视设备设计 检测与维护必备的仪器 仪表工具 采用 EWB 虚拟电子工作台 即通过计算机软件仿真的方法 对电子线路分析进行 模拟 下面以电子线路中设计的一个稳压电源实际电路为例 详细讲述 其操作程序 以掌握电路仿真分析的应用方法 EWB 软件最明显的特
2、点 是 仿真手段切合实际 选用元器件 仪器与实际情形非常相近 用 EWB 进行仿真模拟实验 实验过程非常接近实际操作的效果 各元器件 选择范围广 参数修改方便 不会像实际操作那样多次地把元件焊下而 损坏器件和印刷电路板 软件不但提供了各种丰富的分立元件和集成电 路等元器件 还提供了各种丰富的调试测量工具 各种电压表 电流表 示波器 指示器分析仪等 是一个全开放性的仿真实验和课件制作平台 给 我们提供了一个实验器具完备的综合性电子技术实验室 关键词关键词 EWB 仿真 电子技术 ii 目目 录录 摘 要 i 目 录 ii 第 1 章 前言 1 1 1 简介 1 1 2 EWB 的使用 1 第 2
3、 章 EDA 仿真技术在电子线路分析中的应用 4 2 1 软件的功能与特点 4 2 1 1 软件仿真分析设计流程 4 2 2 应用仿真软件对实际电子线路进行仿真分析举例 5 2 2 1 电路原理图的编辑 5 图 2 2 导线连接图 6 2 2 2 仪器的使用 6 2 2 3 电路的仿真分析 7 2 2 4 设计指标测试 8 第 3 章 EWB 在 模拟电子技术基础 课程教学中的应用 10 3 1 在模拟电子技术中使用 EWB 的必要性 10 3 2 研究的方法与内容 10 3 3 单级放大器放大特性的研究 11 3 3 1 相关数据的计算 11 3 3 2 数据的分析 13 3 3 3 单极放
4、大器放大特性分析 14 3 4 放大器的最佳工作点与晶体管最大允许输入电压的研究 16 3 5 谐振荡器与波形变换 16 3 5 1 测量振荡周期与波形 17 3 5 2 输出波形的改善和应用 17 iii 3 6 集成运算放大器的应用 17 3 6 1 反相与求和电路 17 3 6 2 文氏桥式及 RC 振荡电路 18 第 4 章结论 20 致谢 21 参考文献 22 1 第第 1 1 章章 前言前言 1 11 1 简介简介 随着电子技术和计算机技术的飞速发展 电子线路的设计工作也日 益显得重要 经过人工设计 制作实验板 调试再修改的多次循环才定 型的传统产品设计方法必然被计算机辅助设计所取
5、代 因为这种费时费 力又费资源的设计调试方法既增加了产品开发的成本 又受到实验工作 场地及仪器设备的限制 为了克服上述困难 加拿大 Interactive Image Technologies 公司推出的基于 Windows95 98 NT 操作系统的 EDA 软件 Electronics Workbench 电子工作台 EWB 他可以将不 同类型的电路组合成混合电路进行仿真 EWB 是用在计算机上作为电子 线路设计模拟和仿真的新的软件包 是一个具有很高实用价值的计算机 辅助设计工具 目前已在电子工程设计等领域得到了广泛地应用 与目 前流行的电路仿真软件相比较 EWB 具有界面直观 操作方便等
6、优点 他改变了有些电路仿真软件输入电路采用文本方式的不便之处 该软件 在创建电路 选用元器件的测试仪器等均可以直接从屏幕图形中选取 而且测试仪器的图形与实物外形基本相似 从而大大提高了电子设计工 作的效率 此外 从另一角度来看 随着计算机技术和集成电路技术的 发展 现代电子与电工设计 已经步入了电子设计自动化 EDA 的时 代 采用虚拟仿真的手段对电子产品进行前期工作的调试 已成为一种 发展的必然趋势 通过对实际电子线路的仿真分析 从而提高对电路的 分析 设计和创新能力 1 21 2 EWBEWB 的使用的使用 Electronics Work bench 简称 EWB 中文又称电子工程师仿真
