EWB電路電子分析的設計仿真軟件

EWB電路電子分析設計仿真軟件軟件簡介隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，電子產(chǎn)品已與計算機緊密相連，電子產(chǎn)品的智能化日益完善，電路的集成度越來越高，而產(chǎn)品的更新周期卻越來越短。電子設計自動化〔EDA〕技術(shù)，使得電子線路的設計人員能在計算機上完成電路的功能設計、邏輯設計、性能分析、時序測試直至印刷電路板的自動設計。EDA是在計算機輔助設計〔CAD〕技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的計算機設計軟件系統(tǒng)。與早期的CAD軟件相比，EDA軟件的自動化程度更高、功能更完善、運行速度更快，而且操作界面友善，有良好的數(shù)據(jù)開放性和互換性。

電子工作平臺〔EWB〕是加拿大InteractiveImageTechnologies公司于八十年代末、九十年代初推出的電路分析和設計軟件，它具有這樣一些特點：

（1〕采用圖形方式創(chuàng)建電路：繪制電路圖需要的元器件、電路仿真需要的測試儀器均可直接從屏幕上選??；

（2〕提供了較為詳細的電路分析功能。

因此非常適合電子類課程的教學和實驗。.第一章ElectronicsWorkbench軟件界面1．EWB的主窗口.2．元件庫欄(1)信號源庫.(2)基本器件庫(3)二極管庫(4)模擬集成電路庫.(4)指示器件庫(5)儀器庫.第二章ElectronicsWorkbench基本操作方法介紹１．創(chuàng)建電路

（１〕元器件操作

元件選用：打開元件庫欄，移動鼠標到需要的元件圖形上，按下左鍵，將元件符號拖拽到工作區(qū)。

元件的移動：用鼠標拖拽。

元件的旋轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、復制和刪除：用鼠標單擊元件符號選定，用相應的菜單、工具欄，或單擊右鍵激活彈出菜單，選定需要的動作。

元器件參數(shù)設置：選定該元件，從右鍵彈出菜單中選ComponentProperties可以設定元器件的標簽〔Label）、編號〔ReferenceID）、數(shù)值〔Value〕和模型參數(shù)〔Model）、故障〔Fault〕等特性。

說明：①元器件各種特性參數(shù)的設置可通過雙擊元器件彈出的對話框進行；②編號〔ReferenceID〕通常由系統(tǒng)自動分配，必要時可以修改，但必須保證編號的唯一性；③故障〔Fault〕選項可供人為設置元器件的隱含故障，包括開路〔Open）、短路〔Short）、漏電〔Leakage）、無故障〔None〕等設置。.（２〕導線的操作

主要包括：導線的連接、彎曲導線的調(diào)整、導線顏色的改變及連接點的使用。

連接：鼠標指向一元件的端點，出現(xiàn)小園點后，按下左鍵并拖拽導線到另一個元件的端點，出現(xiàn)小園點后松開鼠標左鍵。

刪除和改動：選定該導線，單擊鼠標右鍵，在彈出菜單中選delete?；蛘哂檬髽藢Ь€的端點拖拽離開它與元件的連接點。

說明：①連接點是一個小圓點，存放在無源元件庫中，一個連接點最多可以連接來自四個方向的導線，而且連接點可以賦予標識；②向電路插入元器件，可直接將元器件拖曳放置在導線上，然后釋放即可插入電路中。

（3〕電路圖選項的設置

Circuit/SchematicOption對話框可設置標識、編號、數(shù)值、模型參數(shù)、節(jié)點號等的顯示方式及有關(guān)柵格〔Grid）、顯示字體〔Fonts〕的設置，該設置對整個電路圖的顯示方式有效。其中節(jié)點號是在連接電路時，EWB自動為每個連接點分配的。.２．使用儀器

（１）電壓表和電流表

從指示器件庫中，選定電壓表或電流表，用鼠標拖拽到電路工作區(qū)中，通過旋轉(zhuǎn)操作可以改變其引出線的方向。雙擊電壓表或電流表可以在彈出對話框中設置工作參數(shù)。電壓表和電流表可以多次選用。

