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63第5章 EWB仿真分析方法EWB提供了14种分析工具,本章将逐一加以介绍.利用EWB提供的分析工具,可以了解电路的基本工作状态,通过虚拟仪表测量和分析电路的各种响应,比用实际仪器测量精度高,范围宽.用EWB仿真分析电子电路的过程可分为4个步骤.(1)创建电路:用户创建的待仿真电路图,输入元器件数据,选择分析方法.(2)参数设置:程序会检查电路的结构,输入数据的性质,以及电路中的阐述内容, 对分析参数进行设置.(3)电路分析:对输入信号作用下的电路进行分析,这是电路进行仿真和分析的关键一步.它将形成电路的数值解,并把所得数据送至输出级.(4)数据输出:从虚拟仪器(如示波器等)上获得仿真运行的波形,数据.也可以从"分析"栏中的"分析显示图"(Analysis Graph)中得到测量,分析的波形图和数据表.用户可以在电路仿真进行之前,根据电路分析要求,设置不同仿真参数.在菜单分析栏(Analysis)中选择"Analysis Options"后,在屏幕上出现一个分析选项对话框,如图5-1.图5-1 分析选项对话框在分析选项对话框中包括5个选择标签,每个标签含意如下.1)总体分析选择(Global)ABSTOL——电流的绝对精度.(默认设置:1.012e ,适合一般双极型晶体管和VLSI 电路)64GMIN——最小电导.该值不能设置为零,增大该值可以改善收敛性,但会影响仿真精度.(默认设置:1.012e ,一般情况不需调整)PIVREL——最大矩阵项与主元值的相对比率.该值设定在0~1之间.(默认设置: 0.001,一般情况不需调整)PIVTOL——主元矩阵项绝对最小值.(默认设置:1.013e )RELTOL——相对误差精度.改变该值会影响仿真速度和收敛性.取值在1.06e 至0.01之间.(默认设置:0.001)TEMP——仿真温度.(默认设置:27℃)VNTOL——电压绝对精度.通常小于电路中最大电压信号的6~8个数量级.(默认设置:1.06e )CHGTOL——电荷绝对精度.(默认设置:1.014e ,一般情况不需调整) RAMPTIME——斜升时间.该值是独立源,电容和电感从零至终值的变化条件.(默认设置:0)CONVSTEP——相对收敛步长限制.在求解直流工作点时,建立相对步长限制自动控制收敛.(默认设置:0.25)CONVABSSTEP——绝对收敛步长限制.在求解直流工作点时,建立绝对步长限制自动控制收敛.(默认设置:0.1)CONVLIMIT——收敛限制.用于某些元件模型内部的收敛算法.(默认设置:选用) RSHUNT——模拟节点分流电阻.在节点和地间接入电阻,该值应该较大.(默认设置:不使用)如选择该项,则电阻为1.012e在"没有直流通路至地等情况时,可以降低该数值".Mb——仿真时的临时性文件规模.当存储仿真结果的文件达到它的最大规模时,会出现对话栏,有停止仿真,使用剩余磁盘空间继续仿真和删除已有数据继续仿真三种方法供选择.(默认设置:10 MB)2)直流分析选择(DC)ITLI——工作点分析迭代极限.限制算法的迭代次数.(默认设置:100.若出现"在直流分析时不收敛"等情况,可增加该值从500~1000) GMINSTEPS——GMIN步进算法步长.适当选择该值,有助于直流工作点分析求解. (默认设置:10)SRCSTEPS——SOURCE算法步长.适当选择,有助于直流工作点分析时分解.(默认设置:10)3)瞬态分析选择(Transient)ILT4——瞬态分析每时间点迭代次数的上限.减少此值会缩短瞬态分析的时间,但过分降低该值会引起不稳定.(默认设置:10.若出现"时间步长太小"或"瞬态分析不收敛"可增大此值到15~20)MAXORD——积分方法的最大阶数.(默认设置:2,取值范围在2~6之间) TRTOL——瞬态误差精度因素.(默认设置:7,一般情况不需调整) METHOD——瞬态分析数值积分方法.(默认设置:TRAPEZOIDAL"梯形法"适合振荡电路模式,GEAR"变阶积分"适合有理想开关的电路)ACCT——打印数据.显示仿真过程的有关信息.(默认设置:无)654)器件分析选择(Device)DEFAD——MOSFET漏极扩散区面积.(默认设置:0)DEFAS——MOSFET源极扩散区面积.(默认设置:0)DEFL——MOSFET沟道长度.(默认设置:0.0001)DEFW——MOSFET沟道宽度.(默认设置:0.0001)TNOM——模型参数标称温度.(默认设置:27℃)一般情况不需调整. BYPASS——非线性模型评估器件.(默认设置:ON.若选OFF将增加仿真时间.一般情况不需调整)TRYTOCOMPACT——小型传输线数据.只用于有耗传输线的仿真.(默认设置:无) 5)仪器分析选择(Instruments)Pause after each screen——示波器每屏显示后暂停.(默认设置:不能) Generate time steps automatically——示波器自动设置时间步长.(默认设置:自动)Set to zero——设置为零.瞬态分析的初始条件.(默认设置:无)User-defined——采用用户定义的初始条件.(默认设置:无)Calculate DC operating point——计算直流工作点.(默认设置:选用) Points pre cycle ——控制波特图测试仪每周期显示的点数.减少该数能加快仿真,但精度会降低.(默认设置:100)Pre trigger samples——逻辑分析仪触发前储存的点数.(默认设置:100) Post trigger samples——逻辑分析仪触发后储存的点数.(默认设置:100) Threshold voltage——逻辑分析仪高,低电平的门限电压.(默认设置:3.5 V) 5.1 基本分析方法EWB提供6种基本分析方法,即直流工作点分析(DC Operating Point Analysis),交流频率分析(AC Frequency Analysis),瞬态分析(Transient Analysis),傅里叶分析(FourierAnalysis),失真分析(Distortion Analysis),噪声分析(Noise Analysis). 5.1.1 直流工作点分析(DC Operating Point Analysis)直流工作点分析也称静态工作点分析,电路的直流分析是在交流输入信号视为零,电路中电容视为开路,电感视为短路时,电路中数字器件视为高阻接地的情况下来计算电路的直流工作点.在电路工作时,都必须给半导体器件以正确的偏置,直流分析就是要分析半导体的偏置,分析电路在无外加交流输入信号下的静态电压和电流.了解电路的直流工作点,才能进一步分析电路在交流信号作用下电路能否正常工作.求解电路的直流工作点是电路进行交流与瞬态分析过程的基础.1)创建电路在EWB工作区构造一个单管放大电路,电路中电源电压,各电阻和电容取值如图5-2所示.如果希望修改三极管的型号或调整三极管的β值,则双击三极管,选择ComponentProperties/Models命令,修改三极管的型号.例如,将三极管型号确定为2N3904,在该栏66图5-2 直流工作点分析电路目下选择Edit/Forward Current Gain Coefficient(即β值),修改三极管的β值.2)显示节点标志(ID)选择Circuit/Schematic Options/Show/Hide栏下的Show nodes,电路中各节点标志(ID)就会显示在电路中.3)启动直流工作点分析工具启动直流工作点分析工具,即选择Analysis/DC Operating Point命令,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,并给出DC Bias的分析结果,即所有节点电压和电源支路电流值.4)分析仿真结果直流工作点的分析结果如图5-3所示.它给出电路各个节点的电压值,并给出三极管的基极和集电极的静态电压.根据这些电压的大小,可以确定该电路的静态工作点是否合理.如果不合理,可以改变电路中的一些元件参数,例如,修改电路中某个电阻的电阻值,图5-3 直流工作点分析结果67再次进行直流工作点的分析,如此反复,直至静态工作点合理为止.利用这种方法,也可以观察电路中某个元件参数的改变对电路直流工作点的影响.5.1.2 交流频率分析(AC Frequency Analysis)交流频率分析是在交流小信号工作条件下的一种频域分析.