Saber常见电路仿真实例

SaberSaberSaberSaber常见电路仿真实例一稳压管电路仿真.......................................2二带输出钳位功能的运算放大器...............3三5V/2A的线性稳压源仿真........................4四方波发生器的仿真...................................7五整流电路的仿真.....................................10六数字脉冲发生器电路的仿真.................11七分频移相电路的仿真.............................16八梯形波发生器电路的仿真.....................17九三角波发生器电路的仿真.....................18十正弦波发生器电路的仿真.....................20十一锁相环电路的仿真.............................21一稳压管电路仿真稳压管在电路设计当中经常会用到，通常在需要控制电路的最大输入、输出或者在需要提供精度不高的电压参考的时候都会使用。下面就介绍一个简单例子，仿真电路如下图所示：在分析稳压管电路时，可以用TR分析，也可以用DT分析。从分析稳压电路特性的角度看，DT分析更为直观，它可以直接得到稳压电路输出与输入之间的关系。因此对上面的电路执行DT分析，扫描输入电压从9V到15V，步长为0.1V，分析结果如下图所示：从图中可以看到，输入电压在9～15V变化，输出基本稳定在6V。需要注意的是，由于Saber仿真软件中的电源都是理想电源，其输出阻抗为零，因此不能直接将电源和稳压管相连接，如果直接连接，稳压管将无法发挥作用，因为理想电源能够输出足以超出稳压管工作范围的电流。二带输出钳位功能的运算放大器运算放大器在电路设计中很常用,在Saber软件中提供了8个运放模板和大量的运放器件模型,因此利用Saber软件可以很方便的完成各种运方电路的仿真验证工作.如下图所示的由lm258构成的反向放大器电路,其放大倍数是5,稳压二极管1N5233用于钳位输出电压.对该电路执行的DT分析,扫描输入电压从-2V-2V,步长为0.1V,仿真结果如下图所示:从仿真结果可以看出,当输入电压超出一定范围时,输出电压被钳位.输出上限时6.5V,下限是-6.5V.电路的放大倍数A=-5.注意:1.lm258n_3是Saber中模型的名字,_3代表了该模型是基于第三级运算放大器模板建立的.2.Saber软件中二极管器件级模型的名字头上都带字母d,所以d1n5233a代表1n5233的模型.三5V/2A5V/2A5V/2A5V/2A的线性稳压源仿真下图所示的电路利用78L05+TIP33C完成了对78L05集成稳压器的扩展，实现5V/2A的输出能力。为了考察电路的负载能力，可以在Saber软件中使用DT分析，扫描变化负载电流，得出输出电压与输出电流的关系，也就可以得到该电路的负载调整率了。DT分析参数设置为：Independentsource=i_dc.iloadsweepfrom0.01to2by0.1.。分析结果如下图所示：从上图可以看出，在整个范围内(0.01AIload2A),输出电压满足4%的控制精度。问题：该电路的输入调制率（LineinRegulation)是多少？如何得到？（假定输入电压范围是9V～20V)。有兴趣的网友可以去试试。半桥推挽电路的开环仿真推挽电路拓扑在电源设计里常用，这里介绍一个简单的推挽电路开环仿真的例子，可以直观的理解推挽电路的工作原理。电路如下图所示：对该电路进行TR分析，endtime=200u,timestep=10n，仿真结果如下所示。1.输出电压2.驱动电压3.变压器原边波形4.变压器负边波形Saber中仿真用的原理图文件四方波发生器的仿真在电路设计的时候，经常会需要设计脉冲发生电路，下图是一个由lm339比较器构成的方波发生器：其基本工作原理如下：1.假设lm339输出为高，则inp电压为(2/3)vcc,并且vcc通过r5、r3向c1充电，inm端电压逐渐上升；2.当inm端电压高于Vinp时，lm339输出为低，则inp端电压跳变为（1/3）vcc，此时电容c1通过电阻r3向vout端放电，inm端电压逐渐下降；3.当inm端电压低于Vinp时，lm339输出为高，开始重复过程1。过程1到3反复重复，导致lm339输出端vout在vcc和gnd直接跳变，产生方波输出，方波频率主要有r3和c1决定（r5＝4.7kr3＝100k）。在sabersketch中对该电路执行TR分析，endtime=10m，timestep=10n,分析结果如下所示。1.lm339两个输入管脚inp和inm波形2.lm339输出管脚vout波形五整流电路的仿真整流电路在电源设计中会经常用到,这里介绍一个单相整流电路仿真示例。如下图所示：四个二极管D1N4148构成整流桥，直流滤波电容C1=100u，负载电阻RL=1k。交流输入为正弦电压，峰值电压为17V，频率为50Hz。对该电路执行TR分析，设置endtime=200m，timestep=1u。其分析结果如下图所示：从上图可以看出，仿真结果正确。问题:1.如何测试输出电压Vout的纹波电压？2.如何修改电路参数，可以使得Vout输出有下图的效果？有兴趣的网友可以试试六数字脉冲发生器电路的仿真脉冲电路在电路设计中会经常碰到,这里介绍一个简单的仿真示例。如下图所示：电路由与非门和阻容网络组成，其基本工作原理如下：（a）假设上电瞬间节点in的电压对于非门来说为低电平，则节点mid电压为高电平，而节点out的电压为低电平。（b）由于mid为高电平，则会通过2k电阻向电容C充电，n_67节点电压逐渐上升。而非门的输入阻抗极高，所以in节点的电压基本与n_67节点一致，导致in节点的电压也上升。