（２）數(shù)字多用表

數(shù)字多用表的量程可以自動調(diào)整。下圖是其圖標和面板。其電壓、電流檔的內(nèi)阻，電阻檔的電流和分貝檔的標準電壓值都可以任意設置。從打開的面板上選Setting按鈕可以設置其參數(shù)。.（３〕示波器

示波器為雙蹤模擬式，其圖標和面板如右圖所示。

其中：

Expand----面板擴展按鈕；

Timebase----時基控制；

Trigger----觸發(fā)控制；包括：Edge----上〔下〕跳沿觸發(fā)；Level----觸發(fā)電平；觸發(fā)信號選擇按鈕：Auto〔自動觸發(fā)按鈕）；A、B〔A、B通道觸發(fā)按鈕）；Ext〔外觸發(fā)按鈕）；X〔Y〕position----X〔Y〕軸偏置；Y/T、B/A、A/B----顯示方式選擇按鈕〔幅度/時間、B通道/A通道、A通道/B通道）；AC、0、DC----Y軸輸入方式按鈕〔AC交流、0、DC直流）。.（４〕信號發(fā)生器

信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦、三角波和方波信號，其圖標和面板如下圖所示?？烧{(diào)節(jié)方波和三角波的占空比。（５〕波特圖儀

波特圖儀類似于實驗室的掃頻儀，可以用來測量和顯示電路的幅度頻率特性和相位頻率特性。波特圖儀的圖標和面板如后面的圖所示。

波特圖儀有IN和OUT兩對端口，分別接電路的輸入端和輸出端。每對端口從左到右分別為+V端和-V端，其中IN端口的+V端和-V端分別接電路輸入端的正端和負端，OUT端口的+V端和-V端分別接電路輸出端的正端和負端。此外在使用波特圖儀時，必須在電路的輸入端接入AC〔交流〕信號源，但對其信號頻率的設定并無特殊要求，頻率測量的范圍由波特圖儀的參數(shù)設置決定。.其中：

Magnitude〔Phase）----幅頻〔相頻〕特性選擇按鈕；

Vertical〔Horizontal〕Log/Lin----垂直〔水平〕坐標類型選擇按鈕〔對數(shù)/線性）；

F〔I）----坐標終點〔起點）。.元件名稱參數(shù)缺省設置值設置范圍電池(直流電壓源)電壓V12VuV—kV直流電流源電流I1AuA—kA交流電壓源電壓

頻率

相位120V

60Hz

0uV—kV

Hz—MHz

Deg交流電流源電流I

頻率

相位1A

1HZ

0uA—kA

Hz—MHz

Deg電壓控制電壓源電壓增益E1V/VmV/V—kV/V電壓控制電流源互導G1SmS—MS電流控制電壓源互阻H1WmW—MW電流控制電流源電流增益F1A/AmA/A—kA/A３．元件庫中的常用元件

EWB帶有豐富的元器件模型庫，在電路分析軟件實驗中要用到的元件及其參數(shù)的意義如下。（１）信號源.元件名稱參數(shù)缺省設置值設置范圍電阻電阻值R1kWW—MW電容電容值CuFpF—F電感電感值L1mHuH—H線性變壓器匝數(shù)比(初級/次級)N漏感LE

激磁電感LM

初級繞阻電阻RP

次級繞阻電阻RS2

0.001H

5H

0

0

開關(guān)鍵SpaceA—Z,0—9,Enter,Space延遲開關(guān)導通時間Ton

斷開時間Toff0.5S

0SpS—S

pS—S（２〕基本元件.４、元器件庫和元器件的創(chuàng)建與刪除

對于一些沒有包括在元器件庫內(nèi)的元器件，可以采用自己設定的方法，自建元器件庫和相應元器件。

EWB自建元器件有兩種方法：一種是將多個基本元器件組合在一起，作為一個"模塊"使用，可采用下文提到的子電路生成的方法來實現(xiàn)；另一種方法是以庫中的基本元器件為模板，對它內(nèi)部參數(shù)作適當改動來得到，因而有其局限性。

