《ewb仿真部分》由会员分享，可在线阅读，更多相关《ewb仿真部分（75页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、计算机仿真分析简单直流电路,本节运用EWB( Electronics Workbench ,电子工作平台)软件分析简单直流电路。EWB软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于20世纪80年代末、 90年代初推出的电路分析和仿真软件。与其它的电路仿真软件相比,EWB具有界面直观、操作方便、易学好用的特点。EWB软件的操作方法见附件。,本节介绍EWB提供的两种分析方法:直流工作点分析( DC Operating Point Analysis)；参数扫描分析( ParameterSweep Analysis)。,还有，利用虚拟仪表直接测量电路中电压、电流的方法。
2、,下面将通过例题来学习如何使用这些分析方法。,例1 求图中所示电路流过两个电压源的电流。,解 本题可采用EWB提供的直流工作点分析方法来求解。,EWB的直流工作点分析,是分析电路的直流工作状态,若电路中有交流电源将被自动置零,且电容器被开路,电感器被短路。,此方法分析的结果将给出电路中各节点的对地电压数值及含电压源支路的电流数值。因此在EWB软件工作区中建立的电路必须有一个接地点。,首先在EWB的工作区建立仿真电路，如图中所示。,建立仿真电路的步骤如下：,从元件栏中选出要用的元件,将其拖放在下方绘图区;选中元件后按工具栏上的旋转按钮,可以旋转元件;双击元件栏在弹出的菜单中,设定元件的值及元件的
3、标号。,选择菜单命: Circuit/Schematic Options/Show Nodes,显示节点的标号。建好的仿真电路如上图所示。,然后,选择菜单Analysis下的DC Operating Point选项,即可得图中的分析结果,可知流经5 V电压源的电流为5 A ,流经10 V电压源的电流为10 A 。,仿真电路中电压和电流采用的是一致的参考方向, 所得到的结果是负值,说明电流的实际方向与参考方向相反,即电流由电源的正极流出。,例2 求图(a)中所示电路中的电流 I和电压 Ube 的值。并要求用EWB中的两种不同的方法求解。,解法一 ：利用EWB中的电压表、电流表、万用表直接测出要求
4、的物理量。首先建立如图(b)所示仿真电路。,(a) 原电路,(b) 仿真电路,从EWB元件栏中选出电压表和电流表,通过双击调出的电压表和电流表的图标，分别弹出其参数对话框，设置好工作方式( Mode有直流DC和交流AC两个选项,EWB中默认为DC方式)和表的内阻Resistance。右图所示为电压表设置对话框。,没有特别指定内阻大小的情况下均可以使用软件默认参数。 内阻设置不合理(电压表内阻设置过小,电流表内阻设置过大),输出将会有很大的偏差。,(b) 仿真电路,点击EWB右上角的运行开关,即可由虚拟电压表、电流表上读出要求的数据。,虚拟电压表、电流表读数的正负和表的接入有关,电压表、电流表图
5、标外框加粗的一边的引出端为电表的负端。故右图所示电路中的电压表的读数为22 V ,可知左侧b点电位比右侧e点电位高22 V ,即 =22 V 。同理,电流表,接入时,为了读出的电流和图(a)所示原电路中标明的I的方向一致,应旋转电流表，使虚拟电流表图标外框加粗的一边接电阻。由虚拟电流表的读数可知道I =2 A 。,解法二 利用EWB提供的直流工作点分析,可以得出各节点对地电压及电路中各电压源中流过的电流。电源V1中流过的电流正好是要求的电流I,不过EWB指定的电流参考方向和题目标出的参考方向相反,因此求出的电流值与实际电流值相差一个负号。,求Ube 可以设e点为接地的参考点。在EWB工作区内建
