第8章演示文稿

第8章电路仿真第8章电路仿真8.1概述8.2SIM99仿真库中的主要元件8.3SIM99中的激励源8.4仿真器设置8.5运行电路仿真本章小结思考与练习8返回主目录第8章电路仿真8.1概述Protel99SE仿真器包含一个数目庞大的仿真库，能很好地满足设计的需要。Protel99SEAdvancedSIM99是一个功能强大的数/模混合信号电路仿真器，运行在Protel的EDA/Client集成环境下，与ProtelAdvancedSchematic原理图输入程序协同工作，作为AdvancedSchematic的扩展，为用户提供了一个完整的从设计到验证的仿真设计环境。在Protel99SE中执行仿真，需要从仿真用元件库中放置所需的元件，连接好原理图，加上激励源，然后单击仿真按钮即可自动开始。作为一个真正的混合信号仿真器，SIM99集成了连续的模拟信号和离散的数字信号，可以同时观察复杂的模拟信号和数字信号波形，以及得到电路性能的全部波形。第8章电路仿真8.2SIM99仿真库中的主要元件在SIM99的仿真元件库中，包含了如下一些主要的仿真元器件。8.2.1电阻在库SimulationSymbols.lib中，包含了如下的电阻器：RES：固定电阻：RES2：半导体电阻；POT2：电位器；RES4：变电阻。上述符号代表了一般的电阻类型，如图8.1所示。在放置过程中按Tab键，或放置完后双击该元器件弹出属性对话框，进行参数设置。第8章电路仿真图8.1仿真库中的电阻类型第8章电路仿真8.2.2电容在库SimulationSymbols.Lib中，包含了如下的电容：CAP：定值无极性电容；ELECTR02：定值有极性电容；CAPVAR：单连可变电容。这些符号表示了一般的电容类型，如图8.2所示。第8章电路仿真图8．2仿真库中的电容类型第8章电路仿真8.2.3电感在库SimulationSymbols.Lib中，包含的电感INDUCTOR。在电感的属性对话框中可设置如下参数：Designator：电感名称（如L1）；PartType：以微亨为单位的电感值（如27mH）；IC：在PartFields选项卡中设置，表示初始条件，即电感的初始电压值。该项仅在仿真分析工具傅里叶变换中的使用初始条件被选中后，才有效。第8章电路仿真8.2.4二极管在库Diode.lib中，包含了数目巨大的以工业标准部件数命名的二极管。如图8.3所示，该图简单列出了库中包含的几种二极管。图8.3仿真库中的二极管类型第8章电路仿真8.2.5三极管在库Bjt.lib中，包含了数目巨大的以工业标准部件数命名的的三极管。如图8.4所示，该图简单列出了库中包含的三极管型号。图8.4仿真库中的三极管类型图8.4仿真库中的三极管类型第8章电路仿真8.2.6JFET结型场效应晶体管结型场效应晶体管包含在Jfet.lib库文件中。如图8.5所示，该图简单列出了库中包含的结型场效应晶体管。图8.5仿真库中的结型场效应管类型第8章电路仿真8.2.7MOS场效应晶体管MOS场效应晶体管是现代集成电路中最常用的元器件。SIM99提供了四种MOXFET模型，它们的伏安特性公式各不相同，但它们基于的物理模型是相同的。在库Mosfet.lib中，包含了数目巨大的以工业标准部位数命名的MOS场效应晶体管。如图8.6所示，该图简单列出了库中包含的MOS场效应晶体管。第8章电路仿真图8.6仿真库中的MOS场效应管第8章电路仿真8.2.8电压/电流控制开关库Switch.lib包含了如下的可用于仿真的开关：CSW：默认电流控制开关；SW：默认电压控制开关。如图8.7所示，该图简单列出了库中包含的电压/电流控制开关。图8．7仿真库中的电压/电流控制开关第8章电路仿真8.2.9熔丝Fuse.lib包含了一般的保险丝元器件。在熔丝的属性对话框中可设置如下参数：Designator：熔丝名称（如F1）；Curent：熔断电流（单位A，如1A）；Resistance：在PartFields选项卡中设置，以欧姆为单位的串联熔丝阻抗。