若想刪除所創(chuàng)建的庫名，可到EWB的元器件庫子目錄名"Model"下，找出所需刪除的庫名，然后將它刪除。５、子電路的生成與使用

為了使電路連接簡潔，可以將一部分常用電路定義為子電路。方法如下：首先選中要定義為子電路的所有器件，然后單擊工具欄上的生成子電路的按鈕或選擇Circuit/CreateSubcircuit命令，在所彈出的對話框中填入子電路名稱并根據(jù)需要單擊其中的某個命令按鈕，子電路的定義即告完成。所定義的子電路將存入自定義器件庫中。

一般情況下，生成的子電路僅在本電路中有效。要應用到其它電路中，可使用剪貼板進行拷貝與粘貼操作，也可將其粘貼到〔或直接編輯在〕Default.ewb文件的自定義器件庫中。以后每次啟動EWB，自定義器件庫中均自動包含該子電路供隨時調(diào)用。.６、幫助功能的使用

EWB提供了豐富的幫助功能，選擇Help/HelpIndex命令可調(diào)用和查閱有關(guān)的幫助內(nèi)容。對于某一元器件或儀器，“選中〞該對象，然后按F1鍵或單擊工具欄的幫助按鈕，即可彈出與該對象相關(guān)的內(nèi)容。建議充分利用幫助內(nèi)容。

７、EWB的基本分析方法

（1〕直流工作點的分析

直流工作點的分析是對電路進行進一步分析的基礎。在分析直流工作點之前，要選定Circuit/SchematicOption中Shownodes〔顯示節(jié)點〕項，以把電路的節(jié)點號顯示在電路圖上。

（2〕交流頻率分析

交流頻率分析即分析電路的頻率特性。需先選定被分析的電路節(jié)點，在分析時，電路的直流源將自動置零，交流信號源、電容、電感等均處于交流模式，輸入信號也設定為正弦波形式。

（3〕瞬態(tài)分析

瞬態(tài)分析即觀察所選定的節(jié)點在整個顯示周期中每一時刻的電壓波形。在進行瞬態(tài)分析時，直流電源保持常數(shù)，交流信號源隨著時間而改變，電容和電感都是能量儲存模式元件。在對選定的節(jié)點作瞬態(tài)分析時，一般可先對該節(jié)點作直流工作點的分析，這樣直流工作點的結(jié)果就可作為瞬態(tài)分析的初始條件。（4〕傅里葉分析

傅里葉分析用于分析一個時域信號的直流分量、基頻分量和諧波分量。一般將電路中交流激勵源的頻率設定為基頻，若在電路中有幾個交流源時，可以將基頻設定在這些頻率的最小公因數(shù)上。.第三章ElectronicsWorkbench虛擬工作臺方式電路仿真1．用虛擬工作臺仿真電路的步驟

由于EWB增加了虛擬測量儀器、實時交互控制元件和多種受控信號源模型，除了可以給出以數(shù)值和曲線表示的SPICE分析結(jié)果外，EWB還提供了獨特的虛擬電子工作臺仿真方式，可以用虛擬儀器實時監(jiān)測顯示電路的變量值，頻響曲線和波形。仿真的步驟為：

（１）輸入原理圖，在工作區(qū)放置元件的原理圖符號，連接導線，設置元件參數(shù)；

（２）放置和連接測量儀器，設置測量儀器參數(shù)；

（３）啟動仿真開關(guān)，在儀器上觀察仿真結(jié)果。2．仿真實例介紹仿真實例1:RC低通濾波器電路的仿真

在電路工作區(qū)輸入如后面的圖示電路。其中包含兩個正弦交流電壓源，一個為1V2kHz,一個為5v60Hz，另有一個周期脈沖電壓源〔時鐘源），幅度5V,頻率50Hz,占空比50%，兩組電源用開關(guān)來切換。電路的輸入為節(jié)點8，輸出為節(jié)點3。如圖連接波特圖儀、示波器和電壓表。.(1)．測試電路的頻率特性曲線

