1、电子电路的仿真实验1 EWB 5.0 简介在进行电子电路设计时，通常需要制作一块试验板来进行调试，以测试所设计的电路是否达到没计要求。但是，设计的电路往往不能一次性通过要反复经过许多次调试，才能符合设计要求。这样既费时费力，又增加了产品的成本。另外因受工作场所、仪器设备等四素的限制许多试验不能进行。为了解决上述一系列问题，加拿大 Interactive Image Technologes 公司于 20 世纪 80 年代末、90 年代初推出了专门用于电子电路仿真和设计的“模拟电子工作台” （EWB，Electronics workbench）软件。电子产品设计人员利用这个软件对所设计的电路进行仿
2、真和调试。一方面可以验证所设计的电路是否能达到设计要求的技术指标；另一方面又可以通过改变电路中元器件的参数，使整个电路性能达到最佳。现将 EWB 软件的使用方法简单介绍如下： 一、绘制实验电路1拖放器件到工作区图 5.1.1 是 EWB 电子工作平台，如选择一个二极管（或其他元器件） ，则先用鼠标单击晶体管所在的器件库图标，下方会弹出一个小图标菜单，在该菜单中选探所要器件，按作鼠标左键，拖动鼠标至工作区后释放左键，晶体管即出现在工作区。用以上类似的方法可以选择电路中所需要的所有元器件，如电阻、电容、晶体管、信号源等。2对器件赋值如需要对器件赋值，则用鼠标双击器件（例如电阻） ，出现一个赋值对话
3、框，如图5.1.2 所示。改变电阻的数值和单位，单击确定按钮便可完成对器件的赋值。除对无源器件赋值以外，还可以对有源器件模型进行赋值。如对其他器件赋值，可采用上述方法打开相应的赋值对话框，调整相应的电阻值及温度系数值即可。3对器件标号为了方便看电路，可对电路中的器件进行标号。在图 5.1.2 电阻赋值对话框中 Label，填上器件标号，如电阻 R，单击确定按钮，对有关器件的标号就完成了。4调整器件在电路中的位置和方向为了使电路图画得整齐美观，可以适当调整有关器件在电路中的位置和方向。调整体旨的方法是：用鼠标单击有关器件并把它拖到合适的位置。调整器件方向（即横放或竖放、顺放或倒放）的方法是：单击
4、电路菜单中的 Circuit，即出现下拉菜单，如图 5.1.3 所示；单击菜单中的旋转命令 Rotate，每单击一次 Rotate，器件旋转 。905连接电路连接电路的基本方法是，把光标指向器件的连接端，这时出现一个小黑点，按住鼠标左键，移动鼠标，使光标指向另一个器件的接线端，此时又出现一个小黑点，放开鼠标，两个器件的接线端就连接起来了。6连线的删除与改动将鼠标移到连接点使其出现一个黑点，按住左键拖曳该黑点，使连线离开元器件端点，放开鼠标左键，即可删除连线；或者将拖曳离开端点的连线拉到另一个接点，实现连线的改动。还可以单击鼠标左键，选中连线后单击鼠标右键，弹出对话框，选择 Delete 即可。
5、7改变连线颜色当电路图较复杂，且连线很多难以辨别时，为清楚起见，可以改变连线颜色。双击连线出现颜色设置对话框，如图 5.1.4 所示，单击设置连线颜色（set wire color）按钮，出现色板对话框，连线的颜色有 6 种，选择合适的颜色即可。8添加电源如在电路中加上一个交流传号源，在任务栏中的器件库部分找到信号源库，单击信号源图标打开电源库（Sources） ，如图 5.1.5 所示，用鼠标单击并拖动器件库中的交流信号源放到电子上作平台上。双击信号源图标，这时出现一个交流信号源设置框（AC Voltage Source）如图 5.1.6 所示。调整电压（Voltage ） 、频率（Freq
