电子仿真设计

电子仿真设计（精选12篇）

电子仿真设计 篇1

高等职业教育为社会生产一线培养有知识、有能力的高级、专门工作者,需要着重培养学生实际动手、操作、设计的能力,这样需要大量的硬件支撑。电子仿真系统将实际动手操作搬上了计算机,给我们搭建了实用的教学平台。在电子线路教学中,可以大大缩短教学周期,成倍的提高教学效率,减小损耗,降低教学成本,适合大规模的组织教学,提高学生的动手能力,培养了学生的创新精神。

一、软件概述

1. Multisim软件

Multisim软件是一种专门用于电路仿真和设计的EDA系统工具。它是介于电子线路理论设计和实际运作之间的有效的虚拟工作平台,功能强大:不仅仅具有电路设计的功能,还能对整个电路信号及系统进行仿真分析。还能将由它设计的电路图直接输出给目前流行的电路辅助设计软件如Protel、Orcad等用来设计电路板。该软件可以设计、仿真、演示各种电子电路,其中包括:电工电路、模拟电路、数字电路、高频电路等。可以根据需要设置各种电路故障并对其进行分析;另外有丰富的元件库和虚拟测试的仪器仪表,操作方法与实物非常相似,有利于学生的学习和仪器仪表操作技巧的熟练。

2. Protel 99SE软件

Protel 99SE软件作为当今最为流行的EDA软件,其完善的电路设计功能,深受电子线路设计人员以及电子爱好者的喜爱。2001年推出Protel 99SE—具有PDA功能的强大的EDA综合设计环境,它具有原理图设计、P C B电路板设计、层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能。其自身强大的功能,大大提高了电子线路设计的效率,成为广大电子线路设计工作者首选的计算机辅助电子线路设计软件。

二、单管放大电路设计实例分析

1. 搭接电路

在Multisim运行环境下,建立如图2所示的单管放大电路,各元件参数的选择如图1所示。Multisim中电路元件有实际元件和虚拟元件之分,为了Protel软件能直接利用该电路图,注意使用实际元件。为了方便的设置静态工作点,将R1选择为可变电阻。为方便分析,可以为电路设置连接点序号,具体操作是:执行命令OptionssheetProperties在弹出的对话框中选择Circuit标签,在Net Names区中选中“Show All”,即可在建立电路时显示连接点序号。

2. 静态工作点调试分析

改变电路中R1的阻值可以实现电路静态工作点的调整。在Multisim中,按A键R1的值增加,按Shift+A使R1的值减小,根据自己设置的增减百分比,使阻值从0~100%变化。通过观察示波器上得到的最大不失真波形,测量出电路的最佳静态工作点。点击SimulateAnalysesDC Operating Point(仿真分析直流工作点)命令,在弹出的对话框中进行设置。在Output标签中,左边“Variables in circurt”(电路变量)下的显示框中选择需要分析的变量,并把它添加到右边“Selectde variables for”(分析所选变量)显示框中。本例中分别将R1调节到10%、40%、70%,对电路进行静态工作点分析,得出静态工作点参数(见表1)。

3. 交流分量的分析

从上面静态工作的参数分析可以知道,大概R1在40%的时候,静态工作点比较理想。就以此情况下的工作点做交流分析。

(1)交流分量的分析

在运行情况下,我们可以通过点击XSC1(示波器)进行参数的测量与分析。在弹出的示波器屏幕上,可以找到两个游标轴1和2。移动游标1指到A通道的波峰上;移动游标2指到B通道的波峰上,从示波器的显示可以看出,此时T1、T2分别为28.036mV和-1.934V,A通道峰值即输入电压幅值为28.036m V,B通道输出电压幅值为-1.934V,负号表示输入输出信号间的相位相差180°从而我们可以进行一下分析:第一,可以得出信号的周期(频率)为1K H z,输入与输出信号反相,可以得出该电路是反相放大电路;第二,电路的放大倍数可以直接由AU=U0/UI=69,具体如图2所示。

(2)电路的频率特性分析

点击虚拟仪器频率特性分析仪如图接好,点击XBP1,在弹出的屏幕上可以看到,由于耦合电容和晶体管结电容的影响,在频率很低和很高时,电路放大倍数会按一定的规律下降,借助游标得到中频段(平坦波形处)的电压放大倍数为37.023d b,此时所对应的频率为2.887KHz。再用游标分别找到低频端和高频端电压放大倍数下降到3d b时所对应的频率点,分别记录下限频率51.479Hz和上限频率11.743MHz,则可以直接得到电路的通频带BW=11.743MHz~51.479Hz,(如图3所示)。

4. 导出网络表

以上就是完成对单管放大电路的设计和仿真,接下来可以进行电路板制作,这里我们可以选用比较流行的Protel 99SE软件。在这个方面,Multisim很好的与Protel 99SE兼容。具体操作如下:点击菜单栏上Transfer,选择Transfer to other PCB layout,弹出对话框(如图4所示)。

注意保存类型的选择,在此我们选择Protel PCB(*.NET),填写文件名,存盘即可。这样就生成网络表,网络表是连接电路图与P C B板之间的桥梁。下面的任务就是根据网络表进行PCB板制作了。

