電子線路CAD技術(shù)（第二版）課件：電路仿真技術(shù)

電路仿真技術(shù)11.1概述

11.2電路仿真設(shè)計(jì)的一般流程

11.3繪制仿真電路圖

11.4實(shí)際電路仿真分析及其設(shè)置 11.1概述

在電路設(shè)計(jì)的始末，設(shè)計(jì)者總要對(duì)所設(shè)計(jì)的電路性能進(jìn)行預(yù)測(cè)、判斷和校驗(yàn)，過(guò)去常用的方法是數(shù)學(xué)和物理方法。這兩種方法對(duì)設(shè)計(jì)規(guī)模較小的電路是可行的，但存在某些局限和致命的缺陷。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，構(gòu)成電路的元器件類型和數(shù)量也在不斷增多，對(duì)電路的可靠性、性價(jià)比的要求也越來(lái)越高，單純的數(shù)學(xué)和物理方法已經(jīng)不能滿足要求，因而計(jì)算機(jī)輔助電路仿真分析已成為現(xiàn)代電路設(shè)計(jì)師的主要助手和工具。

所謂電路仿真就是在電路模型上進(jìn)行的系統(tǒng)性能分析與研究的方法，它所遵循的基本原則是相似原理。電路仿真按電路的類型不同，其分析的內(nèi)容也不同。

ProtelAdvancedSIM99是Protel99SE提供的一個(gè)功能強(qiáng)大的數(shù)/?；旌托盘?hào)電路仿真器，能提供連續(xù)的模擬信號(hào)和離散的數(shù)字信號(hào)仿真，并包含一個(gè)數(shù)目龐大的仿真庫(kù)。該仿真器運(yùn)行于Protel99SE集成環(huán)境下，與Protel99SESchematic原理圖輸入程序協(xié)同工作，為用戶提供了一個(gè)完整的從設(shè)計(jì)到驗(yàn)證的仿真設(shè)計(jì)環(huán)境，能夠很好地滿足電路仿真的需要。在Protel99SE中執(zhí)行仿真，只需要簡(jiǎn)單地從仿真元件庫(kù)中放置所需的元件，連接好原理圖，加上激勵(lì)源，然后單擊仿真按鈕即可自動(dòng)開(kāi)始。設(shè)計(jì)者可以同時(shí)觀察復(fù)雜的模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)波形，可以得到整個(gè)電路性能的全部波形。

Protel99SE中支持的電路仿真類型有：交流小信號(hào)分析，瞬態(tài)分析，噪聲分析，直流分析，參數(shù)掃描分析，溫度掃描分析，傅里葉分析和蒙特卡羅分析等。

11.2電路仿真設(shè)計(jì)的一般流程

在進(jìn)行仿真之前首先要完成一張可以用于仿真的電路原理圖，這張電路原理圖必須滿足如下要求：

(1)所有元器件必須有相應(yīng)的模型。

(2)必須要有激勵(lì)源。

(3)必須建立網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)來(lái)識(shí)別所分析的節(jié)點(diǎn)。

(4)如需要，應(yīng)設(shè)定初始條件。

采用SIM99進(jìn)行混合電路仿真的設(shè)計(jì)流程如圖11-1所示。圖11-1電路仿真的一般流程11.2.1SIM99仿真環(huán)境窗口及管理

下面以Protel99SE提供的范例介紹電路仿真的基本知識(shí)。打開(kāi)D:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Examples\

CircuitSimulation\555AstableMultivibrator.ddb設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)，將看到如圖11-2所示的窗口。圖11-2SIM99仿真環(huán)境窗口在顯示仿真結(jié)果的窗口單擊鼠標(biāo)左鍵，即進(jìn)入查看仿真波形環(huán)境，瀏覽管理器將變成如圖11-3所示的BrowseSimData對(duì)話框。在BrowseSimData頁(yè)面中，窗口被分為四大部分：仿真信號(hào)列表區(qū)、觀察方式設(shè)置區(qū)、顯示比例、光標(biāo)測(cè)量區(qū)。通過(guò)該窗口可以選擇所要顯示的信號(hào)以及顯示選擇項(xiàng)，例如選擇顯示單個(gè)信號(hào)(Single)或同時(shí)顯示所有信號(hào)(AllCells)等，同時(shí)可以打開(kāi)測(cè)量光標(biāo)來(lái)測(cè)量波形數(shù)據(jù)。圖11-3BrowseSimData對(duì)話框在仿真數(shù)據(jù)文件(SDF)編輯窗口內(nèi)，通過(guò)如下方式觀察仿真結(jié)果：

1.調(diào)整仿真波形觀察窗口內(nèi)信號(hào)的顯示幅度

將鼠標(biāo)移到仿真輸出信號(hào)下方橫線上，當(dāng)鼠標(biāo)箭頭變?yōu)槿鐖D11-4所示上下雙向箭頭時(shí)，按下左鍵不放，拖動(dòng)鼠標(biāo)，松手后即可發(fā)現(xiàn)橫線上方仿真輸出信號(hào)幅度被拉伸或壓縮。圖11-4調(diào)整顯示幅度

2.調(diào)整仿真波形窗口內(nèi)信號(hào)的顯示位置

將鼠標(biāo)移到波形窗口內(nèi)相應(yīng)的仿真輸出信號(hào)名稱上，按下鼠標(biāo)左鍵不放，拖動(dòng)鼠標(biāo)器，即可發(fā)現(xiàn)一個(gè)虛線框(代表信號(hào)名稱)隨鼠標(biāo)的移動(dòng)而移動(dòng)。當(dāng)虛線框移到另一信號(hào)顯示單元格內(nèi)時(shí)松手，即可發(fā)現(xiàn)兩個(gè)信號(hào)波形出現(xiàn)在同一顯示單元格內(nèi)。如圖11-5所示即為波形重疊顯示。圖11-5波形重疊顯示

3.改變顯示刻度

在Scaling(刻度)選擇框內(nèi)，單擊相應(yīng)刻度(如X軸)文本框右側(cè)上下(增加或減小)按鈕，即可改變X軸、Y軸或偏移量大小(當(dāng)然也可以在文本框直接輸入相應(yīng)的數(shù)值)。

改變顯示刻度后，在X、Y方向上可能觀察不到完整的波形，這時(shí)可執(zhí)行View菜單下的FitWaveforms(適合波形)命令或在波形顯示區(qū)域單擊右鍵，選擇FitWaveforms，如圖11-6所示，即可重新調(diào)節(jié)波形大小。圖11-6改變顯示刻度

4.在仿真波形窗口內(nèi)添加未顯示的信號(hào)波形

在Waveforms(波形列表窗口)窗口內(nèi)找出并單擊需要顯示的信號(hào)，如vcc，然后再單擊【Show】按鈕，即可在仿真波形觀察窗口內(nèi)顯示出指定的信號(hào)，如圖11-7所示。

當(dāng)需要將Waveforms窗口內(nèi)多個(gè)相鄰的信號(hào)波形同時(shí)加入到波形觀察窗口內(nèi)時(shí)，可按如下步驟操作：將鼠標(biāo)移到Waveforms窗口內(nèi)第一個(gè)需要顯示的信號(hào)上，單擊左鍵，按下Shift鍵不放，再將鼠標(biāo)移到最后一個(gè)需要顯示的信號(hào)上單擊左鍵，即可選擇多個(gè)相鄰的信號(hào)，然后釋放Shift鍵，再單擊【Show】按鈕即可。當(dāng)需要將Waveforms窗口內(nèi)多個(gè)不相鄰的信號(hào)波形同時(shí)加入到波形觀察窗口內(nèi)時(shí)，按如下步驟操作：將鼠標(biāo)移到Waveforms窗口內(nèi)第一個(gè)需要顯示的信號(hào)上，單擊左鍵，按下Ctrl鍵不放，再將鼠標(biāo)移到需要顯示的信號(hào)上并單擊左鍵，直到選中了所有需要顯示的信號(hào)，然后釋放Ctrl鍵，再單擊【Show】按鈕即可。圖11-7添加vcc后的仿真波形對(duì)話框

5.隱藏仿真波形觀察窗口內(nèi)的信號(hào)波形

將鼠標(biāo)移到波形觀察窗口內(nèi)需要隱藏的信號(hào)名上，單擊鼠標(biāo)左鍵，使目標(biāo)信號(hào)處于選中狀態(tài)(選中后信號(hào)波形線條變寬，同時(shí)信號(hào)名旁邊出現(xiàn)一個(gè)小黑點(diǎn)，如圖11-8中的trigger，然后再單擊【Hide】按鈕，相應(yīng)仿真信號(hào)即從波形觀察窗口內(nèi)消失。圖11-8處于選中狀態(tài)的trigger信號(hào)

