DZ139電子電路的電子仿真實驗研究

DZ139電子電路的電子仿真實驗研究,dz139,電子電路,電子,仿真,實驗,試驗,研究,鉆研 中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：電子電路的電子仿真實驗 學習中心： 重慶信息工程專修學院奧鵬學習中心 年級專業(yè)： 0409 級 電氣工程及自動化 學生姓名： 田金龍 學 號： 0451480333 指導(dǎo)教師： 韓亞軍 職 稱： 講師 導(dǎo)師單位： 重慶信息工程專修學院 中國石油大學（華東）遠程與繼續(xù)教育學院論文完成時間： 2007 年 12 月 24 日中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書發(fā)給學員 1設(shè)計(論文)題目： 電子電路的電子仿真實驗研究 2學生完成設(shè)計(論文)期限： 年 月 日至 年 月 日3設(shè)計(論文)課題要求：對所學課程的熟悉和綜合：本設(shè)計要利用到數(shù)字電路 、 模擬電路使學生熟悉單片機開發(fā)、設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)的流程：第一，要進行市場調(diào)研；第二，要有可行性報告；第三，系統(tǒng)設(shè)計（包括硬件、軟件開發(fā)） ，硬件設(shè)計要先畫出原理草圖。軟件設(shè)計應(yīng)首先畫出程序流程圖，然后根據(jù)流程圖書寫程序，上機調(diào)試，調(diào)試通過后把匯編程序燒寫到系統(tǒng)中去。最后進行整機調(diào)試。等課程的相關(guān)知識。學生必須對以上課程熟練掌握并能靈活運用的基礎(chǔ)上才能很好地做好本設(shè)計。4實驗（上機、調(diào)研）部分要求內(nèi)容：熟練使用 Electronics Work bench 設(shè)計電路，并對電路進行調(diào)試；用 Microsoft word 2003 排版論文版面。5文獻查閱要求：周政新，何學儀電子設(shè)計自動化實踐與訓練 李震梅，等模擬電子技術(shù)課程設(shè)計的 CAD 實現(xiàn) 康華光,電子技術(shù)基礎(chǔ) 王堯.田良.綜合電子設(shè)計與實驗 楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程 6發(fā) 出 日 期： 年 月 日 7學員完成日期： 年 月 日指導(dǎo)教師簽名： 學 生 簽 名： i摘 要Electronics Work bench(簡稱 EWB)，中文又稱電子工程師仿真工作室。EWB5.12 軟件的仿真功能十分強大，近似 100%地仿真出真實電路的結(jié)果。而且，它就像在實驗室桌面或工作現(xiàn)場那樣提供了示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器，萬用表等廣播電視設(shè)備設(shè)計、檢測與維護必備的儀器、儀表工具。采用 EWB虛擬電子工作臺，即通過計算機軟件仿真的方法，對電子線路分析進行模擬，下面以電子線路中設(shè)計的一個穩(wěn)壓電源實際電路為例，詳細講述其操作程序，以掌握電路仿真分析的應(yīng)用方法。EWB 軟件最明顯的特點是：仿真手段切合實際，選用元器件、儀器與實際情形非常相近。用EWB 進行仿真模擬實驗，實驗過程非常接近實際操作的效果。各元器件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，不會像實際操作那樣多次地把元件焊下而損壞器件和印刷電路板。軟件不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件, 還提供了各種豐富的調(diào)試測量工具：各種電壓表、電流表、示波器、指示器分析儀等。是一個全開放性的仿真實驗和課件制作平臺,給我們提供了一個實驗器具完備的綜合性電子技術(shù)實驗室。關(guān)鍵詞： EWB，仿真，電子技術(shù)ii目 錄摘 要 .i目 錄 .ii第 1 章 前言 .11.1 簡介 .11.2 EWB 的使用 .1第 2 章 EDA 仿真技術(shù)在電子線路分析中的應(yīng)用 .42.1 軟件的功能與特點 .42.1.1 軟件仿真分析設(shè)計流程 .42.2 應(yīng)用仿真軟件對實際電子線路進行仿真分析舉例 .52.2.1 電路原理圖的編輯 .5圖 2-2 導(dǎo)線連接圖 .62.2.2 儀器的使用 .62.2.3 電路的仿真分析 .72.2.4 設(shè)計指標測試 .8第 3 章 EWB 在模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學中的應(yīng)用 .103.1 在模擬電子技術(shù)中使用 EWB 的必要性 .103.2 研究的方法與內(nèi)容 .103.3 單級放大器放大特性的研究 .113.3.1 相關(guān)數(shù)據(jù)的計算 .113.3.2 數(shù)據(jù)的分析 .133.3.3 單極放大器放大特性分析 .143.4 放大器的最佳工作點與晶體管最大允許輸入電壓的研究 .163.5 諧振蕩器與波形變換 .163.5.1 測量振蕩周期與波形 .173.5.2 輸出波形的改善和應(yīng)用 .17iii3.6 集成運算放大器的應(yīng)用 .173.6.1 反相與求和電路 .173.6.2 文氏橋式及 RC 振蕩電路 .18第 4 章結(jié)論 .20致謝 .21參考文獻 .221第 1 章 前言1.1 簡介隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電子線路的設(shè)計工作也日益顯得重要。經(jīng)過人工設(shè)計、制作實驗板、調(diào)試再修改的多次循環(huán)才定型的傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計方法必然被計算機輔助設(shè)計所取代，因為這種費時費力又費資源的設(shè)計調(diào)試方法既增加了產(chǎn)品開發(fā)的成本，又受到實驗工作場地及儀器設(shè)備的限制。為了克服上述困難，加拿大 Interactive Image Technologies 公司推出的基于 Windows9598NT 操作系統(tǒng)的EDA 軟件（Electronics Workbench“電子工作臺” ，EWB） 。他可以將不同類型的電路組合成混合電路進行仿真。EWB 是用在計算機上作為電子線路設(shè)計模擬和仿真的新的軟件包，是一個具有很高實用價值的計算機輔助設(shè)計工具。目前已在電子工程設(shè)計等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。與目前流行的電路仿真軟件相比較，EWB 具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點。他改變了有些電路仿真軟件輸入電路采用文本方式的不便之處，該軟件在創(chuàng)建電路、選用元器件的測試儀器等均可以直接從屏幕圖形中選取，而且測試儀器的圖形與實物外形基本相似，從而大大提高了電子設(shè)計工作的效率。此外，從另一角度來看，隨著計算機技術(shù)和集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子與電工設(shè)計，已經(jīng)步入了電子設(shè)計自動化（EDA）的時代，采用虛擬仿真的手段對電子產(chǎn)品進行前期工作的調(diào)試，已成為一種發(fā)展的必然趨勢。通過對實際電子線路的仿真分析，從而提高對電路的分析、設(shè)計和創(chuàng)新能力。1.2 EWB 的使用Electronics Work bench(簡稱 EWB)，中文又稱電子工程師仿真工作室。