它分析电路随交流小信号频率变化的频率响应特性,是一种线性分析方法.EWB在进行交流频率分析时,首先分析电路的直流工作点,并在直流工作点处对各个非线性元件做线性化处理,得到线性化的交流小信号等效电路;然后电路中的直流电源自动置零,使电路中的交流信号源的频率在一定范围内变化,用等效电路分析电路的交流输出信号的变化规律.在进行交流频率分析时,用户自行设置的输入信号将被忽略.也就是说,无论用户给出电路的信号源设置的是三角波还是矩形波,进行交流频率分析时,都将自动设置为正弦波信号.1)创建电路创建如图5-4所示实验电路,图中给出了电路的参数设置.图5-4 交流频率分析电路2)设置分析参数选择菜单Analysis/AC Frequency命令,屏幕显示出交流频率分析(AC Frequency Analysis)对话框,如图5-5所示.交流频率分析对话框选项内容,含意如下:Start Frequency——扫描起始频率.(默认设置:1 Hz)End Frepuency——扫描终点频率.(默认设置:10 GHz)Sweep Type——扫描形式,十进制/线性/倍频程.(默认设置:十进制)Number of Points/Points Per——显示点数.(默认设置:100)Vertical Scale ——纵向刻度,线性/对数/分贝.(默认设置:对数)68图5-5 交流频率分析对话框Nodes in circuit——电路节点.Node for Analysis——被分析的节点,为编号(ID)的节点,而不是标识(Label)的节点.首先,根据需要设置分析的起始频率,终止频率,扫描形式等内容.然后,设置分析节点(Node for analysis)——节点8,10.3)启动交流频率分析工具单击图5-5所示对话框中的Simulate按钮,则启动交流频率分析工具,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,同时绘出AC Analysis的分析曲线如图5-6所示.图5-6 交流频率分析曲线694)分析仿真结果当采用分析对话框的默认值,图5-4所示电路的交流频率分析曲线如图5-6所示,上面曲线为幅频特性曲线,下面曲线为相频特性曲线.幅频特性和相频特性各有两条曲线:一条是电路的8号节点(电路输入端)的电压随频率变化的曲线;另一条是电路的10号节点(电路输出端)的电压随频率变化的曲线.由交流频率分析曲线可知,该电路大约在100Hz～10 MHz范围内放大电路的输出幅值不随频率变化,且相位基本恒定.在这范围之外,输出电压将会衰减,相位会改变.这样,利用仿真方法就可以知道某一放大电路正常工作的频率范围.5.1.3 瞬态分析(Transient Analysis)瞬态分析也称为暂态分析,是一种时域分析方法,是在给定输入激励情况下,分析电路中选定输出节点的瞬态响应.EWB在进行瞬态分析时,首先要计算或给出电路的初始条件,然后从初始时刻起,到某个终止时刻,计算输出各个节点在每个时间点上的输出电压.初始条件的确定方式可在分析对话框中进行选择.瞬态分析中,相邻分析采样点的时间间隔称时间步长.启动瞬态分析时,用户可以采用只定义起始时间和终止时间,而EWB在兼顾分析精度和计算所需时间的情况下自动给出合理的时间步长;用户也可以自行定义时间步长以满足一些特殊分析要求.1)创建电路创建一个单管放大器,其电路如图5-7所示.图5-7 瞬态分析电路2)设置分析参数选择Analysis/Transient命令,屏幕上显示瞬态分析(Transient Analysis)对话框,如图5-8所示.以下为对话框的设置项目及其含意.Initial conditions——初始条件,包括:Set to Zero——初始条件为零开始分析.(默认设置:不选或无)70图5-8 瞬态分析对话框User-defined——用户定义初始条件进行分析.(默认设置:不选或无) Calculate DC operating point——由直流工作点分析结果作为初始条件进行分析.(默认设置:选用)Analysis——分析,包括:Start time——进行分析的起始时间.必需大于等于0,小于终点时间.(默认设置:0秒)End time——进行分析的终点时间.必需大于起始时间.(默认设置:0.001秒) Generate time steps automatically——自动选择一个较为合理的或最大的时间步长.(默认设置:选用)Minimum number of time points——仿真输出的图上,从起始时间到终点时间的点数.(默认设置:100点)Maximum time step(TMAX)——仿真时能达到的最大时间步长.Set plotting increment——设置绘图的增量.Nodes for Analysis——被分析的节点.选择两个分析节点,如图5-8所示的5号输入节点和2号输出节点,选择合适的终止时间和对话框的其他内容.3)启动瞬态分析工具单击如图5-8所示对话框中的Simulate按钮,则启动瞬态分析工具,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,同时绘出Transient的分析曲线如图5-9所示.71图5-9 分析曲线4)分析仿真结果瞬态分析结果的波形图,也可以通过连接在需要分析节点上的示波器(用仿真开关启动分析)进行观察,得到的结果相同.但采用瞬态分析方法(用"Simulate"按钮启动分析),可以通过设置,更仔细地观察到波形起始部分的变化情况.根据电路的积分时间常数,将起始时间设定为0 s,结束时间设定为0.001 s,其他选项采用系统的默认值,则电路瞬态分析曲线如图5-9所示.分析曲线给出输入节点5和输出节点2的电压随时间变化的波形,左侧纵轴坐标是输入电压的坐标,右侧纵轴坐标则是输出电压的坐标,横轴是时间轴. 选择Analysis Graphs窗口中工具栏的Properties命令,出现Graph Properties的对话框,在该对话框中可以调整图形中相关参数,例如各个坐标轴的单位等等.5.1.4 傅里叶分析(Fourier Analysis)傅里叶分析是分析复杂多谐波周期信号的一种数学方法.可以用来评估时间连续信号的直流,基波和各次谐波分量,把电压波形表示从时域转换到频域,得到时域信号的频谱函数.此分析是在瞬态分析结束后,对时域分析结果进行傅里叶变换.EWB进行傅里叶分析时将自动执行瞬态分析,再进行傅里叶变换,最终产生傅里叶分析结果,分析结果以直观的图形和报告形式出现.分析时必须选定输出节点,同时选择一个基频.1)创建电路用精密半波整流电路构成一个实验电路,如图5-10所示.该电路节点2的输出是一个负半波.2)设置分析参数选择Analysis/Fourier命令,屏幕显示出傅里叶分析(Fourier Analysis)对话框,如图5-11所示.72图5-10 傅里叶分析实验电路图5-11 傅里叶分析对话框对话框的设置选项及内容如下:Output node——输出变量,被分析的电路节点.(默认设置:电路中的第一个节点) Fundamental frequency——傅里叶分析的谐波基频,为交流源的频率或最小的公因数.(默认设置:1 Hz)Number of harmonics——被计算和显示的基频谐波数.(默认设置:9)Vertical scale——纵向刻度,线性/对数/分贝.(默认设置:线性)Display phase——显示相频特性曲线.(默认设置:无)Output as line graph——以连续曲线形式显示幅频特性.(默认设置:无)选择电路的输出节点2号节点电压为分析对象,再根据电路参数,设置合理的基频以及需要观察的谐波次数.本例中选择基频100 Hz,谐波次数为9.3)启动傅里叶分析工具单击如图5-11所示对话框中的Simulate按钮,则启动傅里叶分析工具,屏幕显示出73Analysis Graphs窗口,同时绘出Fourier的分析曲线,如图5-12所示.图5-12 傅里叶分析结果4)分析仿真结果图5-10所示电路的2号节点输出的波形是正弦负半波.这里给出的是该节点电压的傅里叶分析的离散幅频特性曲线,分析曲线显示出输出波形中各次谐波分量的幅值,横坐标采用的是线性坐标.傅里叶分析结果还可以给出相频特性曲线和幅频特性的连续型曲线.5.1.5 失真分析(Distortion Analysis)电路对输入信号增益的非线性会造成电路输出信号的谐波失真,电路对输入信号相移的不一致造成互调失真.如果电路有一个交流频率源,EWB的失真分析将分析电路中每一节点的二次和三次谐波的谐波失真,绘出二次和三次谐波的谐波失真曲线;如果电路有两个交流频率源(设其频率F1>F2),则失真分析将分析三个特定频率的谐波失真,这三个频率分别是:两个频率之和(F1+F2),两个频率之差(F1-F2),及较高频率的二倍与较低频率差(2F1-F2).