protel99SE印制電路板的設(shè)計(jì)與制作-王靜課件 第21講 項(xiàng)目13 電路仿真分析

項(xiàng)目13電路仿真分析

教學(xué)目的及要求：

1.了解電路仿真的基本知識(shí)

2.熟悉電路仿真的步驟

3.熟練掌握多諧振蕩器電路的仿真教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：多諧振蕩器電路的仿真復(fù)習(xí)：12.1.3層次電路圖的PCB設(shè)計(jì)（1）執(zhí)行主菜單File→New命令，產(chǎn)生一個(gè)新的PCB文件。（2）重新定義PCB板的形狀。（3）繪制一個(gè)PCB板的板框。（4）檢查每個(gè)元件的封裝是否正確。（5）執(zhí)行執(zhí)行Tools→ERC命令，檢查原理圖有無錯(cuò)誤。（6）執(zhí)行Design菜單下的UpdatePCB命令。（7）按“”按鈕驗(yàn)證一下有無不妥之處。（8）如果所有數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移都順利，沒有錯(cuò)誤產(chǎn)生，則按“”按鈕,將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)移到PCB板。（9）設(shè)計(jì)PCB板。13.1仿真元件庫(kù)

圖13-1仿真元件庫(kù)圖標(biāo)1.Protel99SE為用戶提供了大部分常用的仿真元件，仿真元件庫(kù)在安裝目錄下的：D:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Sch\Sim.ddb中，仿真庫(kù)為Sim.ddb,其元件庫(kù)圖標(biāo)如圖13-1所示。2.打開仿真庫(kù)：Sim.ddb，其中包含以下仿真元器件庫(kù)，如圖13-2所示。圖13-2仿真元器件庫(kù)13.2仿真器的設(shè)置完成電路的編輯后，在仿真之前，要選擇對(duì)電路進(jìn)行那種分析，設(shè)置收集的變量數(shù)據(jù)，以及設(shè)置顯示哪些變量的波形。常見的仿真分析有靜態(tài)工作點(diǎn)分析（OperatingPointAnalysis）、瞬態(tài)分析（TransientAnalysis）、直流掃描分析（DCSweepAnalysis）、交流小信號(hào)分析（ACSmallSignalAnalysis）、噪聲分析（NoiseAnalysis）、極點(diǎn)、零點(diǎn)分析（Pole-ZeroAnalysis）、傳遞函數(shù)分析（TransferFunctionAnalysis）、溫度掃描分析（TemperatureSweep）、參數(shù)掃描（ParameterSweep）、蒙特卡洛分析（MonteCarloAnalysis）等分析。本項(xiàng)目主要講解后面例子中用到的靜態(tài)工作點(diǎn)分析、瞬態(tài)分析的設(shè)置方法。13.2.1靜態(tài)工作點(diǎn)分析（OperatingPointAnalysis）靜態(tài)工作點(diǎn)分析通常用于對(duì)放大電路進(jìn)行分析，當(dāng)放大器處于輸入信號(hào)為零的狀態(tài)的時(shí)候，電路中各點(diǎn)的狀態(tài)就是電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。最典型的是放大器的直流偏置參數(shù)。進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)分析的時(shí)候，不需要設(shè)置參數(shù)。13.2.2瞬態(tài)分析（TransientAnalysis）瞬態(tài)分析用于分析仿真電路中工作點(diǎn)信號(hào)隨時(shí)間變化的情況。進(jìn)行瞬態(tài)分析之前，設(shè)計(jì)者要設(shè)置瞬態(tài)分析的起始和終止時(shí)間、仿真時(shí)間的步長(zhǎng)等參數(shù)。13.3多諧振蕩器電路仿真實(shí)例在學(xué)習(xí)前面關(guān)于電路仿真的基本知識(shí)后，將對(duì)項(xiàng)目2的多諧振蕩器電路進(jìn)行仿真。電路仿真的一般步驟如下：找到仿真原理圖中所有需要的仿真元件，如果仿真元件庫(kù)中沒有所用的元件，必須事先建立其仿真庫(kù)文件，并添加仿真模型。仿真元件的放置和電路的連接，并且添加激勵(lì)源。在需要繪制仿真數(shù)據(jù)的節(jié)點(diǎn)處添加網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)。仿真器參數(shù)設(shè)置。電路仿真并分析仿真結(jié)果。13.3.1繪制仿真原理圖1．加載仿真庫(kù)文件選擇BrowseSch標(biāo)簽，按Add/Remove按鈕,彈出如圖13-20所示添加仿真庫(kù)對(duì)話框，選擇安裝目錄下：D:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Sch的仿真庫(kù)文件Sim.ddb。圖13-20添加仿真庫(kù)對(duì)話框2.放置仿真元件選擇仿真三極管庫(kù)文件BJT.LIB，如圖13-21所示，放置2N3904；選擇SimulationSymbols.Lib庫(kù)，放置電阻R1-R4、電容C1-C2。圖13-21放置三極管2N3904

