計算機仿真與故障實習報告

1、計算機仿真與故障實習報告實習目的：本次實習的目的是借助現代 EDA技術進行系統電路設計，側重于 綜合應用所學知識， 設計較為復雜的功能電路或小型電子系統， 培養(yǎng) 我們的現代電路設計與綜合應用的能力， 提高電路設計水平， 培養(yǎng)現 代電子系統設計能力和創(chuàng)新研究能力。實習內容：1、熟悉ProtelDXP設計環(huán)境。2、通過雙穩(wěn)態(tài)振蕩電路的設計和仿真，進一步掌握 ProtelDXP 電路仿真基本概念和仿真元件參數設置，完成電路的基本仿真。3、通過設計有源帶通濾波器電路，將 50HZ的方波進行分解，得 到基波，二次諧波，三次諧波，觀測各次諧波，并將各次諧波接至加 法器的相應輸入端， 進行仿真后， 觀測分析

2、各次諧波和加法器的輸出 波形，掌握ProtelDXP仿真分析方式。實習過程：仿真在電路設計流程中扮演著越來越重要的角色 ,是檢驗電路設 計的一種有效手段，PROTE是集所有設計工具于一身的EDA軟件。運 用其Advaneed SIM仿真工具分別敘述了電路仿真設計的方法、步驟 ， 以及對仿真結果的分析。通過仿真對工作點、暫態(tài)波形、小信號等分 析,確認電路設計效果。如在工程設計過程中利用 SIM 仿真工具對電 路進行測試 ,可以大大縮短設計周期 ,提高設計效率 。首先我們先熟悉掌握protel DXP的設計環(huán)境，Protel DXP在早期版本的基礎上加強了軟件的仿真功能。 通過對電源電路的設計仿真

3、，我 們了解了 Protel DXP電路仿真設計的一般步驟，電路仿真是指在計算 機上通過軟件來模擬具體電路的實際工作過程，并計算出在給定條件下電路中各節(jié)點（包括中間節(jié)點和輸出節(jié)點）的輸出波形。電路仿真是 否成功，取決于電路原理圖、元件模型的仿真屬性、電路的網表結構 以及仿真設置等。它的設計流程圖如下：電路仿真流程圖1、原理圖設計：首先，新建一個原理圖文件*schdoc，打開編輯環(huán)境, 與普通原理圖大致相同；然后,打開Libraries，加載必要的元器件庫，添 加元器件并設置參數，這里所有的元器件都必須具有 Simulation仿真 屬性,否則仿真時將出現錯誤信息，在DXP中假定所有元器件都是理

4、想 元器件;最后，用導線進行電氣連接或網絡標號，對整個電路進行編譯 ERC校驗，確保整個電路沒有錯誤。下面是我們對電源設計的原理圖：JNDI10TO1十Qi2N2222AR25KCap Piti lOOiijr叩 PoBIOOuF2、設置仿真環(huán)境：執(zhí)行菜單命令,打開Analysessetup對話框，設置仿 真方式并指定要顯示的數據，DXP提供10種分析仿真方式,包括直流 工作點、直流掃描、交流小信號、瞬態(tài)過程、 Fourier、噪聲、傳輸 函數、溫度掃描、參數掃描以及蒙特卡羅分析等。在這其中我們還要對元件的參數設計，設置好仿真元器件之后，還必須對仿真元件的屬性進行修改。 還要設置仿真激勵源。由

5、于電路 原理圖中繪制的電路，僅僅是能夠實現一定功能的電路，如果沒有電 源的輸入供電是無法工作的。所謂仿真激勵源，其實就是輸入信號， 使電路可以開始工作。仿真測試電路要想正常工作，必須至少包含一 個激勵源。一般來說，常用的激勵源有以下幾種：直流源、脈沖信號 源、正弦信號源等。3、仿真:設置仿真環(huán)境后單擊0K按鈕，系統進行電路仿真，生成一 *sdf 文件，同時打開窗口顯示分析結果。4、分析結果:觀察電路仿真結果，分析仿真波形是否符合電路設計要求如果不符合，則重新調整電路參數進行仿真，直到滿意為止對電源的仿真波形如下：Tire 國The fell實習設計:本次實習要求我們設計帶通濾波器將 50Hz的