该分析用来观察在瞬态分析中无法看到的较小失真.1)创建电路创建一个场效应分压式偏置单管放大电路,电路参数及电路结构如图5-13所示.在电路的输入端加入一个交流电压源作为输入信号,其幅度为10 V,频率为1 Hz. 2)设置分析参数选择Analysis/Distortion命令,屏幕显示出失真分析参数(Distortion Analysis)对话框,如图5-14所示.以下为失真分析参数设置内容与含意.Start frequency——扫描起始点频率.(默认设置:1 Hz)End frequency——扫描终点频率.(默认设置:10 GHz)Sweep type——扫描形式,十进制/线性/倍频程.(默认设置:十进制)Number of points/points per——在线性形式时,是频率起始至终点的点数.(默认设置:100)74图5-13 失真分析电路图5-14 失真分析参数设置对话框Vertical scale——纵坐标标度.对数/线性/分贝.(默认设置:对数)F1/F2 ratio——若信号有两个频率F1和F2,若选定该项时,在F1进行扫描时,F2被设定成该比值乘以起始频率,必需大于0,小于1.(默认设置:无)Nodes for Analysis——被分析的节点.该电路的输出节点是5号节点,选择分析节点为5号节点,其他选项用默认值.当然,也可根据需要选择其他值.3)启动失真分析工具单击如图5-14所示对话框中的Simulate按钮,则启动失真分析工具.此时,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,同时绘出Distortion的分析曲线,如图5-15所示.75图5-15 失真分析曲线4)分析仿真结果图5-15所示为是电路图5-13的失真分析结果.由于该电路只有一个输入信号,因此,失真分析结果给出的是第二次谐波和第三次谐波失真图.5.1.6 噪声分析(Noise Analysis)在通信电路与系统中,常常需要进行噪声分析.噪声分析是定量分析电路中的电阻和半导体器件对指定输出节点噪声贡献.假设噪声源互不相关,而且这些噪声值都独立计算,输出节点总噪声等于各个噪声源对于该节点的噪声均方根之和.EWB提供的噪声分析可以检测电路输出端噪声源的大小,该分析将利用交流小信号等效电路,计算由电阻和半导体器件所产生的噪声总和.1)创建电路创建单管放大电路如图5-16所示,对这一单管放大电路进行噪声分析.图5-16 噪声分析电路762)设置分析参数选择Analysis/Noise命令,屏幕显示出Noise Analysis(噪声分析)对话框,如图5-17所示.图5-17 噪声分析对话框以下为噪声分析对话框的设置项目及内容.Input noise reference source——选择交流电压源作为输入.(默认设置:电路中的第一编号源)Output node——噪声分析的节点.(默认设置:电路第一编号节点)Reference node ——参考电压点.(默认设置:接地点)Start frequency ——扫描起始频率.(默认设置:1 Hz)End frequency ——扫描终点频率.(默认设置:10 GHz)Sweep type——扫描形式,十进制/线性/倍频程.(默认设置:十进制)Number of points——表示起始频率至终点频率的点数.(默认设置:100) Vertical scale——纵向标度,对数/线性/分贝.(默认设置:对数)Set point per summary——当选择该项时,显示被选元件噪声贡献的记录曲线.用求和的点数除以频率间隔数,会降低输出显示图的分辨率.(默认设置:无)Points per summary component——当选择该项时,选择噪声源进行求和.(默认设置:电路中的第一编号元件)本例,选择输入噪声参考源为电路中的交流电压源V1,第10节点作为噪声输出节点.为了分析电路中的电阻R1的噪声轨迹,选中Set points per summary,在该栏目下选择R1,其他设置采用对话框的默认值.3)启动噪声分析工具单击如图5-17所示对话框中的Simulate按钮,则启动噪声分析工具,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,同时绘出Noise的分析曲线,如图5-18所示.77图5-18 噪声分析曲线4)分析仿真结果如图5-18所示,噪声分析曲线给出输入和输出噪声频谱.其横坐标是频率;左侧的纵坐标是输出噪声功率坐标;右侧的纵坐标是输入噪声功率坐标.例中,在噪声分析对话框中选择了电阻R1作为噪声源元件,噪声频谱图中除了输入和输出噪声频谱曲线外,还有第三条曲线,这是由电阻R1产生的噪声频谱曲线.5.2 扫描分析(Sweep Analysis)EWB提供了4种扫描分析,即参数扫描分析,温度扫描分析,交流灵敏度分析,直流灵敏度分析.参数扫描分析是在用户指定每个参数变化的情况下,对电路的特性进行分析;温度扫描分析是在用户指定的每个温度下对电路特性进行分析;交流灵敏度分析,直流灵敏度分析则是分析电路特性对电路参数变化的敏感程度.5.2.1 参数扫描分析(Parameter Sweep Analysis)在参数扫描分析中,可以通过某元件参数在一定范围内变化来观察电路性能改变情况.即令某一元件每次取不同值,进行多次仿真.1)创建电路这里对图5-19所示的"频分复用有源滤波电路"进行参数扫描分析,该电路由3个运算放大器和一些电阻,电容组成.它的功能可以把混在一起的高,低频信号通过VOH,VOL两个输出端分别输出.进行参数分析时,可以讨论其中任何一个元件参数的变化对电路性能的影响.这里我们只讨论R9对高通输出的影响.2)分析参数设置选择Analysis /Parameter Sweep命令,屏幕显示出参数扫描设置(Parameter Sweep)对话框,如图5-20所示.78图5-19 参数扫描分析电路图5-20 参数设置对话框参数扫描分析对话框含有以下设置项目及其内容.Component——元件,即选择要扫描的元件.(默认设置:电路中的元件) Parameter——参数,即选择要扫描的元件参数.(默认设置:元件的第一参数) Start value——扫描起始值.选择扫描参数的起始值,单位依参数而定.(默认设置:所选元件的参数值)End value——扫描终止值.选择扫描参数的终止值,单位依参数而定.(默认设置: 所选元件的参数值)Sweep type——扫描类型.扫描类型可选Decade,Linear或Octav,即:十倍/线性/倍频(默认设置:十倍)Increment step size——增量步长.适合线性扫描,单位依参数而定.(默认设置:1)Output node——输出节点:选择要观察结果的节点.(默认设置:电路中的节点) 79Sweep for——扫描形式可为:直流工作点/瞬态分析/交流频率分析.(默认设置:瞬态分析)DC Operating Point——直流工作点.选中该项,进行直流工作点的参数扫描分析. Transient Analysis——瞬态分析.选中该项,进行瞬态参数扫描分析.可以按下"SetTransient Option"键,修改瞬态分析时的参数设置.AC Frequency Analysis——交流频率分析.选中该项,进行交流频率参数扫描分析,可以按下"Set AC Option"键,修改交流频率分析时的参数设置.本例确定R9为扫描元件,选择扫描参数的起始值为0.69 k ,扫描参数的终止值为69k ,扫描类型选10倍(Decade).扫描形式为:交流频率分析.输出节点VOH(23). 3)启动参数扫描分析工具单击如图5-20所示对话框中的Simulate按钮,则启动参数扫描分析工具,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,同时绘出参数扫描分析曲线,如图5-21所示.图5-21 参数扫描分析曲线4)分析仿真结果选择电阻R9作为扫描元件,该元件的电阻值变化的起始值为0.69 k ,终止值为69 k ,选择10倍扫描.这样,EWB就会在R9分别为0.69,6.9,69 k 时进行仿真.从而得出三条频率分析曲线,如图5-21所示,上面一组为幅频特性曲线,下面一组为相频特性曲线.从曲线中可以看出R9变化对电路高通输出性能的影响,其中当R9为6.9 k 时,特性最为理想.5.2.2 温度扫描分析(Temperature Sweep Analysis)采用温度扫描分析,可以了解到不同温度下电路的特性.