5. 网络表修改

首先在Protel 99SE中打开前面生成的网络表,如图5所示。在网络表中,每个中括号内的内容是各个元件的参数。第一行是元件的编号;第二行是元件的封装;第三行是元件参数值。由于生成的网络表是在Multisim 8.0中生成的,封装与Protel 99SE中的不一致,需要将其修改成Protel 99SE中适用的封装。方法是:将第二行元件封装直接修改成P r o t e l99SE中有的封装,然后存盘即可。

6. PCB制版

将修改好的网络表加载到P C B文件中去。在没有错误的情况下,元件的封装就加载到设计好的电路板中去了。然后对电路元件封装进行布局。布局完成后,对电路板的布线的层设置,具体可在Design/rule/routing layer中设置。就本例而言,电路板比较简单,设置为单面板就可以了。还可以对电路走线规则进行设置,因项目不同而不同。一系列的设置完成后,最后布线完成即可。最终电路板PCB板图如图6所示。最后执行file/export导出PCB板文件,就可以送出去加工了。

三、结束语

以上通过单管共射放大电路简单的实例,系统地介绍了这两种软件的使用,在电子线路课中引入这两种软件,可以提高学生学习的兴趣,增强学生的动手操作能力。在教学过程中,教师应该多找些实际案例,在实际训练中提高学生的能力。真正做到“以就业为导向,以服务为宗旨”的职业教育理念,让学生具备熟练的职业技能,在走上职业岗位之后具有可持续发展的能力,具备一定的理论基础,成为企业的操作型高技能人才。

参考文献

[1]张瑾,张伟,张立宝.电路设计与制版Protel99SE入门与提高[M].北京:人民邮电出版社,2007

[2]赵小阳,聂典.Multisim8计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].江苏:南京理工大学出版社,2003

[3]赵丽.Multisim技术在电子实验中的应用[J].中国教育技术装备,2008,9

[4]郭勇.EDA技术基础[M].北京:机械工业出版社,2005

[5]赵明富,李立军.EDA技术基础[M].北京:北京大学出版社,2007

电子仿真设计 篇2

电子设计仿真与虚拟实验

学习心得

学院名称 所属专业 学生姓名 学 号 班 级 是否选课： 邮箱：

日期：2016.4.3

电子电路仿真（英语：Electronic circuit simulation），是指使用数学模型来对电子电路的真实行为进行模拟的工程方法。仿真系统可以对电路的功能行为进行模拟，而不需要建立实际的电路（这过程可能繁琐而昂贵），因此它是一种很有实用价值的工具。由于仿真系统对真实情况的模拟越来越逼真，许多大学、研究机构都会使用这类工具来辅助电子工程方面的教学。由于电子电路仿真系统一般具有较好的图形化界面，它们常常可以使用户有身临其境的感觉。对于初学者，他们可以在仿真软件的帮助下进行分析、综合、组织和评估所学的知识。

在构建实际的电路之前，对设计进行仿真验证，可以大大地提高设计效率。这是由于，设计人员可以在构建电路之前，预先观察、研究电路的行为，而不必为电路的物理实现付出时间和经济的成本。尤其是集成电路，在物理上实现电路所需的光掩模等电子工艺成本不菲，而集成电路的高复杂性又在面包板上面难以实现，用传统的方法研究电路的行为较为困难。因此，几乎所有的集成电路设计都较为依赖仿真。最著名的模拟仿真是SPICE，而最著名的数字电路仿真器都是基于Verilog或VHDL的。一些电子仿真系统集成了原理图编辑器、仿真引擎、波形显示功能，这样使用户可以轻松地观察电路行为的即时状态。通常，仿真系统也会包括扩展模型以及电子元件库。其中模型主要包括集成电路专用的晶体管模型，例如BSIM；而元件库会提供很多通用元件，如电阻器、电容器、电感元件、变压器和用户定义的模型（例如受控的电流源、电压源），此外还可以提供Verilog-A或

VHDL-AMS中的一些模型）。印刷电路板设计还要求专用的模型，例如线路走线的传输线模型和IBIS模型等。

大学的选修课是为了丰富大学生的知识、提高大学生的文化、科学、技术、道德等各方面的素养水平而开设的课程。大学是培养人才的摇篮，是我们储备知识的摇篮，在大学里，学校设置了一些灵活多样的选修课，这丰富了我们的课余生活。因此，这学期我选修了一门叫做电子仿真与制作的课程，这是属于理科类的课程。以前，虽然在高中的时候我是学习理科的，但是到了大学，学习的是管理类的专业，时过一年，我对电子电路知识已经遗忘了，因此对于电子仿真与制作的学习只是停留在了基础知识的简单了解上，但这些知识也是很有趣的，为我枯燥的文科学习增添了一点趣味。

在短短的这几个课时里，通过这学期在选修课上的学习，使我对电子仿真与制作方面的知识有了一定的了解。老师主要是给我们简单地介绍了电子仿真相关的知识，印象深刻的是老师给我们介绍了Multisim的电子电路仿真软件，它是用于电子电路的模拟的，还有集成电路的知识。课堂上，老师常常播放视频，通过视频让我们更直观得了解到诸如：焊接、芯片、电阻、电容等知识，提高了我们的学习兴趣。以下是我对电子仿真与制作课程学习的一些总结与感想。