雙擊波特圖儀圖標打開其面板，然后單擊仿真啟動開關(guān)，在波特圖儀的顯示屏幕上可以觀看電路的幅度頻率特性和相位頻率特性曲線。曲線如下兩圖所示。.幅度頻率特性相位頻率特性.(2)．觀測電路的濾波效果

按空格鍵將開關(guān)連接到兩個正弦交流信號源上。雙擊連接示波器輸入的導線，將兩個通道的輸入導線設置成不同的眼色以便于波形的觀察。打開示波器面板，啟動電路仿真開關(guān)，這時在示波器上可以看到兩個波形〔下列圖）。輸入波形為60H正弦波與2kHz小幅度正弦波的疊加波形。輸出波形中，2kHz正弦波成分已經(jīng)基本上被濾除。.3)．觀察電路對周期脈沖序列的瞬態(tài)響應

按空格鍵將開關(guān)連接到周期脈沖信號源上。啟動電路仿真開關(guān)，這時在示波器上可以看到兩個波形〔下列圖）。輸入波形為周期方波，輸出波形為按指數(shù)規(guī)律上升、下降的脈沖序列。改變輸入脈沖波的頻率，可以看到輸出波形的形狀發(fā)生變化。.仿真實例2:共發(fā)射極單級放大電路的仿真（1〕電路的創(chuàng)建

電路圖如右圖示。采取前文提到的方法連接電路、設置元器件參數(shù)并連接儀器，同時設置連接到示波器輸入端的導線為不同顏色，這樣可區(qū)分兩路不同的波形。（2）電路文件的保存

電路創(chuàng)建好以后可將其保存，以備調(diào)用。.（3〕電路的仿真實驗

①雙擊有關(guān)儀器的圖標打開其面板，準備觀察被測試點的波形。

②按下電路啟動/停止開關(guān)，仿真實驗開始。如果要使實驗過程暫停，可單擊右上角的Pause〔暫停〕按鈕，再次單擊Pause按鈕，實驗恢復運行。

③調(diào)整示波器的時基和通道控制，使波形顯示正常。一般情況下，示波器連續(xù)顯示并自動刷新所測量的波形。如果希望仔細觀察和讀取波形數(shù)據(jù)，可以設置Analysis/AnalysisOptions/Instruments對話框中Pauseaftereachscreen〔示波器屏幕滿暫?！尺x項。.④從波特圖儀的面板上觀測電路的幅頻特性和相頻特性。如果對波特圖儀面板參數(shù)進行修改，修改后建議重新啟動電路，以保證曲線的精確顯示。（4〕電路的描述

選擇Window/Description命令可打開電路描述窗口，可以在改窗口中輸入有關(guān)實驗電路的描述內(nèi)容。（5〕實驗結(jié)果的輸出

實驗結(jié)果的輸出主要指：

①最終測試電路的保存。

②輸出電路圖或儀器面板〔包括顯示波形〕到其它文字或圖形編輯軟件，這主要用于實驗報告的編寫。該操作可通過選擇Edit/CopyasBitmap命令來完成，具體操作方法請參閱EWB的幫助文件。

③打印輸出。.第四章ElectronicsWorkbench的SPICE方式分析電路1．直流工作點分析

在工作區(qū)構(gòu)造電路，在菜單Circuit/SchematicOptions...啟動的對話框中選定顯示節(jié)點(ShowNodes)，把電路的節(jié)點標號顯示在原理圖上；選擇菜單命令Analysis/DCOperatingPoint，EWB對電路做直流工作點分析，分析結(jié)果顯示在AnalysisGraphs窗口的DCBias欄中。例如，右圖為在電路工作區(qū)建立的電路原理圖，其直流工作點分析結(jié)果如下圖所示。注意在直流分析時，交流電源被視為零值，電容開路，電感短路。.2．交流頻響分析

(1)創(chuàng)建原理圖，選擇菜單命令Analysis/ACFrequncy...