該軟件是加拿大交換圖像技術(shù)有限公司(INTERACTIVE IMAGE 2TECHNOLOGIES Ltd)在 90 年代初推出的 EDA 軟件。而在國內(nèi)應(yīng)用 EWB 軟件，卻是近幾年的事。目前應(yīng)用較普遍的 EWB 軟件是在 Windows95/98環(huán)境下工作的 Electronics Work bench5.12(簡稱 EWB5.12)，該公司近期又推出了最新電子電路設(shè)計仿真軟件 EWB6.0 版本。在眾多的應(yīng)用于計算機上的電路模擬 EDA 軟件中，EWB5.12 軟件就像一個方便的實驗室。相對其它 EDA 軟件而言，它是一個只有幾兆的小巧 EDA 軟件。而且功能也較單一、似乎不太可能成為主流的 EDA 軟件形象，也就是用于進行模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真。但是，EWB5.12 軟件的仿真功能十分強大，近似 100%地仿真出真實電路的結(jié)果。而且，它就像在實驗室桌面或工作現(xiàn)場那樣提供了示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器，萬用表等廣播電視設(shè)備設(shè)計、檢測與維護必備的儀器、儀表工具。EWB5.12 軟件的器件庫中則包含了許多國內(nèi)外大公司的晶體管元器件，集成電路和數(shù)字門電路芯片。器件庫沒有的元器件，還可以由外部模塊導(dǎo)入。EWB5.12 軟件是眾多的電路仿真軟件最易上手的。它的工作界面非常直觀、原理圖與各種工具都在同一個窗口內(nèi)，即使是未使用過它的工程技術(shù)人員，稍加學習就可以熟練地應(yīng)用該軟件?，F(xiàn)代的廣播電視設(shè)備電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而 EWB5.12 軟件，可以使你在許多電路設(shè)計、檢測與維護中無須動用電烙鐵就可以知道它的結(jié)果，而且若想更換元器件或改變元器件參數(shù)，只須點點鼠標即可。 電子工作平臺的設(shè)計試驗工作區(qū)好像一塊面包板，在上面可建立各種電路進行仿真實驗。電子工作平臺的器件庫可為用戶提供 350 多種常用模擬和數(shù)字器件，設(shè)計和試驗時可任意調(diào)用。虛擬器件在仿真時可設(shè)定為理想模式和實模式，有的虛擬器件還可直觀顯示，如發(fā)光二極管可以發(fā)出紅綠藍光，邏輯探頭像邏輯筆那樣可直接顯示電路節(jié)點的高低電平，繼電器和開關(guān)的觸點可以分合動作，熔斷器可以燒斷，燈泡可以3燒毀，蜂鳴器可以發(fā)出不同音調(diào)的聲音，電位器的觸點可以按比例移動改變阻值。電子工作平臺的虛擬儀器庫存放著數(shù)字電流表、數(shù)字電壓表、數(shù)字萬用表、雙通道 1000MHz 數(shù)字存儲示波器、999MHz 數(shù)字函數(shù)發(fā)生器、可直接顯示電路頻率響應(yīng)的波特圖儀、16 路數(shù)字信號邏輯分析儀、16 位數(shù)字信號發(fā)生器等，這些虛擬儀器隨時可以拖放到工作區(qū)對電路進行測試，并直接顯示有關(guān)數(shù)據(jù)或波形。電子工作平臺還具有強大的分析功能，可進行直流工作點分析， 暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析，高版本的 EWB 還可以進行傅立葉變換分析、噪聲及失真度分析、零極點和蒙特卡羅等多項分析。 使用 EWB 對電路進行設(shè)計和實驗仿真的基本步驟是：1.用虛擬器件在工作區(qū)建立電路；2.選定元件的模式、參數(shù)值和標號；3.連接信號源等虛擬儀器；4.選擇分析功能和參數(shù)；5.激活電路進行仿真；6.保存電路圖和仿真結(jié)果4第 2 章 EDA 仿真技術(shù)在電子線路分析中的應(yīng)用2.1 軟件的功能與特點2.1.1 軟件仿真分析設(shè)計流程EWB 軟件最明顯的特點是：仿真手段切合實際，選用元器件、儀器與實際情形非常相近。其元件庫不僅提供了數(shù)千種電路元器件供選用，而且還提供了各種元器件的理想值，如對分析精度有特殊的需要，可以選擇具有具體型號的器件模型。作為虛擬的電子工作臺，EWB 提供了較為詳細的電路分析手段，不僅可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析等常規(guī)電路分析方法，而且還提供了離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析和電路容差分析等共計 14 種電路分析方法，以幫助設(shè)計人員分析置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察到在不同故障情況條件下的電路工作狀態(tài)。 如圖 2-1圖 2-1 電路工作狀態(tài)在進行仿真的同時，還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù)，列出所有元器5件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和測量數(shù)據(jù)。EWB 的儀器庫存放有 7 臺儀器可供使用，他們分別是數(shù)字多用表、函數(shù)發(fā)生器、示波器、波特圖儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀。在連接電路時，儀器圖標方式存在。此外該軟件創(chuàng)建電路圖所需的元器件庫與目前常見的電子線路分析軟件如“SPICE”的元器件庫完全兼容，兩者之間可以互相轉(zhuǎn)換。同時在該軟件下完成的電路文件，可以直接輸出至常見的印制線路板排版軟件，如 PROTEL，ORCAD 和 TANGO 等印制電路板 PCB 設(shè)計軟件，從而大大加快了電子產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高了設(shè)計人員的工作效率。2.2 應(yīng)用仿真軟件對實際電子線路進行仿真分析舉例采用 EWB 虛擬電子工作臺，即通過計算機軟件仿真的方法，對電子線路分析進行模擬，下面以電子線路中設(shè)計的一個穩(wěn)壓電源實際電路為例，詳細講述其操作程序，以掌握電路仿真分析的應(yīng)用方法。題目和指標：制做串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，輸出電壓為 13V，最大輸出電流為 500mA，電網(wǎng)電源波動10，穩(wěn)壓系數(shù) Sr005。工作溫度為2540。2.2.1 電路原理圖的編輯（1）首先在 Windows 界面下，雙擊 EWB 圖標進入了主窗口，主窗口中最大的區(qū)域是電路工作區(qū)，在此可對電路原理圖進行編輯和測試。首先，將原理圖中的所有元器件從器件庫中調(diào)出來。方法是在元器件庫欄中單擊包含該器件的圖標，打開該元器件庫。然后從元器件庫中將該元器件拖拽至電路工作區(qū)。如圖 2 中（穩(wěn)壓電源）要調(diào)出 5.6k 電阻，單擊工具按鈕 Basic，找到 Resistor 圖標，將他拖拽到窗口工作區(qū)。系統(tǒng)缺省設(shè)置為 1k。選中該元件，單擊 ComponentProperies 銨鈕，對6其 Value 值進行修改。同理可調(diào)出電容、三級管等器件。若要元件按照原理圖位置放置，可適當旋轉(zhuǎn)元器件（選中該器件，按 CtrlR）。（2）導(dǎo)線的連接。將鼠標指向元器件的端點使其出現(xiàn)一個小圓點，按下鼠標左鍵并拖拽出一根導(dǎo)線并指向另一個元器件的端點。連接完成后，導(dǎo)線將自動選擇合適的走向，不會發(fā)生與其他元器件或儀器發(fā)生交越。至此原理圖編輯完成，如圖 2-2 所示。 圖 2-2 導(dǎo)線連接圖2.2.2 儀器的使用選用儀器可以從儀器庫中將相應(yīng)的儀器圖標拖拽至電路工作區(qū)，儀器圖標上有連接端用于將儀器連入電路。