首先通过学习，我认识到什么是电子电路仿真，就是用图形化的显示方式或数字模拟方式对电子电路的实际工作状态进行虚拟现实的模拟，用计算机实现电路功能和电路特性的分析。看来，计算机的发展真的给我们带来了便利，现在通过各种软件我们可以对现实的事

物做一些虚拟，方便了我们的实验。

其次，通过学习，我认识了一些电子元件，这些是做实验的基础知识。如：线路板，它是各种电子元件，线路的载体，电子新产品的心脏所在地。还有一些基本元件，如：电阻，它是电路中对电流通过有阻碍作用并且造成能量消耗（功率）的部分，它在电路中起着限流，分压，偏置等作用。还有电容，它是衡量导体储存电荷能力的物理量，它的主要特性是隔直流通交流，电容容量的大小就是表示能贮存电能的大小。还有电感线圈(电感)，具有阻止交流电通过而让直流电通过的特性。最重要的是了解到了集成电路，它是一种采用特殊工艺，将晶体管、电阻、电容等元件集成在硅基片上而形成的具有一定功能的器件，英文为缩写为IC，也俗称芯片。对待这短短的几次课，我保证每次课都去，因此也在课堂上收获了不少。这些就是我在课堂上学习到的简单的知识，简单但是有趣。

然后，是对电子电路仿真软件Multisim的了解。Multisim软件就是一个专门用于电子线路仿真与设计的EDA工具软件。作为Windows下运行的个人桌面电子设计工具，Multisim 是一个完整的集成化设计环境。它的特点有：直观的图形界面、丰富的元器件库、丰富的测试仪器、完备的分析手段、强大的仿真能力。电子仿真运用了诸如Multisim的仿真软件，具有重大的意义。减少设计、研究费用，节约和避免浪费，高效，高利用率，减少损耗、运输和运行成本；缩短设计、研究时间。性能改善，提供观测评估分析能力，减少对抗，预防不确定和不利情况；提高设计可靠性。模拟偶然事件，紧急事件，提高安全性。

印象深刻的是焊接芯片，老师给我们播放了视频，我们清楚详细地观看了焊接的整个过程。用到的工具是电烙铁。电烙铁，是电子制作必要工具，主要用途是焊机接元件及导线。通过观看视频，我感觉到焊接真的是一个精湛的技术，想要焊接地好，需要你的手法熟练。使用烙铁时，烙铁的温度太低则熔化不了焊锡，或者使焊点未完全熔化而成不好看、不可靠的样子。太高又会使烙铁“烧死”（尽管温度很高，却不能蘸上锡）。另外也要控制好焊接的时间，电烙铁停留的时间太短，焊锡不易完全熔化、接触好，形成“虚焊”，而焊接时间太长又容易损坏元器件，或使印刷电路板的铜箔翘起。一般一两秒内要焊好一个焊点，若没完成，宁愿等一会儿再焊一次。焊接时电烙铁不能移动，应该先选好接触焊点的位置，再用烙铁头的搪锡面去接触焊点。因此，可以体会到，做任何事情特别是这种需要细心的事情，想要做好，或者想要学好一门手艺，只有勤学苦练，下苦功夫，才能做到熟能生巧。熟练了，才能找到窍门，这只是我的一点点感想。

其次，记得老师强调过的一个重点是PCB板，它要求元件封装。PCB板，印制电路板，又称印刷电路板，是电子元器件电气连接的提供者。它的发展已有100多年的历史了；它的设计主要是版图设计；采用电路板的主要优点是大大减少布线和装配的差错，提高了自动化水平和生产劳动率。

抱着对电子仿真与制作的一些知识的好奇和不了解，通过上网，我又查询了一些关于集成电路的知识，清楚地了解到集成电路的特点

及用途。集成电路具有体积小，重量轻，引出线和焊接点少，寿命长，可靠性高，性能好等优点，同时成本低，便于大规模生产。它不仅在工、民用电子设备如收录机、电视机、计算机等方面得到广泛的应用，同时在军事、通讯、遥控等方面也得到广泛的应用。用集成电路来装配电子设备，其装配密度比晶体管可提高几十倍至几千倍，设备的稳定工作时间也可大大提高。集成电路的应用范围覆盖了军工、民用的几乎所有的电子设备。

电子仿真设计 篇3

一机械电子式无级变速器对汽车运行的影响

机械电子式无级变速器是提高汽车性能的理想装置，具有良好的经济性、动力性和驾驶平顺性，而且降低了排放和成本。CVT主要有：带式CVT、链式CVT及锥盘滚轮式CVT等。金属带式是由行星齿轮机构、起步装置、V形带轮与金属带、减速机构构成；行星齿轮机构可以实现CVT的倒挡行驶，多片湿式离合器结构热负荷能力低，坡道起步性能好，驾驶容易方便，可以阻隔发动机引起的部分振动和冲击，提供速比变化范围一般为1.0～2.0，运用主、从动带轮可动锥盘的轴向运动，改变了传动半径，从而实现汽车的速比变化。

