项目六 电路仿真应用电子课件 中职 新编电子设计自动化项目教程 .ppt

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1、项目六电路仿真应用电子课件中职新编电子设计自动化项目教程高教版项目六电路仿真应用电子课件中职新编电子设计自动化项目教程高教版项目六电路仿真应用教学目标本项目将以单管放大电路、计数器、运算放大电路等为例，介绍电路仿真的基本概念和具体操作，以达到以下学习目标：知识目标：理解电路仿真的基本概念。理解电路仿真的基本操作步骤。了解电路仿真的仿真类型和作用；技能目标：掌握瞬态仿真分析、参数扫描、交流小信号分析的设置和操作方法。知识扩展一 电路仿真的基本概念一、电路仿真的基本概念一、电路仿真的基本概念电路仿真是以电路理论、数值计算方法和计算机技术为基础，采用仿真模型和仿真算法，通过计算机分析计算，然后以波形

2、、图表等形式显示电路的仿真结果。二、电路仿真的操作步骤1绘制原理图2放置仿真激励源3放置网络标号4选择仿真方式与设置仿真参数5运行仿真6观察仿真结果任务一 加载仿真激励源库和确定仿真元件1新建工程文件和原理图文件，打开原理图编辑器。2单击库文件面板中的【元件库】元件库按钮，弹出添加、移除元件库对话框。3.添加仿真激励源库。在添加、移除元件库对话框中单击【安装】按钮，弹出选择元件库对话框。选中“:ProgramFilesAltiumLibrarySimulation”目录下的SimulationSources.IntLib库，单击【打开】按钮即可添加仿真激励源库。添加到库文件面板中的仿真激励源库

3、二、确定仿真元件仿真模型 如果模型种类【类型】栏下存在【Simulation】仿真模型，则表示该元件可用于原理图仿真 任务二 设置仿真激励源参数一、直流电压激励源 直流电源包括直流电压激励源（VSRC、VSRC2），它们的外形如图所示，一般使用较多为直流电压激励源，VSRC和VSRC2的区别在于VSRC2只有一个正极引脚，没有负极引脚。直流电压激励源VSRC属性对话框仿真模型参数编辑对话框仿真参数选项卡直流电压激励源VSRC属性【Voltage】：直流电压值，默认单位为V，如设置为12，则表示12V的直流电压源，它是直流电压源的主要参数。【ACMagnitude】:交流小信号分析时电压值，典型

4、值为1V，它为可选参数，只有在进行交流小信号分析时才需设置。【ACPhase】：交流小信号电压的相位，典型值为0，也为可选参数。二、正弦波激励源n正弦波激励源（VSIN）在模拟电路仿真中用得较多，它的外形如图所示。正弦波信号仿真参数选项卡正弦波信号仿真参数【DCMagnitude】：直流参数，在正弦波信号中一般忽略不用，通常设为0。【ACMagnitude】：交流小信号分析时电压值，典型值为1V。【ACphase】：交流小信号分析时电压相位，典型值为0。【Offset】：叠加在正弦波信号上的直流电压偏移量。【Amplitude】：正弦波信号的振幅。【Frequency】：正弦波信号的频率，它的

5、倒数即为周期。【Damping】：阻尼因子，该值影响正弦波信号的振幅随时间的变化关系，如果设置为0，该正弦波为等幅正弦波，幅度不随时间变化。如果设为正值，该正弦波幅度随时间而递减。如果设为负值，该正弦波幅度随时间而递增。【Phase】：正弦波信号初始相位，单位为度。正弦波信号波形图与选项卡参数对应的波形图三、脉冲激励源n脉冲激励源在数字电路的瞬态分析中用得比较多，通过不同的参数设置，它可用于产生矩形波、方波、三角波、锯齿波等众多波形，它包含脉冲电压源（VPULSE）和脉冲电流源(IPULSE)，脉冲电压源（VPULSE）外形如图所示。脉冲电压源仿真参数选项卡脉冲电压源仿真参数【DCMagnit

6、ude】：忽略不用。【ACMagnitude】：交流小信号分析时的电压，典型值为1V。【ACPhase】：交流小信号分析时的电压相位。【Initialvalue】：脉冲的起始电压。【PulsedValue】：脉冲电压，当脉冲电压为负时，是负脉冲。【TimeDelay】：延迟时间。【RiseTime】：上升时间,必须大于0。【FallTime】：下降时间,必须大于0。【PulseWidth】：脉冲宽度。【Period】：脉冲周期。【Phase】：脉冲波信号初始相位，单位为度。脉冲电压源波形图与选项卡参数对应的波形图四、分段线性激励源n分段线性激励源波形由几条相连的线段组成，是非周期信号激励源，一