第8章电路仿真8.2.10继电器（RELAY）库Relay.lib包括了大量的继电器，如图8.8所示。在继电器的属性对话框中可设置如下参数：Designator：继电器名称；Pullin：触点引入电压；DroPoff：触点偏离电压；Contar：触点阻抗Resignator：线圈阻抗；Inductor：线圈电感。第8章电路仿真图8.8仿真库中的继电器类型第8章电路仿真8.2.11互感（电感耦合器）库Transformer.lib包括了大量的电感耦合器。在电感耦合器的属性对话框中可设置如下参数：Designator：电感受耦合器名称（如T1）；Ratio：二次侧/一次侧变压比，这将改变模型的默认值；RP：可选项，一次侧阻抗；RS：可选项，二次侧阻抗。第8章电路仿真8.2.12TTL和CMOS数字电路元器件库74XX.lib包含了74XX系列的TTL逻辑元件；库Cmos.lib包含了4000系列的CMOS逻辑元件。设计者可把上述元件库包含的数字电路元器件用到所设计的仿真图中。8.2.13模块电路SIM99中复杂元件都被用SPICE的子电路完全模型化，该元件没有设计者需设置的选项。对于这些元器件，设计者只需简单放置并设置该标号。所有的仿真用参数都已在SPECE子电路设定好。第8章电路仿真8.3SIM99中的激励源在SIM99的仿真元件库中，包含了以下主要激励源。8.3.1直流源在库SimulationSymbols.lib中，包含了如下的直流源元器件：VSRC电压源；ISRC电流源；仿真库中的电压/电流源的符号如图8.9所示。图8.9电压/电流源符号第8章电路仿真8.3.2正弦仿真源库SimulationSymbols.lib中，包含了如下的正弦源元器件：VSIN正弦电压源；ISIN正弦电流源。通过这些源可创建正弦波电压和电流源。仿真库中的正弦电压/电流源符号如图8.10所示。图8.10正弦电压/电流源符号第8章电路仿真8.3.3周期脉冲源库SimulationSymbols.lib中，包含了如下的周期脉冲源元器件：VPULSE：电压脉冲源；IPULSE：电流脉冲源；利用这些源可以创建周期的连续的脉冲。仿真库中的周期脉冲源符号如图8.11所示。图8.11周期脉冲源符号第8章电路仿真在周期脉冲源的属性对话框可设置如下参数：Designator：设置所需的激励源元器件名称（如INPUT）；DC：此项不用设置；AC：如果欲在此电源上进行交流小信号分析，可设置此项（典型值为1）；ACPhase：小信号的电压相位；InitialValue：电压或电流的起始值；Pulsed：上升时间时的电压或电流值；TimeDelay：激励源从初始状态到激发时的延时，单位为s；第8章电路仿真RiseTime：上升时间，必须大于0；FallTime：下降时间，必须大于0；PulseWidth：脉冲宽度，即脉冲激发状态的时间，单位为s；Period：脉冲周期，单位为s；8.3.4指数激励源库SimulationSymbols.lib中，包含了如下的指数激励源元器件：VEXP：指数激励电压源；IEXP：指数激励电流源；第8章电路仿真利用这些源可创建带有指数上升沿或下降沿的脉冲波形。图8.12中是仿真库中的指数激励源元器件。图8.12指数激励源符号第8章电路仿真8.3.5单频调频源库SimulationSymbols.lib中，包含了如下的单频调频源元器件：VSFFM电压源；ISFFM电流源；利用这些源可创建一个单频调频波。图8.13中是仿真库中的单频调频源元器件。图8.13单频调频源符号第8章电路仿真8.3.6线性受控源库SimulationSymbols.lib中，包含了如下的线性受控源元器件：HSRC：线性电压控制电流源；GSRC：线性电压控制电压源；FSRC：线性电流控制电流源；ESRC：线性电流控制电压源；仿真器中的线性受控源元器件如图8.14所示。