3.放置仿真電源。執(zhí)行菜單Simulate→Soures→+12VoltsDC命令，在工作區(qū)放置一個(gè)+12V的電壓源，如圖13-22所示。放置完畢后，點(diǎn)擊元件，彈出元件屬性對(duì)話框，如圖13-23所示，修改其參數(shù)，設(shè)置Designator為V1、PartType為+12。圖13-22放置激勵(lì)源+12v的電壓源圖13-23仿真電壓源屬性設(shè)置對(duì)話框5.連接電路，并放置網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)：Q1B、Q1C、Q2B、Q2C、GND，如圖13-24所示。圖13-24多諧振蕩器仿真原理圖13.3.2仿真器參數(shù)設(shè)置1.單擊“”按鈕，或執(zhí)行菜單Simulate→Setup命令，彈出13-25所示的對(duì)話框，分別雙擊Q1B、Q1C、Q2B、Q2C，把他們添加到ActiveSignals內(nèi)，見圖13-25。2.在CollectDataFor欄，從列表中選擇“NodeVoltage，SupplyCurrent，DeviceCurrentandPower”。3.為這個(gè)分析勾選“OperatingPointAnalysis”和“TransientAnalysis”。圖13-25仿真器一般參數(shù)設(shè)置

4.激活TransientAnalysis選項(xiàng),取消AlwayssetDefaults前的復(fù)選框，設(shè)置TransientAnalysis的StopTime為10ms，指定一個(gè)10ms的仿真窗口；設(shè)置TransientAnalysis的StepTime為10us，表示仿真可以每10us顯示一個(gè)點(diǎn)；設(shè)置TransientAnalysis的MaximumStep:10us；如圖13-26所示。圖13-26瞬態(tài)特性參數(shù)設(shè)置13.3.3信號(hào)仿真分析

單擊圖13-26中的RunAnalyses按鈕運(yùn)行仿真，仿真波形如圖13-27所示。圖13-27瞬態(tài)分析仿真波形多諧振蕩器工作原理：開始:由于電路參數(shù)的微小差異，正反饋使一支管子飽和另一支截止，出現(xiàn)一個(gè)暫穩(wěn)態(tài)。設(shè)Q1飽和,Q2截止。1.正反饋:Q1飽和瞬間,q1c由+12V突變到接近于零，迫使Q2的基極電位q2b瞬間下降到接近-12V,于是Q2可靠截止。2.第一個(gè)暫穩(wěn)態(tài):C1充電

C2放電3.翻轉(zhuǎn):當(dāng)q2b隨著C2放電而升高到+0.7V時(shí),Q2開始導(dǎo)通,通過正反饋使Q1截止，Q2飽和。4.第二個(gè)暫穩(wěn)態(tài):C2充電

C1放電5.不斷循環(huán)往復(fù),便形成了自激振蕩。從圖13-25中可以看出：多諧振蕩器電路是一種矩形波產(chǎn)生電路。這種電路不需要外加觸發(fā)信號(hào)，便能連續(xù)地，周期性地自行產(chǎn)生矩形脈沖。該脈沖是由基波和多次諧波構(gòu)成，因此稱為多諧振蕩器電路。又因?yàn)槠錄]有穩(wěn)定的工作狀態(tài)，多諧振蕩器也稱為無穩(wěn)態(tài)電路。具體地說，如果一開始多諧振蕩器處于0狀態(tài)，那么它在0狀態(tài)停留一段時(shí)間后將自動(dòng)轉(zhuǎn)入1狀態(tài)，在1狀態(tài)停留一段時(shí)間后又將自動(dòng)轉(zhuǎn)入0狀態(tài)，如此周而復(fù)始，輸出矩形波。常用作脈沖信號(hào)源及時(shí)序電路中的時(shí)鐘信號(hào)。讀者可