6.波形測(cè)量

單擊圖11-3所示窗口內(nèi)MeasurementCursors(測(cè)量曲線)框中“A”右側(cè)的下拉按鈕，選擇被測(cè)量信號(hào)名(如out)，“A”框下方即顯示出被測(cè)信號(hào)點(diǎn)X、Y的值，同時(shí)波形窗口上方出現(xiàn)測(cè)量標(biāo)尺；或者選中目標(biāo)信號(hào)后單擊右鍵，選擇CursorA或者CursorB。如圖11-9所示為測(cè)量標(biāo)尺對(duì)話框。圖11-9測(cè)量標(biāo)尺對(duì)話框?qū)⑹髽?biāo)移到測(cè)量標(biāo)尺上，按下左鍵不放并移動(dòng)鼠標(biāo)，即可從X、Y坐標(biāo)上了解到波形任一點(diǎn)處的準(zhǔn)確數(shù)值。用戶可同時(shí)測(cè)量?jī)蓚€(gè)信號(hào)，即在“A”框內(nèi)選擇某一測(cè)量信號(hào)后，還可在“B”窗口內(nèi)選擇另一信號(hào)，結(jié)果波形窗口上將同時(shí)出現(xiàn)A、B信號(hào)測(cè)量標(biāo)尺，這樣即可從“B-A”窗口內(nèi)了解到當(dāng)前A、B兩信號(hào)點(diǎn)的差(同一信號(hào)兩點(diǎn)之間的差或不同信號(hào)兩點(diǎn)之間的差)、最小值(MinimumA..B)、最大值(MaximumA..B)、平均值(AverageA..B)、均方值(RMSA..B)、頻率差(FrequencyA..B)等。

7.只觀察一個(gè)單元格內(nèi)的信號(hào)

將鼠標(biāo)移到某一信號(hào)單元格內(nèi)，單擊左鍵，然后執(zhí)行View選擇框內(nèi)的SingleCells選項(xiàng)(或?qū)⑹髽?biāo)移到某一信號(hào)單元格內(nèi)，單擊右鍵調(diào)出快捷菜單，指向并單擊ViewSingleCell命令)，即可顯示該單元格內(nèi)的信號(hào)，如圖11-10所示僅顯示一個(gè)單元格內(nèi)的信號(hào)。圖11-10僅顯示一個(gè)單元格內(nèi)的信號(hào)

8.選擇X、Y軸刻度單位及Y軸度量對(duì)象

根據(jù)觀察信號(hào)的類型，必要時(shí)可執(zhí)行View菜單下的Scaling…命令，在如圖11-11所示刻度選擇對(duì)話框內(nèi)，重新選擇X、Y軸度量單位。

可供選擇的X軸度量單位：Linear(線性)、Log(對(duì)數(shù))。

可供選擇的Y軸度量單位與被觀察信號(hào)的類型有關(guān)，其中：

Real：實(shí)數(shù)或復(fù)數(shù)信號(hào)形式中的實(shí)部。

Imaginary：復(fù)數(shù)信號(hào)形式中的虛部。

Magnitude：幅度(Uo/Ui)。MagnitudeInDecibels：以分貝表示的幅度，即Au=20lg(Uo/Ui)。

PhaseInDegrees：相位(度)。

PhaseInRadians：相位(梯度)。圖11-11刻度選擇對(duì)話框

9.設(shè)置波形窗口其他選項(xiàng)——背景顏色、顯示計(jì)算點(diǎn)

可執(zhí)行View菜單下的Option…命令，在如圖11-12所示的波形窗口設(shè)置對(duì)話框內(nèi)，重新選擇波形窗口背景、前景以及柵格線顏色等。圖11-12波形窗口設(shè)置對(duì)話框

10.創(chuàng)建新的觀察對(duì)象

Protel99SE仿真功能做了較大的改進(jìn)，可以使用Waveforms窗口內(nèi)的【New】按鈕，創(chuàng)建更為復(fù)雜的觀察對(duì)象。下面以建立R1兩端的壓降為例，介紹新波形的創(chuàng)建過(guò)程。

(1)在圖11-3中，單擊Waveforms窗口內(nèi)的【New】按鈕，進(jìn)入圖11-13所示CreateNewWaveform(創(chuàng)建新波形)設(shè)置對(duì)話框。圖11-13創(chuàng)建新波形設(shè)置對(duì)話框

(2)由于新創(chuàng)建波形vr1=vcc-dchg，因此可在“信號(hào)列表”窗內(nèi)找出并單擊vcc信號(hào)；接著在“函數(shù)列表”(即運(yùn)算符)窗內(nèi)找出并單擊“-”(即減號(hào)運(yùn)算符)；再到“信號(hào)列表”窗內(nèi)找出并單擊dchg信號(hào)，Expression文本盒內(nèi)即出現(xiàn)vcc-dchg表示式，如圖11-14所示。圖11-14創(chuàng)建了vcc-dhcg

(3)單擊【Create】按鈕，新建立波形vr1=vcc-dchg即出現(xiàn)在波形窗口內(nèi)，如圖11-15所示。

這樣就可以利用已有信號(hào)通過(guò)數(shù)學(xué)函數(shù)(即運(yùn)算符)構(gòu)造更復(fù)雜的觀察對(duì)象了。圖11-15增加了新波形vcc-dchg

11.切換到另一仿真方式波形窗口

如果在仿真時(shí)，同時(shí)執(zhí)行了多種仿真操作，本例所示仿真方式設(shè)置窗口內(nèi)，同時(shí)選擇了OperatingPointAnalyses(靜態(tài)工作點(diǎn)分析)和TransientAnalysis(瞬態(tài)特性分析)，則仿真波形窗口下方將列出相應(yīng)仿真結(jié)果波形標(biāo)簽，單擊相應(yīng)的仿真波形標(biāo)簽，即可觀察到對(duì)應(yīng)仿真方式的結(jié)果。如圖11-16所示為仿真波形窗口切換示意圖。圖11-16仿真波形窗口的切換11.2.2Run和Sources命令

1.?Run

運(yùn)行仿真命令。此命令也可以通過(guò)單擊主工具欄上的按鈕來(lái)實(shí)現(xiàn)。如果還沒(méi)有進(jìn)行仿真設(shè)置，則不能馬上選擇此命令，而需要先選擇Setup命令。

有時(shí)候由于設(shè)置的仿真時(shí)間太長(zhǎng)，或者設(shè)置的仿真步長(zhǎng)太小而導(dǎo)致仿真過(guò)程較長(zhǎng)，此時(shí)如果想終止仿真過(guò)程，可以單擊主工具欄上的Stopsimulate按鈕來(lái)結(jié)束仿真。

2.?Sources

在對(duì)電路進(jìn)行仿真之前，要先給電源提供激勵(lì)源，此子菜單羅列出了較常用的激勵(lì)源，如+5V、-5V、+12V、-12V直流電壓源，頻率為1kHz、10kHz、1MHz等的正弦波以及頻率為1kHz、10kHz、1MHz等的方波。這些激勵(lì)源使用起來(lái)十分方便，在Simulate菜單中單擊Sources子菜單上的箭頭，彈出如圖11-17所示的Sources下拉菜單，然后再選擇所需的激勵(lì)源即可。圖11-17Sources子菜單11.2.3CreatSpiceNetlist命令

Protel99SE仿真引擎使用的是Spice，用Spice仿真需要使用網(wǎng)表文件，而使用Protel99SE仿真電路用戶不需編寫(xiě)網(wǎng)表文件，因?yàn)檫@些工作都由Protel自動(dòng)完成了，所獲得的網(wǎng)表文件被傳送給Spice進(jìn)行仿真。

在Simulate菜單中選擇CreatSpiceNetlist子菜單，就可以生成一個(gè)名為555AstableMultivibrator.nsx的網(wǎng)表文件。11.2.4Setup命令

在對(duì)電路進(jìn)行仿真之前，通常要對(duì)仿真進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置，單擊Simulate菜單中的Setup子菜單，就會(huì)彈出如圖11-18所示的AnalysesSetup對(duì)話框，在此進(jìn)行仿真設(shè)置。下面主要介紹該對(duì)話框的含義。圖11-18AnalysesSetup對(duì)話框

1.選擇分析類型

圖11-18是AnalysesSetup對(duì)話框Gerneral選項(xiàng)。在SelectAnalysestoRun組中列出了Protel99SE所支持的分析類型：靜態(tài)工作點(diǎn)分析、直流掃描分析、溫度掃描分析、參數(shù)掃描分析、瞬態(tài)分析/博里葉分析、噪音分析、交流小信號(hào)分析、傳遞函數(shù)和蒙特卡羅分析等。用戶可以根據(jù)需要選擇其中一個(gè)或多個(gè)參數(shù)進(jìn)行分析。

2.選擇所收集的信號(hào)類型

Protel99SE在仿真過(guò)程中產(chǎn)生了大量的數(shù)據(jù)，用戶可自由選擇保存數(shù)據(jù)的類型。比如節(jié)點(diǎn)電壓、節(jié)點(diǎn)電流、支路電流和流經(jīng)器件的電流、功率等。在圖11-18中單擊CollectDataFor收集數(shù)據(jù)類型右邊的向下箭頭，彈出如圖11-19所示的下拉選框，在此可以選擇保存何種數(shù)據(jù)到輸出結(jié)果中。圖11-19選擇所收集的信號(hào)類型以下是下拉選框中各項(xiàng)及其意義：