二硬件设计系统控制。

1、信号控制系统

1.1满足电子控制系统的功能要求。无级变速单元速比是发动机实现控制系统的设计目标的保证，电子控制系统用于信号分析处理并输出相应控制信号的控制单元的转换，变速器部件对收集的信号进行实时采集和处理，并将信息与存储于其中的控制规律进行比较，计算出目标控制量，并通过电路输出带动控制机构运动，从而实现变速器挡位的自动切换。霍尔齿轮传感器，用于发动机转速以及输出转速信号的采集；功率分流式，用于无级变速单元速比检测，利用无级变速的齿轮减速和螺旋丝杠机构进行调节，换挡执行电机的换挡机构对应变速器的不同挡位.依据控制简便的原则，选用直流电机作为动力源，通过螺旋丝杠来实现挡位的切换；磁粉离合器，首先需要控制磁粉离合器接合的初始输出转矩，通过控制磁粉离合器的励磁电流增长率实现。其次是磁粉离合器通过磁粉实现接合和分离，能够有效降低传动系统中的振动并防止系统过载，采用的控制策略和控制方法，保证接合过程中发动机运转稳定。

1.2信号设计。信号可以分为输入信号和输出信号，输入输出信号根据信号类型分为模拟信号和数字信号；数字信号又可分为开关信号和PWM信号。通过对信号分类后即可针对该类信号设计实现电路设计。采用“组合工况法”确定CVT的特殊工况，这使TCU控制能够适应汽车工作的特殊状况。

2、建立仿真模拟系统

2.1建立模仿曲线图。从仿真曲线均可看出，车辆实际速比和实际夹紧力均能有效的跟随各自的目标速比和目标夹紧力变化，且速比控制效果和夹紧力控制效果令人满意。使用原型仿真系统，可以对速比控制和夹紧力控制进行仿真试验，同时也可以能够对实际控制算法执行结果进行实时验证。利用优化控制算法，可以减少实际台架测试与整车标定的工作量，缩短无级变速器电子控制研发费用。硬件在仿真测试阶段为测试人员提供一个适应性强，界面友好的测试环境，通过在虚拟环境中对新的电控单元及软件进行大量测试，根据实际传感器发送的信号，利用其控制算法程序进行信号输出，将夹紧力控制信号和离合器控制信号形成了整个无级变速器电子控制单元的闭环，实时的硬件在环仿真系统实现了对新控制板的优化控制。最后系统采用模块化的设计，按其功能进行分类实现，采用Matlab/Simulink进行控制算法策略的开发，模块功能结构清晰，修改维护方便，有效的地提高了软件的开发效率和质量、缩短开发时间、降低开发成本，经过实车测试，使汽车的运行达到了理想的控制效果。

2.2仿真控制设计系统。CVT在我國发展迅速，也积累了丰富的使用和监测经验，制造厂通过对CVT的总体控制，进一步降低其油耗，减少有害气体排放，提高其动力性及舒适性。仿真控制系统是通过改进并向滑移控制技术，实现更优良的性能。在控制方法方面，将先进的模糊控制、网络控制、自适应控制等理论等应用于CVT离合器控制、速比控制和夹紧力控制中，进一步实现更为精确的控制。在发达国家，结合鲁棒模型匹配方法，建立并增强其抗干扰性能，通过设计模糊增益调度系统，应用液压伺服系统的控制器中，利用非线性补偿系统，进行仿真和装车试验。开发的汽车自适应模糊控制系统目的在于使CVT系统各方面性能最优化，从装车效果来看，将这些控制系统能够降低故障率，实现免维修、少维护。

电子仿真设计 篇4

1 Proteus软件简介

Proteus软件是英国Labcenter Electronics公司的EDA工具软件,Proteus软件除了具有和其它EDA工具一样的功能外,其革命性的功能是它的电路仿真是互动的,针对微处理器的应用,还可以直接在基于原理图的虚拟原型上编程,并实现软件源码级的实时调试,配合系统配置的虚拟仪器,如示波器、逻辑分析仪等,可实时看到运行后输入输出的效果,很容易构建一个完备的电子设计开发环境。

Proteus的ISIS是一款便捷的电路分析实物仿真系统,其虚拟系统模型使用了混合式的SPICE电路仿真、动态器件和策控制器模型,实现了完整的基于微控制器设计协同仿真。Proteus软件第一次真正使在物理原型出来之前对电子设计的开发和测试成为可能。

2 仿真教学与电子设计

2.1 辅助课程教学,加深理论理解

在电子技术基础课程中,有很多内容晦涩抽象,难以用语言准确地表达或解释。有了Proteus仿真工作平台,在多媒体教室里结合PPT课件,老师就可以方便地进行教学演示,使学生能清楚地观察到电路工作情况,了解不同结构的电路功能、元件参数改变对电路工作性能的影响及方便地改变测试点。例如,一个简单的RC桥式振荡电路如图1所示,电路振荡的条件无外乎两个:一要保证相位平衡;二要保证幅值平衡。其中第一个条件容易满足,只要电路构成正反馈即可,电路直观,学生较易理解。但是第二个条件(AF≥1,即电路要求电阻RV1和R4的取值应满足RV1≥2R4的关系)要想解释清楚,必须要进行繁琐的公式推导,也很难从理论上讲清楚振荡电路中放大器的要求、电路参数的变化对输出振荡信号的性能的影响。如果RV1太大,输出信号削顶失真,如果RV1大小,电路不能振荡,只有RV1选择合适,才能满足电路要求,正弦波信号波形如图2所示,将这些不易理解的内容形象地展现在学生面前,教学效果大大增强。

