電子設(shè)計CAD基礎(chǔ)課件

電子設(shè)計CAD基礎(chǔ)聯(lián)系方式：辦公室：一敎325電話：郵箱：教學(xué)安排學(xué)時：32其中理論教學(xué)16學(xué)時，實驗16學(xué)時教材：電子電路CAD與OrCAD技術(shù)講課內(nèi)容：電路CAD基礎(chǔ)知識電路設(shè)計方法OrCAD軟件使用考核方式：平時出勤、作業(yè)、實驗（包括實驗完成情況和實驗報告）第1章緒論一、PSPICE軟件的發(fā)展二、CAD軟件三、電子系統(tǒng)設(shè)計方法四、軟件使用的問題緒論：二、CAD軟件

1．OrCAD（1）SDT、PSPICE、VST、PCB，（2）Capture、PspiceA/D、PCB、CPLD……緒論：二、CAD軟件2.ProtelProtel軟件是繪制電路圖、印刷電路板圖方面很流行的一種軟件。它是由澳大利亞Protel(2001更名為Altium)公司推出的。Protel軟件具有方便、易學(xué)及快速的特點，于20世紀(jì)90年代初（當(dāng)時DOS版本軟件稱為TANGO）開始在國內(nèi)流行。包括電路圖（Schematics）設(shè)計工具、印刷電路板（PrintedCircuitBoard）設(shè)計工具、電路仿真工具、可編程邏輯設(shè)計工具、文本和電子表格編輯器。緒論：二、CAD軟件3.EWBMultisimMultisim是一種專門用于電子電路仿真和設(shè)計的EDA工具軟件，屬于Electronicsworkbench(EWB)系列軟件的高版本。EWB由加拿大InteractiveImageTechnologies(IIT)公司于1988年推出，IIT公司從EWB6.0版本開始，將電路圖輸入仿真設(shè)計的模塊更名為Multisim。緒論：二、CAD軟件其中的電路分析軟件內(nèi)核都是SPICE。緒論：三、電子系統(tǒng)設(shè)計方法1．自下而上電路→功能→系統(tǒng)→2．自上而下系統(tǒng)→功能→電路→最后是物理實現(xiàn)：PCB設(shè)計、制版、焊接緒論：四、軟件使用的問題

1．器件型號2.器件參數(shù)3．與實際存在一定差距2.1網(wǎng)絡(luò)的圖

2.1.1網(wǎng)絡(luò)的圖(Graph)2.1.2樹(Tree)2.1.3基本回路2.1.4基本割集2.1.1網(wǎng)絡(luò)的圖(Graph)網(wǎng)絡(luò)的圖：是一組支路和一組結(jié)點的集合，它反映電路圖中各元件的互聯(lián)關(guān)系亦稱拓?fù)鋱D。圖a所示為通常的電路圖，圖b所示為該電路消除元件屬性后，抽象為線段與點的集合形成的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

a)實際電路圖b)對應(yīng)a)的拓?fù)鋱D有向圖：帶有電壓和電流的關(guān)聯(lián)參考方向的網(wǎng)絡(luò)圖，稱為有向圖。子圖：如果一個圖G1的全部支路和結(jié)點，包含在另一個圖G的支路和結(jié)點的集合之中，則稱G1為G的一個子圖。2.1.2樹(Tree)樹：是包含圖G的所有結(jié)點，但不構(gòu)成回路的一個連通子圖，如圖所示即為網(wǎng)絡(luò)圖的一個樹。2.1.2樹(Tree)樹支：構(gòu)成圖G一個樹的支路稱為樹支（bt）；樹支以外的支路稱為連支（bl），連支與所連結(jié)點構(gòu)成該樹的余樹。bt=n-1bl=b-(n-1)式中，b為圖G的支路數(shù)，n為結(jié)點數(shù)，bt為樹支數(shù)，bl為連支數(shù)。2.1.4基本割集割集：是連通圖G中符合下列特性的支路集合：1.移去該支路集合的所有支路，連通圖G被分成兩個分離的子圖；2.但是，如果少移去其中任一支路，圖仍然是連通的?；靖罴褐话粭l樹支的割集，稱為基本割集。如圖所示即為一個基本割集，圖中粗實線為樹支。2.1.4基本割集基本割集2.2關(guān)聯(lián)矩陣、回路矩陣和割集矩陣

有向圖的拓?fù)湫再|(zhì)可以用關(guān)聯(lián)矩陣、回路矩陣和割集矩陣來描述，下面介紹這三個矩陣。

2.2.1關(guān)聯(lián)矩陣2.2.1關(guān)聯(lián)矩陣

Aa的每一列對應(yīng)于一條支路，由于一條支路聯(lián)接于兩個結(jié)點上，如從一個結(jié)點聯(lián)出，則必定由另一個結(jié)點聯(lián)入，因此每一列中只有兩個非零元素：1和-1。若把所有的行的元素按列相加，就會得到一行全為零的元素，所以Aa的行不是彼此獨立的。即是說Aa中的任一行都可以從其它(n-1)行導(dǎo)出。