(1)?NodeVoltageandSupplyCurrent。保存每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓和流經(jīng)每個(gè)電源的電流。

(2)?NodeVoltage，SupplyandDeviceCurrent。保存每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓及流經(jīng)每個(gè)電源和器件的電流。

(3)?NodeVoltage，SupplyCurrents，DeviceCurrentsandPower。保存每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓及流經(jīng)每個(gè)電源和器件的電流和功率。

(4)?NodeVoltage，SupplyCurrentandSubcircuitVARs。保存每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓及流經(jīng)每個(gè)電源和器件或子電路中變量的電流和電壓。

(5)?ActiveSignals。只收集與所選擇的激活變量相關(guān)的數(shù)據(jù)。此選擇針對(duì)性強(qiáng)，但所選擇的激活變量只能是電路中的節(jié)點(diǎn)電壓或電源電流等。

3.選擇仿真內(nèi)容

SheetstoNetlist的下拉選框用于確定仿真內(nèi)容(如何生成網(wǎng)表文件)，圖11-20中所示的是其選項(xiàng)，其含義如下：

(1)?ActiveSheet。使用當(dāng)前激活的電路圖文件生成網(wǎng)表文件。

(2)?Activeproject。使用當(dāng)前激活的項(xiàng)目文件(可能會(huì)有多個(gè)電路圖文件)生成網(wǎng)表文件。

(3)?Activesheetplussubsheets。使用當(dāng)前激活的電路圖文件及子電路圖文件(可能會(huì)有多個(gè)子電路圖文件)生成網(wǎng)表文件。圖11-20SheetstoNetlist下拉選框

4.選擇欲激活的信號(hào)

所謂激活的信號(hào)是指在仿真結(jié)束后，這些信號(hào)的波形或數(shù)據(jù)將被顯示到相應(yīng)的區(qū)域中，以供用戶觀察和分析。如圖11-21所示，左邊是所有可選的信號(hào)，右邊是所選擇的激活信號(hào)。在仿真時(shí)，用戶可根據(jù)需要選擇所要激活的信號(hào)。表11-1所示是中間那些按鈕的功能，點(diǎn)擊這些按鈕就可選擇要激活的信號(hào)。圖11-21選擇欲激活信號(hào)表11-1選擇欲激活信號(hào)的按鈕功能表若想把DCHG作為激活信號(hào)，只需單擊AvailableSignals下拉選框中的DCHG信號(hào)，然后單擊按鈕即可；刪除一個(gè)信號(hào)操作與此類似。如果需要全部選中，則只需單擊按鈕即可；如果需全部刪除，則只需單擊按鈕即可。

技巧：用鼠標(biāo)雙擊某個(gè)信號(hào)變量，即可把其從一邊移到另一邊。也可以使用Shift鍵(連續(xù)選)或Ctrl鍵(不連續(xù)選)來(lái)同時(shí)選擇多個(gè)信號(hào)。

5.高級(jí)選項(xiàng)

單擊高級(jí)選項(xiàng)按鈕，可進(jìn)行高級(jí)仿真設(shè)置，如圖11-22所示。圖11-22高級(jí)選項(xiàng)設(shè)置對(duì)話框選擇仿真計(jì)算模型、數(shù)字集成電路電源引腳對(duì)地參考電壓、瞬態(tài)分析參考點(diǎn)、缺省的仿真參數(shù)等，用這些選項(xiàng)去控制和限制電路分析的參量。比如電流絕對(duì)精度(ABSTOL)、所有分析結(jié)束后是否輸出統(tǒng)計(jì)信息，那么就單擊ACCT后，在OptionValue的輸出框輸入YES，然后按【Enter】按鈕即可。但必須注意，一般并不需要修改高級(jí)選項(xiàng)設(shè)置，尤其是不熟悉Spice電路分析軟件定義的器件參數(shù)含義、取值范圍以及仿真算法的初學(xué)者，更不要隨意修改高級(jí)選項(xiàng)設(shè)置，否則將引起不良后果。

6.運(yùn)行仿真

在所有的設(shè)定都完畢后，即可單擊圖11-18中的按鈕對(duì)電路進(jìn)行仿真了。

單擊按鈕，關(guān)閉AnalysesSetup對(duì)話框。

單擊按鈕，獲得聯(lián)機(jī)幫助。 11.3繪制仿真電路圖

11.3.1加載仿真元件庫(kù)

利用原理圖編輯器編輯仿真測(cè)試原理圖時(shí)，在編輯原理圖過(guò)程中，除了導(dǎo)線、電源符號(hào)、接地符號(hào)外，原理圖中所有元器件的電氣圖形符號(hào)，均要取自電路仿真測(cè)試用電氣圖形符號(hào)數(shù)據(jù)庫(kù)文件包Sim.ddb內(nèi)相應(yīng)的元件電氣圖形符號(hào)庫(kù)文件*.Lib中，否則仿真時(shí)會(huì)因找不到元件模型參數(shù)(如三極管的放大倍數(shù)、C-E結(jié)反向漏電流)而終止仿真過(guò)程。為方便用戶使用，Protel99SE包含了大約5800個(gè)模擬和數(shù)字器件，它們都有與其相對(duì)應(yīng)的模型。Protel99SE提供的仿真元件庫(kù)存放在*:\ProgramFiles\DesignExplorer99SE\Library\Sch\Sim.ddb(根據(jù)安裝目錄而定)中，在打開(kāi)的電路原理圖界面單擊【Add/Remove】按鈕，彈出如圖11-23所示的添加、刪除庫(kù)文件對(duì)話框，在庫(kù)文件中找到Sim.ddb文件并單擊，然后單擊【Add】按鈕，再單擊【OK】按鈕即可加載仿真元件庫(kù)。圖11-23添加、刪除仿真元件庫(kù)文件11.3.2Sim99仿真庫(kù)中的元器件

在Protel99SE中，每一仿真元件的電氣特性由元件電氣圖形符號(hào)和元件模型參數(shù)描述。仿真測(cè)試原理圖用元器件電氣圖形符號(hào)(多數(shù)為工業(yè)標(biāo)準(zhǔn))，分類存放在如下電氣圖形符號(hào)庫(kù)(.Lib)文件中，各庫(kù)文件說(shuō)明如表11-2所示。表11-2電氣圖形符號(hào)庫(kù)說(shuō)明元器件仿真模型參數(shù)存放在DesignExplorer99SE\

Library\Sim文件夾內(nèi)的SimulationModels.ddb文件包中。需要指出的是，元器件仿真模型參數(shù)數(shù)據(jù)庫(kù)文件為文本文件，它記錄了器件的仿真模型參數(shù)，由仿真程序調(diào)用，不可隨意修改或刪除。

在放置元件操作過(guò)程中，按Tab鍵進(jìn)入元件屬性窗口后，設(shè)置元件有關(guān)參數(shù)時(shí)，必須注意，一般僅需要指定必須參數(shù)，如序號(hào)、型號(hào)、大小(如果打算從電路原理圖獲取自動(dòng)布局所需的網(wǎng)絡(luò)表文件時(shí)，還需給出元器件的封裝形式)；而對(duì)于可選參數(shù)，一般用“*”代替(即采用缺省值)，除非絕對(duì)必要，否則不宜修改。在SIM99的仿真元件庫(kù)(Sim.ddb)中，包含了如下的一些主要的仿真用元器件：

(1)電阻器。在庫(kù)SimulationSymbols.Lib中，包含了如下電阻器：

?RES固定電阻(定阻)。

?RESSEMI半導(dǎo)體電阻。

?RPOT電位計(jì)。

?RVAR變電阻。

上述符號(hào)代表了一般的電阻類型，如圖11-24所示。圖11-24仿真庫(kù)中的電阻類型這些元器件有一些特殊的仿真屬性域。在放置過(guò)程中按Tab鍵或放置完成后，雙擊該器件彈出屬性設(shè)置對(duì)話框，就可設(shè)置元器件屬性：

?Designator——電阻器名稱(如R1)。

?PartType——以歐姆(Ω)為單位的電阻值(如100kΩ)。

?L——在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置，以米(m)為單位的電阻的長(zhǎng)度(僅僅對(duì)半導(dǎo)體電阻)。

?M——在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置，以米(m)為單位的電阻的寬度(僅僅對(duì)半導(dǎo)體電阻)。

??Temp——在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置，元件工作溫度，以攝氏度(℃)為單位。默認(rèn)時(shí)為27℃(僅僅對(duì)半導(dǎo)體電阻)。

?Set——在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置，僅僅對(duì)電位計(jì)和可變電阻。

對(duì)于固定電阻來(lái)說(shuō)，僅需在元件屬性窗口內(nèi)指定元件序號(hào)(Designator，如R1、R2等)及阻值(Part，如10K、5.1K)；對(duì)可變電阻器、電位器，還需指定SET參數(shù)，取值范圍為0～1，即SET等于電位器(或可變電阻器)第1引腳到觸點(diǎn)處電阻與電位器總電阻之比。除半導(dǎo)體電阻器RESSEMI外，固定電阻器、可變電阻器、電位器等均視為理想元件，即電阻溫度系數(shù)為0，也沒(méi)有寄生電感、寄生電容。