6、立图所示仿真电路。,在菜单Analysis中点击DC Operating Point,得到图中分析结果。可知节点1对地电压 Ube=22 V和I=2 A 。,例3 绘出图(a)电路中电阻R1在1k到10k变化时的伏安特性曲线。,解 利用EWB提供的参数扫描分析来处理。,参数扫描分析是元件参数在一定范围内变化时,按照固定的比例,选取一系列的参数,对电路进行多次分析,从而得出参数变化对电路的影响。,(a) 原电路,首先在工作区建立仿真电路如图(b)所示。,(b) 仿真电路,然后选菜单命令Analysis中的子菜单arameter Sweep选项,出现图所示扫描参数设置对话框：,Parameter为
7、扫描选择参数,本例选择电阻,其变化范围设定为1 10 k ;,其中Component为选择扫描对象,本例选择电阻元件R1 ;,扫描类型(Sweep type)为线性;,Increment step size为扫描步长,这里设置为0.2 k ,即从1 k 起每隔0.2 k 选择一个参数值对电路进行分析;,Output node为输出节点,选节点3 ,节点3对地电压即为电阻元件R1 两端的电压;,Sweep for为扫描形式,选择直流工作点。,设置好后,点击扫描参数设置对话框右上角的Simulate,输出参数扫描分析结果,如图( a)、( b)所示。,(a) VAR曲线,(b) VAR曲线部分坐标
8、值,例4 已知图(a)所示电路i1=2A ,r = 0.5,用EWB求is。,(a) 原电路,解 本题要求解电流源电流的大小,因此可采用参数扫描分析,让电流源电流变化,看什么时候满足已知条件。,首先在电路的仿真工作区建立图(b)所示仿真电路。,(b) 仿真电路,例3的扫描参数设置对话框,选菜单命令Analysis中的子菜单Parameter Sweep选项,出现扫描参数设置对话框(参见例3对话框如右图)。,设置扫描对象(Component)为 ；,扫描选择参数(Parameter)选电流,变化范围设定为1 12A ;,扫描类型(Sweep type)为线性;,设置扫描步长(Increment
9、step size)为0.2 A；,输出节点(Output node)选择节点2；,扫描形式(Sweep for)选择直流工作点。,设定好后,点击扫描参数设置对话框右上角的Simulate按钮,得下图所示仿真结果。,移动读数指针,指到输出电压6V位置(电阻R1为3,流过电流2A ,其上电压应为6V),可以读出电流源电流为7A ,所以is =7 A 。,计算机仿真分析线性电阻电路,EWB软件提供了多种分析方法,对于线性电阻电路可以灵活采用直流工作点分析、参数扫描分析和传输函数分析( Transfer Function Analysis)等分析方法。关于具体操作的方法结合例题来进行介绍。,例1 计
10、算如图所示电路中电阻R1 和 R2 吸收的功率。,由前述EWB软件的直流工作点分析只能得出含电压源支路的电流,为了求出R1电阻支路电流,可在电阻R1支路中加入零值电压源V2 。在工作区建立如图所示的仿真分析电路。,解 本题采用直流工作点分析法。,点击菜单Analysis下的DC Operating Point选项,便可得出流过R1 、R3的电流(即流过V2、V1支路的电流)为0.64 A和-2A 见下图仿真分析结果。由于功率等于 RI2 ,所以R1和R3吸收功率分别是4.096 W和40 W 。,例2 求图(a)所示电路中各节点电压。,解 本题为含受控源电路,仍采用直流工作点分析法。对于含受控
11、源电路的分析也要注意受控电源的内阻设置和分析参数的设置,在没有特殊要求时,最好采用EWB提供的默认参数。随意设置参数会使分析结果产生极大偏差。,(a) 原电路,首先在EWB软件工作区建立如图(b)所示仿真分析电路,注意图中受控源的连接,包括控制支路的连接和被控支路电源部分的连接,其中正负方向不可接错。,(a) 原电路,(b)仿真电路,然后按上例所述相同的操作步骤,点击直流工作点分析选项,得出下图所示仿真分析结果,可知各节点电压(位)分别为V1 = 5 V ,V2 =5 V ,V3 =2.5V , V4 =2.5 V 。,例3 求图(a) 所示电路的戴维宁等效电路。,(a) 原电路 (b) 戴维