6、uency）及相位（Phase）的数值和单位，再单击确定按钮即可。9向电路插入或删除元器件若想在电路的某条支路中插入一个元器件，则先在器件库中找到元器件的图标，然后将该元器件直接拖到连线上，然后释放左键，元件即被插入电路中。若想在电路中删除某一元器件，则用鼠标单击该元器件，选中后按下鼠标右键出现对话框，在其中单击 Delete 即可。10连接点的使用“连接点”是一个黑点，放置在元器件库中。一个“连接点”最多可以连接来自四个方向的连线。可以直接将“连接点”插入连线中，双击“连接点”弹出特性对话框，选算Label 项，即可完成对“连接点 ”的标示。二、EWB 上的器件库EWB 实验平台为用户提供了
7、 12 个器件库，如图 5.1.7 所不。它收录了几千种元器件，分别在不问的器件库巾。如需要添加信号源，中击信号源图标，出现相应的下拉菜单，从小选择所需的信号源即可。下面分别介绍器件库的基本情况。1信号源库（Sources）包含各类交、直流电源，受控源，调幅，调频源，时钟源分段线性源及线性相关源等。2基本元件库（basic）包含各类基本器件如各种固定或可调式的电阻、电容、电感、继电器、开关（受按开关） 、磁芯、非线变压器等。 3二极管库（Diodes）包含普通一极管、稳压二极管等各种二极管等。4晶体管库（Transistors）包含各类晶体管二极管初各类场效应管。5模拟集成电路库（Analog
8、 ICS）包含各类模拟集成运放、电压比较器、锁相环等。6混合器件库（Mixed ICS）包含各类集成 AD、DA 转换器、555 电路、单稳态触发器等。7数字集成电路库（Digital ICS）包含各类数字集成电路，如 74系列、4x 系列等8逻辑门(Logic gate)包含谷种逻辑门、缓冲器、施密特触发器。9数字器件体（Digital）包含各类数字器件，如各类加法器触发器、计数器、编码器、分配器、选择器及寄存器等。10显示器件库（1ndicators）包含电压表、电流表、各种发光器件、各类数码管、蜂鸣器、条形光柱等11控制器件库（Controls ）包含微分、积分器、乘法器、除法器、函数传
9、递模块、各种限幅器等。12其他器件库（Miscellaneous ）包含熔断器、数据写入器、SPICE 子电路、直流电机、真空三极管、开关电源升或降压转换器、均匀传输线和石英晶体等。三、EWB 上的虚拟仪器EWB 提供了一些虚拟仪器供用户使用，下面对这些仪器作以简单介绍。常用的虚拟仪器如图 5.1.8 所示。1数字万用表（Multimeter ）将数字万用表从仪器栏上取出时，显示为小图标，双击数字万用表图标，弹出万用表的虚拟面板入图 5.1.9 所示。万用表面板上有 1 个数字显示窗和 7 个按钮，它们分别为电流（A） 、电压（V） 、电阻（） 、电平（dB） 、交流（） 、直流（）和设置转换
10、按钮（Settings） ，单击这些按钮便可以进行相应的转换。EWB 平台上的万用表具有自动量程转换功能，因此不用制定测量范围。利用设置按钮可调整电流表内阻、电压表的内阻、欧姆表电流和电平表 0dB 标准电压。2函数发生器（Function Generator）将函数发生器从仪器栏上取出时，显示为小图标，双击所示函数发生器的图标，弹出发生器的虚拟面扳如图 5.1.10 所示。信号发生器是一种能提供正弦波、三角波或方波的信号的电压源，可方便地向电路提供信号。可调整的参数有：频率（frequency） 、占空比（Duty cycle） 、振幅（Amplitude） 、DC 偏移（Offset） 。
11、3示波器（Oscilloscope）将示波器从仪器栏上取出时，显示为小图标，双击示波器图标，出现示波器的虚拟面板如图 5.1.11 所示。这是一种可用黑、红、绿、蓝、青、紫 6 色显示波形的 1000 MHz 示波器。这种双通道仿真示波器工作起来与真的仪器一样，可用正边缘或负边缘进行内触发或外触发，实际可在秒（s）纳秒（ns）的范围内调整。为了提高精度，可卷动时间轴，用数显游标可对电压进行精确测量。此示被器可显示被测信号的幅值和频率，只要单击仿真开关，示被器便可立即显示波形。将示波器探头移至新的测试点时可不关电源。4波特图仪（Bode Plotter）EWB 提供了一个用来测量和显示电路幅频特