我们知道,电阻阻值以及晶体管的许多模型参数值都与温度有着密切关系,而温度的变化又将通过这些元件参数的变化而最终导致电路性能的变化.如果未设定温度扫描,EWB将在固定温度27℃下对电路80进行仿真分析.EWB提供的温度扫描分析工具,实际上在每次取不同温度值后,对电路进行多次仿真.1)创建电路电路如图5-22所示,该电路是单管放大器.这里讨论当温度改变时,引起的元件参数变化对电路性能的影响.图5-22 温度扫描分析电路2)设置分析参数选择Analysis/Temperature Sweep命令,屏幕显示出温度扫描分析参数设置(Temperature Sweep)对话框,如图5-23所示.图5-23 温度扫描分析参数设置对话框81温度扫描分析对话框包含以下设置项目及内容如.Analysis——分析:Start temperature——扫描起始温度.(默认设置:27℃)End temperature——扫描终值温度.(默认设置:27℃)Sweep type——扫描类型.扫描类型可选Decade,Linear或Octave即:十倍/线性/倍频(默认设置:十倍)Increment step size——增量步长.仅适用于线性扫描形式.(默认设置:1℃) Output node——输出节点,所选要观察结果的电路节点.(默认设置:电路中节点) Sweep for——扫描形式,直流工作点/瞬态分析/交流频率分析.(默认设置:直流工作点)DC Operating Point——直流工作点.选中该项,进行直流工作点的温度扫描分析. Transient Analysis——瞬态分析.选中该项,进行瞬态温度扫描分析,可以按下"SetTransient Option"键,修改瞬态分析时的参数设置.AC Frequency Analysis——交流频率分析.选中该项,进行交流温度扫描分析,可以按下"Set AC Option"键,修改交流频率分析时的参数设置.本例,确定温度扫描的变化范围为1~50℃,线性扫描形式,增量步长50℃,分析节点4的瞬态响应.。
7、模拟电路的EWB仿真举例7.1 晶体管基本放大电路共射极、共集电极和共基极三种组态的基本放大电路是模拟电子技术的基础，通过EWB对其进行仿真分析，进一步熟悉三种电路在静态工作点、电压放大倍数、频率特性以及输入、输出电阻等方面各自的不同特点。
7.1.1 共射极基本放大电路按图7.1—1 搭接共射极基本放大电路，选择电路菜单电路图选项（Circuit/Schematic Option）中的显示/隐藏（Show/Hide）按钮，设置并显示元件的标号与数值等。
图7.1—1共射极基本放大电路1. 静态工作点分析选择分析菜单中的直流工作点分析选项（Analysis/DC Operating Point）（当然，也可以使用仪器库中的数字多用表直接测量），电路静态分析结果如图7.1—2所示，分析结果表明晶体管Q1工作在放大状态。
图7.1—2共射极基本放大电路的静态工作点22. 动态分析用仪器库的函数发生器为电路提供正弦输入信号V i （幅值为5mV ，频率为10kHz ）,用示波器观察到输入、输出波形如图7.1—3所示。
图中V A 为输入电压（电路中节点4），V B 为输出电压（电路中节点5）。
由波形图可观察到电路的输入、输出电压信号反相位关系。
由两个测试指针处（T 1、T 2）分别读得输入、输出电压峰值，估算出电压放大倍数约为100倍。
再一种直接测量电压放大倍数的简便方法是用仪器库中的数字多用表直接测得。
图7.1—3 共射极基本放大电路的输入、输出电压波形输出电压的有效值后，再转换为峰值与输入电压峰值相比求得电压放大倍数。
晶体管Q 1（2N2712）电流放大系数β的典型值为204，读者还可以利用共射极放大器电压放大倍数理论计算公式：be L I O V r R V V A /...β-=-= 求得电压放大倍数再与上两种测试方法测得结果加以比较，进一步加深对理论计算公式的理解。
3. 参数扫描分析在图7.1—1所示的共射极基本放大电路中，偏置电阻R 1的阻值大小直接决定了静态电流I C 的大小，保持输入信号不变，改变R 1的阻值，可以观察到输出电压波形的失真情况。
EWB电路仿真软件使用说明EWB（Electronic Workbench）是一款用于电路仿真和分析的软件工具，广泛应用于电子工程师和学生之间。
本文将为您提供EWB电路仿真软件的使用说明。
一、软件安装和启动二、创建电路图在EWB中，您可以通过绘图功能创建各种类型的电路图。
在工具栏上选择所需的元器件，然后在绘图区点击鼠标来放置元器件。
通过拖动连接线将元器件相连接，并在连接处加上节点标记。
电路图可以包含电源、电阻、电容、电感、二极管、晶体管、运算放大器等各种元器件。
三、设置元器件属性在属性栏中，您可以为所选元器件设置特定的属性。
例如，对于电阻元器件，您可以设置电阻值；对于电容元器件，您可以设置电容值。
您还可以设置元器件的名称、供电电压等等。
四、连接电路当您完成电路图的绘制后，需要为电路创建电源。
在菜单栏中选择“电源”选项，在绘图区点击鼠标以放置电源。
然后，通过连接线连接电源与其它元器件，并设置电源的电压值。
同时，您可以设置电路的输入或输出端口，以便进行相应的信号分析。
五、进行仿真在创建完电路图并连接好电源后，您可以进行电路的仿真。
在菜单栏中选择“仿真”选项，在仿真窗口中选择仿真类型，如直流分析、交流分析、脉冲响应等。
然后，您可以设置仿真参数，如输入电压、频率等，并开始仿真。
软件将模拟电路中的电流、电压等数据，并将结果以图表的形式显示出来。
六、分析和优化电路在仿真结果中，您可以进行各种分析和优化操作。
例如，您可以通过图表来查看各个元器件的电流和电压变化情况，以判断电路是否正常工作。
您还可以调整电路中的元器件参数，观察其对电路性能的影响。
通过不断的试验和优化，您可以得到一个更好的电路设计。
七、保存和导出八、学习资源和社区支持。
EWB数字电路仿真实验引言在数字电路设计中，仿真实验是非常重要的一环。
它能够帮助我们验证设计的正确性，优化电路的性能，以及避免在实际制造电路之前出现的问题。
本文将介绍EWB（Electronic Workbench）软件的使用，以进行数字电路仿真实验。
什么是EWB？EWB是一款常用的电子电路设计与仿真软件，它可以用来方便地创建、编辑和仿真各种类型的电路。
EWB提供了丰富的元件库和功能，使得我们可以轻松地进行数字电路的设计和仿真实验。
数字电路仿真实验的步骤进行数字电路仿真实验通常可以分为以下几个步骤：步骤一：打开EWB软件首先，我们需要打开EWB软件。
在电脑桌面或应用程序中找到EWB的图标，双击打开软件。
步骤二：创建新电路在EWB软件中，我们可以选择创建一个新电路。
单击软件界面上的“新建”按钮或者选择菜单栏中的“文件 -> 新建”选项，即可创建一个空白的电路。
步骤三：选择元件在EWB软件的元件库中，有各种各样的数字电路元件，如门电路、寄存器、计数器等。
我们可以通过拖拽元件到电路画布上的方法将其添加到电路中。
步骤四：连接元件将所选元件拖拽到电路画布上后，我们需要正确地连接这些元件。
在EWB软件中，选择“连线”工具，然后点击元件上的引脚进行连接。
我们可以使用鼠标在电路画布上拖拽连线，或者直接点击元件引脚进行连接。
步骤五：设置元件参数在EWB软件中，我们可以修改元件的参数，以满足我们的需求。
例如，我们可以修改门电路的真值表或计数器的计数范围。
通过设置元件参数，我们可以进行更加灵活的仿真实验。
步骤六：进行仿真实验完成电路的搭建和参数设置后，我们可以通过点击软件界面上的“仿真”按钮或者选择菜单栏中的“仿真 -> 运行”选项，来进行数字电路的仿真实验。
EWB软件会根据设计的电路和设置的参数，模拟电路的工作过程，并显示相应的结果。
步骤七：分析仿真结果在仿真实验完成后，我们可以观察和分析仿真结果。
EWB 软件提供了丰富的工具和功能，以便我们对仿真结果进行分析和评估。
电子示波器的ＥＷＢ仿真方法及效果初探电子示波器是各项科学实验中使用频率最高的测试仪器，而当需要测试的工作量比较大时，会耗费太多的人力。
借助EWB（电子工作台）对电子示波器进行模拟仿真，即可大大提高工作效率。
经论证，其实验过程非常接近实际操作的效果。
标签：示波器；EWB；仿真；软件EWB的全称为Electronics Workbench（电子工作台），它是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电路分析和设计软件，可用于模拟电路、数字电路、数模混合电路和部分强电电路的实验、分析和设计。
与其他同类软件相比，EWB具有许多优点。