例如本例中使用了示波器。如圖 2-3 所示，其共有 4 個接線端（A 通道端、B 通道端、觸發(fā)端、接地端） ，需要觀察測試的波形時，可以雙擊儀器圖標打開儀器面板。 圖 2-3 示波器連接72.2.3 電路的仿真分析（1）仿真步驟仿真分析開始前可雙擊儀器圖標打開儀器面板。準備觀察被測試波形。按下電路啟動停止開關(guān)，仿真分析開始。若再次按下電路啟動停止開關(guān)，仿真分析 85 停止。電路啟動后，需要調(diào)整示波器的時基和通道控制，使波形顯示正常。（2）仿真輸出結(jié)果（1）整流濾波可用 EWB 工作臺上提供的萬用表、示波器觀察實際電路輸出結(jié)果。用萬用表模塊測量整流濾波后的直流電壓為 188V，用示波器測得濾波波形的脈動部分如圖 2-4 所示，用示波器測得濾波的電壓的波形如圖 2-5 所示。 圖 2-4 濾波波形脈沖圖 2-5 濾波電壓波形（2）穩(wěn)壓電路可以模擬一下輸出短路時，電網(wǎng)波動 10為 242V時的情況，這在實際分析中不易做到，而用工作臺來模擬非常方便。先在輸出端加一負載電阻，讓其阻值近似為 0，如為 110，然后再模擬電網(wǎng)波動，只需用鼠標對準電網(wǎng)的電壓雙擊，根據(jù)屏幕提示將其由 2820V 調(diào)到 242V，選用元器件庫中的電流表接在圖 2-6 電路中（這種電表的數(shù)量是沒有限制的，存放在顯示元器件庫中，可供多次使用） ，電流表顯示調(diào)整管的電流為 1A。用示波器觀察調(diào)整管 Vce 的波形如圖 6 所示，從中看出平均電壓為 5.5V。圖 2-6 調(diào)整管波形2.2.4 設(shè)計指標測試（1）輸出電壓理論計算 V0（R 2R 1）（V zV be）R 2132V，用 EWB 模擬仿真，使用電壓表模塊實測輸出電壓為 V0132V。（2）穩(wěn)壓系數(shù) Sr穩(wěn)壓系數(shù)理論值的計算SrV D1（nA v2VD0）002005，理論上滿足設(shè)計指標要求。用 EWB 模擬仿真實際電子線路，用鼠標對準電網(wǎng)電壓雙擊，根據(jù)屏幕提示將其由 220V 調(diào)到 230V，電壓表顯示輸出電壓值為 133V，由此得出：故實際線路滿足設(shè)計指標要求。（3）調(diào)試參數(shù)、優(yōu)化設(shè)計確定方案9如果以上設(shè)計的電路通過模擬仿真分析，不符合設(shè)計要求，可通過逐漸改變元件參數(shù)，或更改元件型號，使設(shè)計符合要求最終確定出元件參數(shù)。如欲改變電阻的取值，只要用鼠標雙擊電阻，再根據(jù)屏幕提示鍵入阻值，并可對更改的電路立即進行仿真分析。觀察虛擬結(jié)果是否滿足設(shè)計要求，這在實際的電路板中是難以做到的。10第 3 章 EWB 在模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學中的應(yīng)用3.1 在模擬電子技術(shù)中使用 EWB 的必要性長期以來， 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學。是以理論課教學、課程實驗和課程設(shè)計等教學環(huán)節(jié)構(gòu)成。我們在教學實踐的過程中，結(jié)合理論教學的進程，利用計算機的電子設(shè)計自動化軟件 Electronics Workbench（虛擬電子工作臺簡稱 EWB）在計算機上進行基礎(chǔ)驗證模擬實驗，作為教學的補充。使學生增強對電路的感性認識，掌握各種儀器的基本使用、電路參數(shù)的測試方法。我們采用工作在 WINDOWS98 平臺上的 EWB50.C(虛擬電子工作臺)軟件。實驗可由教師結(jié)合教學內(nèi)容通過多媒體教學平臺演示完成也可由學生在課外參照有關(guān)習題完成。通過人機對話的方式，能使每個人都能親自動手接觸電路,進行元件接線,參數(shù)設(shè)定。邊連線，邊測試，邊修改，邊分析，并與理論計算結(jié)果進行對照。通過 EWB 軟件的“component properties”(組成部件屬性)可隨時調(diào)整和修改元器件參數(shù),分析各元件參數(shù)對電路的作用與影響。調(diào)試和測量過程就是最好的學習過程。在這樣的實驗中,把實驗與理論有機的結(jié)合起來。加深了學生對理論的認識3.2 研究的方法與內(nèi)容實驗方法如實驗流程圖 3-1 示，結(jié)合具體的教學內(nèi)容，在理論教學過程中穿插進行。根據(jù)所學電路的11圖 3-1 實驗流程圖原理圖，用模擬連接電路，確定電路中的各元器件參數(shù)，使用 EWB 虛擬儀器進行在線測量。對照電路設(shè)計要求更改相關(guān)元件參數(shù)，觀察所得的變化。最后與理論計算進行對照比較。3.3 單級放大器放大特性的研究 3.3.1 相關(guān)數(shù)據(jù)的計算圖 3-2 所示為單級阻容耦合共射放大電路電原理12圖 3-2 單級阻容耦合共射放大電路電原理圖中，各元件參考值為：3DG44A,30, Rs=5k, Rb=470k,Rc= Rl =5k,Cl=C2=50F,UI=10mV/1kHz,Vcc=+12V,Ube=0.75V,rbb 。調(diào)節(jié)Rb 可調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點。由圖可算得靜態(tài)工作點：.其中 Ic為集電極靜態(tài)工作電流，Uce為集電集靜態(tài)工作電壓。在中頻段不需要考慮耦合電容和分布電容、晶體管結(jié)電容的影響。利用微變等效電路法可得三極管輸入端的微變等效電阻：.中頻段電壓放大倍數(shù):.其中等效負載電阻:13.由 Au 表達式可知當 Rc、Ic 變化時，Au 隨之變化。 3.3.2 數(shù)據(jù)的分析測量不同 Rb 時的 Ib 、Ic 、和 UceQ 的值并與理論值進行比較，并填充完成表格內(nèi)容。根據(jù)實驗電原理圖，用 EWB 軟件進行模擬連線，在基極和集電極串接一內(nèi)阻(1n)可不計的模擬電流表，在集電極和發(fā)射極并聯(lián)一內(nèi)阻為 的模擬電壓表。實際測試的 EWB 計算機模擬界面如圖 3-3 所示：圖 3-3 計算機模擬界面依次改變 Rb 的值將測試結(jié)果和理論計算值填入表中。表 3-1Rb 值(k) 參數(shù)名稱 200250300350400450500Ib 理論值 56 4 37 32 28 25 2214(uA) .3 5.0 .5 .1 .1 .0 .5Ib 測量值(uA)55.9544.8537.4131.9727.9824.8722.43Ic理論值(mA)1.6891.3501.1250.9630.8430.7500.675Ic測量值(mA)1.6801.3451.1230.9580.84020.74610.6715UceQ 理論值(V)3.5555.2506.3757.1857.7858.2508.625UceQ 測量值(V)3.59705.27196.38957.20487.7908.26678.6399可以看出，測試結(jié)果與理論計算具有很好的一致性。3.3.3 單極放大器放大特性分析以 Rb270k，輸入信號頻率為千赫，幅度為 10 毫伏。測量放大器的電壓放大倍數(shù)并與理論值進行比較。并討論放大電路參數(shù)變化對倍數(shù)的影響。根據(jù)實驗電原理圖，用 EWB 軟件進行模擬連線后的測量電路及結(jié)果如圖 3-4 所示：15圖 3-4 測量電路及結(jié)果通過交流毫伏表 MV 測得輸出電壓 U0，與輸入電壓比較可以算得電壓放大倍數(shù) Au=128.5/10=12.85 倍。而電壓放大倍數(shù)的理論值由(1)-(6)式計算可得：Rb=270k，Ib=0.042mA,Ic=1.25mA,rbe=824,Au=12.88倍，理論計算與模擬實驗具有很好的一致。通過模擬雙蹤示波器可觀察放大器的輸入與輸出波形，其中紅色線條為輸入波形，黑色線條為輸出波形，二者有一相位差 。