若把Aa的任一行劃去，比如將式中第3行劃去，則得(n-1)×b階的(降階的)關(guān)聯(lián)矩陣，以A表示

2.2.2(基本)回路矩陣像這樣將l個連支依次排列，則Bf中將出現(xiàn)l階單位子矩陣，即式中下標(biāo)t和各表示與樹支和連支對應(yīng)的部分。2.2.3(基本)割集矩陣割集矩陣：設(shè)一個割集是由某些支路組成的，則稱這些支路與該割集相關(guān)聯(lián)。支路與割集相關(guān)聯(lián)的性質(zhì)，可用割集矩陣來描述。設(shè)有向圖的獨立割集數(shù)為n-1，支路數(shù)為b，并對所有的獨立割集與支路都進(jìn)行編號。則該有向圖的割集距陣為一個（(n-1)×b）階的矩陣，用Q表示。如果它的行對應(yīng)于一個基本割集（即僅用一個樹支構(gòu)成的割集，也是獨立的割集，我們多用這種基本割集，習(xí)慣上簡稱為割集，形成的矩陣習(xí)慣上亦簡稱為割集矩陣），列對應(yīng)于支路，它的任一元素定義如下：

qij=1，表示支路j與基本割集i相關(guān)聯(lián)，并且它們的方向一致（以樹支的方向作為基本割集i的方向)；

qij=-1，表示支路j與基本割集i相關(guān)聯(lián)，但是它們的方向相反；

qij=0，表示支路j與基本割集i無關(guān)聯(lián)。

2.2.3(基本)割集矩陣?yán)?，基本割集?shù)等于樹支數(shù)為3。若仍選1、2、3支路為樹支，每一次用一個樹支構(gòu)成基本割集。

2.2.3(基本)割集矩陣對應(yīng)的(基本)割集矩陣Qf為象這樣將n-1個樹支依次排列，則Qf中將出現(xiàn)(n-1)階單位子矩陣，即

式中下標(biāo)t和l各表示與樹支和連支對應(yīng)的部分。2.3兩種約束關(guān)系電路的基本規(guī)律：一般是電路元器件的相互聯(lián)接規(guī)律和元器件本身特性的規(guī)律，前者是只考慮相互聯(lián)接的規(guī)律性，它與電路元器件的性質(zhì)無關(guān)，稱為拓?fù)浼s束關(guān)系；后者稱為元件約束關(guān)系。分析電路的拓?fù)浼s束關(guān)系是依據(jù)KCL和KVL，下面介紹KCL和KVL的矩陣形式和元件約束關(guān)系。2.3.1KCL的矩陣形式電路中的b條支路電流可以用一個b階列向量來表示，仍用上例即

2.3.1KCL的矩陣形式若用A矩陣左乘支路電流列向量i，則得

2.3.1KCL的矩陣形式概括地說，即用A矩陣（（n-1）×b階）左乘支路電流列向量i（b階列向量）則得一個（n-1）階列向量

Ai=0（2-5）

式（2-5）是用A矩陣表示的KCL的矩陣形式。2.3.2KVL的矩陣形式電路中b個支路電壓也可以用一個b階列向量來表示，即(n-1)個獨立結(jié)點電壓可以用一個(n-1)階向量來表示，即

2.3.2KVL的矩陣形式沿用上例，則有2.3.2KVL的矩陣形式

從上例可以看出A矩陣的每一列，亦即A矩陣的每一行，表示每一支路與對應(yīng)的結(jié)點的關(guān)聯(lián)關(guān)系，此式即是每一支路電壓與對應(yīng)結(jié)點電壓的關(guān)聯(lián)關(guān)系。概括地說，即

u=ATu（2-6）

式（2-6）是用A矩陣表示的KVL的矩陣形式。

2.3.2KVL的矩陣形式

對于任一個連通圖G，在支路排列順序相同時，寫出的矩陣A、B、Q(上述例題就是如此)KCL和KVL的矩陣形式見表1-1。

表中用Q矩陣表示的KCL和KVL的矩陣形式，可認(rèn)為是A矩陣的推廣，即結(jié)點推廣到高斯面，其中u為樹支電壓列向量。用B矩陣表示的KCL和KVL的矩陣形式，可依對偶原理得之，即基本回路與基本割集對偶，其中i為連支電流列向量，它與u樹支電壓列向量對偶。2.3.3元件約束關(guān)系

通常用元件的伏安關(guān)系（又稱特性方程）表示：

電阻支路的伏安關(guān)系為u=Ri，電感支路的伏安關(guān)系為u=或。

電導(dǎo)支路的伏安關(guān)系為i=Gu，