電路仿真是指在電腦上通過軟件來模擬具體電路的實際工作過程,并計算出在給定條件下電路中各節(jié)點(包括中間節(jié)點和輸出節(jié)點) 的輸出波形。電路仿真是否成功,取決于電路原理圖、元件模型的仿真屬性、電路的網(wǎng)表結(jié)構(gòu)以及仿真設(shè)置等。Protel DXP 執(zhí)行混合信號仿真的設(shè)計流程如圖1所示。
圖1 電路仿真流程
a ) 原理圖設(shè)計: 首先, 新建一個原理圖文件*.schdoc ,打開編輯環(huán)境,與普通原理圖大致相同;然后,打開Libraries ,加載必要的元器件庫,添加元器件并設(shè)置參數(shù),這里所有的元器件都必須具有Simulation 仿真屬性,否則仿真時將出現(xiàn)錯誤信息,在DXP中假定所有元器件都是理想元器件;最后,用導(dǎo)線進行電氣連接或網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號,對整個電路進行編譯ERC 校驗,確保整個電路沒有錯誤。
b) 設(shè)置仿真環(huán)境: 執(zhí)行菜單命令,打開Analysessetup 對話框,設(shè)置仿真方式并指定要顯示的數(shù)據(jù),DXP 提供10 種分析仿真方式,包括直流工作點、直流掃描、交流小信號、瞬態(tài)過程、Fourier 、噪聲、傳輸函數(shù)、溫度掃描、參數(shù)掃描以及蒙特卡羅分析等。
c) 仿真:設(shè)置仿真環(huán)境后單擊OK 按鈕,系統(tǒng)進行電路仿真,生成一*.sdf 文件,同時打開窗口顯示分析結(jié)果。
d) 分析結(jié)果:觀察電路仿真結(jié)果,分析仿真波形是否符合電路設(shè)計要求,如果不符合,則重新調(diào)整電路參數(shù)進行仿真,直到滿意為止。
以圖2 所示的分壓式偏置電路放大器為例進行性能分析。
分析分兩步進行:首先進行直流分析(靜態(tài)分析) ,求出晶體管各極的靜態(tài)工作點電壓和電流IB、IC、IE、VB、VC、VE 等,使晶體管大致處于放大區(qū)中心處;然后進行交流分析(動態(tài)分析) ,即在輸入信號作用下求出靜態(tài)工作點上疊加的各極信號電壓和電流,計算放大器的性能指標(biāo),其中最基本的是電壓放大倍數(shù)Au(電壓增益) 、輸入電阻和輸出電阻等,這里主要介紹Au 。在各種電子設(shè)備中,放大器是必不可少的組成部分。 工程近似估算
1) 靜態(tài)分析
因β= 128 ,則有:
2) 動態(tài)分析
(相位差為180°)
Protel DXP 仿真分析
按圖2 電路編輯仿真原理圖,添加適當(dāng)?shù)脑骷?必須具有仿真屬性) ,設(shè)置仿真參數(shù),執(zhí)行Design/Simulation/ Mixed Sim 菜單命令,設(shè)置仿真環(huán)境。
1) 靜態(tài)分析
在Analysis/ option 欄中選擇Operating Point Analysis (工作點分析) 仿真方式,Active Signals 中選擇b、c、e、q[ib]、q[ic]、q[ie]為激勵信號,單擊OK 按鈕,得到如圖3 所示的仿真結(jié)果。
圖3 靜態(tài)點仿真結(jié)果
2) 動態(tài)分析
執(zhí)行同樣菜單命令,在對話框中選擇Transient/Fourier Analysis (瞬態(tài)分析) 仿真方式,設(shè)置相應(yīng)仿真參數(shù),選擇in、out 為激勵信號,單擊OK 按鈕,得到如圖4 所示的仿真波形。
圖4 動態(tài)分析仿真結(jié)果
添加測量坐標(biāo)顯示測量數(shù)據(jù):輸入交流信號幅度為10 mV ,輸出交流信號幅度為0.77 V ,所以電壓放大倍數(shù)為77 ,且輸入和輸出信號波形之間相位相反。分析圖3 和圖4 仿真結(jié)果,與工程近似估算值大致相近,仿真正確。
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