(2)在彈出的對話框中，設定要分析的電路節(jié)點，分析起始頻率，終點頻率，掃描形式，顯示點數(shù)和縱軸尺度；

(3)點擊Simulate按鈕，在分析完成后，在AnalysisGraphs窗口的ACAnlysis欄中可以看到幅頻和相頻特性曲線。上面電路的交流頻率分析結(jié)果如下圖所示。.3．瞬態(tài)分析

（１〕輸入原理圖，選擇菜單命令Analysis/Transient...

（２〕在彈出的對話框中設置瞬態(tài)分析參數(shù)，參數(shù)的意義如下。

初始條件選擇：

SettoZero：設置為零

User-defined：采用用戶定義的節(jié)點電壓的初始值

CalculateDCOperatingPoint：先計算直流工作點，取其作為初始條件。.分析時間與步長：

TSTART：起點時間

TSTOP：終點時間

步長通?？梢赃x擇自動步長(Generatetimestepsautomatically)

（３〕點擊Simulate按鈕開始分析，分析結(jié)果顯示在AnalysisGraphs窗口的Transient欄中。

例如，對前面電路做瞬態(tài)分析，將圖中交流電源的幅度設置為零，并將電容初始電壓設為5V，方法是：雙擊節(jié)點標號3或電容上端的導線，在彈出的對話框中，選Node欄，選定Useinitialconditions選擇項，在右側(cè)的數(shù)字框中鍵入5V。在瞬態(tài)分析參數(shù)設置對話框中選擇初始條件為User-defined，選擇節(jié)點3作為分析節(jié)點，然后點擊Simulate進行分析，得到節(jié)點3電壓的動態(tài)曲線如下圖所示。.4.參數(shù)掃描分析

采用參數(shù)掃描方法分析電路，可以觀察某元件參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時對電路特性的影響。分析步驟是：

（１〕確定輸出節(jié)點和要掃描的元件和參數(shù)；

（２〕選擇菜單命令Analysis/ParameterSweep...在彈出的參數(shù)設置對話框中，設置要分析的元件Component，元件參數(shù)Parameter，參數(shù)起始和終點值〔StartValue和EndValue），掃描方式Sweeptype為線性Linear、倍程Octave或10倍程Decade之一。線性方式時要設定變化增量Incrementstepsize?？梢栽O定輸出節(jié)點Outputnode。

對每個參數(shù)取值要分析的類型，可以是直流工作點、瞬態(tài)或交流頻響分析，點擊SetTransientOptions或SetACOptions可以對瞬態(tài)或交流頻響分析參數(shù)進行設置。

（３〕點擊Simulate開始分析，結(jié)果顯示在AnalysisGraphs窗口的Parameter欄中。.例如，讓前面電路中的R1(10W)電阻按10倍程從10W到1000W變化，做電路瞬態(tài)響應的參數(shù)掃描分析，瞬態(tài)分析的設置與前面的設置相同，得到的分析結(jié)果如下圖所示。.5．小信號傳遞函數(shù)分析

傳遞函數(shù)分析是計算電路在直流工作點附近的線性化模型中，從某獨立源到某一個輸出變量的傳遞函數(shù)，同時計算輸入和輸出阻抗。

（１〕確定輸出節(jié)點和獨立源；

（２〕選擇菜單命令Analysis/TransferFunction...,在彈出的對話框中設置參數(shù)，包括：輸出變量為電壓或電流。輸出電壓是輸出節(jié)點到參考節(jié)點的電壓；輸出電流只能是某個電壓源支路的電流。選定輸入電源。