6、方波進行分解，得到 基波，二次諧波，三次諧波，觀測各次諧波，并將各次諧波接至加法 器的相應輸入端，觀測加法器的輸出波形。通過了解我們的課題要求，我們查找了相關資料，對帶通濾波器 (BPF的理解。帶通濾波器的作用是只允許某一段頻帶的內的信號 通過，而將此頻帶以外的信號阻斷。由于我們在大二學習了模電，對方波的分解和合成都有一定的了 解，方波的分解與合成：周期性信號波的數學基礎，任何具有周期為T的信號波函數f(t)都可以表示為三角函數所構成的級數之和，即其 根據傅利葉分解可以展開成直流分量、基波和所有n階諧波的迭加。 根據傅利葉公式可得：1f(t) 2ao(ancosn t bnsinn t)n 1

7、2冗1其中：T為周期，3為角頻率(3二)，第一項2ao為直流分量方波的傅利葉分解，方波的數學模型如右圖。根據傅利葉分解可知方波為奇函數，它沒有常數項f(t)4h(sin t3sin3 tsin 5 t5sin 7 t7根據原理圖設計方法圖中，左邊三路分別是中心頻率為50Hz、100Hz和150Hz的帶通濾波器，結構完全相同，但是中心頻率不相同此帶通濾波器的參數計算如下：通帶中心頻率050 Hz通帶的中心角頻率:,r3c2r1r250Auo通帶中心角頻率。處的電壓放大倍數:RF102R0.02 F ,則:R1Q10CAuo 00.02 10 6( 10) 250159.2103RF嚴211031

8、85 103C 00.02 10250R2C 0(2Q2Q 10Auo)0.02 10 6 250 (2 102 10)8380以上為基波的電阻參數計算過程，二次諧波和三次諧波的參數計算為：保持電容不變，將電阻相應地取二分之一和三分之一，即得二 次諧波和三次諧波的電阻參數。右邊部分為三路分解波的合成，使用 一個同向加法器實現。下圖是整體方案設計：基波:三次諧波:五次諧波:按以上原理將50HZ的方波進行分解，取其基波、三次諧波、五次諧 波。為了滿足設計要求，對相應的分解波進行提取，則需要設計相應 中心頻率的帶通濾波器，最后將三路信號通過一個加法器進行合成。進行參數設計好之后，得到的波形如下圖:|

9、T S)Misk Levd Cle時 丄Fumjj山沖曲 /14罰丄 LsmsI tiMr當畐粘貂UUJT1 175 2D25711- -1 XTLnRHRJOnautJMiiQ如i實現頻譜圖的仿真，得到傅里葉頻譜分析圖如下:700. Om-100.00m0.000irJIJriIjSj LLJ1 E L I1 1JILLIlliI Jl I k1 J 1111111mSOO.Orn100.Qm100.0300.0400.0500.0m2000FrequencjJ (Hz)=1 i ,J LL L J J JIII 1L 111 1 1 11 1 11.1Illi5.0004.0003,000

10、2.0001I.OOOi0.000100.001*12oaoFie queries l(Hi)300.0400.0D.Ot0.0004D0 0Fiequency (Hi)out37.0C0on-oczr fa.冋i i iIlliIlliIlli1 1 1 1Illi400.D2oaoFrequency (Hz)300.010Q01.0003.000outODO二E=1,/I= 1111IlliIlliIlli111IlliIlliIlliIlli1.2500.7500.2500.250100.0200.0Frpni ipnrii300 0out2實習分析:從信號波形圖可以清楚地看到，一個方波分解成為三個正弦波,其中0UT1表示基波，其頻率為50HZ 0UT2為三次諧波，其頻率為 150HZ OUT3為五次諧波，其頻率為250H乙 從波形圖中可見，基波 在一個周期內有 1 個波形，三次諧波有 2 個波形，五次諧波有 3 個波 形。說明方波的各次諧波提取成功。在信號波形圖中奇次諧波相疊加之后的到類似方波的波形，奇次 諧波疊加的越多越接近方波， 而偶此諧波都被濾除， 一次如果想得到 更接近方波的波形只需要多疊加幾次諧波比如將1 、3、5、7、9 等次諧波加