第9章 電路仿真分析

1、第第9 9章章 電路仿真分析電路仿真分析9.1仿真的基本知識仿真的基本知識1、仿真元件在仿真電路中，只有具有“仿真（Simulation）”屬性的元件才可以用于電路仿真，該元件也叫仿真元件，如下圖所示。如果仿真檢查時發(fā)現(xiàn)有元件沒有定義仿真屬性，用戶可在上圖中點擊【追加】按鈕，彈出模型選擇對話框，在模型類型中選擇“Simulation”模型即可，模型選擇對話框如下圖所示。2、仿真激勵源只有在輸入信號作用下，仿真電路才會正常工作。該輸入信號被稱為仿真激勵源，在電路原理圖中雖然也使用了VCC等表示提供電源的節(jié)點，但是這些符號僅表示電路連接的電源端子，而并沒有真正表示在電路中添加了電源器件。3、網(wǎng)絡(luò)標(biāo)

2、號如果在某個節(jié)點上設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號，用戶就可以觀察該節(jié)點上的電壓及電流的變化情況。設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號可通過執(zhí)行菜單命令【放置（Place）】/【網(wǎng)絡(luò)標(biāo)簽（Net Label】實現(xiàn)，要注意設(shè)置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號一定要放在元件引腳的外端點或?qū)Ь€上，否則該節(jié)點將不會出現(xiàn)在仿真分析設(shè)置對話框中的“Available Signals”列表欄中。4、仿真電路原理圖根據(jù)仿真元件和仿真激勵源繪制的原理圖就是仿真電路原理圖，也是仿真的對象。5、仿真方式Altium Designer 6.9提供了多種仿真方式，用戶可根據(jù)需要來選擇電路的仿真方式。6、電路仿真的基本流程加載仿真元件庫選擇仿真元件繪制仿真原理圖對仿真原理圖進(jìn)行ERC對仿

3、真器進(jìn)行設(shè)置電路仿真。7、仿真激勵源工具欄Altium Designer 6.9為仿真提供了一個激勵源工具欄，便于用戶進(jìn)行仿真操作。執(zhí)行菜單命令【查看（View）】/【工具欄（Toolbars）】/【實用工具（Utilities）】，打開實用工具欄，然后選擇激勵源工具欄，即可得到如下圖所示的仿真激勵源工具欄，在仿真時，用戶可以從中選取合適的激勵源添加到仿真原理圖中。8、仿真元件庫Altium Designer 6.9為用戶提供了大部分常用的仿真元件，打開“C:Program FilesAltium2004LibrarySimulation”目錄，可以見到仿真元件庫。（1）仿真數(shù)學(xué)函數(shù)元件庫仿真

4、數(shù)學(xué)函數(shù)元件庫Simulation Math Function.IntLib中主要是一些仿真數(shù)學(xué)函數(shù)，如求正弦、余弦、反正弦、反余弦、開方、絕對值等。用戶可以使用這些函數(shù)對對電路中的信號進(jìn)行數(shù)學(xué)計算，從而獲得需要的仿真信號。（2）仿真信號源元件庫直流源：直流源用來為仿真電路提供不變的電壓或電流激勵源，直流源包含了直流電壓源和直流電流源兩種直流源元件。正弦波信號源：正弦波信號源用來為仿真電路提供正弦的電壓或電流激勵源，正弦波信號源包含了正弦波電壓源VSIN和正弦波電流源ISIN兩種正弦波信號源元件。周期脈沖源：周期脈沖源用來為仿真電路提供周期性的連續(xù)脈沖電壓或電流激勵源，周期脈沖源包含了周期脈沖

5、電壓源VPULSE和周期脈沖電流源IPULSE兩種周期脈沖源元件。分段線性源：分段線性源用來為仿真電路提供任意波形的電壓或電流激勵源，分段線性源包含了分段線性電壓源VPWL和分段線性電流源IPWL兩種分段線性源元件。指數(shù)激勵源：指數(shù)激勵源用來為仿真電路提供上升沿或下降沿按指數(shù)規(guī)律變化的電壓或電流激勵源，有指數(shù)激勵電壓源VEXP和指數(shù)激勵電流源IEXP兩種。單頻調(diào)頻源：單頻調(diào)頻源用來為仿真電路提供單頻調(diào)頻波的電壓或電流激勵源，單頻調(diào)頻源有電壓源（VSFFM）和電流源（ISFFM）兩種。線性受控源：線性受控源有線性電壓控制電流源GSRC、線性電壓控制電壓源ESRC、線性電流控制電流源FSRC、線性