(2)電容器。在庫(kù)SimulationSymbols.Lib中，包含了如下電容：

?CAP定值無(wú)極性電容。

?CAP2定值有極性電容。

?CAPSEMI半導(dǎo)體電容。

這些符號(hào)表示了一般的電容類型，如圖11-25所示。圖11-25仿真庫(kù)中的電容類型對(duì)電容屬性有如下設(shè)置：

?Designator——電容名稱(如C1)。

?PartType——以法拉(F)為單位的電容值(如22μF)。

?L——在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置，以米(m)為單位的電容的長(zhǎng)度(僅僅對(duì)半導(dǎo)體電容)。

?M——在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置，以米(m)為單位的電容的寬度(僅僅對(duì)半導(dǎo)體電容)。

?IC——在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置，表示初始條件，即電容的初始電壓值。該項(xiàng)僅在仿真分析工具傅里葉變換中的使用初始條件被選中后才有效。對(duì)于固定電容來(lái)說(shuō)，僅需指定電容序號(hào)(Designator，如C1、C2等)及容量(Part，如10μ、22μ)；對(duì)半導(dǎo)體電容器來(lái)說(shuō)，還需要指定L、W參數(shù)。在瞬態(tài)特性分析及傅里葉分析(Transient/Fourie)過(guò)程中，可能還需要指定零時(shí)刻電容兩端的電壓初值IC(InitialConditions，即初始條件)，缺省時(shí)電容兩端電壓初值IC為0V。以上電容器均視為理想電容器，即溫度系數(shù)為0，且不考慮寄生電阻(如漏電阻、引線電阻)及寄生電感。

(3)電感器。在庫(kù)SimulationSymbols.Lib中，包含的電感為INDUCTOR。

對(duì)電感屬性的對(duì)話框有如下設(shè)置：

?Designator——電感名稱(如L1)。

?PartType——以亨(H)為單位的電感值(如47μH)。

IC——在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置，表示初始條件，即電感的初始電壓值。該項(xiàng)僅在仿真分析工具傅里葉變換中的使用初始條件被選中后才有效。在元件屬性窗口內(nèi)僅需指定電感序號(hào)(Designator，如L1、L2等)及電感量(Part，如1m、22μ等)。在瞬態(tài)特性分析及傅里葉分析(Transient/Fourie)過(guò)程中，可能還需指定零時(shí)刻電感中的電流初值IC，缺省時(shí)電感中的電流初值IC為0A。

電感也被認(rèn)為是理想元件，即溫度系數(shù)為0，忽略寄生電阻和寄生電容。

(4)二極管、三極管及結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)各類二極管(Diode)的電氣圖形符號(hào)存放在Diode.Lib元件庫(kù)文件中；工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)各類雙極型晶體管電氣圖形符號(hào)存放在BJT.Lib元件庫(kù)文件中；單結(jié)晶體管電氣圖形符號(hào)存放在UJT.Lib元件庫(kù)文件中；各類結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管(JEFT)電氣圖形符號(hào)存放在JEFT.Lib元件庫(kù)文件中，這四類元件仿真參數(shù)包括：

?Designator——二極管、三極管及結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管名稱(如D1、Q1)。

?AREA：面積因子(可選)。

?OFF：靜態(tài)工作點(diǎn)分析時(shí)，管子的初始狀態(tài)(缺省時(shí)為關(guān)閉狀態(tài)，可選)。

?IC：零時(shí)刻二極管端電壓或流過(guò)三極管中的電流(可選)。

?TEMP：環(huán)境溫度(可選)，缺省時(shí)為27℃。

對(duì)于這類元器件來(lái)說(shuō)，一般僅需要在元件屬性窗口內(nèi)給出Designator(元件序號(hào)，用如D1、D2等作為二極管序號(hào)，用Q1、Q2等作為三極管序號(hào))。除非絕對(duì)必要，否則不要指定可選參數(shù)(即一律設(shè)為“*”，采用缺省值)。此外，對(duì)于二極管及后面介紹的三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、可控硅以及各類集成電路芯片等元件的Part(型號(hào))屬性項(xiàng)也不能隨意更改，否則可能出現(xiàn)張冠李戴的現(xiàn)象，或因SimulationModels.ddb庫(kù)文件內(nèi)沒(méi)有相應(yīng)的元件模型參數(shù)，而終止仿真過(guò)程。

如圖11-26所示，該圖簡(jiǎn)單列出了上述庫(kù)中包含的二極管、三極管及結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管的類型。圖11-26仿真庫(kù)中的二極管、三極管和結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管類型

(5)?MOS場(chǎng)效應(yīng)管。各類MOS場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)電氣圖形符號(hào)存放在MOSFET.Lib元件庫(kù)文件中，這類元件仿真參數(shù)包括：

?Designator——MOS場(chǎng)效應(yīng)管名稱(如Q1)。

?L——溝道長(zhǎng)度，單位為米(m)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?W——溝道寬度，單位為米(m)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?AD——漏區(qū)面積，單位為平方米(m2)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?AS——源區(qū)面積，單位為平方米(m2)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?PD——漏區(qū)周長(zhǎng)，單位為米(m)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?PS——源區(qū)周長(zhǎng)，單位為米(m)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?NRD——漏極的相對(duì)電阻率的方塊數(shù)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?NRS——源極的相對(duì)電阻率的方塊數(shù)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?OFF——可選項(xiàng)，在操作點(diǎn)分析中使三極管電壓為零，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?IC——可選項(xiàng)，表示初始條件，即通過(guò)MOS場(chǎng)效應(yīng)管的初始值。該項(xiàng)僅在仿真分析工具傅里葉變換中的使用初始條件被選中后才有效，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?Temp——可選項(xiàng)，元件工作溫度，以攝氏度(℃)為單位。默認(rèn)時(shí)為27℃，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

對(duì)于這類元器件來(lái)說(shuō)，一般只需要在元件屬性窗口內(nèi)給出Designator(元件序號(hào)，如Q1、Q2等)。除非絕對(duì)必要，否則不改變可選參數(shù)(即一律設(shè)為“*”，采用缺省值)。如圖11-27所示，該圖簡(jiǎn)單列出了庫(kù)中包含的MOS場(chǎng)效應(yīng)管。圖11-27仿真庫(kù)中的MOS場(chǎng)效應(yīng)管類型

(6)保險(xiǎn)絲。保險(xiǎn)絲(Fuse)電氣圖形符號(hào)存放在DesignExplorer99SE\Library\Sch\Sim.ddb文件包內(nèi)的SimulationSymbols.Lib庫(kù)文件中，在元件屬性窗口內(nèi)需要指定下列

參數(shù)：

?Designator：元件序號(hào)，如F1、F2等。

?Current：電流容量，如250mA、2.0A等。

?Resistance：串聯(lián)電阻(可選)，指保險(xiǎn)絲的阻抗。

如圖11-28所示，該圖簡(jiǎn)單列出了仿真庫(kù)中保險(xiǎn)絲的形式。圖11-28仿真庫(kù)中保險(xiǎn)絲的類型

(7)變壓器。仿真用變壓器類元件電氣圖形符號(hào)存放在DesignExplorer99SE\Library\Sch\Sim.ddb文件包內(nèi)的Transformer.Lib元件庫(kù)文件中，在元件屬性窗口內(nèi)需要指定下列參數(shù)：

?Designator：元件序號(hào)(如TF1、TF2等)。

?Ratio：次級(jí)/初級(jí)線圈電壓傳輸比，缺省時(shí)為0.1，即初次級(jí)電壓傳輸比為10∶1。必要時(shí)，還可以指定下列可選參數(shù)：

?RP：初級(jí)線圈直流電阻。

?RS：次級(jí)線圈直流電阻。

?LEAK：漏感。

?MAG：互感。

如圖11-29所示，該圖簡(jiǎn)單列出了仿真庫(kù)中包含的變壓器類型。圖11-29仿真庫(kù)中的變壓器類型

(8)繼電器。仿真用繼電器類元件電氣圖形符號(hào)存放在DesignExplorer99SE\Library\Sch\Sim.ddb文件包內(nèi)的Relay.Lib元件庫(kù)文件中，在元件屬性窗口內(nèi)需要指定下列參數(shù)：

?Designator：元件序號(hào)，如RLY1、RLY2等。

?Pullin：吸合電壓(可選)。

?Dropoff：釋放電壓(可選)。

?Contact：接觸電阻(可選)。

?Resistance：線圈電阻(可選)。

?Inductance：線圈電感(可選)。

如圖11-30所示，該圖簡(jiǎn)單列出了仿真庫(kù)中包含的繼電器。圖11-30仿真庫(kù)中繼電器的類型

(9)晶體振蕩器。仿真用石英晶體振蕩器元件電氣圖形符號(hào)存放在DesignExplorer99SE\Library\Sch\Sim.ddb文件包內(nèi)的Crystal.Lib元件庫(kù)文件中，在元件屬性窗口內(nèi)需要指定下列參數(shù)：