首先，它的工作界面非常直观，易学易用，具有一般电子技术基础知识的人员，只需几个小时就可以掌握EWB 的基本操作。
其次，它的仿真手段真实准确，仪器和元器件的选用和实际情形非常相似，还可人为地设置短路、开路、漏电等故障分析。
最后，EWB提供了十分详细的电路分析功能，有静态分析、动态分析、时域分析、频域分析、噪声分析、失真分析、离散傅立叶分析、温度分析等共计14种电路分析方法。
一.电子示波器仿真方法在EWB的工作界面上，示波器的虚拟面板如图1所示。
这是一种可用黑、红、绿、蓝、青、紫6种颜色显示波形的1000MHz双通道示波器，外观及操作都与实际的双踪示波器相同，可同时显示A、B两信号的幅度和频率变化，并可以分析周期信号大小、频率值以及比较两个信号的波形。
只要单击仿真电源开关，示波器便可马上显示波形，将探头移到新的测试点时可以不关电源。
X轴可左右移动，Y轴可上下移动。
当X轴为时间轴时，时基可在0.01ns/div--1s/div的范围内调整。
Y轴范围为0.01mV/div--5kV/div，还可选择AC 或DC两种耦合方式。
虚拟示波器不一定要接地，只要电路中有接地元件即可。
单击示波器面板上的Expand按钮，可放大屏幕显示的波形，还可以将波形数据保存，用以在图表窗口中打开、显示或打印。
EWB电路仿真软件使用说明EWB电路仿真软件一、软件简介随着电子技术和计算机技术的发展，电子产品已与计算机紧密相连，电子产品的智能化日益完善，电路的集成度越来越高，而产品的更新周期却越来越短。
电子设计自动化（EDA）技术，使得电子线路的设计人员能在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析、时序测试直至印刷电路板的自动设计。
EDA是在计算机辅助设计（CAD）技术的基础上发展起来的计算机设计软件系统。
与早期的CAD软件相比，EDA软件的自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快，而且操作界面友善，有良好的数据开放性和互换性。
电子工作平台Electronics Workbench (EWB)(现称为MultiSim) 软件是加拿大Interactive Image Technologies公司于八十年代末、九十年代初推出的电子电路仿真的虚拟电子工作台软件，它具有这样一些特点：（1）采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取；信号源库基本器件库二极管库模拟集成电路库指示器件库仪器库三、Electronics Workbench 基本操作方法介绍１．创建电路（１）元器件操作元件选用：打开元件库栏，移动鼠标到需要的元件图形上，按下左键，将元件符号拖拽到工作区。
元件的移动：用鼠标拖拽。
元件的旋转、反转、复制和删除：用鼠标单击元件符号选定，用相应的菜单、工具栏，或单击右键激活弹出菜单，选定需要的动作。
元器件参数设置：选定该元件，从右键弹出菜单中选Component Properties可以设定元器件的标签（Label）、编号（Reference ID）、数值（Value）和模型参数（Model）、故障（Fault）等特性。
说明：①元器件各种特性参数的设置可通过双击元器件弹出的对话框进行；②编号（Reference ID）通常由系统自动分配，必要时可以修改，但必须保证编号的唯一性；③故障（Fault）选项可供人为设置元器件的隐含故障，包括开路（Open）、短路（Short）、漏电（Leakage）、无故障（None）等设置。
七，三相交流稳态电路辅助分析1．仿真实验目的（1）观察三相交流稳态电路。
（2）学习利用仿真仪表分析三相交流稳态电路。
2．实验原理与说明(1)三相负载可以接成星形（又称“Y ”接），三角形连接（又称“△”接），当三相对称负载做Y 形连接时，线电压U L 是线电压U P L I 等于相电流P I ，即L P U =，L P I I =当采用三相四线制接法时，流过中线的电流00I =,所以可以省去中线。
当对称三相负载做△形连接时，有L P I =， L P U U =Y 形连接原理图△连接原理图13Zy Z=3，设计内容与步骤如图所示对称三相电路，已知电源相电压A u tV ω=,负载复阻抗Z=（5+j5）Ω，求负载的相电流。
由于0,NN U '=相当于中线短路，可以按一相（A 相）电路计算出三相电流。
则220031.114555A A U I A Z j ∠===∠-+12031.11165B A I I A =∠-=∠-12031.1175A Ic I A =∠=∠在仿真软件上对该电路图进行仿真，结果如下截图所示测量结果I=31.11A，与计算结果相符合。
4，实验主义事项（1）每次接线完毕要检查一下电路是否接正确了，尤其是注意是否有接地。
（2）用星形负载做短路试验时，必须首先断开中线，以免发生短路事故。
5．仿真实验报告总结完成了三相交流稳态电路辅助分析的设计报告后，对所设计的电路在仿真过程中所遇到的问题做出总结。
例如：（1）三相负载时根据什么条件来做成星形或三角形连接的？（2）在测量电流是如何验证电流的相位差？。
四，运算放大器电路辅助分析1． 仿真实验目的（1） 了解由集成运算放大器组成的比例，加法，减法和积分等基本运算电路的功能。
（2） 了解运算放大器在实际应用时应考虑的一些问题。
2．实验原理与说明in R →∞根据理想运放的特点，0R 0→，A →∞，可以得到以下两条规则。
（1）“虚断”：由于理想运放in R →∞，则0,0,a b i i ≈≈故输入端口的电流约为零，可近似视为断路，称为“虚断”。
（2）“虚短”：由于理想运放A →∞，0u 为有限量，则0u 0b b u u A -=≈，即两输入端间电压约等于零，可近似视为断路，称为“虚短”。
如图所示加法器电路的原理图图一如上图所示1230123a a a a f u u u u u u u u R R R R ----++=根据“虚短”概念，0a u =，上式变换为1230123f u u u u R R R R -++=即1230123f u u u u R R R R ⎛⎫=-++ ⎪⎝⎭3．仿真实验内容与步骤按图一在仿真软件中连接电路，如图二所示W图二进行理论分析022251310006000101010u V ⎛⎫=----= ⎪⎝⎭结果如图三所示图三仿真结果与理论结果相符合。
4．实验注意事项（1）每次要通过按下操作界面右上角的“启动/停止开关”接通电源，或者暂停来观测电表读数。
（2）要注意元件的正负极以及电表的量程。
5．仿真实验报告总结完成了运算放大器电路辅助分析的设计报告后，对所设计的电路在仿真过程中所遇到的问题做出总结。
例如：电表读数有时候为什么是负值？为什么一定要接地？。
63第5章 EWB仿真分析方法EWB提供了14种分析工具,本章将逐一加以介绍.利用EWB提供的分析工具,可以了解电路的基本工作状态,通过虚拟仪表测量和分析电路的各种响应,比用实际仪器测量精度高,范围宽.用EWB仿真分析电子电路的过程可分为4个步骤.(1)创建电路:用户创建的待仿真电路图,输入元器件数据,选择分析方法.(2)参数设置:程序会检查电路的结构,输入数据的性质,以及电路中的阐述内容, 对分析参数进行设置.(3)电路分析:对输入信号作用下的电路进行分析,这是电路进行仿真和分析的关键一步.它将形成电路的数值解,并把所得数据送至输出级.(4)数据输出:从虚拟仪器(如示波器等)上获得仿真运行的波形,数据.也可以从"分析"栏中的"分析显示图"(Analysis Graph)中得到测量,分析的波形图和数据表.用户可以在电路仿真进行之前,根据电路分析要求,设置不同仿真参数.在菜单分析栏(Analysis)中选择"Analysis Options"后,在屏幕上出现一个分析选项对话框,如图5-1.图5-1 分析选项对话框在分析选项对话框中包括5个选择标签,每个标签含意如下.1)总体分析选择(Global)ABSTOL——电流的绝对精度.(默认设置:1.012e ,适合一般双极型晶体管和VLSI 电路)64GMIN——最小电导.该值不能设置为零,增大该值可以改善收敛性,但会影响仿真精度.(默认设置:1.012e ,一般情况不需调整)PIVREL——最大矩阵项与主元值的相对比率.该值设定在0~1之间.(默认设置: 0.001,一般情况不需调整)PIVTOL——主元矩阵项绝对最小值.(默认设置:1.013e )RELTOL——相对误差精度.改变该值会影响仿真速度和收敛性.取值在1.06e 至0.01之间.(默认设置:0.001)TEMP——仿真温度.