(1)集電極電流變化的影響。在其它參數(shù)不變條件下，通過改變 Rb分別獲得不同的 Ic，測出放大倍數(shù)與集電極電流之間的關(guān)系如下表示。從表中可反映二點：當集電極電流大于某值，即三極管處于飽和時，電路的電壓放大倍數(shù)小于 1，當管子處于正常放大狀態(tài)時，隨著 Ic 的減小，電路的電壓放大倍數(shù)隨之減小。表 3-2b(k) 100130150600100015002000Ic 測量值(mA)2.3772.3692.2380.5600.3390.2250.16316Au(倍) 0.1460.68313.4711.369.968.637.62（2）負載電阻對放大倍數(shù)的影響。取 Ic=1.25mA，分別測出 Rc= Rl =3 k 和 Rc=Rl=5k 的放大倍數(shù)分別為 7.71 倍和 12.85 倍。即隨著負載電阻的減小，放大倍數(shù)隨之減小。3.4 放大器的最佳工作點與晶體管最大允許輸入電壓的研究(1）在圖 3.4-1 實驗電路中取 Rc=5k，調(diào)節(jié) Rb 使得當輸入電壓逐漸加大時，輸出波形正負向同時出現(xiàn)削波，即表示這時放大器的靜態(tài)工作點已選擇在動態(tài)特性曲線的中點。記錄此時的 IceQ 值和 UceQ 值分別為 1.56(mA)和 4.20(V)。測出當輸出電壓最大而不失真時放大器輸入電壓 Us 的值為 230mV（晶體管的輸入電壓 Ube 為 39mV）,此時放大器的動態(tài)范圍最大。(2)在上述電路中再改變 Rb 的值,當增大 Rb 時出現(xiàn)正向削波，說明晶體管出現(xiàn)了截止失真。當減小 Rb 時出現(xiàn)反向削波，說明晶體管出現(xiàn)了飽和失真。3.5 諧振蕩器與波形變換 圖 3-5 接線圖及測量波形限于篇幅，下面只能作一些簡要介紹。圖 3-5 是多諧振蕩器用 EWB17進行模擬實驗的接線圖及測量波形圖。三極管 T1、T2 選用 3DG44A 其余元件參數(shù)如圖示。示波器 x 軸設(shè)置為 0.10ms/div。3.5.1 測量振蕩周期與波形藍色線條所示為多諧振蕩器輸出波形。紅色線條為多諧振蕩器輸出端通過一微分電路后得到的一正一負二尖脈沖。振蕩周期理論值為 T1.4RbC=1.415K0.022u=0.462ms實測波形周期從示波器上可讀得約為 0.465ms。通過改變 C1、C2或 R1、R2 值，可改變脈沖寬度和周期。3.5.2 輸出波形的改善和應(yīng)用上述多諧振蕩器輸出波形的上升沿較差，一般可通過在耦合電容C1、C2 前面加隔離二極管來改善矩形波的上升沿。通過在輸出端連接微分電路電路，可獲得一正一負的尖脈沖；通過在輸出端連接積分電路電路，可獲得三角波或據(jù)齒波；改變微分電路或積分電路參數(shù)可改變脈沖寬度。加上二極管限幅電路可獲得單向尖脈沖。3.6 集成運算放大器的應(yīng)用3.6.1 反相與求和電路圖 3-6 是反相與求和電路 EWB 模擬實驗接線測試圖，其中 IC 為理想集成運放。當 Ui2 不接時為反相比例運算電路，18通過改變 R1 和 R3 的值 R，可以改變輸出與輸入電壓的比例。當接上 Ui2 時為反相比例相加運算： 圖 3-6 模擬實驗接線測試圖通過改變輸入電壓 Ui1、Ui2 或改變 R1、R2 和 R3 的值，在輸出端可獲得比例相加的輸出電壓。在 EWB 模擬測試電路中可以方便地改變Ui1、Ui2 或 R1、R2 和 R3 的值以獲得不同的輸出電壓。此電路稍作改動即可驗證同相求和電路、微分電路和積分電路。 3.6.2 文氏橋式及 RC 振蕩電路圖 3-7 是文氏橋式振蕩電路的 EWB 模擬實驗接線圖,當R1=R2=500，C1=C2=0.22uF 時，由理論計算可得振蕩頻率為：19圖 3-7 文氏橋式振蕩電路從實測波形圖上可以看出,示波器 X 軸為 0.50ms/div,實際讀數(shù)正弦波周期近擬為 0.7ms,即頻率約為 1.43KHz。通過改變 R1、R 2和 C1、C 2的值可得到不同頻率的正弦波，為滿足起振條件必須使 R32 R 4。此電路略作改動可接成 RC 移相式和雙 T 網(wǎng)絡(luò)式振蕩器。 20第 4 章 結(jié) 論1、用 EWB 進行仿真模擬實驗，實驗過程非常接近實際操作的效果。各元器件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，不會像實際操作那樣多次地把元件焊下而損壞器件和印刷電路板。使電路調(diào)試變得快捷方便。對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中的絕大部分電路都能應(yīng)用，不僅能用于對單個電路特性和原理進行驗證，也能就用于多級的組合電路。2、軟件不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件, 還提供了各種豐富的調(diào)試測量工具：各種電壓表、電流表、示波器、指示器分析儀等。是一個全開放性的仿真實驗和課件制作平臺,給我們提供了一個實驗器具完備的綜合性電子技術(shù)實驗室。可以在任意組合的實驗環(huán)境中，搭建實驗?？捎贸Ｒ?guī)的調(diào)試方法如測量各點電壓、電流，波形等來調(diào)試和測量電路。對于較大規(guī)模的電路，可分級接線和調(diào)試。通過元件復(fù)制或單級電路的復(fù)制來完成整個電路的組裝。因此也適用于較大型的設(shè)計性實驗。3、EWB（電子學工作平臺）為我們提供了一個很好的實用工具，使我們能夠在教學過程中隨時提供實驗、演示和電路分析。教師可以在多媒體教室中深入淺出地分析各種電路的特性，講解各種參數(shù)改變對電路的影響。學生可結(jié)合學習內(nèi)容，進行接近于實際電路的調(diào)試分析，有利于對加深對理論理解。特別是一些實驗條件較差的大中專院校和廣播電視大學的基層工作站，通過這樣的計算機模擬仿真實驗，把電子技術(shù)的理論教學和實驗教學有機地結(jié)合了起來。為電子電路實際制作打下一個良好的基礎(chǔ)。21致 謝本文從擬定題目到定稿，歷時數(shù)日。在本論文完成之際，首先要向我的導(dǎo)師韓亞軍老師致以誠摯的謝意。論文的設(shè)計，的確是一個漫長而艱辛的過程。在這期間，我也遇到了不少的困難。在論文的寫作過程中，韓老師給了我許多的意見，使我很快地找到了入手的方向。韓老師學識淵博、治學嚴謹，在韓老師的悉心指導(dǎo)中，我學到了扎實的專業(yè)知識，同時他對工作的積極熱情、認真負責、實事求是的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，使我受益非淺。在此我謹向韓老師表示衷心的感謝和深深的敬意。同時，我要感謝學院給我們授課的各位老師，正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學到了專業(yè)知識。我也要感謝石油大學網(wǎng)絡(luò)教育學院及他的重慶永川學習中心，是它提供了良好的學習環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的大學生活豐富多姿，為我的人生留下精彩的一筆。另外，衷心感謝我的同窗同學們，在我畢業(yè)論文寫作中，與他們的探討交流使我受益頗多；同時，他們也給了我很多無私的幫助和支持，我在次深表謝意。他們給予我的幫助、關(guān)心和理解是我不斷前進的動力。學無止境。人生就是一個漫長的學習過程。明天，將是新的一天的開始。22參考文獻1周政新，何學儀電子設(shè)計自動化實踐與訓練M 北京：中國民航出版社，19982李震梅，等模擬電子技術(shù)課程設(shè)計的 CAD 實現(xiàn)J 電氣電子教學學報，19993吳霞運用 Pspice62 for windows 仿真軟件進行通用電路分析4 實驗室研究與探索，1999， （1）5康華光,電子技術(shù)基礎(chǔ).第 3 版.北京:高等教育出版社,1995 年 6王堯.田良.綜合電子設(shè)計與實驗.