?Designator：元件序號(hào)。

?Freq：振蕩頻率，缺省值為2.5Meg。

?RS：串聯(lián)電阻(可選)。

?C：等效電容(可選)。

?Q：品質(zhì)因數(shù)(可選)。

(10)可控硅及雙向可控硅。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)單向可控硅元件和雙向可控硅元件的電氣圖形符號(hào)分別存放在SCR.Lib和Triac.Lib元件庫(kù)內(nèi)，在元件屬性窗口中僅需要指定Designator(元件序號(hào))。

(11)運(yùn)算放大器、比較器。工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)通用運(yùn)算放大器、比較器的電氣圖形符號(hào)分別存放在OpAmp.Lib和Comparator.Lib元件庫(kù)文件中，對(duì)于這類元件只需在其屬性窗口內(nèi)指定元件序號(hào)(如U1、U2或IC1、IC2等)，無(wú)需給出其他仿真參數(shù)。

(12)?TTL及CMOS數(shù)字集成電路。74系列TTL集成電路芯片元件電氣圖形符號(hào)存放在74XX.Lib庫(kù)文件(DesignExplorer99SE\Library\Sch\Sim.ddb)內(nèi)；4000系列CMOS集成電路芯片的電氣圖形符號(hào)存放在CMOS.Lib庫(kù)文件(DesignExplorer99SE\Library\Sch\Sim.ddb)內(nèi)。

在放置這兩類數(shù)字集成電路元器件前，需按Tab鍵進(jìn)入元件屬性設(shè)置窗口，指定下列仿真參數(shù)：

?Designator：元件序號(hào)(如U1、U2或IC1、IC2等)。

?Propagation：延遲時(shí)間，可選，缺省時(shí)取典型值，可以設(shè)為Min(最小值)、“*”或空白(典型值)、Max(最大值)。

?Loading：輸入特性參數(shù)，可選，缺省時(shí)取典型值。這一設(shè)置項(xiàng)影響所有輸入?yún)?shù)的取值范圍，如低電平輸入電流IIL、高電平輸入電流IIH等，可以設(shè)為Min(最小值)、“*”或空白(典型值)、Max(最大值)，一般取典型值即可。

?Drive：輸出特性參數(shù)，可選，缺省時(shí)取典型值。這一設(shè)置項(xiàng)影響所有輸出參數(shù)的取值范圍，如高電平輸出電流IOH、低電平輸出電流IOL、短路輸出電流IOS等，可以設(shè)為Min(最小值)、“*”或空白(典型值)、Max(最大值)，一般取典型值即可。

?Current：電源電流，可選，缺省時(shí)取典型值，可以設(shè)為Min(最小值)、“*”或空白(典型值)、Max(最大值)。這一設(shè)置項(xiàng)影響ICCL(低電平輸出時(shí)電源電流)、ICCH(高電平輸出時(shí)電源電流)，一般取典型值即可。

?PWRValue：電源電壓(不過(guò)在指定電源電壓時(shí)，必須指定地電平)，可選(TTL集成電路芯片為+5V，CMOS集成電路芯片為+15V)。一般不用指定，即設(shè)為“*”。當(dāng)需要改變電源電壓時(shí)，可在圖11-22的仿真高級(jí)選項(xiàng)框內(nèi)指定，或直接在仿真原理圖中給出電源供電電路。

?GNDValue：地電平，可選，一般不用指定，設(shè)為“*”即可。當(dāng)指定地電平時(shí)，必須指定電源電壓。

?VILValue：低電平輸入電壓，可選，缺省時(shí)取典型值(一般不用修改，取缺省即可。TTL電路低電平輸入最大值為0.8V；CMOS電路低電平輸入最大值為0.2VDD)。

?VIHValue：高電平輸入電壓最小值，可選，缺省時(shí)取典型值(對(duì)于TTL電路約1.4V，對(duì)于CMOS電路來(lái)說(shuō)，約為0.7VDD)。

?VOLValue：低電平輸出電壓，可選，缺省時(shí)取典型值(對(duì)于TTL電路，不指定時(shí)，為0.2V；對(duì)于CMOS電路，不指定時(shí)，為0.0V)。

?VOHValue：高電平輸出電壓，可選，缺省時(shí)取典型值(對(duì)于TTL電路，不指定時(shí)為4.6V；對(duì)于CMOS電路，不指定時(shí)，等于電源電壓VDD)。

?WARN：警告信息，可選。

(13)節(jié)點(diǎn)電壓初始值(.IC)。初始條件.IC可視為一個(gè)特殊元件，存放在SimulationSymbols.Lib元件庫(kù)內(nèi)，用于定義瞬態(tài)分析過(guò)程中零時(shí)刻某節(jié)點(diǎn)的電壓初值(如電容上的電壓初值)，直接放置在指定節(jié)點(diǎn)上。

在.IC元件屬性窗口內(nèi)僅需指定元件序號(hào)(Designator，如IC1、IC2等)及初值(Part，如1、0.5m等)。在原理圖中，用?.IC元件定義各節(jié)點(diǎn)電壓初值后，進(jìn)行瞬態(tài)分析時(shí)如果采用初始條件的話(即選中了瞬態(tài)分析參數(shù)設(shè)置窗內(nèi)的UseInitialConditions復(fù)選項(xiàng))，將不再計(jì)算電路直流工作點(diǎn)，而采用?.IC元件定義的節(jié)點(diǎn)電壓初值以及器件仿真參數(shù)中的初值IC(器件仿真參數(shù)中的IC優(yōu)先于?.IC元件定義的節(jié)點(diǎn)電位初值)作為瞬態(tài)分析的初始條件。

反之，如果瞬態(tài)分析時(shí)沒(méi)有選擇UseInitialConditions復(fù)選項(xiàng)，則進(jìn)行瞬態(tài)分析前依然要進(jìn)行直流工作點(diǎn)分析，以便獲得瞬態(tài)分析零時(shí)刻各節(jié)點(diǎn)電位的初值。但在計(jì)算直流工作點(diǎn)時(shí)，將使用.IC元件定義的電壓值作為對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)電壓的初值，即?.IC值同樣會(huì)影響瞬態(tài)特性。

(14)節(jié)點(diǎn)電壓設(shè)置(.NS)。.NS也是一個(gè)特殊的元件，存放在SimulationSymbols.Lib元件庫(kù)內(nèi)。在分析雙穩(wěn)態(tài)或不穩(wěn)定電路瞬態(tài)特性時(shí)，用于定義某些節(jié)點(diǎn)電位直流解的預(yù)收斂值，即先假設(shè)對(duì)應(yīng)節(jié)點(diǎn)電位收斂于?.NS指定的數(shù)值，然后進(jìn)行計(jì)算，收斂后又去掉?.NS約束繼續(xù)迭代，直到真正收斂為止，也就是說(shuō)?.NS并沒(méi)有影響到節(jié)點(diǎn)電壓的最終計(jì)算值。

此外，尚有許多的其他元器件，這里不一一列舉。在編輯原理圖過(guò)程中，可通過(guò)如下方式了解器件各參數(shù)的含義：?jiǎn)螕鬑elp菜單下的Contents命令，打開(kāi)ProtelHelp窗口；指向并單擊“仿真”幫助話題Workingwithsimulations(仿真操作)——如果單擊某一幫助話題后，提示沒(méi)有相應(yīng)幫助文件，建議訪問(wèn)Protel站點(diǎn)，原因是當(dāng)前工作目錄不是Protel安裝目錄，可執(zhí)行“打開(kāi)”命令，在OpenDesignDatabase窗口內(nèi)，選擇DesignExplorer99SE\Help目錄作為當(dāng)前目錄，在不選擇任何文件的情況下，執(zhí)行其中的“打開(kāi)”命令即可；然后單擊Simulationtopics(仿真話題)下的Configuringaschematicforsimulation(仿真原理圖設(shè)置)，接著單擊Links(關(guān)聯(lián)話題)中的Selectingsimulation-readyschematiccomponents(原理圖元件的選擇)，然后再單擊相應(yīng)的元件類型即可獲得有關(guān)仿真參數(shù)的詳細(xì)說(shuō)明。11.3.3仿真信號(hào)源及其參數(shù)

由于所有激勵(lì)源電氣圖形符號(hào)均作為元件存放在仿真符號(hào)圖形庫(kù)SimulationSymbols.Lib內(nèi)，選擇SimulationSymbols.Lib作為當(dāng)前元件圖形庫(kù)后，即可在元件列表窗內(nèi)找到相應(yīng)的激勵(lì)源，單擊鼠標(biāo)左鍵選中后，再單擊【Place】按鈕，即可將它放到原理圖編輯區(qū)內(nèi)(與放置元件電氣圖形符號(hào)的操作方法相同)。

(1)直流電壓源VSRC與直流電流源ISRC。這兩種激勵(lì)源作為仿真電路工作電源，在庫(kù)SimulationSymbols.lib中，包含了如下的直流源器件：

