电路仿真分析-王静.ppt

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1、11.2 多通道电路设计,教学目的及要求:1.了解电路仿真的基本知识介绍 2.熟悉电路仿真的步骤 3.熟练掌握多谐振荡器电路的仿真教学重点、难点:多谐振荡器电路的仿真复习:多路滤波器的原理图设计多路滤波器的PCB设计 1.检查电路正确否,执行“Project”“Compile PCB Project 多通道设计.PrjPcb”命令。2.执行“Design”“Update PCB Document 多路滤波器.PcbDoc”命令。3.从图11-46看出,元件的标号是乱的,所以重新标注PCB板上元件的标号。4.设计 PCB板 5.把PCB板上重新标注的元件的标号信息更新到原理图上。,13.1仿真元

2、件库,Altium Designer为用户提供了大部分常用的仿真元件,这些仿真元件库在安装目录下的:/Altium Designer Winter 09/Library/Simulation中,其中包含了仿真信号源库Simulation Sources.IntLib、仿真特殊功能元件库Simulation Special Function.IntLib、仿真数学功能元件库Simulation Math Function.IntLib、信号仿真传输线元件库Simulation Transmission Line.IntLib,仿真Pspice功能元件库Simulation Pspice Func

3、tion.IntLib,其元件库图标如图13-1所示。,图13-1 仿真元件库图标,仿真信号源元件库(Simulation Sources.IntLib),仿真信号源元件库中共有23个仿真元件,这些仿真源为仿真电路提供激励源和初始条件设置等功能。1.在原理图中添加如图13-4所示的两个元件符号,即可实现整个仿真电路的节点电压和初始条件设置。.NS。NODE SET(节点设置).IC。Initial Condition(初始条件),图13-4 节点设置和初始条件状态定义符,仿真数学函数元件库(Simulation Math Function.IntLib)仿真数学函数元件库中的元件主要是一些仿真

4、数学函数元件,比如求正弦、余弦、绝对值、反正弦、反余弦、开方等数学计算的函数,通过使用这些函数可以对仿真信号进行相关的数学计算,从而得到自己需要的信号。仿真特殊功能元件库(Simulation Special Function.IntLib)仿真特殊功能元件库的元件主要是常用的运算函数,比如增益、加、减、乘、除、求和和压控振荡源等专用的元件。信号仿真传输线元件库(Simulation Transmission Line.IntLib)信号 仿真传输线元件库包括三个信号仿真传输线元件,分别是URC均匀分布传输线、LTRA有损耗传输线和LLTRA无损耗传输线,如图13-14所示。,图13-14传输

5、线元件,仿真Pspice功能元件库(Simulation Pspice Function.IntLib)仿真Pspice功能元件库主要为设计者提供Pspice功能元件。13.2仿真器的设置 完成电路的编辑后,在仿真之前,要选择对电路进行那种分析,设置收集的变量数据,以及设置显示哪些变量的波形。常见的仿真分析有静态工作点分析(Operating Point Analysis)、瞬态分析(Transient Analysis)、直流扫描分析(DC Sweep Analysis)、交流小信号分析(AC Small Signal Analysis)、噪声分析(Noise Analysis)、极点、零点

6、分析(Pole-Zero Analysis)、传递函数分析(Transfer Function Analysis)、温度扫描分析(Temperature Sweep)、参数扫描(Parameter Sweep)、蒙特卡洛分析(Monte Carlo Analysis)等分析。本章主要讲解后面例子中用到的静态工作点分析、瞬态分析和交流小信号分析的设置方法。,执行DesignSimulateMixed Sim命令,弹出如图13-15所示的电路仿真分析设置对话框。一般设置(General Setup)在仿真分析设置对话框的左侧分析选项列表中,列写出了所有的分析选项,选中每个分析选项,右侧即显示出相应

7、的设置项。选中General Setup,即可在右侧的选项中进行一般设置。在Available Signals 列表中显示的是可以进行仿真分析的信号,Active Signals列表框中显示的是激活的信号,将需要进行仿真的信号,单击“”和“”可完成添加或删除激活信号,如图13-15所示。,图13-15 仿真分析设置对话框,静态工作点分析(Operating Point Analysis)静态工作点分析通常用于对放大电路进行分析,当放大器处于输入信号为零的状态的时候,电路中各点的状态就是电路的静态工作点。最典型的是放大器的直流偏置参数。进行静态工作点分析的时候,不需要设置参数。瞬态分析(Tran

8、sient Analysis)瞬态分析用于分析仿真电路中工作点信号随时间变化的情况。进行瞬态分析之前,设计者要设置瞬态分析的起始和终止时间、仿真时间的步长等参数。在电路仿真分析设置对话框中,激活Transient选项,在如图13-17所示的瞬态分析参数设置对话框中进行设置。,图13-17 瞬态分析参数设置对话框,在Transient Analysis Setup列表中共用11个参数设置选项,这些参数的含义分别是:Transient Start Time参数用于设置瞬态分析的起始时间。瞬态分析通常从时间零开始,在时间零和开始时间,瞬态分析照样进行,但并不保存结果。而开始时间和终止时间的间隔将保存