2.2 立足仿真验证,提升实践能力

在实际教学中,为了提升学生的综合实践能力,,常常有开放性综合实验或课程设计,要求学生根据课题的要求自行设计电路,再进行实际制作和调试,最后给出设计报告或提交物化作品。按照传统设计方式,学生设计出自己的电路后,只有制作出电路板后才能知道自己设计的电路是否可行。甚至要经过多次调试才有可能成功,既浪费了时间,又浪费了材料。如果运用Proteus软件进行课程设计,理论阶段的一切设计全在计算机上进行,直到方案合理为止,然后再制作出物化作品,即使结果有误,也可在仿真验证的基础上快速判断出问题在哪里。例如要求出用热敏电阻做温度感应元件,设计出一个温度控制的开关电路,当温度高于某一设定值时,电路自动切断加热源,否则,自动合上加热源。通过仿真平台Proteus来搭建电路,由于温度的变化无法用元件模拟,但热敏电阻的变化可以反映温度的变化,而用一个电位器就可模拟热敏电阻的变化,通过调整电位器就要快速确立电路的工作点与温度的关系,设计电路如图3所示。通过差动放大电路和电压比较电路将温度变化转化为逻辑信号,去驱动晶体开关管的开关,二极管的亮灭表示温度的高低,继电器作为加热器的电源开关(图中未画出加热器,实际制作中用功率电阻代替)。这样的训练有助于提高学生的动手、观察、思维、创新等诸多方面的能力。

2.3 搞好毕业设计,培养创新能力

随着电子技术的高速发展,各种新器件、新电路不断涌现,现有的实验设备无法满足各种电路的设计与调测,学生要想证明自己的一些创新设计,唯一的手段只有借助于仿真工作平台,尤其是学生走上实习岗位,更是没有机会接触实验仪器设备,那么毕业论文设计就不可能完成。但是若拥有一台笔记本电脑,一切工作就可以进行了,我们在毕业论文的选题上特别针对了利用Proteus软件平台来完成设计工作,包括电路的软、硬件设计、系统调试和仿真结果等。例如,简易步进电机控制系统设计,要求用单片机控制系统实现对步进电机的简单控制,要求能够实现步进电机正反转控制、通过键盘可以控制电机的转速、电机的工作状态可用LCD液晶显示。而Proteus系统资源丰富、硬件投入少,和工程实践最为接近的优点,给学生们足够的发挥空间,更能让学生体验到电子设计的魅力,极大地提高了学生的理论基础、电路设计和工程应用的创新能力。先在Proteus中建立硬件电路,接着在Keil中建立工程项目,编写MCU的程序并编译成十六进制(HEX)文件,最后进行Proteus和Keil的联合调试。当然这中间肯定会出现很多错误,包括硬件和软件的,在软件平台上反复设计修改就可以了,最终系统设计和运行结果如图4所示。

3 结束语

Proteus软件提供了电工、电子和微处理器在内的虚拟实验平台,一定程度上节约了大量的实验仪器设备资源,缓解了经费短缺、维护跟不上使用的实验室窘境。其开放、高效、灵活、安全、方便的优点,避免了真实实验中的故障和危险,减少了学生实验过程的挫折感,大大激发了学生的自主学习兴趣。但是虚拟仿真的更多的作用是提高设计者的理论设计能力,为实践工作提供正确的理论指导,不能代替和培养学生真正的实践活动。真实实验的元件特性、电路特点和实验现象还要靠学生亲自去实践和体会。实践证明只有将现代化的虚拟仿真技术和传统的实践教学有机结合起来,互为补充,才能真正提高子类课程的教学质量和学生电子综合开发设计能力。

参考文献

[1]周润景,张丽娜.基于PROTEUS的电路及单片机系统设计与仿真[M].北京:北京航空航天大学出版社,2006.

[2]岳东海.基于PROTEUS的虚拟实验田在实践性教学中的应用[J].常州信息职业技术学院学报,2007(6):47-49.

汽车电子节气门模糊控制仿真研究 篇5

汽车电子节气门模糊控制仿真研究

介绍了电子节气门的组成、工作原理、模糊控制策略的原理,借助SIMUUNK仿真环境,分析模糊控制器的.阶跃特性和随动特性,为汽车电子节气门控制策略的制定提供了借鉴.

作 者：朱红萍 张振东 ZHU Hong-ping ZHANG Zhen-dong  作者单位：上海理工大学,机械工程学院,上海,93 刊 名：汽车科技 英文刊名：AUTOMOBILE SCIENCE & TECHNOLOGY 年，卷(期)：2010 “”(1) 分类号：U4640.136 关键词：电子节气门   模糊控制   仿真  

电子仿真设计 篇6

摘 要：虚拟仿真在电类专业人才培养中占有重要地位，相关资源是新时期教育信息化建设的核心内容。围绕全校电类课程实践教学公共平台，从实验、实习、课外创新与网络共享等方面，对各类虚拟仿真教学资源的建设作了介绍，通过虚拟仿真教学资源推动信息化建设，虚实互补提高教学质量，探索国家级虚拟仿真中心创建之路。

关键词：信息化；虚拟仿真；教学资源；实践平台

中图分类号：G434 文献标志码：B 文章编号：1673-8454（2014）21-0045-03

一、引言

根据《教育信息化十年发展规划（2011-2020年）》，国家级虚拟仿真实验教学中心已成为未来高校信息化建设的主要方向。广州大学电工电子实验教学中心（下称“中心”）作为省级示范中心，建有涵盖实验—实习—课外创新的电类公共教学平台体系，是全校共享的电类专业基础实验室、以及实践和创新基地，在信息化建设方面取得了较大进展。