南京：東南大學出版社，2003 年.7楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.北京：高等教育出版社 1998 年8吉雷.PROTEL99 入門到精通.西安：電子科技大學出版社，2000 年 中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）評語指導(dǎo)教師 ： 韓亞軍 職稱： 講師 工作單位： 重慶信息工程專修學院 學 員： 田金龍 年級專業(yè)層次 0409 級 電氣工程及自動化 專升本 評語： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日2中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）題 目：電子電路的電子仿真實驗 學習中心： 重慶信息工程專修學院奧鵬學習中心 年級專業(yè)： 0409 級 電氣工程及自動化 學生姓名： 田金龍 學 號： 0451480333 指導(dǎo)教師： 韓亞軍 職 稱： 講師 導(dǎo)師單位： 重慶信息工程專修學院 中國石油大學（華東）遠程與繼續(xù)教育學院論文完成時間： 2007 年 12 月 24 日中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）任務(wù)書發(fā)給學員 1設(shè)計(論文)題目： 電子電路的電子仿真實驗研究 2學生完成設(shè)計(論文)期限： 年 月 日至 年 月 日3設(shè)計(論文)課題要求：對所學課程的熟悉和綜合：本設(shè)計要利用到數(shù)字電路 、 模擬電路使學生熟悉單片機開發(fā)、設(shè)計應(yīng)用系統(tǒng)的流程：第一，要進行市場調(diào)研；第二，要有可行性報告；第三，系統(tǒng)設(shè)計（包括硬件、軟件開發(fā)） ，硬件設(shè)計要先畫出原理草圖。軟件設(shè)計應(yīng)首先畫出程序流程圖，然后根據(jù)流程圖書寫程序，上機調(diào)試，調(diào)試通過后把匯編程序燒寫到系統(tǒng)中去。最后進行整機調(diào)試。等課程的相關(guān)知識。學生必須對以上課程熟練掌握并能靈活運用的基礎(chǔ)上才能很好地做好本設(shè)計。4實驗（上機、調(diào)研）部分要求內(nèi)容：熟練使用 Electronics Work bench 設(shè)計電路，并對電路進行調(diào)試；用 Microsoft word 2003 排版論文版面。5文獻查閱要求：周政新，何學儀電子設(shè)計自動化實踐與訓練 李震梅，等模擬電子技術(shù)課程設(shè)計的 CAD 實現(xiàn) 康華光,電子技術(shù)基礎(chǔ) 王堯.田良.綜合電子設(shè)計與實驗 楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程 6發(fā) 出 日 期： 年 月 日 7學員完成日期： 年 月 日指導(dǎo)教師簽名： 學 生 簽 名： i摘 要Electronics Work bench(簡稱 EWB)，中文又稱電子工程師仿真工作室。EWB5.12 軟件的仿真功能十分強大，近似 100%地仿真出真實電路的結(jié)果。而且，它就像在實驗室桌面或工作現(xiàn)場那樣提供了示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器，萬用表等廣播電視設(shè)備設(shè)計、檢測與維護必備的儀器、儀表工具。采用 EWB虛擬電子工作臺，即通過計算機軟件仿真的方法，對電子線路分析進行模擬，下面以電子線路中設(shè)計的一個穩(wěn)壓電源實際電路為例，詳細講述其操作程序，以掌握電路仿真分析的應(yīng)用方法。EWB 軟件最明顯的特點是：仿真手段切合實際，選用元器件、儀器與實際情形非常相近。用EWB 進行仿真模擬實驗，實驗過程非常接近實際操作的效果。各元器件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，不會像實際操作那樣多次地把元件焊下而損壞器件和印刷電路板。軟件不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件, 還提供了各種豐富的調(diào)試測量工具：各種電壓表、電流表、示波器、指示器分析儀等。是一個全開放性的仿真實驗和課件制作平臺,給我們提供了一個實驗器具完備的綜合性電子技術(shù)實驗室。關(guān)鍵詞： EWB，仿真，電子技術(shù)ii目 錄摘 要 .i目 錄 .ii第 1 章 前言 .11.1 簡介 .11.2 EWB 的使用 .1第 2 章 EDA 仿真技術(shù)在電子線路分析中的應(yīng)用 .42.1 軟件的功能與特點 .42.1.1 軟件仿真分析設(shè)計流程 .42.2 應(yīng)用仿真軟件對實際電子線路進行仿真分析舉例 .52.2.1 電路原理圖的編輯 .5圖 2-2 導(dǎo)線連接圖 .62.2.2 儀器的使用 .62.2.3 電路的仿真分析 .72.2.4 設(shè)計指標測試 .8第 3 章 EWB 在模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學中的應(yīng)用 .103.1 在模擬電子技術(shù)中使用 EWB 的必要性 .103.2 研究的方法與內(nèi)容 .103.3 單級放大器放大特性的研究 .113.3.1 相關(guān)數(shù)據(jù)的計算 .113.3.2 數(shù)據(jù)的分析 .133.3.3 單極放大器放大特性分析 .143.4 放大器的最佳工作點與晶體管最大允許輸入電壓的研究 .163.5 諧振蕩器與波形變換 .163.5.1 測量振蕩周期與波形 .173.5.2 輸出波形的改善和應(yīng)用 .17iii3.6 集成運算放大器的應(yīng)用 .173.6.1 反相與求和電路 .173.6.2 文氏橋式及 RC 振蕩電路 .18第 4 章結(jié)論 .20致謝 .21參考文獻 .221第 1 章 前言1.1 簡介隨著電子技術(shù)和計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，電子線路的設(shè)計工作也日益顯得重要。經(jīng)過人工設(shè)計、制作實驗板、調(diào)試再修改的多次循環(huán)才定型的傳統(tǒng)產(chǎn)品設(shè)計方法必然被計算機輔助設(shè)計所取代，因為這種費時費力又費資源的設(shè)計調(diào)試方法既增加了產(chǎn)品開發(fā)的成本，又受到實驗工作場地及儀器設(shè)備的限制。為了克服上述困難，加拿大 Interactive Image Technologies 公司推出的基于 Windows9598NT 操作系統(tǒng)的EDA 軟件（Electronics Workbench“電子工作臺” ，EWB） 。他可以將不同類型的電路組合成混合電路進行仿真。EWB 是用在計算機上作為電子線路設(shè)計模擬和仿真的新的軟件包，是一個具有很高實用價值的計算機輔助設(shè)計工具。目前已在電子工程設(shè)計等領(lǐng)域得到了廣泛地應(yīng)用。與目前流行的電路仿真軟件相比較，EWB 具有界面直觀、操作方便等優(yōu)點。他改變了有些電路仿真軟件輸入電路采用文本方式的不便之處，該軟件在創(chuàng)建電路、選用元器件的測試儀器等均可以直接從屏幕圖形中選取，而且測試儀器的圖形與實物外形基本相似，從而大大提高了電子設(shè)計工作的效率。此外，從另一角度來看，隨著計算機技術(shù)和集成電路技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代電子與電工設(shè)計，已經(jīng)步入了電子設(shè)計自動化（EDA）的時代，采用虛擬仿真的手段對電子產(chǎn)品進行前期工作的調(diào)試，已成為一種發(fā)展的必然趨勢。