(默认设置:27℃)VNTOL——电压绝对精度.通常小于电路中最大电压信号的6~8个数量级.(默认设置:1.06e )CHGTOL——电荷绝对精度.(默认设置:1.014e ,一般情况不需调整) RAMPTIME——斜升时间.该值是独立源,电容和电感从零至终值的变化条件.(默认设置:0)CONVSTEP——相对收敛步长限制.在求解直流工作点时,建立相对步长限制自动控制收敛.(默认设置:0.25)CONVABSSTEP——绝对收敛步长限制.在求解直流工作点时,建立绝对步长限制自动控制收敛.(默认设置:0.1)CONVLIMIT——收敛限制.用于某些元件模型内部的收敛算法.(默认设置:选用) RSHUNT——模拟节点分流电阻.在节点和地间接入电阻,该值应该较大.(默认设置:不使用)如选择该项,则电阻为1.012e在"没有直流通路至地等情况时,可以降低该数值".Mb——仿真时的临时性文件规模.当存储仿真结果的文件达到它的最大规模时,会出现对话栏,有停止仿真,使用剩余磁盘空间继续仿真和删除已有数据继续仿真三种方法供选择.(默认设置:10 MB)2)直流分析选择(DC)ITLI——工作点分析迭代极限.限制算法的迭代次数.(默认设置:100.若出现"在直流分析时不收敛"等情况,可增加该值从500~1000) GMINSTEPS——GMIN步进算法步长.适当选择该值,有助于直流工作点分析求解. (默认设置:10)SRCSTEPS——SOURCE算法步长.适当选择,有助于直流工作点分析时分解.(默认设置:10)3)瞬态分析选择(Transient)ILT4——瞬态分析每时间点迭代次数的上限.减少此值会缩短瞬态分析的时间,但过分降低该值会引起不稳定.(默认设置:10.若出现"时间步长太小"或"瞬态分析不收敛"可增大此值到15~20)MAXORD——积分方法的最大阶数.(默认设置:2,取值范围在2~6之间) TRTOL——瞬态误差精度因素.(默认设置:7,一般情况不需调整) METHOD——瞬态分析数值积分方法.(默认设置:TRAPEZOIDAL"梯形法"适合振荡电路模式,GEAR"变阶积分"适合有理想开关的电路)ACCT——打印数据.显示仿真过程的有关信息.(默认设置:无)654)器件分析选择(Device)DEFAD——MOSFET漏极扩散区面积.(默认设置:0)DEFAS——MOSFET源极扩散区面积.(默认设置:0)DEFL——MOSFET沟道长度.(默认设置:0.0001)DEFW——MOSFET沟道宽度.(默认设置:0.0001)TNOM——模型参数标称温度.(默认设置:27℃)一般情况不需调整. BYPASS——非线性模型评估器件.(默认设置:ON.若选OFF将增加仿真时间.一般情况不需调整)TRYTOCOMPACT——小型传输线数据.只用于有耗传输线的仿真.(默认设置:无) 5)仪器分析选择(Instruments)Pause after each screen——示波器每屏显示后暂停.(默认设置:不能) Generate time steps automatically——示波器自动设置时间步长.(默认设置:自动)Set to zero——设置为零.瞬态分析的初始条件.(默认设置:无)User-defined——采用用户定义的初始条件.(默认设置:无)Calculate DC operating point——计算直流工作点.(默认设置:选用) Points pre cycle ——控制波特图测试仪每周期显示的点数.减少该数能加快仿真,但精度会降低.(默认设置:100)Pre trigger samples——逻辑分析仪触发前储存的点数.(默认设置:100) Post trigger samples——逻辑分析仪触发后储存的点数.(默认设置:100) Threshold voltage——逻辑分析仪高,低电平的门限电压.(默认设置:3.5 V) 5.1 基本分析方法EWB提供6种基本分析方法,即直流工作点分析(DC Operating Point Analysis),交流频率分析(AC Frequency Analysis),瞬态分析(Transient Analysis),傅里叶分析(FourierAnalysis),失真分析(Distortion Analysis),噪声分析(Noise Analysis). 5.1.1 直流工作点分析(DC Operating Point Analysis)直流工作点分析也称静态工作点分析,电路的直流分析是在交流输入信号视为零,电路中电容视为开路,电感视为短路时,电路中数字器件视为高阻接地的情况下来计算电路的直流工作点.在电路工作时,都必须给半导体器件以正确的偏置,直流分析就是要分析半导体的偏置,分析电路在无外加交流输入信号下的静态电压和电流.了解电路的直流工作点,才能进一步分析电路在交流信号作用下电路能否正常工作.求解电路的直流工作点是电路进行交流与瞬态分析过程的基础.1)创建电路在EWB工作区构造一个单管放大电路,电路中电源电压,各电阻和电容取值如图5-2所示.如果希望修改三极管的型号或调整三极管的β值,则双击三极管,选择ComponentProperties/Models命令,修改三极管的型号.例如,将三极管型号确定为2N3904,在该栏66图5-2 直流工作点分析电路目下选择Edit/Forward Current Gain Coefficient(即β值),修改三极管的β值.2)显示节点标志(ID)选择Circuit/Schematic Options/Show/Hide栏下的Show nodes,电路中各节点标志(ID)就会显示在电路中.3)启动直流工作点分析工具启动直流工作点分析工具,即选择Analysis/DC Operating Point命令,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,并给出DC Bias的分析结果,即所有节点电压和电源支路电流值.4)分析仿真结果直流工作点的分析结果如图5-3所示.它给出电路各个节点的电压值,并给出三极管的基极和集电极的静态电压.根据这些电压的大小,可以确定该电路的静态工作点是否合理.如果不合理,可以改变电路中的一些元件参数,例如,修改电路中某个电阻的电阻值,图5-3 直流工作点分析结果67再次进行直流工作点的分析,如此反复,直至静态工作点合理为止.利用这种方法,也可以观察电路中某个元件参数的改变对电路直流工作点的影响.5.1.2 交流频率分析(AC Frequency Analysis)交流频率分析是在交流小信号工作条件下的一种频域分析.它分析电路随交流小信号频率变化的频率响应特性,是一种线性分析方法.EWB在进行交流频率分析时,首先分析电路的直流工作点,并在直流工作点处对各个非线性元件做线性化处理,得到线性化的交流小信号等效电路;然后电路中的直流电源自动置零,使电路中的交流信号源的频率在一定范围内变化,用等效电路分析电路的交流输出信号的变化规律.在进行交流频率分析时,用户自行设置的输入信号将被忽略.也就是说,无论用户给出电路的信号源设置的是三角波还是矩形波,进行交流频率分析时,都将自动设置为正弦波信号.1)创建电路创建如图5-4所示实验电路,图中给出了电路的参数设置.图5-4 交流频率分析电路2)设置分析参数选择菜单Analysis/AC Frequency命令,屏幕显示出交流频率分析(AC Frequency Analysis)对话框,如图5-5所示.交流频率分析对话框选项内容,含意如下:Start Frequency——扫描起始频率.(默认设置:1 Hz)End Frepuency——扫描终点频率.(默认设置:10 GHz)Sweep Type——扫描形式,十进制/线性/倍频程.(默认设置:十进制)Number of Points/Points Per——显示点数.(默认设置:100)Vertical Scale ——纵向刻度,线性/对数/分贝.(默认设置:对数)68图5-5 交流频率分析对话框Nodes in circuit——电路节点.Node for Analysis——被分析的节点,为编号(ID)的节点,而不是标识(Label)的节点.首先,根据需要设置分析的起始频率,终止频率,扫描形式等内容.然后,设置分析节点(Node for analysis)——节点8,10.3)启动交流频率分析工具单击图5-5所示对话框中的Simulate按钮,则启动交流频率分析工具,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,同时绘出AC Analysis的分析曲线如图5-6所示.