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。