通過對實際電子線路的仿真分析，從而提高對電路的分析、設(shè)計和創(chuàng)新能力。1.2 EWB 的使用Electronics Work bench(簡稱 EWB)，中文又稱電子工程師仿真工作室。該軟件是加拿大交換圖像技術(shù)有限公司(INTERACTIVE IMAGE 2TECHNOLOGIES Ltd)在 90 年代初推出的 EDA 軟件。而在國內(nèi)應(yīng)用 EWB 軟件，卻是近幾年的事。目前應(yīng)用較普遍的 EWB 軟件是在 Windows95/98環(huán)境下工作的 Electronics Work bench5.12(簡稱 EWB5.12)，該公司近期又推出了最新電子電路設(shè)計仿真軟件 EWB6.0 版本。在眾多的應(yīng)用于計算機上的電路模擬 EDA 軟件中，EWB5.12 軟件就像一個方便的實驗室。相對其它 EDA 軟件而言，它是一個只有幾兆的小巧 EDA 軟件。而且功能也較單一、似乎不太可能成為主流的 EDA 軟件形象，也就是用于進行模擬電路和數(shù)字電路的混合仿真。但是，EWB5.12 軟件的仿真功能十分強大，近似 100%地仿真出真實電路的結(jié)果。而且，它就像在實驗室桌面或工作現(xiàn)場那樣提供了示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器，萬用表等廣播電視設(shè)備設(shè)計、檢測與維護必備的儀器、儀表工具。EWB5.12 軟件的器件庫中則包含了許多國內(nèi)外大公司的晶體管元器件，集成電路和數(shù)字門電路芯片。器件庫沒有的元器件，還可以由外部模塊導(dǎo)入。EWB5.12 軟件是眾多的電路仿真軟件最易上手的。它的工作界面非常直觀、原理圖與各種工具都在同一個窗口內(nèi)，即使是未使用過它的工程技術(shù)人員，稍加學習就可以熟練地應(yīng)用該軟件?，F(xiàn)代的廣播電視設(shè)備電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，而 EWB5.12 軟件，可以使你在許多電路設(shè)計、檢測與維護中無須動用電烙鐵就可以知道它的結(jié)果，而且若想更換元器件或改變元器件參數(shù)，只須點點鼠標即可。 電子工作平臺的設(shè)計試驗工作區(qū)好像一塊面包板，在上面可建立各種電路進行仿真實驗。電子工作平臺的器件庫可為用戶提供 350 多種常用模擬和數(shù)字器件，設(shè)計和試驗時可任意調(diào)用。虛擬器件在仿真時可設(shè)定為理想模式和實模式，有的虛擬器件還可直觀顯示，如發(fā)光二極管可以發(fā)出紅綠藍光，邏輯探頭像邏輯筆那樣可直接顯示電路節(jié)點的高低電平，繼電器和開關(guān)的觸點可以分合動作，熔斷器可以燒斷，燈泡可以3燒毀，蜂鳴器可以發(fā)出不同音調(diào)的聲音，電位器的觸點可以按比例移動改變阻值。電子工作平臺的虛擬儀器庫存放著數(shù)字電流表、數(shù)字電壓表、數(shù)字萬用表、雙通道 1000MHz 數(shù)字存儲示波器、999MHz 數(shù)字函數(shù)發(fā)生器、可直接顯示電路頻率響應(yīng)的波特圖儀、16 路數(shù)字信號邏輯分析儀、16 位數(shù)字信號發(fā)生器等，這些虛擬儀器隨時可以拖放到工作區(qū)對電路進行測試，并直接顯示有關(guān)數(shù)據(jù)或波形。電子工作平臺還具有強大的分析功能，可進行直流工作點分析， 暫態(tài)和穩(wěn)態(tài)分析，高版本的 EWB 還可以進行傅立葉變換分析、噪聲及失真度分析、零極點和蒙特卡羅等多項分析。 使用 EWB 對電路進行設(shè)計和實驗仿真的基本步驟是：1.用虛擬器件在工作區(qū)建立電路；2.選定元件的模式、參數(shù)值和標號；3.連接信號源等虛擬儀器；4.選擇分析功能和參數(shù)；5.激活電路進行仿真；6.保存電路圖和仿真結(jié)果4第 2 章 EDA 仿真技術(shù)在電子線路分析中的應(yīng)用2.1 軟件的功能與特點2.1.1 軟件仿真分析設(shè)計流程EWB 軟件最明顯的特點是：仿真手段切合實際，選用元器件、儀器與實際情形非常相近。其元件庫不僅提供了數(shù)千種電路元器件供選用，而且還提供了各種元器件的理想值，如對分析精度有特殊的需要，可以選擇具有具體型號的器件模型。作為虛擬的電子工作臺，EWB 提供了較為詳細的電路分析手段，不僅可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析、時域和頻域分析、器件的線性和非線性分析、電路的噪聲分析和失真分析等常規(guī)電路分析方法，而且還提供了離散傅里葉分析、電路零極點分析、交直流靈敏度分析和電路容差分析等共計 14 種電路分析方法，以幫助設(shè)計人員分析置各種故障，如開路、短路和不同程度的漏電等，從而觀察到在不同故障情況條件下的電路工作狀態(tài)。 如圖 2-1圖 2-1 電路工作狀態(tài)在進行仿真的同時，還可以存儲測試點的所有數(shù)據(jù)，列出所有元器5件清單，以及存儲測試儀器的工作狀態(tài)、顯示波形和測量數(shù)據(jù)。EWB 的儀器庫存放有 7 臺儀器可供使用，他們分別是數(shù)字多用表、函數(shù)發(fā)生器、示波器、波特圖儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯分析儀和邏輯轉(zhuǎn)換儀。在連接電路時，儀器圖標方式存在。此外該軟件創(chuàng)建電路圖所需的元器件庫與目前常見的電子線路分析軟件如“SPICE”的元器件庫完全兼容，兩者之間可以互相轉(zhuǎn)換。同時在該軟件下完成的電路文件，可以直接輸出至常見的印制線路板排版軟件，如 PROTEL，ORCAD 和 TANGO 等印制電路板 PCB 設(shè)計軟件，從而大大加快了電子產(chǎn)品的開發(fā)速度，提高了設(shè)計人員的工作效率。2.2 應(yīng)用仿真軟件對實際電子線路進行仿真分析舉例采用 EWB 虛擬電子工作臺，即通過計算機軟件仿真的方法，對電子線路分析進行模擬，下面以電子線路中設(shè)計的一個穩(wěn)壓電源實際電路為例，詳細講述其操作程序，以掌握電路仿真分析的應(yīng)用方法。題目和指標：制做串聯(lián)型穩(wěn)壓電源，輸出電壓為 13V，最大輸出電流為 500mA，電網(wǎng)電源波動10，穩(wěn)壓系數(shù) Sr005。工作溫度為2540。2.2.1 電路原理圖的編輯（1）首先在 Windows 界面下，雙擊 EWB 圖標進入了主窗口，主窗口中最大的區(qū)域是電路工作區(qū)，在此可對電路原理圖進行編輯和測試。首先，將原理圖中的所有元器件從器件庫中調(diào)出來。方法是在元器件庫欄中單擊包含該器件的圖標，打開該元器件庫。然后從元器件庫中將該元器件拖拽至電路工作區(qū)。如圖 2 中（穩(wěn)壓電源）要調(diào)出 5.6k 電阻，單擊工具按鈕 Basic，找到 Resistor 圖標，將他拖拽到窗口工作區(qū)。系統(tǒng)缺省設(shè)置為 1k。選中該元件，單擊 ComponentProperies 銨鈕，對6其 Value 值進行修改。同理可調(diào)出電容、三級管等器件。若要元件按照原理圖位置放置，可適當旋轉(zhuǎn)元器件（選中該器件，按 CtrlR）。（2）導(dǎo)線的連接。將鼠標指向元器件的端點使其出現(xiàn)一個小圓點，按下鼠標左鍵并拖拽出一根導(dǎo)線并指向另一個元器件的端點。連接完成后，導(dǎo)線將自動選擇合適的走向，不會發(fā)生與其他元器件或儀器發(fā)生交越。至此原理圖編輯完成，如圖 2-2 所示。 圖 2-2 導(dǎo)線連接圖2.2.2 儀器的使用選用儀器可以從儀器庫中將相應(yīng)的儀器圖標拖拽至電路工作區(qū)，儀器圖標上有連接端用于將儀器連入電路。例如本例中使用了示波器。如圖 2-3 所示，其共有 4 個接線端（A 通道端、B 通道端、觸發(fā)端、接地端） ，需要觀察測試的波形時，可以雙擊儀器圖標打開儀器面板。 