图5-6 交流频率分析曲线694)分析仿真结果当采用分析对话框的默认值,图5-4所示电路的交流频率分析曲线如图5-6所示,上面曲线为幅频特性曲线,下面曲线为相频特性曲线.幅频特性和相频特性各有两条曲线:一条是电路的8号节点(电路输入端)的电压随频率变化的曲线;另一条是电路的10号节点(电路输出端)的电压随频率变化的曲线.由交流频率分析曲线可知,该电路大约在100Hz～10 MHz范围内放大电路的输出幅值不随频率变化,且相位基本恒定.在这范围之外,输出电压将会衰减,相位会改变.这样,利用仿真方法就可以知道某一放大电路正常工作的频率范围.5.1.3 瞬态分析(Transient Analysis)瞬态分析也称为暂态分析,是一种时域分析方法,是在给定输入激励情况下,分析电路中选定输出节点的瞬态响应.EWB在进行瞬态分析时,首先要计算或给出电路的初始条件,然后从初始时刻起,到某个终止时刻,计算输出各个节点在每个时间点上的输出电压.初始条件的确定方式可在分析对话框中进行选择.瞬态分析中,相邻分析采样点的时间间隔称时间步长.启动瞬态分析时,用户可以采用只定义起始时间和终止时间,而EWB在兼顾分析精度和计算所需时间的情况下自动给出合理的时间步长;用户也可以自行定义时间步长以满足一些特殊分析要求.1)创建电路创建一个单管放大器,其电路如图5-7所示.图5-7 瞬态分析电路2)设置分析参数选择Analysis/Transient命令,屏幕上显示瞬态分析(Transient Analysis)对话框,如图5-8所示.以下为对话框的设置项目及其含意.Initial conditions——初始条件,包括:Set to Zero——初始条件为零开始分析.(默认设置:不选或无)70图5-8 瞬态分析对话框User-defined——用户定义初始条件进行分析.(默认设置:不选或无) Calculate DC operating point——由直流工作点分析结果作为初始条件进行分析.(默认设置:选用)Analysis——分析,包括:Start time——进行分析的起始时间.必需大于等于0,小于终点时间.(默认设置:0秒)End time——进行分析的终点时间.必需大于起始时间.(默认设置:0.001秒) Generate time steps automatically——自动选择一个较为合理的或最大的时间步长.(默认设置:选用)Minimum number of time points——仿真输出的图上,从起始时间到终点时间的点数.(默认设置:100点)Maximum time step(TMAX)——仿真时能达到的最大时间步长.Set plotting increment——设置绘图的增量.Nodes for Analysis——被分析的节点.选择两个分析节点,如图5-8所示的5号输入节点和2号输出节点,选择合适的终止时间和对话框的其他内容.3)启动瞬态分析工具单击如图5-8所示对话框中的Simulate按钮,则启动瞬态分析工具,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,同时绘出Transient的分析曲线如图5-9所示.71图5-9 分析曲线4)分析仿真结果瞬态分析结果的波形图,也可以通过连接在需要分析节点上的示波器(用仿真开关启动分析)进行观察,得到的结果相同.但采用瞬态分析方法(用"Simulate"按钮启动分析),可以通过设置,更仔细地观察到波形起始部分的变化情况.根据电路的积分时间常数,将起始时间设定为0 s,结束时间设定为0.001 s,其他选项采用系统的默认值,则电路瞬态分析曲线如图5-9所示.分析曲线给出输入节点5和输出节点2的电压随时间变化的波形,左侧纵轴坐标是输入电压的坐标,右侧纵轴坐标则是输出电压的坐标,横轴是时间轴. 选择Analysis Graphs窗口中工具栏的Properties命令,出现Graph Properties的对话框,在该对话框中可以调整图形中相关参数,例如各个坐标轴的单位等等.5.1.4 傅里叶分析(Fourier Analysis)傅里叶分析是分析复杂多谐波周期信号的一种数学方法.可以用来评估时间连续信号的直流,基波和各次谐波分量,把电压波形表示从时域转换到频域,得到时域信号的频谱函数.此分析是在瞬态分析结束后,对时域分析结果进行傅里叶变换.EWB进行傅里叶分析时将自动执行瞬态分析,再进行傅里叶变换,最终产生傅里叶分析结果,分析结果以直观的图形和报告形式出现.分析时必须选定输出节点,同时选择一个基频.1)创建电路用精密半波整流电路构成一个实验电路,如图5-10所示.该电路节点2的输出是一个负半波.2)设置分析参数选择Analysis/Fourier命令,屏幕显示出傅里叶分析(Fourier Analysis)对话框,如图5-11所示.72图5-10 傅里叶分析实验电路图5-11 傅里叶分析对话框对话框的设置选项及内容如下:Output node——输出变量,被分析的电路节点.(默认设置:电路中的第一个节点) Fundamental frequency——傅里叶分析的谐波基频,为交流源的频率或最小的公因数.(默认设置:1 Hz)Number of harmonics——被计算和显示的基频谐波数.(默认设置:9)Vertical scale——纵向刻度,线性/对数/分贝.(默认设置:线性)Display phase——显示相频特性曲线.(默认设置:无)Output as line graph——以连续曲线形式显示幅频特性.(默认设置:无)选择电路的输出节点2号节点电压为分析对象,再根据电路参数,设置合理的基频以及需要观察的谐波次数.本例中选择基频100 Hz,谐波次数为9.3)启动傅里叶分析工具单击如图5-11所示对话框中的Simulate按钮,则启动傅里叶分析工具,屏幕显示出73Analysis Graphs窗口,同时绘出Fourier的分析曲线,如图5-12所示.图5-12 傅里叶分析结果4)分析仿真结果图5-10所示电路的2号节点输出的波形是正弦负半波.这里给出的是该节点电压的傅里叶分析的离散幅频特性曲线,分析曲线显示出输出波形中各次谐波分量的幅值,横坐标采用的是线性坐标.傅里叶分析结果还可以给出相频特性曲线和幅频特性的连续型曲线.5.1.5 失真分析(Distortion Analysis)电路对输入信号增益的非线性会造成电路输出信号的谐波失真,电路对输入信号相移的不一致造成互调失真.如果电路有一个交流频率源,EWB的失真分析将分析电路中每一节点的二次和三次谐波的谐波失真,绘出二次和三次谐波的谐波失真曲线;如果电路有两个交流频率源(设其频率F1>F2),则失真分析将分析三个特定频率的谐波失真,这三个频率分别是:两个频率之和(F1+F2),两个频率之差(F1-F2),及较高频率的二倍与较低频率差(2F1-F2).该分析用来观察在瞬态分析中无法看到的较小失真.1)创建电路创建一个场效应分压式偏置单管放大电路,电路参数及电路结构如图5-13所示.在电路的输入端加入一个交流电压源作为输入信号,其幅度为10 V,频率为1 Hz. 2)设置分析参数选择Analysis/Distortion命令,屏幕显示出失真分析参数(Distortion Analysis)对话框,如图5-14所示.以下为失真分析参数设置内容与含意.Start frequency——扫描起始点频率.(默认设置:1 Hz)End frequency——扫描终点频率.(默认设置:10 GHz)Sweep type——扫描形式,十进制/线性/倍频程.(默认设置:十进制)Number of points/points per——在线性形式时,是频率起始至终点的点数.(默认设置:100)74图5-13 失真分析电路图5-14 失真分析参数设置对话框Vertical scale——纵坐标标度.对数/线性/分贝.(默认设置:对数)F1/F2 ratio——若信号有两个频率F1和F2,若选定该项时,在F1进行扫描时,F2被设定成该比值乘以起始频率,必需大于0,小于1.(默认设置:无)Nodes for Analysis——被分析的节点.该电路的输出节点是5号节点,选择分析节点为5号节点,其他选项用默认值.当然,也可根据需要选择其他值.3)启动失真分析工具单击如图5-14所示对话框中的Simulate按钮,则启动失真分析工具.此时,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,同时绘出Distortion的分析曲线,如图5-15所示.75图5-15 失真分析曲线4)分析仿真结果图5-15所示为是电路图5-13的失真分析结果.