基于EWB文氏電橋振蕩電路的仿真

隨著計算機技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展， 各種EDA 軟件不斷涌現(xiàn)出來， 逐漸進入到電子設計的各個領域。目前和電子電路相關的EDA 軟件種類繁多， 一些EDA仿真軟件在理論教學、實驗及電路設計方面發(fā)揮了很好的作用， 成為不可缺少的使用工具和開發(fā)手段。EWB仿真軟件是常用的EDA 軟件之一， 它常用于教學中。

在教學中， 利用EWB 仿真軟件， 可以建立起了一種類似于真實實驗室工作臺的虛擬平臺， 逼真地模擬各種元器件和儀器儀表， 從而不需要任何真實的元器件和儀表， 就可以完成多種電路實驗， 不僅可以作為現(xiàn)行的實驗一種補充， 還可以作為復雜的電子系統(tǒng)的設計、仿真與驗證的手段。

1  EWB 的特點

電子工作平臺（ Elect ronics WorkBench, EWB） 是Interact ive Imag e Technolog ies 公司在20 世紀90 年代初推出的EDA 軟件， 是一種在電子技術(shù)界廣為應用的虛擬電子工作臺電路仿真軟件， 被譽為"計算機里的電子實驗室"。相對其他EDA 軟件而言， 它是個小巧易用的軟件， 其特點有：

（ 1） 操作界面友好、直觀， 從原理圖的輸入到電路的仿真測試都可以輕而易舉地完成。

（ 2） 提供了相當廣泛的元器件庫， 從無源器件到有源器件， 從模擬器件到數(shù)字器件， 從分立元件到集成電路應有盡有。

（ 3） 虛擬電子儀表設備齊全， 包含萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器等， 儀器的控制面板外形和操作方式與實物相似， 便于操作， 可以實時顯示測量結(jié)果。

（ 4） 提供多種分析功能， 包括直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、溫度掃描、參數(shù)掃描、傳遞函數(shù)分析等， 利用這些分析功能， 用戶不僅可以了解電路的工作狀態(tài)， 還可以測量電路的穩(wěn)定性和靈敏度。

2  仿真步驟

EWB 利用計算機強大的計算功能來完成對電路的仿真和分析， 使用者在電子工作臺上創(chuàng)建了一個電路圖后， 啟動電子工作臺的電源開關或選擇了分析方法， 就可以從示波器等虛擬儀器（ 或分析顯示圖） 看到仿真結(jié)果。

使用EWB 對電路進行設計和實驗仿真的基本步驟是：

　?。?1） 用虛擬器件在工作區(qū)建立電路；

　　（ 2） 選定元件的模式、參數(shù)值和標號；

　?。?3） 連接信號源等虛擬儀器， 設置測量儀器參數(shù)；

　?。?4） 選擇分析功能和參數(shù)；

　?。?5） 激活電路進行仿真；

　?。?6） 保存電路圖和仿真結(jié)果。

3  文氏電橋振蕩器的仿真實例

下面以文氏電橋振蕩器來說明電子電路的仿真：

（ 1） 建立文氏電橋振蕩器的仿真電路。打開工作界面， 在工作區(qū)抓取元器件及設置參數(shù)， 連接示波器并設置參數(shù)， 連接電路。電路圖如圖1 所示。

                     圖1  文氏電橋振蕩器電路圖

從圖1 中可以看出， 電路滿足起振的相位條件； 其中， R1 = 12. 3 k , R f= 25 k , 使得Au= （ 1+ Rf / R1 ） >3, 滿足起振的振幅條件， 能夠起振。

（ 2） 觀察文氏電橋振蕩器的起振過程， 觀察電路產(chǎn)生的正弦波， 讀出周期， 計算振蕩頻率。

打開仿真開關， 雙擊示波器， 觀察結(jié)果如圖2 所示。

                  圖2  文氏電橋振蕩器的輸出波形

從圖2 中可以看出， 該正弦波幾乎沒有失真， 周期為1 ms, 由此可計算出頻率為1 Hz。

（ 3） 將Rf 的阻值由25 k 變?yōu)?5 k , 觀察文氏電橋振蕩器的輸出波形。打開Rf 的屬性窗口， 使其值為35 k , 啟動仿真開關， 觀察結(jié)果如圖3 所示。

                 圖3  文氏電橋振蕩器的輸出波形失真

從圖3 中看出， 輸出波形明顯失真， 這是因為放大倍數(shù)增大引起的， 并且觀察結(jié)果起振時間明顯縮短。

（ 4） 將Rf 的阻值繼續(xù)增大變?yōu)?5 k , 觀察文氏電橋振蕩器的輸出波形。打開Rf 的屬性窗口， 使其值為65 k , 啟動仿真開關， 觀察結(jié)果如圖4 所示。

從圖4 中看出， 輸出波形失真更為嚴重， 幾乎變?yōu)榉讲ā?/p>

由此可以很容易理解， 在文氏電橋振蕩器的穩(wěn)幅環(huán)節(jié)中， Rf 經(jīng)常采用采用具有負溫度系數(shù)的反饋電阻， 使起振時， Rf 阻值較大， 使得放大器的放大倍數(shù)較大易于起振； 而當振蕩建立達到一定振蕩幅度時， 放大倍數(shù)逐漸減小， 而是振蕩幅度穩(wěn)定， 以免產(chǎn)生失真； 但如果當放大倍數(shù)一直增大或過大時， 振蕩電路輸出波形變?yōu)榉讲ā?/p>

                    圖4 文氏電橋振蕩器的輸出波形嚴重失真

4  結(jié)語

用EWB 進行仿真電路實驗， 它不需要任何真實的元器件和儀表， 各元器件參數(shù)修改方便， 可以完成多種電路實驗， 彌補了硬件資源的不足， 實驗過程非常接近實際操作的效果。