6、電流控制電壓源HSRC四種。非線性受控源：非線性受控源在仿真電路中可以由用戶定義的函數(shù)關(guān)系表達(dá)式產(chǎn)生所需的電壓或電流激勵源，有非線性受控電壓源BVSRC和非線性受控電流源BISRC兩種。（3）仿真專用函數(shù)元件庫（Simulation Special Function.IntLib）仿真專用函數(shù)元件庫中主要是一些專門為信號仿真而設(shè)計的運算函數(shù)，如增益、積分、微分、求和、電容測量、電感測量及壓控振蕩源等。（4）仿真信號傳輸線元件庫無損耗傳輸線LLTRA（Lossless Transmission Line），是理想的雙向傳輸線，有兩個端口，其節(jié)點定義了端口的正電壓極性。有損耗傳輸線LTRA（Los

7、sy Transmission Line），使用兩端口響應(yīng)模型，包含了電阻值、電感值、電容值、長度等參數(shù)，這些參數(shù)不能直接在原理圖文件中設(shè)置，但用戶可以創(chuàng)建和引用自己的模型文件。均勻分布傳輸線URC（Uniform Distributed Lossy Line），也稱為分布RC傳輸線模型，由URC傳輸線的子電路類型擴(kuò)展內(nèi)部產(chǎn)生節(jié)點的集總RC分段網(wǎng)絡(luò)而獲得，RC各段在幾何上是連續(xù)的，URC必須嚴(yán)格地由電阻和電容段構(gòu)成。（5）常用元件庫電阻，常用元件庫為用戶提供了各種類型的電阻，如：半導(dǎo)體電阻、抽頭電阻、熱敏電阻、壓敏電阻、定值電阻、可調(diào)電阻、電位器等。電容，常用元件庫為用戶提供了定值無極性電容、

8、定值有極性電容、半導(dǎo)體電容等類型的電容。電感，常用元件庫為用戶提供了定值電感、可調(diào)電感、加鐵芯的定值電感、加鐵芯的可調(diào)電感等類型的電感。二極管，常用元件庫為用戶提供了普通二極管、肖特基二極管、變?nèi)荻O管、穩(wěn)壓二極管、發(fā)光二極管等類型的二極管。9、設(shè)置初始狀態(tài)（1）節(jié)點電壓設(shè)置節(jié)點電壓可以在初始電壓設(shè)置對話框中設(shè)置，在“Model Kind”下拉列表中選擇“Initial Condition”選項，然后在“Model Sub Kind”中選擇“Initial Node Voltage Guess”選項，然后單擊“Parameters”選項卡進(jìn)行初始電壓設(shè)置。在瞬態(tài)分析中，一旦設(shè)置了參數(shù)“Use

9、Initial Conditions”和IC，瞬態(tài)分析就先不進(jìn)行直流工作點的分析，因而應(yīng)在IC中設(shè)定各點的直流電壓。如果瞬態(tài)分析中沒有設(shè)置參數(shù)“Use Initial Conditions”，那么在瞬態(tài)分析前計算直流偏置（初始瞬態(tài)）解。這時IC設(shè)置中指定的節(jié)點電壓僅當(dāng)做求解直流工作點時相應(yīng)的節(jié)點的初始值。（2）特殊元件初始狀態(tài)的設(shè)置Altium Designer 6.9在仿真信號源元件庫“Simulation Sources.IntLib”中提供了兩個特別的初始狀態(tài)定義符。節(jié)點設(shè)置NS（Node Set）和初始條件IC（Initial Condition）。9、仿真器的設(shè)置執(zhí)行菜單命令【設(shè)計（