虚拟仿真是电类学科基本的设计开发与教学工具，相关资源是中心信息化建设的重点。长期以来，中心以“科学规划、共享资源、突出重点、提高效益、持续发展”为指导思想，校企合作研发与共享先进相结合，根据应用创新人才培养目标，紧贴教学需求推进相关资源建设，进行教学改革与创新，虚实结合相互补充[1]，建设了虚拟仿真实验教学中心。

二、教学资源建设

目前中心已投入教学的虚拟仿真资源大体分为四类：设计开发类、教学展示类、Android移动应用、以及开放式网上虚拟实验，实现了实验—实习—课外创新的全平台覆盖[2-4]（如图1）。开设虚拟仿真实验的课程19门，出版教材4本，编写实验讲义15本，中心的实验教学水平实现质的飞跃。

1.构建实验仿真平台，提高综合设计能力

设计开发类仿真软件是电类实验基本的辅助开发工具，起步早，种类多，开设课程多，已投入实验教学的主要有5种，解决了电类学科实验教学部分项目真实实验难以实现、耗材消耗大、设计效率低、设备成本高、尤其是综合设计性实验开展难等问题（如表1）。

2.建设网上虚拟实验室，提高自主学习能力

为了解决课外自学、实验预习及其效果评价、师生互动、数据分析以及教学管理等问题，中心与企业联合开发了开放式网上虚拟实验室，解决了公共基础课的全天候开放式自主学习难题[5]，教研也有了依据，中心教学水平得到质的提高。

学生通过网上虚拟实验平台，利用虚拟元器件与仪器设备搭建电路、调节参数和测量数据，从而进行实验预习与自主实验，不受时空限制，且具智能提示、自动批改、信息发布、数据收集分析、互动交流、成绩评定、成绩发布功能，老师更能掌握学生的预习情况，进行教学演示以及互动答疑等操作，帮助老师从重复性劳动中解脱出来多做创造性劳动；历史数据使后期数据挖掘有了依据，增强了讲课针对性，便于不断优化教学，鼓励老师将更多精力投入到教学研究工作中，提高了教学效果。

已用于5门电类基础实验课：电路、模电、数电、高频、电工电子学，受益专业9个。

3.完善实习虚拟平台，提升工程实践能力

电工电子实习是大部分工科专业的工程实训环节，为了解决部分项目成本高、危险、污染、综合训练难等问题[6]，校企合作研发了教学展示类虚拟仿真资源，采用3D技术，给人身临其境的沉浸式体验，辅助实体训练项目，方便学生预习和教学演示，提高实习效果，其沉浸感、交互性和重复性优势可用于解决电类领域传统教学中微观、抽象、污染或高危过程的展示问题（如表2）。

4.打造课外实践虚拟平台，提高创新能力

（1）虚拟仿真促进跨学科协同创新

中心利用教学资源全校共享优势，创建了跨学科实践创新开放平台，采用Arduino+Android开源软硬件集成一体化虚拟开发环境，每年选拔一批大一学生，构建若干光机电算设计等一体化项目组，结合虚拟仿真技术开设了系列培训课程，如智能车硬件设计（Altium Designer）、AVR与智能车（Proteus）、移动物联网设计（Arduino+Android）等，提供先进、热门的智能赛车原型，指导学生进行以任务为导向的创意机器人或飞行器设计，建立了AB班进退机制，培养学生的团队合作精神和科研、动手、交流沟通能力，提高了学生的跨学科应用水平。

（2）虚拟仿真方便赛事选拔

依托中心的创新基地，开设了校级科研竞赛创新班，建设了专门的虚拟仿真室和开放室，虚拟仿真的引入，减少了创新班系列课程对设备和耗材的消耗，更为中心赛事组织和学生选拔工作带来了便利，中心通过赛事门户网站和虚拟仿真软件进行预赛，大量虚拟资源通过网站共享，解决了场地依赖问题，赛事过程更容易控制，减少了耗材和人力消耗，决赛时才用实体作品，解决了大规模竞赛的组织、环境、人力和经费等难题。

三、建设虚拟中心网站，扩大资源共享

中心门户网站是信息化建设和资源共享的窗口（如图2）。中心发挥虚拟仿真类教学资源易于网络共享和维护更新的优势，建设了大量虚拟仿真资源，利用门户网站开展网上虚拟实验、网络课程、开放预约、实验管理、赛事组织、论坛交流和青少年科普，服务我校师生及社会，发挥教学资源的延伸作用，突破了时空的限制[7]。

中心通过网站实现了4门网上虚拟实验课程、24门校级网络课程、9门虚拟仿真课件和7种Android虚拟仿真应用的网络共享，提供了约46GB的网络虚拟仿真学习资源，学生可在线预习实验内容、了解实验过程，试做虚拟实验，提供了智能指导、自动批改和信息查询等特色功能，在课外自主学习的过程中，可与教师通过学习论坛互动交流。目前已有5个学院的12个专业使用这些虚拟仿真资源进行自主学习，年约8000人次。

四、结论

虚拟仿真教学资源是未来教育信息化建设的主要方向，也是高校实验教学示范中心建设的重要内容，围绕电类实践教学的需求，进行了各类虚拟仿真教学资源的建设与网络共享，取得了阶段进展；必须看到，虚拟仿真教学资源的建设是一个不断完善的过程，长期投入较大，除了建设校级公共实践平台提高共享效益，探索校企共建共享持续发展的新道路，将是未来建设国家级虚拟仿真实验教学中心的新课题。

参考文献：

[1]张家港职业教育中心.虚拟仿真技术助推学校信息化建设[J].中国教育信息化，2013（15）：43-43 .