7、工 作室 该软件是加拿大交换图像技术有限公司 INTERACTIVE IMAGE 2 TECHNOLOGIES Ltd 在 90 年代初推出的 EDA 软件 而在国内应用 EWB 软 件 却是近几年的事 目前应用较普遍的 EWB 软件是在 Windows95 98 环境下工作的 Electronics Work bench5 12 简称 EWB5 12 该公司近 期又推出了最新电子电路设计仿真软件 EWB6 0 版本 在众多的应用于计算机上的电路模拟 EDA 软件中 EWB5 12 软件就 像一个方便的实验室 相对其它 EDA 软件而言 它是一个只有几兆的小 巧 EDA 软件 而且功能也较单一
8、 似乎不太可能成为主流的 EDA 软件形 象 也就是用于进行模拟电路和数字电路的混合仿真 但是 EWB5 12 软件的仿真功能十分强大 近似 100 地仿真出真实 电路的结果 而且 它就像在实验室桌面或工作现场那样提供了示波器 信号发生器 扫频仪 逻辑分析仪 数字信号发生器 逻辑转换器 万 用表等广播电视设备设计 检测与维护必备的仪器 仪表工具 EWB5 12 软件的器件库中则包含了许多国内外大公司的晶体管元器件 集成电路和数字门电路芯片 器件库没有的元器件 还可以由外部模块 导入 EWB5 12 软件是众多的电路仿真软件最易上手的 它的工作界面非 常直观 原理图与各种工具都在同一个窗口内 即
9、使是未使用过它的工 程技术人员 稍加学习就可以熟练地应用该软件 现代的广播电视设备 电路结构复杂 而 EWB5 12 软件 可以使你在许多电路设计 检测与维 护中无须动用电烙铁就可以知道它的结果 而且若想更换元器件或改变 元器件参数 只须点点鼠标即可 电子工作平台的设计试验工作区好像一块 面包板 在上面可建立 各种电路进行仿真实验 电子工作平台的器件库可为用户提供 350 多种 常用模拟和数字器件 设计和试验时可任意调用 虚拟器件在仿真时可 设定为理想模式和实模式 有的虚拟器件还可直观显示 如发光二极管 可以发出红绿蓝光 逻辑探头像逻辑笔那样可直接显示电路节点的高低 电平 继电器和开关的触点可
10、以分合动作 熔断器可以烧断 灯泡可以 3 烧毁 蜂鸣器可以发出不同音调的声音 电位器的触点可以按比例移动 改变阻值 电子工作平台的虚拟仪器库存放着数字电流表 数字电压表 数字万用表 双通道 1000MHz 数字存储示波器 999MHz 数字函数发生 器 可直接显示电路频率响应的波特图仪 16 路数字信号逻辑分析仪 16 位数字信号发生器等 这些虚拟仪器随时可以拖放到工作区对电路 进行测试 并直接显示有关数据或波形 电子工作平台还具有强大的分 析功能 可进行直流工作点分析 暂态和稳态分析 高版本的 EWB 还 可以进行傅立叶变换分析 噪声及失真度分析 零极点和蒙特卡罗等多 项分析 使用 EWB
11、对电路进行设计和实验仿真的基本步骤是 1 用虚拟器件 在工作区建立电路 2 选定元件的模式 参数值和标号 3 连接信号源 等虚拟仪器 4 选择分析功能和参数 5 激活电路进行仿真 6 保存电 路图和仿真结果 4 第第 2 2 章章 EDAEDA 仿真技术在电子线路分析中的应用仿真技术在电子线路分析中的应用 2 12 1 软件的功能与特点软件的功能与特点 2 1 12 1 1 软件仿真分析设计流程软件仿真分析设计流程 EWB 软件最明显的特点是 仿真手段切合实际 选用元器件 仪器 与实际情形非常相近 其元件库不仅提供了数千种电路元器件供选用 而且还提供了各种元器件的理想值 如对分析精度有特殊的需
