《1.6 虚拟测量技术2》由会员分享，可在线阅读，更多相关《1.6 虚拟测量技术2（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1.6.9 极、零点测量该测量方法用于计算交流小信号电路传递函数中的零点和极点。极-零点分析方法是一种对电路的稳定性分析的方法。通常先进行直流工作点测量，求得非线性器件线性化的小信号模型。在此基础上再测量传递函数的极、零点以及电路的稳定性。极-零点测量步骤如下：1)创建待测量的电路如图1.6-25所示。该电路是静态工作点稳定的共发射极电路，晶体管为理想模型。 图1.6-25 极-零点测量电路2)选择菜单栏的AnalysisPole-Zero选项。3)确定参数设置对话框的内容。零-极点分析参数设置对话框如图1.6-26所示。零-极点分析对话框的选项、取值及含义如下：图1.6-26 零一极点分析参
2、数设置对话框分析类型(Analysis Type)：增益分析（增益分析定义为输出电压输入电压；阻抗分析定义为输出电压输入电流；输入阻抗定义为输入电压输入电流；输出阻抗定义为输出电压输出电流，默认值为增益分析）；输入正节点1nput(十)：电路中的节点5（ 输入节点正端）；输入负节点1nput()：电路中的零电位点（ 输入节点负端）；输出正节点Output(十)：电路中的节点6（ 输出节点正端）；输出负节点Output()：电路中的零电位点（ 输出节点负端）；极点分析(Pole Analysis)：选用（求传递函数的极点）；零点分析(Zero Analysis)：选用（求传递函数的零点）；电路的
3、输入节点“1nput(十)”和“1nput()”对应传递函数的输入端。电路中的输出节点“Output(十)”和“Output()”对应传递函数的输出端。4)按Simulate键开始分析，静态工作点稳定的共发射极电路零一极点测量结果如图1.6-27所示。按Esc键停止分析。 图1.6-27 零一极点测量结果1.6.10 传递函数测量 在进行传递函数测量之前，应首先对模拟电路或非线性元件进行直流工作点分析，求得线性模型。传递函数测量可以分析一个独立电源与两个节点的输出电压或一个独立电源与一个电流输出变量之间的直流小信号传递函数。也可以用于计算输入、输出阻抗。输出变量可以是电路任意节点的电压，但输入
4、必须是独立电源。传递函数测量步骤如下：1)创建待测量的电路如图1.6-28所示，该电路是由集成运算放大器组成的反相输入比例运算电路。确定电路的输出节点、参考节点和输入独立电源后，分析该电路的输入阻抗、输出阻抗以及传递函数。图1.6-28 传递函数测量电路2)选择菜单栏的AnalysisTransfer Function选项。 3)确定传递函数分析参数设置对话框的内容。传递函数参数设置对话框如图1.6-29所示。对话框的选项、取值及含义如下：图1.6-29 传递函数参数设置对话框电压电流(VoltageCurrent)：电压（择电压或电流，缺省设置为电压）；输出节点(Output Node)：节
5、点1（电路中要分析的节点）；输出参考点(Output Reference)：接地点（电路的参考点）；输出变量(Output Variable)：电路中的电源（若选择电流，必须是电路中的电流源）；输入电源(1nput Source)：电路中的电源（选择电压源或电流源）；4)按Simulate按钮开始分析，测量结果如图1.6-30所示，图中给出了输出阻抗、节点1的电压增益和输入阻抗的值。按Esc键停止分析。图1.6-30传递函数测量结果1.6.11 灵敏度测量灵敏度是指电路中任何一个节点的电压或支路电流对电路中元件参数的敏感程度。它用于衡量电路中元件参数的变化引起电路中电压或电流变化的程度。对网络
6、函数T(x)，x为其中某一元件的参数，定义函数T对参数x的灵敏度为：该测量方法可以计算电路输出节点电压和支路电流的交、直流灵敏度。对直流灵敏度测量，可以分析电路中所有元件参数的变化对输出节点电压和支路电流的影响；对交流灵敏度测量，可以分析一个元件参数对输出节点电压和支路电流的影响。进行直流灵敏度测量时，首先要求完成直流工作点测量，而交流灵敏度测量，指的是交流小信号状态的灵敏度测量。灵敏度测量步骤如下：1)创建待分析的电路如图1.6-31所示，该电路是一个电阻串联分压电路，分析电源电压、电阻阻值变化时，节点2的电压灵敏度。该电路的直流工作点测量结果如图1.6-32所示。图1.6-31 灵敏度测量
7、电路图1.6-32 直流工作点测量结果2)选择菜单栏的AnalysisSensitivity选项。3)修改灵敏度分析参数设置对话框的内容。灵敏度分析参数设置对话框如图1.6-33所示。对话框的选项、取值及含义如下。电压电流(VoltageCurrent)：电压（选择电压或电流选项）；输出节点(Output Node)：节点2（电路中欲观测的节点）；输出参考点(Output Reference) 接地点（电路中参考点）；输出变量(Output Variable)：电路中节点电压（默认设置为节点电压，若选择电流，必须是电路中的电流源）；输入电源(1nputsource)；电路中的电源V1（选择电压