7、般用于数字电路中产生复位或置位等信号，包含分段线性电压源（VPWL）和分段线性电流源（IPWL），其外形如图所示。分段线性电压源仿真参数选项卡 分段线性电压源主要仿真参数【Time/VoltagePairs】：转折点“时间/电压”坐标表，如下页图所表示的坐标为：（0ms，5V）、（1ms，5V）、（2ms,3V）、（3ms，4V），输入时按时间、电压依次输入，中间用空格隔开，如以上各点依次输入为：0m5v1m5v2m3v3m4v。分段线性电压源波形图与选项卡参数对应的波形图任务三、电路仿真类型及参数设置一、仿真类型介绍和常规参数设置一、仿真类型介绍和常规参数设置进行电路仿真分析前，首先需要根据

8、要分析的电路参数和性能确定仿真分析的方式，设置必要的参数，以及选择仿真完成后可立即观察到的信号。具体而言，仿真方式的设置可以分成二步来进行，首先选择仿真方式并设置所有仿真方式中都需要的常规参数，如仿真结束需要立即观察的信号以及仿真对象等。接下来设置运行所选仿真方式必须的特殊参数。在原理图编辑窗口内，可以执行菜单命令【设计】/【仿真】/【MixedSim】运行仿真，进入仿真分析设置框，如图所示。1.仿真类型介绍ProtelDXP提供了如下九种仿真分析方式：【OperatingPointAnalysis】：工作点分析【Transient/FourierAnalysis】：瞬态分析/傅立叶分析【AC

9、SmallSignalAnalysis】：交流小信号分析【DCSweepAnalysis】：直流扫描分析【NoiseAnalysis】：噪声分析【TransferFunctionAnalysis】：传递函数分析【TemperatureSweepAnalysis】：温度扫描分析【ParameterSweepAnalysis】：参数扫描分析【MonteCarloAnalysis】：蒙特卡罗分析2.常规参数设置常规参数设置（1 1）【为此收集数据】选择仿真数据类型【为此收集数据】选择仿真数据类型在图所示的窗口内，点击【为此收集数据】下拉按钮,选择需仿真计算的数据类型，可选择的数据类型包括如下5个类型

10、，一般采用默认的【NodeVoltage，SupplyCurrent，DeviceCurrentandPower】选项即可，既计算节点电压、激励源电流、元件电流和功率。(2【图纸到网络表】选择仿真原理图范围点击【图纸到网络表】下拉按钮，可以选择仿真原理图的范围。【ActiveSheet】:仅对当前原理图进行仿真。【ActiveProject】：对整个工程中的所有原理图进行仿真。（3 3）【SimView SimView 设定】设置仿真波形窗口设定】设置仿真波形窗口点击【SimView设定】下拉按钮，可以选择仿真波形窗口中显示波形的方式。【Keeplastsetup】：按上一次仿真操作的设置显示

11、相应波形，而不按当前【Activesignals】列表框中激活的变量进行波形显示。【Showactivesignals】:按当前【Activesignals】列表框中激活的变量进行波形显示。（4）【活动信号】选择显示波形的变量选定数据类型后，在【可用信号】列表框中就列出了所有需计算的变量。而【活动信号】列表框中列出了可以自动在仿真波形显示窗口中显示波形的变量。用户可以在【可用信号】列表框中选择某变量后，单击“”按钮将其添加到【活动信号】列表框，以便仿真过程中观察该变量波形，也可在【活动信号】列表框中选择某变量后按“”按钮与“”按钮将其添加到【活动信号】列表框，以便仿真过程中观察该变量波形。（4

12、）选择仿真方式。在【分析/选项】栏中,将【OperatingPointAnalysis】和【Transient/FourierAnalysis】后的【有效】复选框选中，表示将运行工作点分析和瞬态/傅立叶分析两种仿真方式。4.4.设置瞬态分析仿真参数设置瞬态分析仿真参数设置瞬态分析仿真参数设置瞬态分析仿真参数除工作点分析不需要设置仿真参数外，其它仿真方式均需独立地设置仿真参数。本例中的瞬态分析仿真需独立进行参数设置。在【Analyses/Options】栏中，用鼠标左键点击【Transient/FourierAnalysis】项，其右边出现如图所示的瞬态分析设置对话框。选中【UseTransie

13、ntDefaults】复选框，使用瞬态仿真分析缺省参数，取消【Useinitialcondition】复选框，表示不使用用户设定的初始状态，而使用工作点分析后的结果作为初始条件。5.5.执行仿真操作执行仿真操作仿真参数设置完成后，就可以运行仿真了，点击仿真参数设置对话框中的【确认】按钮，启动仿真计算过程，仿真数据文件（*.sdf）将自动显示在波形窗口内，如图所示。当仿真电路与仿真参数存在错误时，则自动显示出错误信息窗口，用户可根据错误提示进行更正。波形窗口内的仿真波形波形窗口内的仿真波形6.6.电路仿真波形观察和结果分析电路仿真波形观察和结果分析（1）调整窗口中显示波形的个数。执行菜单命令【工