（３〕點擊Simulate按鈕開始分析，結(jié)果顯示在Analysis窗口的Transfer欄中。

對前面電路計算從輸入電壓源V2到節(jié)點3的節(jié)點電壓的小信號傳遞函數(shù)，結(jié)果如下圖所示。.第五章應用EWB分析電路的方法1、直流電路的仿真圖5-1所示為一直流電路原理圖，若要求其中各支路的電流和電壓，則可根據(jù)電路原理圖，按照仿真步驟，從元件庫欄選取所需的元件并將它拖拽到工作區(qū)，通過元件模型參數(shù)設定對話框，設定元器件的數(shù)值、標簽和編號，再用導線把它們聯(lián)成所需的電路。在需要測量電流的支路中串入電流表，在需要測量電壓處并聯(lián)上電壓表，然后按下仿真開關(guān)，即可在電流表和電壓表上讀取支路電流和支路電壓數(shù)值，如圖5-2所示。圖5-1直流電路原理圖.圖5-2仿真直流電路接線圖.在工作區(qū)建立原理電路圖后，也可以選擇命令菜單中Circuit〔電路菜單〕的SchematicOptions〔原理圖選項〕操作命令，在啟動的對話框中，選定ShowNodes〔顯示節(jié)點），把電路的節(jié)點標號顯示在原理圖上，如圖5-3所示；然后選擇命令菜單中Analysis(分析菜單)的DCOperatingPoint(直流工作點)操作命令，EWB對電路作直流工作點分析，分析的結(jié)果顯示在AnalysisGraphs(分析圖)窗口的DCBias(直流偏壓)欄中，其中顯示的有各結(jié)點的電壓和電壓源支路的電流，如圖5-4所示。.圖5-3標記結(jié)點的電路圖5-4直流分析結(jié)果.對于含有受控源的電路，在建立原理電路時，將受控源元件接入相應的受控位置，而把該受控源元件的控制元件接到相應的控制支路，即把電流控制元件（）串入控制支路，把電壓控制元件（）并在控制電壓上，圖5-5所示為含有電流控制電壓源的電路，可與上一電路一樣，在電路中接入電流表和電壓表來測量各支路的電流和電壓；或選擇命令菜單中Circuit〔電路菜單〕的SchematicOptions〔原理圖選項〕操作命令，從中選定ShowNodes〔顯示節(jié)點），然后選擇命令菜單中Analysis(分析菜單)的DCOperatingPoint(直流工作點)操作命令，直流工作點分析的結(jié)果顯示在AnalysisGraphs(分析圖)窗口的DCBias(直流偏壓)欄中，如圖5-6所示。.圖5-5含受控源的電路圖5-6含受控源的電路的分析結(jié)果.2、正弦交流穩(wěn)態(tài)電路的仿真對于交流電路，求取結(jié)點電壓和支路電流的有效值時，和直流電路一樣，可以將電流表串入支路中，將電壓表與需測電壓的部分并聯(lián)，只是電流表和電壓表要設置為交流，啟動仿真開關(guān)后，即可從表計上讀取電流和電壓數(shù)值，但均為有效值。圖5-7所示為交流移相電路，通過接入交流電流表和電壓表可測得電路的電流和電阻上的電壓，并且還可從示波器顯示的波形觀察到，電阻上電壓的相位〔即電流的相位〕超前電源電壓〔60°），見圖5-8。圖5-7一個簡單的交流的電路例子.圖5-8交流電路中電流與電壓的波形對于交流電路還可以進行頻率特性分析，在工作區(qū)建立原理電路圖后，選擇命令菜單中Analysis(分析菜單)的ACFreqency(交流頻率分析)操作命令，在彈出的對話框〔圖5-9）中，需要設定的參數(shù)有：NodesforAnalysis〔需要分析的電路結(jié)點）；StartFreqency〔分析的起始頻率）；EndFreqency〔分析的終點頻率）；Sweeptype〔掃描形式）；Numberofpoint〔顯示點數(shù)）；Verticalscale〔縱軸尺度）。.圖5-9ACFreqency(交流頻率分析)對話框.圖5-10交流梯形電路例如：圖5-10所示為一交流梯形電路，已知電阻R=10