8、源或电流源）；(4)按Simulate按钮开始分析，该电路的灵敏度分析结果如图3-34所示，图形显示窗口中给出的电阻R1、R2和电源V1的参数改变时，对节点2的灵敏度的分析值，与理论计算值是一致的。节点2的电压V2表示为 图1.6-33 灵敏度分析参数设置对话框图1.6-34 灵敏度测量结果 电阻R1对节点2的灵敏度表达式为 电阻R2对节点2的灵敏度表达式为 电压V1对节点2的灵敏度表达式为 当电阻R1的阻值增加时，电路中节点2的电压将减小，所以电阻R1对节点2的灵敏度数值为负数。当R2、V1值增加时，电路中节点2的电压将增加，所以电阻R2、电源V1对节点2的灵敏度数值为正数。交流灵敏度分析的
9、方法与直流灵敏度分析的方法完全雷同。交流灵敏度分析方法仅适合模拟电路的小信号电路模型。1.6.12 蒙特卡罗测量蒙特卡罗（Monte Carlo）测量是采用统计分析方法来观测给定电路中的元件参数，按选定的误差分布类型在一定的范围内变化时，对电路特性的影响。用这些分析结果可以预测电路在批量生产时的成品率和生产成本。在进行测量时，首先进行电路的标称数值测量，然后在该数值的基础上，加减一个值进行运行。该值取决于所选定的误差分布类型。Monte Carlo测量方法提供了两种分布类型：(1)均匀分布(Uniform) 元件值在他的容差范围内以相等的概率出现，是种线性的分布形式。(2)正态高斯分布(Gau
10、ssian) 分布概率为式中：为标称参数值；x为独立变量；为标准偏差(SD)值；=误差百分比标称值。例如：电路中一个1k的电阻，误差百分比设定在5，则等于50，即误差范围在095105k，则总体百分比为68。一个196k5的电阻，误差范围为09021098k，其总体百分比为95。蒙特卡罗测量步骤如下： 1)创建待分析的电路如图1.6-35所示，图为一工作点稳定的共射极放大电路，晶体管选用Q2N2222A，观察以节点5为输出端的频率响应的蒙特卡罗分析曲线。2)选择菜单栏的AnalysisMonte Carlo选项。3)确定蒙特卡罗分析参数设置对话框的内容。蒙特卡罗分析参数设置对话框如图1.6-3
11、6所示，对话框的选项、取值及含义如下：图1.6-35 蒙特卡罗测量电路 图1.6-36 蒙特卡罗分析参数设置对话框执行次数(Number of runs)：2（必须大于或等于2次）；容许误差(Tolerance)：5（指平均分布函数的最大变化量或高斯标准分布函数的百分比，默认设置为5）；种子(Seed)： 0（用来启动随机函数发生器）；分布函数类型(Distribution type)：平均分布函数（平均分布函数高斯分布函数，默认设置为平均分布函数）；输出节点(Output Node)：电路中的节点6（要观察的电路节点）；扫描(Sweep for)：交流频率分析（选择：静态工作点瞬态分析交流频
12、率分析，若选择瞬态分析或交流频率分析，可以再通过设置“瞬态分析交流频率分析”对话框确定各选项。交流频率分析对话框如图1.6-37所示）。 4)按Simulate按钮开始分析，蒙特卡罗分析输出结果如图1.6-38所示，图形显示窗口中显示的是节点6的频率响应蒙特卡罗分析曲线。按Esc键停止分析。图3-37 蒙特卡罗交流频率分析对话框 图1.6-38 蒙特卡罗测量输出结果1.6.13 最坏情况测量最坏情况测量也是一种统计分析方法，可以观察到在元件参数变化时，电路特性变化的最坏可能性。适合于对模拟电路、直流和小信号电路的分析。在电路分析时，首先进行标称值的分析，然后进行交流或直流灵敏度分析，在计算出每
13、个参数对输出量的灵敏度后，就可以获得最坏情况分析的结果。最坏情况仿真的数据由排序函数进行收集，该排序函数相当于一个带选择功能的滤波器，最坏情况分析中共有六种排序函数，每一次运行只收集一种排序函数的一个数据。六个排序函数的含义和设计要求如下：最大电压(Max voltage)：Y轴电压的最大值；最小电压(Min Vo1tage)：Y轴电压的最小值；在最大处的频率(Frequency at max)：在Y轴最大值处对应的X轴频率值；在最小处的频率(Frequency at min)：在Y轴最小值处对应的X轴频率值；上升边沿频率(Rise edge Frequency)：Y轴值第一次上升通过用户设定
14、门限值时的X轴频率值，需要输入门限值；下降边沿频率(Fall edge Frequency)：Y轴值第一次下降通过用户设定门限值时的X轴频率值，需要输入门限值；最坏情况分析步骤为：1)创建待分析电路如图1.6-39所示，该电路是由集成运算放大器组成的RC有源低通滤波器，确定电路中的节点3为要分析的输出节点，进行最坏情况交流频率分析。2)选择菜单栏的AnalysisWorst case analysis选项。3)确定最坏情况分析参数设置对话框的内容，最坏情况分析参数设置对话框如图1.6-40所示，对话框的选项、取值及含义如下：图1.6-39 最坏情况测量电路 图1.6-40 最坏情况分析参数设置
15、对话框图1.6-41 最坏情况交流频率分析对话框容许误差(Tolerance)：5（被分析参数的变化值，默认设置为5）；排序函数(Collating Function)：最大电压（当选择直流工作点分析时，只能选最大或最小电压若选择交流频率分析，可以通过另一个对话框观察和修改分析参数，如图1.6-41所示）；输出节点(Output Node)：电路中的节点3（欲观测的输出电压节点）；扫描(Sweep for)：交流频率分析（在静态工作点交流频率分析中任选一项）；(4)按Simulate按钮开始分析，图形显示窗口中显示出节点3的有源低通滤波器最坏情况分析结果，如图1.6-42所示。按Esc键停止分析。 图1.6-42 有源低通滤波器最坏情况测量结果 下面对EWB的图形显示窗口和鼠标右键的功能加以说明：1. 图形显