圖 2-3 示波器連接72.2.3 電路的仿真分析（1）仿真步驟仿真分析開始前可雙擊儀器圖標打開儀器面板。準備觀察被測試波形。按下電路啟動停止開關(guān)，仿真分析開始。若再次按下電路啟動停止開關(guān)，仿真分析 85 停止。電路啟動后，需要調(diào)整示波器的時基和通道控制，使波形顯示正常。（2）仿真輸出結(jié)果（1）整流濾波可用 EWB 工作臺上提供的萬用表、示波器觀察實際電路輸出結(jié)果。用萬用表模塊測量整流濾波后的直流電壓為 188V，用示波器測得濾波波形的脈動部分如圖 2-4 所示，用示波器測得濾波的電壓的波形如圖 2-5 所示。 圖 2-4 濾波波形脈沖圖 2-5 濾波電壓波形（2）穩(wěn)壓電路可以模擬一下輸出短路時，電網(wǎng)波動 10為 242V時的情況，這在實際分析中不易做到，而用工作臺來模擬非常方便。先在輸出端加一負載電阻，讓其阻值近似為 0，如為 110，然后再模擬電網(wǎng)波動，只需用鼠標對準電網(wǎng)的電壓雙擊，根據(jù)屏幕提示將其由 2820V 調(diào)到 242V，選用元器件庫中的電流表接在圖 2-6 電路中（這種電表的數(shù)量是沒有限制的，存放在顯示元器件庫中，可供多次使用） ，電流表顯示調(diào)整管的電流為 1A。用示波器觀察調(diào)整管 Vce 的波形如圖 6 所示，從中看出平均電壓為 5.5V。圖 2-6 調(diào)整管波形2.2.4 設(shè)計指標測試（1）輸出電壓理論計算 V0（R 2R 1）（V zV be）R 2132V，用 EWB 模擬仿真，使用電壓表模塊實測輸出電壓為 V0132V。（2）穩(wěn)壓系數(shù) Sr穩(wěn)壓系數(shù)理論值的計算SrV D1（nA v2VD0）002005，理論上滿足設(shè)計指標要求。用 EWB 模擬仿真實際電子線路，用鼠標對準電網(wǎng)電壓雙擊，根據(jù)屏幕提示將其由 220V 調(diào)到 230V，電壓表顯示輸出電壓值為 133V，由此得出：故實際線路滿足設(shè)計指標要求。（3）調(diào)試參數(shù)、優(yōu)化設(shè)計確定方案9如果以上設(shè)計的電路通過模擬仿真分析，不符合設(shè)計要求，可通過逐漸改變元件參數(shù)，或更改元件型號，使設(shè)計符合要求最終確定出元件參數(shù)。如欲改變電阻的取值，只要用鼠標雙擊電阻，再根據(jù)屏幕提示鍵入阻值，并可對更改的電路立即進行仿真分析。觀察虛擬結(jié)果是否滿足設(shè)計要求，這在實際的電路板中是難以做到的。10第 3 章 EWB 在模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學中的應(yīng)用3.1 在模擬電子技術(shù)中使用 EWB 的必要性長期以來， 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程教學。是以理論課教學、課程實驗和課程設(shè)計等教學環(huán)節(jié)構(gòu)成。我們在教學實踐的過程中，結(jié)合理論教學的進程，利用計算機的電子設(shè)計自動化軟件 Electronics Workbench（虛擬電子工作臺簡稱 EWB）在計算機上進行基礎(chǔ)驗證模擬實驗，作為教學的補充。使學生增強對電路的感性認識，掌握各種儀器的基本使用、電路參數(shù)的測試方法。我們采用工作在 WINDOWS98 平臺上的 EWB50.C(虛擬電子工作臺)軟件。實驗可由教師結(jié)合教學內(nèi)容通過多媒體教學平臺演示完成也可由學生在課外參照有關(guān)習題完成。通過人機對話的方式，能使每個人都能親自動手接觸電路,進行元件接線,參數(shù)設(shè)定。邊連線，邊測試，邊修改，邊分析，并與理論計算結(jié)果進行對照。通過 EWB 軟件的“component properties”(組成部件屬性)可隨時調(diào)整和修改元器件參數(shù),分析各元件參數(shù)對電路的作用與影響。調(diào)試和測量過程就是最好的學習過程。在這樣的實驗中,把實驗與理論有機的結(jié)合起來。加深了學生對理論的認識3.2 研究的方法與內(nèi)容實驗方法如實驗流程圖 3-1 示，結(jié)合具體的教學內(nèi)容，在理論教學過程中穿插進行。根據(jù)所學電路的11圖 3-1 實驗流程圖原理圖，用模擬連接電路，確定電路中的各元器件參數(shù)，使用 EWB 虛擬儀器進行在線測量。對照電路設(shè)計要求更改相關(guān)元件參數(shù)，觀察所得的變化。最后與理論計算進行對照比較。3.3 單級放大器放大特性的研究 3.3.1 相關(guān)數(shù)據(jù)的計算圖 3-2 所示為單級阻容耦合共射放大電路電原理12圖 3-2 單級阻容耦合共射放大電路電原理圖中，各元件參考值為：3DG44A,30, Rs=5k, Rb=470k,Rc= Rl =5k,Cl=C2=50F,UI=10mV/1kHz,Vcc=+12V,Ube=0.75V,rbb 。調(diào)節(jié)Rb 可調(diào)整放大器的靜態(tài)工作點。由圖可算得靜態(tài)工作點：.其中 Ic為集電極靜態(tài)工作電流，Uce為集電集靜態(tài)工作電壓。在中頻段不需要考慮耦合電容和分布電容、晶體管結(jié)電容的影響。利用微變等效電路法可得三極管輸入端的微變等效電阻：.中頻段電壓放大倍數(shù):.其中等效負載電阻:13.由 Au 表達式可知當 Rc、Ic 變化時，Au 隨之變化。 3.3.2 數(shù)據(jù)的分析測量不同 Rb 時的 Ib 、Ic 、和 UceQ 的值并與理論值進行比較，并填充完成表格內(nèi)容。根據(jù)實驗電原理圖，用 EWB 軟件進行模擬連線，在基極和集電極串接一內(nèi)阻(1n)可不計的模擬電流表，在集電極和發(fā)射極并聯(lián)一內(nèi)阻為 的模擬電壓表。實際測試的 EWB 計算機模擬界面如圖 3-3 所示：圖 3-3 計算機模擬界面依次改變 Rb 的值將測試結(jié)果和理論計算值填入表中。表 3-1Rb 值(k) 參數(shù)名稱 200250300350400450500Ib 理論值 56 4 37 32 28 25 2214(uA) .3 5.0 .5 .1 .1 .0 .5Ib 測量值(uA)55.9544.8537.4131.9727.9824.8722.43Ic理論值(mA)1.6891.3501.1250.9630.8430.7500.675Ic測量值(mA)1.6801.3451.1230.9580.84020.74610.6715UceQ 理論值(V)3.5555.2506.3757.1857.7858.2508.625UceQ 測量值(V)3.59705.27196.38957.20487.7908.26678.6399可以看出，測試結(jié)果與理論計算具有很好的一致性。3.3.3 單極放大器放大特性分析以 Rb270k，輸入信號頻率為千赫，幅度為 10 毫伏。測量放大器的電壓放大倍數(shù)并與理論值進行比較。并討論放大電路參數(shù)變化對倍數(shù)的影響。根據(jù)實驗電原理圖，用 EWB 軟件進行模擬連線后的測量電路及結(jié)果如圖 3-4 所示：15圖 3-4 測量電路及結(jié)果通過交流毫伏表 MV 測得輸出電壓 U0，與輸入電壓比較可以算得電壓放大倍數(shù) Au=128.5/10=12.85 倍。而電壓放大倍數(shù)的理論值由(1)-(6)式計算可得：Rb=270k，Ib=0.042mA,Ic=1.25mA,rbe=824,Au=12.88倍，理論計算與模擬實驗具有很好的一致。通過模擬雙蹤示波器可觀察放大器的輸入與輸出波形，其中紅色線條為輸入波形，黑色線條為輸出波形，二者有一相位差 。(1)集電極電流變化的影響。在其它參數(shù)不變條件下，通過改變 Rb分別獲得不同的 Ic，測出放大倍數(shù)與集電極電流之間的關(guān)系如下表示。