9、,并用于显示。Transient Stop Time参数用于设置瞬态分析的终止时间。Transient Step Time参数用于设置瞬态分析的时间步长,该步长不是固定不变的。Transient Max Step Time参数用于设置瞬态分析的最大时间步长。Use Initial Conditions项用于设置电路仿真的初始状态。当勾选该项后,仿真开始时将调用设置的电路初始参数。Use Transient Default项用于设置使用默认的瞬态分析设置,选中该项后,列表中的前四项参数将处于不可修改状态。Default Cycles Displayed参数用于设置默认的显示周期数。default

10、 Points Per Cycle参数用于设置默认的每周期仿真点数。Enable Fouries项用于设置进行傅立叶分析,勾选该项后,系统将进行傅立叶分析,显示频域参数。Fouries Fundamental Frequency用于设置进行傅立叶分析的基频。Fouries Number of Harmonics用于设置进行傅立叶分析的谐波次数。,交流小信号分析(AC Small Signal Analysis),交流小信号分析用于对系统的交流特性进行分析,在频域响应方面显示系统的性能,该分析功能对于滤波器的设计相当有用,通过设置交流信号分析的频率范围,系统将显示该频率范围内的增益。在电路仿真分

11、析设置对话框中,激活AC Small Signal Analysis选项,在如图13-18所示的交流小信号分析参数设置对话框中进行设置。,图13-18 交流小信号分析参数设置对话框,其中Start Frequency参数用于设置进行交流小信号分析的起始频率。Stop Frequency参数用于设置进行交流小信号分析的终止频率。Sweep参数用于设置交流小信号分析的频率扫描的方式,系统提供了三种频率扫描方式“Linear”项表示对频率进行线性扫描,“Decade”项表示采用10的指数方式进行扫描,“Octave”项表示采用8的指数方式进行扫描。Test Points参数表示进行测试的点数。Tot

12、al Test Points参数表示中的测试点数。,13.3多谐振荡器电路仿真实例,在学习前面关于电路仿真的基本知识后,将对第二章的多谐振荡器电路进行仿真。电路仿真的一般步骤如下:找到仿真原理图中所有需要的仿真元件,如果仿真元件库中没有所用的元件,必须事先建立其仿真库文件,并添加仿真模型。本章后面的模拟放大电路仿真和BCD-7 段译码电路仿真实例中将讲解这部分内容,但元件的仿真库文件的建立方法在本教材中不做要求。仿真元件的放置和电路的连接,并且添加激励源。在需要绘制仿真数据的节点处添加网络标号。仿真器参数设置。电路仿真并分析仿真结果。,绘制仿真原理图,在第二章中已经绘制了多谐振荡器电路,如图2

13、-1所示。其中每个元件都具有其仿真属性,因此不用更改。只需将接口Y1删除,添加一个+12V的电压源V1,方法:单击“Utility”工具栏中的工具按钮,打开如图13-20所示的仿真电源工具栏,在工具栏中单击“+12V”电压源工具按钮,在工作区放置一个+12V的电压源。,图13-20 放置激励源+12v的电压源,放置完毕后,点击元件,弹出元件属性对话框,如图13-21所示,修改其参数,设置Designator为“V1”、Comment为“=Value”、Value为“+12”。,图13-21 仿真电压源属性设置对话框,图13-22 多谐振荡器仿真原理图,连接电路,并放置网络标号:Q1B、Q1C、

14、Q2B、Q2C,如图13-22所示。,仿真器参数设置,1.单击“”按钮,弹出13-23所示的对话框,分别双击Q1B、Q1C、Q2B、Q2C,把他们添加到Active Signals内,见图13-23。2.在Collect Data For栏,从列表中选择“Node Voltage,Supply Current,Device Current and Power”。3.为这个分析勾选“Operating Point Analysis”和“Transient Analysis”。,图13-23 仿真器一般参数设置,4.激活Transient Analysis选项,设置Transient Stop T

15、ime为10ms,指定一个10ms的仿真窗口;设置Transient Step Time为10us,表示仿真可以每10us显示一个点;设置Transient Max Step Time:10us;如图13-24所示。,图13-24 瞬态特性参数设置,信号仿真分析,单击“”按钮运行仿真,仿真波形如图13-25所示。,图13-25 瞬态分析仿真波形,读者可以改变一些原理图中元件参数,再运行仿真看看其变化。试着将C1的值改为47n,然后再运行瞬态特性分析。输出波形将显示一个不均匀的占空比波形。,小结:,13.1仿真元件库13.2仿真器的设置13.3多谐振荡器电路仿真实例 绘制仿真原理图 仿真器参数设置 信号仿真分析,

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