（c）当in节点电压高于与非门的输入高门限时，非门输出反转，mid为低电平，导致out节点电压反转，输出为高电平。（d）电容C通过2k电阻向mid节点放电，n_67节点电压下降，in节点电压也跟着下降。当in节点电压低于非门的输入低门限时，输出再次反转，mid为低电平，导致节点out输出反转为高电平。整个电路在a～d四个过程中往复运行，out节点上产生振荡方波。需要注意的是，这个振荡电路的仿真和以前的不一样，电路的没有直接的参考地。那么，这个电路的仿真能正确吗？在Sabersketch中建立图1所示的原理图，然后选择DC，TR分析，EndTime＝100m，TimeStep＝100n，仿真器输出结果如下图所示。从上图可以观察到，电路的运行方式与前面分析的一致，表明这个电路在没有直接参考地的情况下，也能够正确仿真。而一般普通的模拟电路如果没有参考地，没法进行仿真分析。造成这种情况的原因在于saber软件仿真混合信号电路的方法，saber软件在为原理图产生网表时，会自动在数字和模拟管脚连接的地方，插入一种被称为hypermodel的模板，以实现模拟到数字或者数字到模拟的过渡。关于Hypermodel的概念和使用，可参考Saber软件自带的帮助文档，这里紧紧举个例子，便于大家观察Hypermodel的使用。选择Edit菜单下的Saber/NetlisterSettings命令，会出现如下图所示的对话框：按照上图所示设置Hypermodel栏，然后保存设置并重新执行Netlist命令。然后对电路进行DC、TR分析，设置和以前一致，仿真结果如下图所示：和前面的仿真结果比较，其输出的高低电平发生变化，这主要和使用的Hypermodel有关。问题：为什么在改变hypermodel设置以后，要执行netlist命令，而不直接进行分析？译码电路在数字电路设计中会经常碰到,这里介绍一个简单的仿真示例。如下图所示：为一个三八译码器电路，三路数字时钟输入的频率分别为1kHz,2kHz,4kHz，其中C路输入信号代表高位，A路代表低位。在Sabersketch中建立该电路的原理图，然后选择TR分析，设置endtime=1m,timestep=1u。其分析结果如下图所示：从上图可以观察到，译码电路工作正常。七分频移相电路的仿真在数字电路设计时，经常会有对某个信号进行分频或者移相的要求。如下图所示的电路：输入时钟频率为200kHz，通过计数器进行分频，其输出控制一个多路选择开关，从多路开关中输出六路信号，分别控制三个RS触发器的复位置位动作，实现三路信号的移相。对该电路执行TR分析，设置endtime=60，imestep=1n其分析结果如下图所示：从上图可以观察到，这个电路对输入时钟进行了6分频，并移相为三路互差120°的信号输出。八梯形波发生器电路的仿真这里介绍一个例子，在Saber软件环境中对梯形波发生器电路进行分析验证。如下图图所示：从上图可以看出，电路由计数器、触发器、门电路、和电阻网络组成，输入时钟为500kHz。其核心思想是控制计数器的输出，其输出电压经过电阻网络分压以后成阶梯上升和阶梯下降。在Sabersketch中对该电路执行DC，TR分析，EndTime＝100u，TimeStep＝1n，仿真器输出结果如下图所示：从上图可以观察到，输出电压在0～2V之间的梯形波。问题：1．修改VCC电压，能够改变输出电压波形吗？为什么？2．这个电路在实际设计时真的能使用吗？九三角波发生器电路的仿真这里介绍一个Saber软件环境中实现对方波发生器电路进行分析验证的例子，设计示例如下图所示：如上图所示电路由两个ne5532a构成，第一级ne5532a在vo1节点上输出方波，然后通过Rin和C2构成的积分电路，使得第二级ne5532a的输出为对方波积分的结果－三角波，并通过电阻R2反馈到第一级ne5532a的输出端，这样就形成了自激振荡的输出。在Sabersketch中对该电路执行DC，TR分析，仿真器输出结果如下图所示：从上图可以看出，输出端没有任何振荡波形输出，但实际电路是能够振荡的，其原因与振荡器的工作原理以及saber时域仿真算法有关系。这里主要介绍一种解决振荡器仿真的方法。在执行TR分析的时候，减小截断误差的值，具体情况如下图所示：默认的TruncationError参数为0.005，现在将其改为1u；默认的SamplePointDensity1，现在将其改为2。其他设置与前面一致，其分析结果如下图所示。从上图可以看出，电路输出实现自激振荡，频率为2387Hz。十正弦波发生器电路的仿真今天介绍一个在Saber软件环境中对正弦波发生器电路进行仿真验证的例子，电路如下图所示：在Sabersketch中设置电容C2的ic=6，然后选择DC，TR分析，EndTime＝50m，TimeStep＝10n，仿真器输出结果如下图所示：从上图可以看出，输出为正弦输出电压，频率约为930Hz，峰峰值约为20V。问题：为什么要设置C2的ic=6？不设置ic值仿真结果会怎样？有兴趣的网友可以去试试。十一锁相环电路的仿真在电路设计时，会碰到需要与某个输入信号同步的要求，在这种情况下，通常需要设计锁相环电路来实现对输入信号频率和相位的锁定。今天介绍一个在Saber软件环境中实现对锁相环电路仿真验证的例子，设计示例如下图所示。该电路实现的功能是对输入正弦信号进行测量，并在电路内部产生一个频率和相位均与输入信号相同的正弦信号。从图中可以看出，输入正弦信号经过电压控制电压源采样(用于模拟变压器），输入到过零比较器，过零比较器输出方波做为数字鉴相器的参考输入，数字鉴相器的另一个输入来自输出正弦电压的采样，而其输出信号代表了两个输入信号之间的相位差。数字鉴相器的输出经过滤波器、偏置和放大处理以后输出一个电压信号给压控振荡源，通过调节这个电压大小，就可以控制压控振荡源的输出信号在频率和相位上与输入正弦电压一致。数字鉴相器是有底层电路构成的mocromode