從表中可反映二點：當集電極電流大于某值，即三極管處于飽和時，電路的電壓放大倍數(shù)小于 1，當管子處于正常放大狀態(tài)時，隨著 Ic 的減小，電路的電壓放大倍數(shù)隨之減小。表 3-2b(k) 100130150600100015002000Ic 測量值(mA)2.3772.3692.2380.5600.3390.2250.16316Au(倍) 0.1460.68313.4711.369.968.637.62（2）負載電阻對放大倍數(shù)的影響。取 Ic=1.25mA，分別測出 Rc= Rl =3 k 和 Rc=Rl=5k 的放大倍數(shù)分別為 7.71 倍和 12.85 倍。即隨著負載電阻的減小，放大倍數(shù)隨之減小。3.4 放大器的最佳工作點與晶體管最大允許輸入電壓的研究(1）在圖 3.4-1 實驗電路中取 Rc=5k，調(diào)節(jié) Rb 使得當輸入電壓逐漸加大時，輸出波形正負向同時出現(xiàn)削波，即表示這時放大器的靜態(tài)工作點已選擇在動態(tài)特性曲線的中點。記錄此時的 IceQ 值和 UceQ 值分別為 1.56(mA)和 4.20(V)。測出當輸出電壓最大而不失真時放大器輸入電壓 Us 的值為 230mV（晶體管的輸入電壓 Ube 為 39mV）,此時放大器的動態(tài)范圍最大。(2)在上述電路中再改變 Rb 的值,當增大 Rb 時出現(xiàn)正向削波，說明晶體管出現(xiàn)了截止失真。當減小 Rb 時出現(xiàn)反向削波，說明晶體管出現(xiàn)了飽和失真。3.5 諧振蕩器與波形變換 圖 3-5 接線圖及測量波形限于篇幅，下面只能作一些簡要介紹。圖 3-5 是多諧振蕩器用 EWB17進行模擬實驗的接線圖及測量波形圖。三極管 T1、T2 選用 3DG44A 其余元件參數(shù)如圖示。示波器 x 軸設(shè)置為 0.10ms/div。3.5.1 測量振蕩周期與波形藍色線條所示為多諧振蕩器輸出波形。紅色線條為多諧振蕩器輸出端通過一微分電路后得到的一正一負二尖脈沖。振蕩周期理論值為 T1.4RbC=1.415K0.022u=0.462ms實測波形周期從示波器上可讀得約為 0.465ms。通過改變 C1、C2或 R1、R2 值，可改變脈沖寬度和周期。3.5.2 輸出波形的改善和應(yīng)用上述多諧振蕩器輸出波形的上升沿較差，一般可通過在耦合電容C1、C2 前面加隔離二極管來改善矩形波的上升沿。通過在輸出端連接微分電路電路，可獲得一正一負的尖脈沖；通過在輸出端連接積分電路電路，可獲得三角波或據(jù)齒波；改變微分電路或積分電路參數(shù)可改變脈沖寬度。加上二極管限幅電路可獲得單向尖脈沖。3.6 集成運算放大器的應(yīng)用3.6.1 反相與求和電路圖 3-6 是反相與求和電路 EWB 模擬實驗接線測試圖，其中 IC 為理想集成運放。當 Ui2 不接時為反相比例運算電路，18通過改變 R1 和 R3 的值 R，可以改變輸出與輸入電壓的比例。當接上 Ui2 時為反相比例相加運算： 圖 3-6 模擬實驗接線測試圖通過改變輸入電壓 Ui1、Ui2 或改變 R1、R2 和 R3 的值，在輸出端可獲得比例相加的輸出電壓。在 EWB 模擬測試電路中可以方便地改變Ui1、Ui2 或 R1、R2 和 R3 的值以獲得不同的輸出電壓。此電路稍作改動即可驗證同相求和電路、微分電路和積分電路。 3.6.2 文氏橋式及 RC 振蕩電路圖 3-7 是文氏橋式振蕩電路的 EWB 模擬實驗接線圖,當R1=R2=500，C1=C2=0.22uF 時，由理論計算可得振蕩頻率為：19圖 3-7 文氏橋式振蕩電路從實測波形圖上可以看出,示波器 X 軸為 0.50ms/div,實際讀數(shù)正弦波周期近擬為 0.7ms,即頻率約為 1.43KHz。通過改變 R1、R 2和 C1、C 2的值可得到不同頻率的正弦波，為滿足起振條件必須使 R32 R 4。此電路略作改動可接成 RC 移相式和雙 T 網(wǎng)絡(luò)式振蕩器。 20第 4 章 結(jié) 論1、用 EWB 進行仿真模擬實驗，實驗過程非常接近實際操作的效果。各元器件選擇范圍廣，參數(shù)修改方便，不會像實際操作那樣多次地把元件焊下而損壞器件和印刷電路板。使電路調(diào)試變得快捷方便。對模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)課程中的絕大部分電路都能應(yīng)用，不僅能用于對單個電路特性和原理進行驗證，也能就用于多級的組合電路。2、軟件不但提供了各種豐富的分立元件和集成電路等元器件, 還提供了各種豐富的調(diào)試測量工具：各種電壓表、電流表、示波器、指示器分析儀等。是一個全開放性的仿真實驗和課件制作平臺,給我們提供了一個實驗器具完備的綜合性電子技術(shù)實驗室。可以在任意組合的實驗環(huán)境中，搭建實驗?？捎贸Ｒ?guī)的調(diào)試方法如測量各點電壓、電流，波形等來調(diào)試和測量電路。對于較大規(guī)模的電路，可分級接線和調(diào)試。通過元件復(fù)制或單級電路的復(fù)制來完成整個電路的組裝。因此也適用于較大型的設(shè)計性實驗。3、EWB（電子學工作平臺）為我們提供了一個很好的實用工具，使我們能夠在教學過程中隨時提供實驗、演示和電路分析。教師可以在多媒體教室中深入淺出地分析各種電路的特性，講解各種參數(shù)改變對電路的影響。學生可結(jié)合學習內(nèi)容，進行接近于實際電路的調(diào)試分析，有利于對加深對理論理解。特別是一些實驗條件較差的大中專院校和廣播電視大學的基層工作站，通過這樣的計算機模擬仿真實驗，把電子技術(shù)的理論教學和實驗教學有機地結(jié)合了起來。為電子電路實際制作打下一個良好的基礎(chǔ)。21致 謝本文從擬定題目到定稿，歷時數(shù)日。在本論文完成之際，首先要向我的導(dǎo)師韓亞軍老師致以誠摯的謝意。論文的設(shè)計，的確是一個漫長而艱辛的過程。在這期間，我也遇到了不少的困難。在論文的寫作過程中，韓老師給了我許多的意見，使我很快地找到了入手的方向。韓老師學識淵博、治學嚴謹，在韓老師的悉心指導(dǎo)中，我學到了扎實的專業(yè)知識，同時他對工作的積極熱情、認真負責、實事求是的態(tài)度，給我留下了深刻的印象，使我受益非淺。在此我謹向韓老師表示衷心的感謝和深深的敬意。同時，我要感謝學院給我們授課的各位老師，正是由于他們的傳道、授業(yè)、解惑，讓我學到了專業(yè)知識。我也要感謝石油大學網(wǎng)絡(luò)教育學院及他的重慶永川學習中心，是它提供了良好的學習環(huán)境和生活環(huán)境，讓我的大學生活豐富多姿，為我的人生留下精彩的一筆。另外，衷心感謝我的同窗同學們，在我畢業(yè)論文寫作中，與他們的探討交流使我受益頗多；同時，他們也給了我很多無私的幫助和支持，我在次深表謝意。他們給予我的幫助、關(guān)心和理解是我不斷前進的動力。學無止境。人生就是一個漫長的學習過程。明天，將是新的一天的開始。22參考文獻1周政新，何學儀電子設(shè)計自動化實踐與訓練M 北京：中國民航出版社，19982李震梅，等模擬電子技術(shù)課程設(shè)計的 CAD 實現(xiàn)J 電氣電子教學學報，19993吳霞運用 Pspice62 for windows 仿真軟件進行通用電路分析4 實驗室研究與探索，1999， （1）5康華光,電子技術(shù)基礎(chǔ).第 3 版.北京:高等教育出版社,1995 年 6王堯.田良.綜合電子設(shè)計與實驗.南京：東南大學出版社，2003 年.7楊素行.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)簡明教程.北京：高等教育出版社 1998 年8吉雷.PROTEL99 入門到精通.西安：電子科技大學出版社，2000 年 中國石油大學（華東）現(xiàn)代遠程教育畢業(yè)設(shè)計（論文）評語指導(dǎo)教師 ： 韓亞軍 職稱： 講師 工作單位： 重慶信息工程專修學院 學 員： 田金龍 年級專業(yè)層次 0409 級 電氣工程及自動化 專升本 評語： 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日2