?VSRC：電壓源。

?ISRC：電流源。仿真庫(kù)中的電壓/電流源符號(hào)如圖11-31所示。這些源提供了用來(lái)激勵(lì)電路的一個(gè)不變的電壓或電流輸出。對(duì)直流源其屬性對(duì)話框可如下設(shè)置：

?Designator——直流源器件名稱。

?ACMagnitude——交流源幅值。如果設(shè)計(jì)者欲在此電源上進(jìn)行交流小信號(hào)分析，可在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置此項(xiàng)(典型值為1)。圖11-31電壓/電流源符號(hào)

?ACPhase——交流源信號(hào)的相位，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。這兩種激勵(lì)源作為仿真電路工作電源，在屬性窗口內(nèi)，只需指定序號(hào)(Designator，如VDD、VSS等)、型號(hào)(PartType，即大小，如5、12、5m等)，設(shè)置屬性對(duì)話框如圖11-32所示。圖11-32直流電源屬性設(shè)置對(duì)話框

(2)正弦波信號(hào)源(SinusoidWaveform)。正弦波信號(hào)源在電路仿真分析中常作為瞬態(tài)分析、交流小信號(hào)分析的信號(hào)源。在庫(kù)SimulationSymbols.lib中，包含了如下的正弦仿真源器件：

?VSIN：正弦電壓源。

?ISIN：正弦電流源。

仿真庫(kù)中的正弦電壓/電流源符號(hào)如圖11-33所示。通過(guò)這些源可創(chuàng)建正弦波電壓和電流源。圖11-33正弦電壓/電流符號(hào)對(duì)正弦仿真源的屬性對(duì)話框有如下設(shè)置：

?Designator——設(shè)置所需的激勵(lì)源器件名稱，如INPUT。

?DCMagnitude——此項(xiàng)將不設(shè)置。

?ACMagnitude——AC小信號(hào)分析時(shí)的信號(hào)振幅，典型值為1V。不需要進(jìn)行AC小信號(hào)分析時(shí)可設(shè)為“*”或0；對(duì)于放大器來(lái)說(shuō)，一般取小于1V，如1mV、10mV等。如果設(shè)計(jì)者欲在此電源上進(jìn)行小信號(hào)分析，可在PartFields選項(xiàng)卡設(shè)置此項(xiàng)(典型值為1)。

?Phase——AC小信號(hào)的電壓相位，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?OFFSET——疊加在交流信號(hào)上的直流電壓或電流偏移量，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?Amplitude——正弦曲線的峰值，如100V，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?Frequency——正弦波的頻率，單位為Hz，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?Delay——延遲時(shí)間。單位為s，在PartFields選項(xiàng)卡設(shè)置。

?DampingFactor——阻尼因子。每秒正弦波幅值上的減少量，設(shè)置為正值將使正弦波以指數(shù)形式減少；為負(fù)值則將使幅值增加；如果為0，則給出一個(gè)不變幅值的正弦波，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?PhaseDelay——正弦信號(hào)相位，單位為度(阻尼因子需取缺省值“*”以外的值)。如該項(xiàng)設(shè)為90，就變成余弦信號(hào)源，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。設(shè)置屬性對(duì)話框如圖11-34所示。

注意：對(duì)于正弦信號(hào)激勵(lì)源以及后面介紹的脈沖信號(hào)激勵(lì)源、分段線性激勵(lì)源來(lái)說(shuō)，一般只需給出序號(hào)，不宜修改Part(型號(hào))等參數(shù)。

根據(jù)圖11-34正弦信號(hào)源屬性所設(shè)置參數(shù)的正弦信號(hào)源的特征波形圖如圖11-35所示，可見(jiàn)當(dāng)直流偏壓Offset大于0(0.200V)時(shí)相當(dāng)于波形上移。圖11-34正弦信號(hào)源屬性設(shè)置對(duì)話框圖11-35正弦波形信號(hào)

(3)脈沖激勵(lì)源(Pulse)。脈沖激勵(lì)源在瞬態(tài)分析中用得比較多，在庫(kù)SimulationSymbols.lib中包含了如圖11-36所示的周期脈沖源器件：

?VPULSE：電壓脈沖源。

?IPULSE：電流脈沖源。圖11-36周期脈沖激勵(lì)源利用這些源可以創(chuàng)建周期的連續(xù)脈沖。對(duì)周期脈沖源的屬性對(duì)話框可如下設(shè)置：

?Designator——設(shè)置所需的激勵(lì)源器件名稱，如INPUT。

?DC——此項(xiàng)將被忽略，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?AC——AC小信號(hào)分析時(shí)的信號(hào)振幅，典型值為1V。如果設(shè)計(jì)者欲在此電源上進(jìn)行小信號(hào)分析，可設(shè)置此項(xiàng)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?ACPhase——AC小信號(hào)的電壓相位，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?InitialValue——脈沖起始電壓或電流值，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?PulsedValue——脈沖信號(hào)幅度。當(dāng)脈沖信號(hào)幅度為負(fù)時(shí)，是負(fù)脈沖，上升沿將變?yōu)橄陆笛?，而下降變?yōu)樯仙?，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?TimeDelay——延遲時(shí)間，可以為0。激勵(lì)源從初始狀態(tài)到激發(fā)時(shí)的延時(shí)，單位為s，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?RiseTime——上升時(shí)間，必須大于0，當(dāng)需要上升沿很陡的脈沖信號(hào)源時(shí)，可將上升沿設(shè)為1ns或更小)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?FallTime——下降時(shí)間，必須大于0，當(dāng)需要下降沿很陡的脈沖信號(hào)源時(shí)，可將下降沿設(shè)為1ns或更小)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?PulseWidth——脈沖寬度，即脈沖激發(fā)狀態(tài)的時(shí)間，單位為s，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?Period——脈沖周期，單位為s，如5s，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

脈沖激勵(lì)信號(hào)源屬性設(shè)置對(duì)話框如圖11-37所示。圖11-37脈沖信號(hào)激勵(lì)源屬性設(shè)置對(duì)話框上述參數(shù)描述的脈沖信號(hào)激勵(lì)源特征波形如圖11-38所示(其中PulsedValue=100mV，Period=8ms，PulseWidth=3ms)。圖11-38脈沖激勵(lì)源波形圖

(4)分段線性激勵(lì)源VPWL與IPWL。分段線性激勵(lì)源的波形由幾條直線段組成，是非周期信號(hào)激勵(lì)源。庫(kù)SimulationSymbols.lib中，包含了如下的分段線性源器件：

?VPWL：分段線性電壓源。

?IPWL：分段線性電流源。

為了描述這種激勵(lì)源的波形特征，需給出線段各轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)間—電壓(或電流)坐標(biāo)(對(duì)于VPWL信號(hào)源來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)坐標(biāo)由“時(shí)間/電壓”構(gòu)成；對(duì)于IPWL信號(hào)源來(lái)說(shuō)，轉(zhuǎn)折點(diǎn)坐標(biāo)由“時(shí)間/電流”構(gòu)成)，如圖11-39所示。其中各項(xiàng)參數(shù)的含義如下：圖11-39分段線性激勵(lì)源器件

?Designator——設(shè)置所需的激勵(lì)源器件名稱，如INPUT。

?DCMagnitude——此項(xiàng)將被忽略，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?ACMagnitude——交流小信號(hào)分析時(shí)的信號(hào)幅度。如果設(shè)計(jì)者欲在此電源上進(jìn)行小信號(hào)分析，可設(shè)置此項(xiàng)(典型值為1)，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?ACPhase——AC小信號(hào)的電壓相位，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?Time/Voltage——轉(zhuǎn)折點(diǎn)時(shí)間/電壓坐標(biāo)序列，如坐標(biāo)為：(0μs5V)、(2.5μs5V)、(5.0μs2V)、(7.5μs5V)、(10μs1V)等。輸入時(shí)各數(shù)據(jù)之間用空格隔開(kāi)。在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。

?FileName——包含分段線性源數(shù)據(jù)的外部文件。這一文件必須在同一目錄下，文件的擴(kuò)展名為“.pwl”，在PartFields選項(xiàng)卡中設(shè)置。如圖11-40所示為分段線性激勵(lì)源的屬性設(shè)置對(duì)話框。