[2]曲伟，邱成军.电工电子实验教学中心实践教学体系建设与实践[J].实验室研究与探索，2010，7（29）：216-218.

[3]李安，周南润，王玉皞.通信工程国家级特色专业虚拟实验室建设与实践[J].实验室研究与探索，2013，1（23）：150-154.

[4]虚拟仿真技术在电类实验教学中的应用与实践[J].实验技术与管理，2013，7（30）：94-97.

[5]郑炜，齐幼菊.面向成人教育开放式虚拟实验平台的设计与应用[J].现代教育技术，2013，6（23）：116-119.

[6]黄登红.机电一体化专业虚实结合实训模式应用研究[J].中国科技信息，2013，（12）：161-163.

[7]白春章，关松林.信息化教学资源共建共享机制研究[J].中国教育学刊，2013，6（23）：59-63.

基于EWB的电子电路仿真与设计 篇7

随着电子技术和计算机技术的飞速发展, 促进电子电路及其应系统设计手段也越来越先进。传统的电子电路与系统设计方法, 周期长、耗材多、效率低, 难以满足电子技术飞速发展的要求。“电子工作台” (Electronics Workbench) 即EWB, 是将先进的计算机技术应用于电子设计与仿真过程的新技术, 它已被广泛应用于电子电路分析、设计、仿真、印刷电路板的设计等各项工作之中。EWB为使用者提供了一个集成一体化的设计与试验环境, 创建电路、实验分析和结果输出在一个集成菜单系统中可以全部完成。使电子电路及系统的设计产生了划时代的变化, 极大地提高了设计质量与效率。EWB与电路分析软件“SPICE”完全兼容, 而且具有界面形象逼真、操作方便, 采用图形方式创建电路等优点。EWB有庞大的元器件库和比较齐全的仪器仪表库。掌握现代化设计与仿真软件EWB, 已成为电子设计工程师及相关人员必备的工具。

2 EWB的功能和特点

EWB是模拟电路和数字电路混合仿真的EDA软件, 它的仿真功能十分强大, 可以几乎100%地仿真出真实电路的结果, 而且它在桌面上提供了各种各样的电子工具, 如万用表、示波器、信号发生器、逻辑分析仪等等, 它的器件库中则包含了许多大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路, 器件库中没有的元器件, 还可以由外部模块导入, 在众多的电路仿真软件中, EWB是最容易学会的, 它的工作界面非常直观, 原理图和各种工具都在同一个窗口内, 未接触过它的人稍加学习就可以很熟练地使用该软件, 对于电子设计工作者来说, 它是个极好的EDA工具, 许多电路你无需动用烙铁就可得知它的结果, 而且若想更换元器件或改变元器件参数, 只需点点鼠标即可, 它也可以作为电学知识的辅助教学软件使用, 利用它可以直接从屏幕上看到各种电路的输出波形。EWB的兼容性也较好, 其文件格式可以导出成能被ORCAD或PROTEL读取的格式。

EWB 具有较为齐全的分析功能, 不仅可以完成电路的瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声分析等常规电路分析, 而且还提供了离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等各种电路分析方法。虚拟平台的发明是人们从事电子与电工实验研究, 实现电子设计自动化的一种新的飞跃。

3 利用EWB辅助电子电路设计

电子电路设计的一般步骤包括:

(1) 拟订设计方案;

(2) 根据设计要求, 确定电路中器件的参数;

(3) 进行仿真, 调整电路参数, 使仿真结果符合设计要求, 得到最终电路图;

(4) 根据电路图, 领取元器件进行实际安装;

(5) 整机测试。

电子电路的EWB辅助设计贯穿在以上 (1) ～ (3) 步中, 他的实质是利用EWB软件对设计方案和具体电路进行分析, 通过仿真计算发现设计上的错误和不合理之处, 然后修改设计再仿真, 直到设计正确, 技术指标满足要求为止。

4 设计实例

设计一个单级阻容耦合晶体管放大器已知:VCC=1 2V, RL=3 kΩ, Ui=10mV, Rs=600Ω, 其性能AV>40, Ri>1kΩ, R0<3kΩ, fL<100 Hz, fH>100 kHz, 电路稳定性好。设计步骤如下:

根据设计课题要求电路的稳定性好, 因此采用分压式电流负反馈偏置电路.该电路可以获得稳定的静态工作点, 由已知条件和电路指标要求, 根据电路的特点和稳定工作点的电流关系, 以及电路的上、下限频率与电容的关系, 利用必要的解电路的方法, 通过计算可以初步设计出电路中各参数值。