12、宁等效电路,解法一 利用直流工作点分析和小信号传输函数分析,分别求出电路的开路电压和戴维宁等效电阻。,小信号传输函数分析是指定电路中的一个独立电源作为激励,其它独立源自动置零,某个支路的电压或电流作为响应。分析时,软件首先计算电路的直流工作点,再计算响应和激励在工作点附近的比值,即传输函数。同时它还给出从指定激励看进去的输入,电阻和指定变量所在位置的输出电阻(戴维宁等效电阻)。所有的分析是建立在线性基础上的,因此只适用于对小信号进行分析。,首先在软件工作区内建立如图所示仿真电路。,点击菜单Analysis下的DC Operating Point选项,得出图中所示仿真分析结果,其中节点5 的电压
13、为28 V,即开路电压。,再选用小信号传输函数分析戴维宁等效电阻,选择同一分析菜单下的Transfer Function选项,弹出传输函数分析设置对话框如图所示。,设置输出电压节点为节点5,激励源为V2。,点击传输函数分析设置对话框右上角的Simulate 得到图分析结果,其中节点5 输出的电阻值为8.6667 ,此即为戴维宁等效电阻。由此可得戴维宁等效电路如(b)图所示。,(b) 戴维宁等效电路,解法二 利用参数扫描分析,外加测试源(本例外加电流源1 ),求出端口的VAR 曲线,从而可得戴维宁等效电路。,首先建立参数扫描分析仿真电路,如下图所示;然后选择参数扫描分析。,然后选择参数扫描分析,
14、设置扫描参数(见1-8例3),此处选择电流源1为扫描对象(因为系统默认输出电压数据,为得到VAR 曲线而选择电流源),为得到较多的数据,可选择稍宽的扫描范围和较小的步长,在此设置1的变化范围为- 3 A 3 A,步长为0.1 A,选择输出节点5,运行得到图(a)、(b)所示结果。,(a) VAR曲线,(b) VAR曲线 部分坐标值,(a) VAR曲线,(b) VAR曲线 部分坐标值,由图(a)、(b)可知,当电流源1电流为1 A 时,端口电压为36.6667 V;当电流源1电流为3 A 时,端口电压为54 V。于是可建立方程：,联立求解上方程组得,与解法一结果相同。,例4 用EWB 分析例2-
15、4-4,将其电路重画,如图所示。,已知 Us= 20V, Is= 2A, R1=R2=5, R3=6, R4=4, = 2, = 0.5。试用节点电压法求电压Uab。,解 首先在电路工作区建立如图所示仿真电路,然后点击分析菜单下的直流工作点分析,得图中所示仿真分析结果。从图中看出节点5 的电压为25 V,即Uab = 25 V。和例2-4-4 的分析结果一致。,计算机仿真分析动态电路,EWB 软件中提供了大量虚拟仪表,为仿真分析带来了极大的方便,本节将通过例题来学习使用虚拟示波器 对动态电路仿真分析。此外,EWB 中还提供了瞬态分析法(Transient Analyalysis),本节通过例题
16、作一简要介绍。,(a) 原电路,例1 在图(a)所示电路中,t0 时开关S 在位置“1”,电路已处于稳定状态;设在t =0 时,开关由“1”合向“2”。已知R=1,C= 1F， Us =9 V,试求t0 时的电容电压随时间变化的曲线。,解 可以利用EWB 中的虚拟示波器直接测出电容C 两端的电压随时间变化的曲线。在EWB 的工作区建立图(b)所示的仿真电路。由图(a)容易求出电容电压的初始值为3V,而放电的时间常数= RC =1s。,首先双击示波器的图标,调整示波器的参数。由于 = 1 s,扫描时基“Timebase”设置最好选择0 .5 s/div,即横向每格代表0 .5 s。由于接线时选用的是A通道,而电容的电压初值为3 V,故A 通道“Channel A”的增益设置为1 V/div,即纵向每格为1 V。按空格键设置好开关位置,设置好后点击EWB 右上角的按钮启动仿真。,
