2023年信号与线性系统分析.pdf

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1、EWB 软件在信号与线性系统分析中的应用 文理学院芙蓉学院 班级：电信0801 班 姓名：陈 琛 学号：08090103 随着电子技术和计算机信息技术的迅速发展，电子产品的智能化和系统集成度越来越高，更新周期越来越短，传统的电子设计和分析工具已经无法满足需要。EDA(Electro nic Design Automation)已成为提高电子产品质量和水平必不可少的一项技术。同时 E D A 的发展也对传统的电子类教学提出了新的要求，分析方法的变化，设计手段的改变促使我们从根本上改变设计思想和教学观念，以适应 21 世纪对人才的需求。Electronics WorkBench5.0(缩写为 EW

2、B)是加拿大 Interactive Image Technologies 公司的产品，是基于 32 位 SPICE 3F5 仿真程序内核的电路设计和仿真软件，该软件提供了一个集成化的原理图输出工具、数/模混合仿真以及在统一的环境中的波形显示、图形化输入、提供数字、模拟以及数/模混合仿真分析功能。采用标准的 MS-Windows 接口，支持Windows 的一些基本操作，专业的原理图输入方式，智能化的连线，层次化的设计，与其它基于 SPICE 仿真程序的 EDA 软件的文件交换。EWB 具有以下特点：1 界面直观、操作方便 EWB 拥有丰富的元器件和多种虚拟仪器，如数字多用表、函数发生器、双踪

3、示波器、失真度分析仪等。创建电路需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕中选取，且元器件和仪器的图形与实物外形非常接近，仪器的操作开关、按键同实际仪器也极为相似，因此特别容易学习和操作。2 电路分析手段完备 EWB 提供了多种不同的分析工具；其中有六种基本分析工具，即直流工作点分析、信号的瞬态分析、交流频率扫描分析、傅立叶变换分析、噪声分析、失真度分析；四种扫描分析工具，即：温度扫描、模型参数扫描、交流灵敏度、直流灵敏度；两种系统分析工具，即零极点分析和传递函数分析；两种统计分析：最差情况分析和蒙特卡罗分析。3 较为详尽的元器件库 EWB 提供无源和有源器件、模拟和数字集成电路、基本

4、数字逻辑以及函数模块等较全面的通用元件库模型。其元器件库不仅提供了数千种电路元器件，而且还提供了各种元器件的理想参数，因此，仿真的结果就是该电路的理论值，这对于验证电路的原理和电子类课程的教学与实验而言是极为方便的。4 便于观察到不同故障情况下电路的状态 EWB 可以对被仿真电路中的元件设置各种故障，如开路、短路和不同程度的漏电等。5 输出方式灵活,在仿真的同时，EWB 还可以储存测试点的所有数据，列出被仿真电路的所有元器件清单，以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。6兼容性好EWB 中创建电路图所需的元器件库与目前常见的电子线路分析程序如SPICE的元器件库完全兼容，可以相互转换

5、，同时在该软件下创建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、TANGO 等软件，自动排出印制电路板，从而大大加快产品的开发速度，提高设计人员的工作效率。该软件最大的优点是容易学会，操作简单，显示直观，适合于仿真教学。EWB 在信号与线性系统课程教学中的应用：EDA 技术中仿真是对设计的检验，仿真工具是重要的工具之一。在教学中，仿真技术尤其重要。在这里主要讨论一下 EWB 电路仿真技术在信号与线性系统课程中的应用。1 时域分析法 一个频谱在区间),(mm以外为零的频带有限信号)(tf，可唯一地由其在均匀间隔mssfTT21上的样点值)(snTf确定。时域取

6、样定理：ntSanTftSanTtnTftfsnsssns2)(2*)()()(在时域分析中，信号是随时间变化的物理量。一般用微分方程在时域中描述连续系统，用差分方程在时域中描述离散系统，常用零输入零状态法求解系统的响应。时域测试是以时间为自变量的。连续时间测量常用的测试仪器有示波器、多用表、频率计。信号源有函数信号发生器等。以离散时问或事件为自变量的数据测量属于离散时间系统分析的内容，可以使用逻辑分析仪、特征分析仪、数字信号发生器等，时域分析中，齐次性和叠加性是线性系统的主要特性叠加性是指在含有多个独立源的线性网络中，任一支路上电流或电压响应可以看成是每一个独立源单独激励所产生响应的代数和为

7、了巩固和掌握此特性及其测量方法，可以用一些典型电阻电路加以验证。在图1 中Vsl 单独作用时，电压表读数为 3.111V，Vs2 单独作用时，电压表读数为 2.667 V，二者共同作用时，电压表读数为 5.778V，验证了叠加性。通过 EWB 软件我们还可以验证电路的阶跃响应和冲激响应、RLC 电路中的过渡过程、抽样定理等实验项目。2 频域分析法 一个在时域区间),(,mmtt以外为零的有限时间信号)(tf的频谱函数可唯一地在均匀频率间隔msstff21上的样点值域)(sjnF确定。频域取样定理：)()(ntSatnjFjFmnm 在信号与线性系统教学中，信号波形与信号频谱是描述信号特征的方法

8、，因此使学生建立起信号的时域波形与频谱结构之间的对应关系是非常重要的。在频域分析中，信号是随频率变化的物理量。频域分析的主要数学工具是经典的傅立叶分析法，即周期信号的频谱采用傅立叶级数，非周期信号的频谱采用傅立叶变换。频域测试是以频率为自变量的，常用的测试仪器有频谱分析仪，扫频仪，信号源有函数信号发生器等。信号的分解与合成是研究信号传输与处理中的重要问题。例如：方波可以看做很多频率的正弦波叠加的结果。图3a是用9个正弦波进行叠加实验的电路，将K1K9 顺序接通，可以看出波形的变化情况，图 3b 为只有基波的情况，图 3c 为 9 个正弦波均加上的情况。通过 EWB 软件可以测试各种信号的频谱，

9、使学员对周期信号频谱的离散性、谐波性、收敛性有了更深刻的认识。便于观察脉冲持续时间和周期变化时对频谱结构的影响，体会一切脉冲信号的脉宽与频宽成反比变化的结论。网络频率特性可研究网络的相频特性和幅频特性。3.复频域分析法 在复频域分析中，信号是随复频率变化的物理量。复频域分析的主要数学工具是拉普拉斯变换及其反变换。由于复频域分析是一种数学技巧的运用，故其测量一般转换到时域或频域进行。作为信号与线性系统课程教学的辅助手段实验课的重要性不容忽视。由于实验课需要大量不同型号、不同频段、不同功能、不同档次的仪器设备，有时还需要一些特殊信号源、频率计和频谱仪、频率特性测试仪等高档仪器。由于个别仪器成本较高

10、，难以普遍配备，有的实验只好由教员演示，学员体会不深；仪器数量较多，管理工作量大；仪器种类繁多，出现故障维修费时费力费钱，有时影响实验的顺利进行；此外现代电子仪器技术更新速度约在 225 年，而实验室设备的平均折旧速度在 10 年以上，二者难以匹配，所以设备的更新落后于技术的发展是一个普遍现象。EWB 仿真实验教学弥补了传统的硬件实验教学的不足，节省教学经费和教学时间。同时改革了传统的教学方法，有利于激发学员学习的积极性、主动性提高学习的趣味性。通过电路仿真，可以帮助学生更快、更好地掌握课堂讲述的内容，熟悉常用电子仪器的测量方法，掌握电路的性能，进一步培养学生的综合分析能力、排除故障能力和开发、创新能力。