第8章电路仿真图8.14线性受控源元元器件第8章电路仿真以上是标准的SPECE线性受控源，每个线性受控源都有两个输入节点和两个输出节点。输出节点间的电压或电流是输入节点间的电压或电流的线性函数，一般由源的增益、跨导等决定。在线性受控源的属性对话框可设置如下数：Designator：设置所需的激励源元器件名称（GSRC1）PartType：对于线性电压控制电流源，设置跨导，单位为S（西门子）；对于线性电压控制电压源，设置电压增益，其无量纲；对于线性电流控制电压源，设置互阻，单位为Ω；对于线性电流控制电流源，设置电流增益，其无量纲。第8章电路仿真8.3.7非线性受控源库SimulationSymbols.lib中，包含了如下的非线性受控源元器件：BVSRC电压源；BISRC电流源；图8.15是仿真器中包括的非线性受控源元器件。图8.15非线性受控源符号第8章电路仿真8.3.8压控振荡（VCO）仿真源库SimulationSymbols.lib中，包含了如下的压控振荡源元器件：SINEVCO压控正弦振荡器；SQRVCO压控方波振荡器；TRIVEO压控三角波振荡器。设计者可利用以上元器件在原理图中创建压控振荡器,图8.16是仿真器中包括的压控振荡源元器件。第8章电路仿真图8.16压控震荡源元器件第8章电路仿真8.4仿真器设置8.4.1设置仿真初始状态设置初始状态是为计算仿真电路直流偏置点而设定一个或多个电压（或电流）值。在仿真非线性电路、振荡电路及触发器电路的直流或瞬态特性时，常出现解的不收敛现象，而实际电路是收敛的，其原因是偏置点发散或收敛的偏置点不能适应多种情况。设置初始值最通常的原因就是在两个或更多的稳定工作点中选择一个，以便仿真顺利进行。库SimulationSymbols.lib中，包含了两个特别的初始状态定义符：NSNODESET；ICInitialCondition。第8章电路仿真1．节点电压设置.NS该设置使指定的节点固定在所给定的电压下，仿真器按这些节点电压求得直流或瞬态的初始解。其对双稳态或非稳态电路的计算收敛可能是必须的，它可使电路摆脱“停顿”状态，而进入所希望的状态。一般情况下，设置是不必要。在节点电压设置的属性对话框可设置如下参数：Designator：节点名称，每个节点电压设置必须有唯一的标识符，如NS1；PartType：节点电压的初始幅值，如12V。第8章电路仿真2．初始条件设置.IC该设置是用来设置瞬态初始条件的，“IC”仅用于设置偏置点的初始条件，它不影响DC扫描。在初始条件设置的属性对话框可设置如下参数：Designator：节点名称，每个初始条件设置必须有唯一的标识符（如IC1）；PartType：节点电压的初始幅值，如5V。初始状态的设置共有三种途径：“IC”设置、“NS”设置和定义元器件属性。在电路模拟中，如有这三种或两种共存时，在分析中优先考虑的次序是定义元器件属性、“IC”设置、“NS”设置。如果“NS”和“IC”共存时，则“IC”设置将取代“NS”设置。第8章电路仿真8.4.2仿真器设置在进行仿真前，设计者必须决定对电路进行哪种分析，要收集哪几个变量数据，以及仿真完成后自动显示哪个变量的波形等。1．进入分析（Analysis）主菜单进入Protel99SE原理图编辑的主菜单后，单击“Simulate\Setup”命令，进入仿真器的设置，如图8.17所示。第8章电路仿真图8.17“Simulate\Setup”命令第8章电路仿真单击Setup选取项，将启动“仿真器设置”对话框，如图8.18所示。在General选项中，设计者可以选择分析类别。图8.18“仿真器设置”对话框第8章电路仿真2.瞬态特性分析(TransientAnalysis)瞬态特性分析是从时间零开始，到用户规定的时间范围内进入的。瞬态分析的输出是在一个类似示波器的窗口中，在设计者定义的时间间隔内计算变量瞬态输出电流或电压值。如果不使用初始条件，