上述參數(shù)描述的分段線性激勵(lì)源的特征波形如圖11-41所示。圖11-40分段線性激勵(lì)源屬性設(shè)置對(duì)話框圖11-41分段線性激勵(lì)源波形圖通過(guò)設(shè)置分段線性激勵(lì)源VPWL的參數(shù)，就可以獲得電路分析所需的幾種常用信號(hào)源，如階躍函數(shù)激勵(lì)源(模擬上電波形或掉電波形)、沖激響應(yīng)激勵(lì)源(脈沖幅度大，持續(xù)時(shí)間短的單個(gè)脈沖激勵(lì)源，該激勵(lì)源常用于分析干擾信號(hào)對(duì)電路性能的影響)、單脈沖激勵(lì)源(如復(fù)位脈沖信號(hào)、置位脈沖信號(hào))以及階梯信號(hào)源等。例如，當(dāng)Time/Voltage設(shè)為(00V)、(0.001μ5.0V)就是階躍函數(shù)。在分段線性激勵(lì)源中，電壓或電流是時(shí)間的單值函數(shù)，或者說(shuō)信號(hào)下降沿或上升沿時(shí)間不能設(shè)為0。例如，當(dāng)Time/Voltage設(shè)為(05.0V)、(20μ5.0V)、(20μ0)(含義是時(shí)間t為0時(shí)，電壓為5.0V；在0～20μs期間，電壓為5.0V；時(shí)間t大于20us后，電壓為0V)，仿真時(shí)將給出錯(cuò)誤提示，可改為(05.0V)、(20μ5.0V)、(20.001μ0)。

(5)單頻調(diào)頻源——VSFFM和ISFFM。調(diào)頻波激勵(lì)源也是高頻電路仿真分析中常用到的激勵(lì)源，它位于Sim.ddb數(shù)據(jù)庫(kù)文件包內(nèi)的SimulationSymbols.Lib元件庫(kù)文件中，在庫(kù)中包含如下的單頻調(diào)頻源器件：

?VSFFM電壓源。

?ISFFM電流源。

圖11-42中是仿真庫(kù)中的單頻調(diào)頻源器件。通過(guò)這些源可創(chuàng)建一個(gè)單頻調(diào)頻波，調(diào)頻波信號(hào)源屬性如圖11-43所示。圖11-42單頻調(diào)頻源圖11-43調(diào)頻波信號(hào)源屬性設(shè)置對(duì)話框在調(diào)頻波信號(hào)源屬性設(shè)置對(duì)話框內(nèi)，需要指定下列參數(shù)：

?Designator：在原理圖中的序號(hào)(如INPUT等)。

?DCMagnitude：可以忽略的直流電壓。

?ACMagnitude：交流小信號(hào)分析時(shí)的信號(hào)振幅。

?ACPhase：交流小信號(hào)分析時(shí)的信號(hào)相位。

?Offset：疊加在調(diào)頻波上的直流偏壓。

?Amplitude：載波振幅。

?CarrierFrequency：載波頻率。

?ModulationIndex：調(diào)制系數(shù)。

?SignalFrequency：調(diào)制信號(hào)頻率。根據(jù)圖11-43所示的參數(shù)確定的調(diào)制波信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為

V(t)=VO+VA*sin(2*PI*Fc*t+MDI*sin(2*PI*Fs*t))

其中：VO=Offset；VA=Amplitude；Fc=Carrier；MDI=Modulation(也就是最大頻偏與調(diào)制信號(hào)頻率之比)；Fs=Signal。

根據(jù)圖11-43所示屬性設(shè)置窗中參數(shù)所定義的調(diào)頻波激勵(lì)源波形如圖11-44所示。此外，SimulationSymbols.Lib元件庫(kù)內(nèi)尚有其他激勵(lì)源，如受控激勵(lì)源、指數(shù)函數(shù)、頻率控制的電壓源等，這里就不一一列舉了，根據(jù)需要可從該元件庫(kù)文件中獲取。如果實(shí)在無(wú)法確定某一激勵(lì)源或元件參數(shù)如何設(shè)置，除了從“幫助”菜單中獲得有關(guān)信息外，還可以從Protel99SE的仿真實(shí)例中受到啟發(fā)。在DesignExplorer99SE\Example\CircuitSimulation文件夾內(nèi)含有數(shù)十個(gè)典型仿真實(shí)例，打開(kāi)這些實(shí)例，即可了解元件、仿真激勵(lì)源的參數(shù)設(shè)置方法。圖11-44調(diào)頻波激勵(lì)波形11.3.4繪制原理圖并標(biāo)明節(jié)點(diǎn)序號(hào)

解決了如何使用仿真元件庫(kù)的問(wèn)題，現(xiàn)在開(kāi)始繪制電路原理圖。下面以圖11-45所示的雙結(jié)型晶體管放大電路為例介紹仿真原理圖繪制方法。該電路工作原理非常簡(jiǎn)單，因此電路的靜態(tài)工作點(diǎn)等直流參數(shù)能夠進(jìn)行手算，同時(shí)能夠根據(jù)三極管的工作原理分析此電路的交流輸出波形，可以將計(jì)算和分析結(jié)果與Protel99SE仿真結(jié)果進(jìn)行比較。圖11-45雙結(jié)型晶體管放大電路下面來(lái)具體說(shuō)明操作步驟：

(1)運(yùn)行Protel99SE，并新建設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)mydesign.ddb。

(2)加載仿真元件庫(kù)sim.ddb。

(3)放置電阻器。在Simulationsymbols.lib找到RES并選用，對(duì)照?qǐng)D11-45中所示電阻(固定電阻器RES)及參數(shù)放置5個(gè)電阻(R1，R2，R3，R4，R5)。

(4)放置電容器(固定電容器CAP)。在Simulationsymbols.lib找到CAP并選用，對(duì)照?qǐng)D11-45所示的電容及參數(shù)，設(shè)置3個(gè)電容(C1，C2，C3)。

(5)放置雙結(jié)型晶體管。在BJT.lib中找到2N2222A并選用，其名稱為Q1，其余屬性使用缺省值即可。

(6)加入?yún)⒖嫉鼐€和直流電源VCC。

(7)連接導(dǎo)線。在工作區(qū)點(diǎn)擊右鍵，選擇“PlaceWire”。

(8)放置正弦電壓源。在Simulationsymbols.lib找到VSIN并選用，再按下Tab鍵打開(kāi)如圖11-46所示的Part屬性對(duì)話框，進(jìn)行屬性設(shè)置。圖11-46正弦電壓源屬性設(shè)置對(duì)話框

(9)加入節(jié)點(diǎn)序號(hào)(NetLabel)IN、OUT、B、C、E。節(jié)點(diǎn)序號(hào)也稱網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào)，它用于標(biāo)示節(jié)點(diǎn)，以示區(qū)別。對(duì)于節(jié)點(diǎn)較少的簡(jiǎn)單電路，應(yīng)該為每個(gè)節(jié)點(diǎn)都標(biāo)上節(jié)點(diǎn)序號(hào)，增加整個(gè)電路的可讀性。對(duì)于較大型的電路，至少要為重要節(jié)點(diǎn)(特別是需要觀察信號(hào)的節(jié)點(diǎn))表明節(jié)點(diǎn)序號(hào)。完成之后的電路原理圖如圖11-45所示。 11.4實(shí)際電路仿真分析及其設(shè)置

在前面的示例中已經(jīng)看到了兩種類型的電路仿真分析，即靜態(tài)工作點(diǎn)分析和瞬態(tài)分析，這里將介紹使用Protel99SE對(duì)圖11-45所示的電路圖進(jìn)行詳細(xì)的仿真設(shè)置。

1.靜態(tài)工作點(diǎn)分析

靜態(tài)工作點(diǎn)是在分析放大電路時(shí)提出來(lái)的，它是放大電路正常工作的重要條件。當(dāng)放大器的輸入信號(hào)短路，即將圖11-45中IN直接接地，則放大器處于無(wú)信號(hào)輸入狀態(tài)，稱為靜態(tài)。如果靜態(tài)工作點(diǎn)選擇不合適，則波形會(huì)失真，因此設(shè)置合適靜態(tài)工作點(diǎn)是放大電路工作的前提。在圖11-45中R1、R3就是放大電路的偏置電阻。靜態(tài)工作點(diǎn)分析設(shè)置如下：

(1)在原理圖工作環(huán)境下，單擊主菜單中的Simulate菜單，并選擇Setup命令。

(2)在圖11-47所示的General頁(yè)面中，只選擇OperatingPointAnalysis項(xiàng)(前面打鉤)。圖11-47選擇OperatingPointAnalysis

(3)在ActiveSingles欄中選擇B、C、E三個(gè)信號(hào)。

(4)其余的按照?qǐng)D中所示設(shè)置。

(5)單擊【RunAnalyses】按鈕，即得如圖11-48所示的仿真結(jié)果。圖11-48靜態(tài)分析結(jié)果前面已經(jīng)提到，靜態(tài)工作點(diǎn)對(duì)放大電路的工作會(huì)產(chǎn)生極大的影響，那么將R1的電阻值由18K改成100K，在圖11-47中同時(shí)選擇靜態(tài)工作點(diǎn)分析和瞬態(tài)分析，選擇B、C、E、IN、OUT為激活信號(hào)，然后單擊【RunAnalyses】按鈕進(jìn)行仿真，其靜態(tài)工作點(diǎn)仿真結(jié)果如圖11-49所示，其瞬態(tài)分析結(jié)果如圖11-50所示。圖11-49R1=100K時(shí)的靜態(tài)工作點(diǎn)分析結(jié)果圖11-50R1=100K時(shí)的瞬態(tài)分析結(jié)果說(shuō)明：很明顯，這種波形已經(jīng)嚴(yán)重變形，不是所需要的結(jié)果。應(yīng)用靜態(tài)工作點(diǎn)及放大電路動(dòng)態(tài)分析特性知識(shí)，改變電路相關(guān)參數(shù)，即可得到截止失真和飽和失真的結(jié)果。