由于该电路只有一个输入信号,因此,失真分析结果给出的是第二次谐波和第三次谐波失真图.5.1.6 噪声分析(Noise Analysis)在通信电路与系统中,常常需要进行噪声分析.噪声分析是定量分析电路中的电阻和半导体器件对指定输出节点噪声贡献.假设噪声源互不相关,而且这些噪声值都独立计算,输出节点总噪声等于各个噪声源对于该节点的噪声均方根之和.EWB提供的噪声分析可以检测电路输出端噪声源的大小,该分析将利用交流小信号等效电路,计算由电阻和半导体器件所产生的噪声总和.1)创建电路创建单管放大电路如图5-16所示,对这一单管放大电路进行噪声分析.图5-16 噪声分析电路762)设置分析参数选择Analysis/Noise命令,屏幕显示出Noise Analysis(噪声分析)对话框,如图5-17所示.图5-17 噪声分析对话框以下为噪声分析对话框的设置项目及内容.Input noise reference source——选择交流电压源作为输入.(默认设置:电路中的第一编号源)Output node——噪声分析的节点.(默认设置:电路第一编号节点)Reference node ——参考电压点.(默认设置:接地点)Start frequency ——扫描起始频率.(默认设置:1 Hz)End frequency ——扫描终点频率.(默认设置:10 GHz)Sweep type——扫描形式,十进制/线性/倍频程.(默认设置:十进制)Number of points——表示起始频率至终点频率的点数.(默认设置:100) Vertical scale——纵向标度,对数/线性/分贝.(默认设置:对数)Set point per summary——当选择该项时,显示被选元件噪声贡献的记录曲线.用求和的点数除以频率间隔数,会降低输出显示图的分辨率.(默认设置:无)Points per summary component——当选择该项时,选择噪声源进行求和.(默认设置:电路中的第一编号元件)本例,选择输入噪声参考源为电路中的交流电压源V1,第10节点作为噪声输出节点.为了分析电路中的电阻R1的噪声轨迹,选中Set points per summary,在该栏目下选择R1,其他设置采用对话框的默认值.3)启动噪声分析工具单击如图5-17所示对话框中的Simulate按钮,则启动噪声分析工具,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,同时绘出Noise的分析曲线,如图5-18所示.77图5-18 噪声分析曲线4)分析仿真结果如图5-18所示,噪声分析曲线给出输入和输出噪声频谱.其横坐标是频率;左侧的纵坐标是输出噪声功率坐标;右侧的纵坐标是输入噪声功率坐标.例中,在噪声分析对话框中选择了电阻R1作为噪声源元件,噪声频谱图中除了输入和输出噪声频谱曲线外,还有第三条曲线,这是由电阻R1产生的噪声频谱曲线.5.2 扫描分析(Sweep Analysis)EWB提供了4种扫描分析,即参数扫描分析,温度扫描分析,交流灵敏度分析,直流灵敏度分析.参数扫描分析是在用户指定每个参数变化的情况下,对电路的特性进行分析;温度扫描分析是在用户指定的每个温度下对电路特性进行分析;交流灵敏度分析,直流灵敏度分析则是分析电路特性对电路参数变化的敏感程度.5.2.1 参数扫描分析(Parameter Sweep Analysis)在参数扫描分析中,可以通过某元件参数在一定范围内变化来观察电路性能改变情况.即令某一元件每次取不同值,进行多次仿真.1)创建电路这里对图5-19所示的"频分复用有源滤波电路"进行参数扫描分析,该电路由3个运算放大器和一些电阻,电容组成.它的功能可以把混在一起的高,低频信号通过VOH,VOL两个输出端分别输出.进行参数分析时,可以讨论其中任何一个元件参数的变化对电路性能的影响.这里我们只讨论R9对高通输出的影响.2)分析参数设置选择Analysis /Parameter Sweep命令,屏幕显示出参数扫描设置(Parameter Sweep)对话框,如图5-20所示.78图5-19 参数扫描分析电路图5-20 参数设置对话框参数扫描分析对话框含有以下设置项目及其内容.Component——元件,即选择要扫描的元件.(默认设置:电路中的元件) Parameter——参数,即选择要扫描的元件参数.(默认设置:元件的第一参数) Start value——扫描起始值.选择扫描参数的起始值,单位依参数而定.(默认设置:所选元件的参数值)End value——扫描终止值.选择扫描参数的终止值,单位依参数而定.(默认设置: 所选元件的参数值)Sweep type——扫描类型.扫描类型可选Decade,Linear或Octav,即:十倍/线性/倍频(默认设置:十倍)Increment step size——增量步长.适合线性扫描,单位依参数而定.(默认设置:1)Output node——输出节点:选择要观察结果的节点.(默认设置:电路中的节点) 79Sweep for——扫描形式可为:直流工作点/瞬态分析/交流频率分析.(默认设置:瞬态分析)DC Operating Point——直流工作点.选中该项,进行直流工作点的参数扫描分析. Transient Analysis——瞬态分析.选中该项,进行瞬态参数扫描分析.可以按下"SetTransient Option"键,修改瞬态分析时的参数设置.AC Frequency Analysis——交流频率分析.选中该项,进行交流频率参数扫描分析,可以按下"Set AC Option"键,修改交流频率分析时的参数设置.本例确定R9为扫描元件,选择扫描参数的起始值为0.69 k ,扫描参数的终止值为69k ,扫描类型选10倍(Decade).扫描形式为:交流频率分析.输出节点VOH(23). 3)启动参数扫描分析工具单击如图5-20所示对话框中的Simulate按钮,则启动参数扫描分析工具,屏幕显示出Analysis Graphs窗口,同时绘出参数扫描分析曲线,如图5-21所示.图5-21 参数扫描分析曲线4)分析仿真结果选择电阻R9作为扫描元件,该元件的电阻值变化的起始值为0.69 k ,终止值为69 k ,选择10倍扫描.这样,EWB就会在R9分别为0.69,6.9,69 k 时进行仿真.从而得出三条频率分析曲线,如图5-21所示,上面一组为幅频特性曲线,下面一组为相频特性曲线.从曲线中可以看出R9变化对电路高通输出性能的影响,其中当R9为6.9 k 时,特性最为理想.5.2.2 温度扫描分析(Temperature Sweep Analysis)采用温度扫描分析,可以了解到不同温度下电路的特性.我们知道,电阻阻值以及晶体管的许多模型参数值都与温度有着密切关系,而温度的变化又将通过这些元件参数的变化而最终导致电路性能的变化.如果未设定温度扫描,EWB将在固定温度27℃下对电路80进行仿真分析.EWB提供的温度扫描分析工具,实际上在每次取不同温度值后,对电路进行多次仿真.1)创建电路电路如图5-22所示,该电路是单管放大器.这里讨论当温度改变时,引起的元件参数变化对电路性能的影响.图5-22 温度扫描分析电路2)设置分析参数选择Analysis/Temperature Sweep命令,屏幕显示出温度扫描分析参数设置(Temperature Sweep)对话框,如图5-23所示.图5-23 温度扫描分析参数设置对话框81温度扫描分析对话框包含以下设置项目及内容如.Analysis——分析:Start temperature——扫描起始温度.(默认设置:27℃)End temperature——扫描终值温度.(默认设置:27℃)Sweep type——扫描类型.扫描类型可选Decade,Linear或Octave即:十倍/线性/倍频(默认设置:十倍)Increment step size——增量步长.仅适用于线性扫描形式.(默认设置:1℃) Output node——输出节点,所选要观察结果的电路节点.(默认设置:电路中节点) Sweep for——扫描形式,直流工作点/瞬态分析/交流频率分析.(默认设置:直流工作点)DC Operating Point——直流工作点.选中该项,进行直流工作点的温度扫描分析. Transient Analysis——瞬态分析.选中该项,进行瞬态温度扫描分析,可以按下"SetTransient Option"键,修改瞬态分析时的参数设置.AC Frequency Analysis——交流频率分析.选中该项,进行交流温度扫描分析,可以按下"Set AC Option"键,修改交流频率分析时的参数设置.本例,确定温度扫描的变化范围为1~50℃,线性扫描形式,增量步长50℃,分析节点4的瞬态响应.。