12、要 可以 选择具有具体型号的器件模型 作为虚拟的电子工作台 EWB 提供了较 为详细的电路分析手段 不仅可以完成电路的瞬态分析 稳态分析 时 域和频域分析 器件的线性和非线性分析 电路的噪声分析和失真分析 等常规电路分析方法 而且还提供了离散傅里叶分析 电路零极点分析 交直流灵敏度分析和电路容差分析等共计 14 种电路分析方法 以帮助 设计人员分析置各种故障 如开路 短路和不同程度的漏电等 从而观 察到在不同故障情况条件下的电路工作状态 如图 2 1 图 2 1 电路工作状态 在进行仿真的同时 还可以存储测试点的所有数据 列出所有元器 5 件清单 以及存储测试仪器的工作状态 显示波形和测量数据
13、 EWB 的 仪器库存放有 7 台仪器可供使用 他们分别是数字多用表 函数发生器 示波器 波特图仪 数字信号发生器 逻辑分析仪和逻辑转换仪 在连 接电路时 仪器图标方式存在 此外该软件创建电路图所需的元器件库 与目前常见的电子线路分析软件如 SPICE 的元器件库完全兼容 两 者之间可以互相转换 同时在该软件下完成的电路文件 可以直接输出 至常见的印制线路板排版软件 如 PROTEL ORCAD 和 TANGO 等印制电路 板 PCB 设计软件 从而大大加快了电子产品的开发速度 提高了设计人 员的工作效率 2 22 2 应用仿真软件对实际电子线路进行仿真分析举例应用仿真软件对实际电子线路进行仿
14、真分析举例 采用 EWB 虚拟电子工作台 即通过计算机软件仿真的方法 对电子 线路分析进行模拟 下面以电子线路中设计的一个稳压电源实际电路为 例 详细讲述其操作程序 以掌握电路仿真分析的应用方法 题目和指标 制做串联型稳压电源 输出电压为 13V 最大输出电 流为 500mA 电网电源波动 10 稳压系数 Sr 0 05 工作温度为 25 40 2 2 12 2 1 电路原理图的编辑电路原理图的编辑 1 首先在 Windows 界面下 双击 EWB 图标进入了主窗口 主窗 口中最大的区域是电路工作区 在此可对电路原理图进行编辑和测试 首先 将原理图中的所有元器件从器件库中调出来 方法是在元器件
15、库 栏中单击包含该器件的图标 打开该元器件库 然后从元器件库中将该 元器件拖拽至电路工作区 如图 2 中 稳压电源 要调出 5 6k 电阻 单击工具按钮 Basic 找到 Resistor 图标 将他拖拽到窗口工作区 系统缺省设置为 1k 选中该元件 单击 ComponentProperies 铵钮 对 其 Value 值进行修改 同理可调出电容 三级管等器件 若要元件按照 6 原理图位置放置 可适当旋转元器件 选中该器件 按 Ctrl R 2 导线的连接 将鼠标指向元器件的端点使其出现一个小圆点 按下鼠标左键并拖拽出一根导线并指向另一个元器件的端点 连接完成 后 导线将自动选择合适的走向 不
16、会发生与其他元器件或仪器发生交 越 至此原理图编辑完成 如图 2 2 所示 图 2 2 导线连接图 2 2 22 2 2 仪器的使用仪器的使用 选用仪器可以从仪器库中将相应的仪器图标拖拽至电路工作区 仪 器图标上有连接端用于将仪器连入电路 例如本例中使用了示波器 如 图 2 3 所示 其共有 4 个接线端 A 通道端 B 通道端 触发端 接地 端 需要观察测试的波形时 可以双击仪器图标打开仪器面板 图 2 3 示波器连接 2 2 32 2 3 电路的仿真分析电路的仿真分析 1 仿真步骤 7 仿真分析开始前可双击仪器图标打开仪器面板 准备观察被测试波 形 按下电路启动 停止开关 仿真分析开始 若再次按下电路启动 停止开关 仿真分析 85 停止 电路启动后 需要调整示波器的时基和 通道控制 使波形显示正常 2 仿真输出结果 1 整流滤波可用 EWB 工作台上提供的万用表 示波器观察实际 电路输出结果 用万用表模块测量整流滤波后的直流电压为 18 8V 用示波器测得滤波波形的脉动部分如图 2 4 所示 用示波器测得滤波的 电压的波形如图 2 5 所示 图 2 4 滤波波形脉冲 图 2 5 滤