12、性与相频特性的波特图仪，其虚拟面板如图 5.1.12 所示。波特图仪能显示电路的频率响应曲线，这对分桥滤波器等电路是十分有用的。波特图仪还可用来测量信号的电压增益（单位：dB）或相移（单价：度） 。波特图仪刚从仪器栏中取出时显示的是小图标，用鼠标双击后出现面板。波特图仪有In 和 Out 两对端口，其中 In 端口的+V 端和-V 端分别接电路输入端的正端和负端；Out 端口的+V 端和-V 端分别接电路输出端的正端和负端。在电路的输入端接人 AC（交流）信号源，其信号频率无须特别设定，频率测量的范围由波特图仪的参数设置决定。波特图仅的参数设置可以在电路启动后修改，但一般修改以后需重新启动电路
13、。5数字信号发生器（Word Generator）数字信号发生器刚从仪器栏取出时为一小图标，双击小图标，弹出信号发生器的虚拟面板如图 5.1.13 所示。数字信号发生器可将数字信号送入电路，用来驱动或测试电路。仪器面板的左侧为数据存储区，激活仪器后便可将这些数据依次送人电路。6逻辑转换器（Logic Converter）仪器面板的左侧为数据逻辑转换器刚从仪器栏取出时为一小图标，双击小图标，弹出逻辑转换器的虚拟面板如图 5.1.14 所示。7逻辑分析仪(Logic Analyzer)逻辑分析仪刚从仪器栏取出时，为一小图标，双击小图标，弹出逻辑分析仪的虚拟面板如图 5.1.15 所示。逻辑分析仪能
14、显示 16 路数字信号的逻辑电平。像示波器一样可调整时基，使用起来和真的仪器一样。在 EWB 平台上使用虚拟仪器的方法是：将仪器的图标拖放到平台的工作区；把仪器的接线端与相应的电路连接起来；双击图标调出仪器面板，设置有关参数；打开仿真开关即可。5.2 基于 EWB 的电子电路设计及仿真实验一 电压源与电流源的等效变换一、实验目的1.学会电源外特性的测试方法。2.验证电压源与电流源的等效变换条件。3.验证理想电压源与理想电流源不能等效变换。二、实验原理1.恒压源的输出电压恒定不变；电压源（恒压源 US 与内阻 R0 串联）的输出电压随负载电流的增大而减小。2.恒流源的输出电流恒定不变；电流源（恒
15、流源 IS 与内阻 r0 并联）的输出电流随负载电压的增大而减小。3.一个实际的电源既可以用电压源模型表示,也可以用电流源模型表示。若它们向同样大小的负载提供同样大小的电流和端电压，则称这两个电源是等效的。电压源与电流源的等效变换条件为：IS=US/R0US=IS*r0 r0=R0三、实验器材1.直流电压源2.直流电流源3.直流电流表4. 直流电压表5.电阻四、实验步骤1.测试理想电压源的外特性。按图 3-1 连接线路，测量负载电压和电流，按表 3-1 改变负载阻值，点击运行按扭，将数据记入表 3-1中。RL 1kohmV110V 10.000 V+-10.000m A+ -图 3-1 理想电
16、压源的外特性测试表 3-1（理想电压源）2.测试电压源的外特性。按图 3-2 连接线路，测量负载电压和电流， 2000 1500 1000 800 500 300 200)(LR)(mAIL)(VUL按表 3-2 改变负载阻值，点击运行按扭，将数据记入表 3-2 中，并与表 3-1 进行对比。RL 1kohmV110VR0 2ohm9.980 V+-9.980m A+ -图 3-2 电压源的外特性测试表 3-2（电压源）3.测试理想电流源的外特性。按图 3-3 连接线路，测量负载电压和电流，按表 3-3 改变负载阻值，点击运行按扭，将数据记入表 3-3中。 2000 1500 1000 800 500 300 200)(LR)(mAIL)(VUL