2.直流掃描分析

直流掃描分析就是直流轉(zhuǎn)移特性分析，輸入可在一定范圍內(nèi)變化，例如某個(gè)電壓從1V變化到20V，步長(zhǎng)可自己設(shè)定，每一個(gè)電壓都將計(jì)算出一套電壓參數(shù)，并用于顯示。下面來(lái)分析圖11-45中的電源電壓當(dāng)V2從1V變化到20V，步長(zhǎng)為1V時(shí)，觀察R1上的電流和功率。步驟如下：

(1)在繪制原理圖環(huán)境下，單擊主菜單中的Simulate菜單，并選擇Setup命令。

(2)在圖11-47所示的General頁(yè)中，只選擇DCSweep(前面打鉤)。

(3)在ActiveSingles欄中選擇R1[I]、R1[P]兩個(gè)信號(hào)。

(4)其余的按圖中所示設(shè)置。

(5)單擊【DCSweep】按鈕，按圖11-51所示完成設(shè)置。圖11-51直流掃描分析參數(shù)設(shè)置

(6)單擊【RunAnalyses】按鈕，即可得到如圖11-52所示的仿真結(jié)果。圖11-52R1上的電流及功率分析

3.交流分析

AC交流小信號(hào)分析是在一定的頻率范圍內(nèi)計(jì)算電路和響應(yīng)，用于獲得電路如放大器、濾波器等的幅頻特性、相頻特性曲線。一般說(shuō)來(lái)，電路中的器件參數(shù)，如三極管共發(fā)射極電流放大倍數(shù)β并不是常數(shù)，而是隨著工作頻率的升高而下降；另一方面，當(dāng)輸入信號(hào)頻率較低時(shí)，耦合電容的影響就不能忽略，而當(dāng)輸入信號(hào)頻率較高時(shí)，三極管極間寄生電容、引線電感同樣不能忽略，因此在輸入信號(hào)幅度保持不變的情況下，輸出信號(hào)的幅度或相位總是隨著輸入信號(hào)頻率的變化而變化。

AC交流小信號(hào)分析屬于線性頻域分析，仿真程序首先計(jì)算電路的直流工作點(diǎn)，以確定電路中非線性器件的線性化模型參數(shù)。然后在設(shè)定的頻率范圍內(nèi)，對(duì)已線性化的電路進(jìn)行頻率掃描分析，相當(dāng)于用掃頻儀觀察電路的幅頻特性。交流小信號(hào)分析能夠計(jì)算出電路的幅頻和相頻特性或頻域傳遞函數(shù)。在進(jìn)行AC小信號(hào)分析時(shí)，輸入信號(hào)源中至少給出一個(gè)信號(hào)源的AC小信號(hào)分析幅度及相位，一般情況下，激勵(lì)源中AC小信號(hào)分析幅度設(shè)為１個(gè)單位(例如，對(duì)于電壓源來(lái)說(shuō)，AC小信號(hào)分析電壓幅度為1V)，相位為0，這樣輸出量就是傳遞函數(shù)。但在分析放大器頻率特性時(shí)，由于電壓放大倍數(shù)往往大于1，且電源電壓有限，因此信號(hào)源中AC小信號(hào)分析電壓幅度須小于1V，如取1mV、10mV等，以保證放大器不因輸入信號(hào)幅度太大，使輸出信號(hào)出現(xiàn)截止或飽和失真。進(jìn)行AC小信號(hào)分析時(shí)，保持激勵(lì)源中AC小信號(hào)振幅不變，而激勵(lì)源的頻率在指定范圍內(nèi)按線性或?qū)?shù)變化時(shí)，計(jì)算出每一頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)的振幅，這樣即可獲得頻率—振幅曲線，從而獲得電路的頻譜特性(類似于通過(guò)信號(hào)源、毫伏表、頻率計(jì)等儀器儀表，在保持輸入信號(hào)幅度不變時(shí)，逐一測(cè)量不同頻率點(diǎn)對(duì)應(yīng)的輸出信號(hào)幅度)，以便直觀地了解電路的幅頻特性、相頻特性(且從幅頻特性中還可獲得電路的增益)。下面分析圖11-45所示的頻率響應(yīng)：

(1)在繪制原理圖環(huán)境下，單擊主菜單中的Simulate菜單，并選擇Setup命令。

(2)在圖11-47所示的General頁(yè)中，只選擇ACSmallSigalAnalysis(前面打鉤)。

(3)在ActiveSingles欄中選擇OUT信號(hào)。

(4)其余的按圖11-47所示設(shè)置。

(5)修改交流激勵(lì)源的AC小信號(hào)屬性，如圖11-53所示。圖11-53激勵(lì)源交流小信號(hào)設(shè)置對(duì)話框

(6)單擊【ACSmallSigalAnalysis】按鈕，按圖11-54所示完成設(shè)置。圖11-54交流分析設(shè)置

(7)單擊【RunAnalyses】按鈕，即得如圖11-55所示交流分析仿真波形。圖11-55交流分析結(jié)果

4.溫度掃描分析

溫度掃描是指在一定溫度范圍內(nèi)進(jìn)行電路參數(shù)計(jì)算，從而確定電路的溫度漂移等性能指標(biāo)。一般說(shuō)來(lái)，電路中元器件的參數(shù)隨環(huán)境溫度的變化而變化，因此溫度變化最終會(huì)影響電路的性能指標(biāo)。溫度掃描分析就是模擬環(huán)境溫度變化時(shí)電路性能指標(biāo)的變化情況，因此溫度掃描分析也是一種常用的仿真方式，在瞬態(tài)分析、直流傳輸特性分析、交流小信號(hào)分析時(shí)，啟用溫度掃描分析即可獲得電路中有關(guān)性能指標(biāo)隨溫度變化的情況。下面以圖11-45為例，當(dāng)設(shè)置溫度在－10～100℃范圍變化，步長(zhǎng)為30℃時(shí)，觀察電路的特性。操作步驟如下：

(1)在繪制原理圖環(huán)境下，單擊主菜單中的Simulate菜單，并選擇Setup命令。

(2)在圖11-47所示的General頁(yè)中，只選擇TemperatureSweep(前面打鉤)。

(3)在ActiveSingles欄中選擇OUT信號(hào)。

(4)其余的按圖11-47所示設(shè)置。

(5)單擊【TemperatureSweep】按鈕，按圖11-56所示完成設(shè)置。圖11-56溫度掃描設(shè)置

(6)單擊【RunAnalyses】按鈕，彈出如圖11-57所示選擇配合溫度掃描分析類型對(duì)話框。圖11-57選擇配合溫度掃描分析的分析類型此對(duì)話框表明，溫度掃描分析不能單獨(dú)進(jìn)行，必須在進(jìn)行瞬態(tài)分析、交流分析、直流掃描或傳遞函數(shù)分析時(shí)方可進(jìn)行。

(7)點(diǎn)擊【Yes】按鈕后將選擇瞬態(tài)分析并關(guān)閉此對(duì)話框，得到如圖11-58所示溫度掃描的結(jié)果。

圖11-58所示下面的波形是用不同顏色表示的瞬態(tài)分析結(jié)果。但是由于顯示比例太小，它們重疊在一起，幾乎看不出任何區(qū)別，因此需要進(jìn)行單獨(dú)顯示，并進(jìn)行局部放大，即可清楚地看到溫度對(duì)瞬態(tài)分析的影響。圖11-58溫度掃描分析結(jié)果

5.噪聲分析

電阻和半導(dǎo)體器件等都能產(chǎn)生噪聲，噪聲電平取決于頻率。電阻和半導(dǎo)體器件會(huì)產(chǎn)生不同類型的噪聲。噪聲分析在電路設(shè)計(jì)中較為常見(jiàn)，下面以圖11-45為例，說(shuō)明噪聲分析的設(shè)置方法，其操作步驟如下：

(1)在繪制原理圖環(huán)境下，單擊主菜單中的Simulate菜單，并選擇Setup命令。

(2)在圖11-47所示的General頁(yè)中，只選擇Noise(前面打鉤)。

(3)在ActiveSingles欄中選擇OUT信號(hào)。

(4)其余的按圖11-47所示設(shè)置。(5)修改交流激勵(lì)源的AC小信號(hào)屬性，如圖11-53所示。

(6)單擊【Noise】按鈕，按圖11-59所示完成設(shè)置。圖11-59噪聲分析設(shè)置以下是各設(shè)置參數(shù)說(shuō)明：

NoiseSource區(qū)域：選擇一個(gè)用于計(jì)算噪聲的參考信號(hào)源(獨(dú)立電壓源或獨(dú)立電流源)。

?StartFrequency區(qū)域：指定起始頻率。

?StopFrequency區(qū)域：指定終止頻率。

?Tes