14、具】/【文档选项】，弹出以下显示效果选择对话框，在【可视图个数】下拉框中可以选择窗口中显示波形的个数，如图为窗口中显示一个波形的效果图。调整窗口显示波形的个数调整窗口显示波形的个数a)显示一个波形 b）显示所有波形（2 2）调整波形窗口内信号显示幅度。）调整波形窗口内信号显示幅度。将鼠标移到仿真输出波形下方横线上，当鼠标变为上下双向箭头时，按下左键拖动即可调整显示幅度。（3 3）叠加显示波形）叠加显示波形为了更好的进行波形比较，可以将几个波形叠加在同一个波形栏内。如想在VOUT波形栏中叠加VIN的波形，以便进一步分析输入信号和输出信号的幅度和相位关系。如图所示，将光标移到想叠加波形的波形栏中，

15、如VOUT波形栏，单击鼠标右键，在弹出浮动菜单选择【AddWaveToPlot】菜单选择添加的波形波形叠加效果（4 4）波形测量）波形测量为了精确的测量波形中某点的坐标值，可以为波形添加标尺。DXP2004可以提供二个标尺，即CursorA和CursorB。添加标尺的具体方法如下：先选择要添加标尺的波形。将光标移到要添加标尺的波形名称上，如VOUT，单击鼠标右键，弹出如图所示的浮动菜单，选择【CursorA】后，将在VOUT波形上添加一个标尺A波形波形VOUTVOUT添加了标尺添加了标尺A A标尺A波形添加了标尺后，就可以在仿真面板【SimDataPanel】的【测量光标】栏中，观察到测量的结

16、果，如图所示，VOUT在标尺交点处334.52us时刻的电压值为614.76mV。（5 5）添加仿真波形）添加仿真波形在如图所示的波形管理栏【源数据】中，在选择某信号后，点击【加波形到图】按钮即可在波形栏中显示该信号的波形和参数。（6 6）波形局部放大）波形局部放大为了更精确看清波形局部特征，可以将这部分波形进行放大。操作过程如下：在需要放大的波形区左上角单击鼠标左键。按住并拖动鼠标移到需放大的波形区右下角，如图所示。局部放大后的波形显示局部放大后的波形显示松开鼠标左键，即完成波形局部放大，如图所示。如果想还原显示整个波形，可在显示区域中单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择【FitWavefo

17、rms】命令即可。任务五同步八进制加法计数器瞬态仿真任务五同步八进制加法计数器瞬态仿真计数器是数字系统中应用较为广泛的一种具有记忆功能的时序逻辑电路，它的基本功能是对输入的脉冲个数进行计数统计。下面将以下页图所示的同步八进制加法计数器为例来仿真分析计数器电路的特点。同步八进制加法计数器电路同步八进制加法计数器电路1.1.放置仿真元件并绘制原理图放置仿真元件并绘制原理图仿真原理图中的元件必须是具有仿真模型的元件，本例采用SN74F112D触发器作为基本计数单元。对于不熟悉其所在元件库的元件，可以使用元件查找功能来查找并判断其是否具有仿真模型，如下页图所示，只有具有【SIM】模型的元件才具有仿真功

18、能。查找具有仿真模型的元件查找具有仿真模型的元件当前元件的仿真模型2.2.放置并设置激励源放置并设置激励源在图6.57所示的计数器电路图中，直流电压源V1设置为5V，计数脉冲CP用脉冲激励源模拟，CP激励源设置为如下页图所示，脉冲幅度【PulsedValue】5V，脉冲宽度【PulsedWidth】2.5ms，脉冲周期【Period】5ms，下降沿【FallTime】=1us，上升沿【RiseTime】=1us，这样CP信号波形类似于200Hz的方波。脉冲激励源参数设置脉冲激励源参数设置清零信号设置清零信号设置CLR为清零信号，低电平有效，使各计数单元计数之前清零，计数器从零开始计数，它由分段线性电压源VPWL模拟，其参数设置如下页图所示，它产生一个在0.1ms1ms时间段内为低电平的清零脉冲。分段线性电压源（清零信号）参数设置分段线性电压源（清零信号）参数设置3.3.常规参数设置常规参数设置瞬态分析仿真参数设置瞬态分析仿真参数设置同步八进制计数器瞬态分析仿真结果同步八进制计数器瞬态分析仿真结果本项目小结本项目主要讲解了电路仿真的基本概念，各种仿真类型以及参数设置方法，利用实例详细介绍了工作点分析、瞬态仿真分析、参数扫描、交流小信号分析的设置和操作方法。通过本项目的仿真知识的学习，为电子线路等课程的电路分析和设计打下基础。