10、Design）】/【仿真（Simulate）】/【Mixed Sim】，系統(tǒng)彈出仿真分析設(shè)置對話框，如下圖所示。9.2 仿真設(shè)置仿真設(shè)置1、瞬態(tài)傅立葉特性分析瞬態(tài)特性分析（Transient Analysis）是從時間零開始到用戶設(shè)定的終止時間范圍內(nèi)進(jìn)行的，屬于時域分析，通過瞬態(tài)分析系統(tǒng)將輸出各個節(jié)點電壓、電流及元件消耗功率等參數(shù)隨時間變化的曲線。在仿真分析設(shè)置對話框中選中“Transient/Fourier Analysis”復(fù)選框，系統(tǒng)會彈出瞬態(tài)/傅立葉特性分析參數(shù)設(shè)置對話框，如下圖所示。傅立葉特性分析（Fourier Analysis）是瞬態(tài)分析的一部分，屬于頻譜分析，可以與瞬態(tài)分析同步

11、，主要用來分析電路中各個非正弦波的激勵和節(jié)點的頻譜，以獲得電路中的基頻、直流分量、諧波等參數(shù)。在每次進(jìn)行傅立葉分析后，分析得到的諧波的幅值和相位的詳細(xì)信息都將保存在項目輸出文件夾中的ProjectName.sim文件中，并顯示在主窗口中。2、直流掃描分析在仿真分析設(shè)置對話框中選中“DC Sweep Analysis”復(fù)選框，系統(tǒng)彈出直流掃描分析參數(shù)設(shè)置對話框，供參數(shù)設(shè)置，如下圖所示。3、交流小信號分析在仿真分析設(shè)置對話框中選中“AC Small Signal Analysis”復(fù)選框，系統(tǒng)將彈出交流小信號分析參數(shù)設(shè)置對話框，如上圖所示。4、噪聲分析在仿真分析設(shè)置對話框中選中“Nosie Ana

12、lysis”復(fù)選框，系統(tǒng)彈出噪聲分析參數(shù)設(shè)置對話框，如下圖所示。5、極點-零點分析在仿真分析設(shè)置對話框中選中“Pole-Zero Analysis”復(fù)選框，系統(tǒng)將彈出極點-零點分析參數(shù)設(shè)置對話框，如下圖所示。6、傳遞函數(shù)分析在仿真分析設(shè)置對話框中選中“Transfer Function Analysis”復(fù)選框，系統(tǒng)將彈出傳遞函數(shù)分析參數(shù)設(shè)置對話框，如下圖所示。7、溫度掃描分析在仿真分析設(shè)置對話框中選中“Temperature Sweep”復(fù)選框，系統(tǒng)將彈出溫度掃描分析參數(shù)設(shè)置對話框，如下圖所示。8、參數(shù)掃描分析在仿真分析設(shè)置對話框中選中“Parameter Sweep”復(fù)選框，系統(tǒng)將彈出參數(shù)

13、掃描分析參數(shù)設(shè)置對話框，如下圖所示。9、蒙特卡羅分析在仿真分析設(shè)置對話框中選中“Monte Cralo Analysis”復(fù)選框，系統(tǒng)將彈出蒙特卡羅分析參數(shù)設(shè)置對話框，如下圖所示。9.3 仿真運行仿真運行電路仿真，在上面的步驟全部完成后，執(zhí)行菜單命令【設(shè)計】/【仿真】/【Mixed Sim】，可以對電路進(jìn)行仿真。當(dāng)系統(tǒng)以用戶設(shè)定的方式對原理圖進(jìn)行分析后，將生成后綴為.sdf的輸出文件和后綴為.nsx的原理圖的SPICE模式表示文件，并在波形顯示器中顯示用戶設(shè)定節(jié)點仿真后的輸出波形，用戶可以根據(jù)該文件分析并完善原理圖的設(shè)計。打開后綴為.nsx的文件，執(zhí)行菜單命令【Simulate】/【Run】，也可以實現(xiàn)電路仿真，這種方式和直接從原理圖進(jìn)行仿真生成的波形文件相同。上機(jī)實訓(xùn)上機(jī)實訓(xùn):串聯(lián)穩(wěn)壓電源的仿真串聯(lián)穩(wěn)壓電源的仿真1、打開或者新建一個項目、打開或者新建一個項目建立好了串聯(lián)穩(wěn)壓電源項目，建立好了串聯(lián)穩(wěn)壓電源項目，在這可以直接