在Windows环境下启动EWB软件, 在EWB软件环境中, 通过左边的工具栏中的元器件库, 选择电路中所用到的元器件的型号, 将不同器件的各个管脚按要求与其它器件的对应管脚连接起来, 只需将鼠标移到管脚的端口, 它变成圆点后按住左键从连线起点拉到终点后放开, 即完成了自动布线, 将全部线路连接起来, 即完成了原理图设计。同时接入有关测试仪表或仪器.测试电路原理图及相应的仪器仪表连结关系如图1所示。

根据电路原理图中分别接入的信号发生器、示波器、交流电压表、交流电流表的读数, 计算或测试电路有关交流性能指标。同时利用EWB仿真分析法中的直流工作点分析来分析电路的静态工作点, 用交流分析工具进行电路的上、下限频率分析, 电路的波形图、幅频特性和相频特性仿真分析如图2、图3、图4所示。通过分析调整电路有关元器件的参数, 使电路仿真分析的结果符合设计任务的要求。最后根据确定下来的电路及其元器件参数, 列出器件清单, 到仪器室领取器件, 实际安装测试电路进行实验操作, 完成相关的设计任务。

5 结束语

本文通过一个设计实例, 阐述了利用EWB辅助电子电路分析与设计的方法与步骤, 表明EWB是一种功能非常强大、集成性很高的电路仿真软件, 将其应用到工程设计领域, 可以大大提高设计效率、降低成本、缩短整体设计周期, 在电子、信息和自动控制等领域有很高的实用价值。

参考文献

[1]清华大学电子学教研组编, 童诗白, 华成英主编.模拟电子技术基础[M].第4版.北京:高等教育出版社, 1999.598~607.

[2]毛哲, 张双德.电路计算机设计仿真与测试[M].武汉:华中科技大学出版社, 2003.

[3]李忠波袁宏编.电子设计与仿真技术[M].机械工业出版社, 2004.

电子仿真设计 篇8

以电力电子器件为基础的柔性交流输电系统(FACTS)技术作为实现输电网参数和变量的柔性化控制的有效手段,近20年来得到广泛研究和应用[1]。实时仿真是电力系统进行试验研究、规划设计、调度运行和状态安全评估的重要工具。现有的电力系统实时仿真平台可分为机电暂态和电磁暂态过程仿真。机电暂态仿真的步长一般在毫秒级,典型步长为10 ms,电磁暂态仿真的步长一般在微秒级,典型步长为50μs[2]。但由于仿真步长及接口,众多仿真软件无法对含有FACTS控制器的复杂电力系统进行动态性能研究[3],文献[4]利用实时数字仿真系统RTDS(Real Time Digital Simulator)组建了风力发电开发测试平台,仿真步长50μs,可对多组控制器进行控制测试。但RTDS主要是面向整个电力系统的仿真,且价格昂贵。目前FACTS控制器和电力驱动的开发测试,通常先进行离线仿真以验证算法,然后通过数字信号处理器(DSP)和现场可编程门阵列(FPGA)等嵌入式控制器实现复杂算法的实时控制[5,6,7,8,9,10,11,12,13,14]。随着电力电子的发展和控制数字化的实现,课程重构也使现有的实验教学方法面临新的改革,构建快速开发实验平台是一种有效的方法[15]。

d SPACE平台作为国际上通用的快速控制原型RCP(Rapid Control Prototype)和硬件在回路仿真HILS(Hardware-In-the-Loop Simulation)标准开发测试平台,在航空航天、工业控制、汽车等领域得到广泛应用[16,17,18],目前只有少数院校在此平台上进行电力系统的相关研究[19]。本文研制的实时仿真综合平台,以d SPACE平台为核心,通过建立实时仿真模型和设计模块化体系结构,实现对中小功率电力电子和电力驱动控制系统的实时仿真和快速开发,仿真步长可设20μs,满足电力电子器件对速度的要求。

1 实时仿真综合平台结构框架

根据应用于电力系统的FACTS技术和面向电机控制的电力驱动要求,结合V型开发流程中HILS和RCP的技术规范,本文提出图1所示的实时仿真平台总体结构框图。整个综合仿真平台以d SPACE平台为核心,采用模块化结构设计,分为硬件结构和软件结构两大部分。

1.1 平台硬件结构

平台硬件主要由d SPACE硬件和主电路组成。平台控制器是d SPACE硬件的主要组成部分,其构成实时仿真平台硬件的控制核心;由功率器件构成的主电路是硬件电路的基础,实现能量传递和交换;另有电源电路、测量电路、驱动电路、保护电路和电网接入等辅助电路。根据不同的应用对象(电网或电机)和控制目的,通过选择器件类型和电路结构等方式,可以灵活改变主电路拓扑,从而快速实现有源电力滤波器(APF)、动态电压恢复器(DVR)、配电网静止同步补偿器(DSTATCOM)、变频和励磁等多种功能。

本实验平台主要用于配电网电能质量控制器研发和电机的驱动控制。根据应用系统的技术指标,实际平台控制器选用d SPACE单板系统DS1104,其主CPU为MPC8240,可直接进行浮点运算,带有DSP TMS320F2407,可以直接输出三相PWM控制脉冲。另有ADC、DAC、UART、增量编码器和I/O等常用外设接口。

主电路功率器件为:MOSFET模块FB180SA10,用于汽车的电机控制测试;2.2 k W智能功率模块PS12036,用于学生实验验证;IGBT功率模块PM300DVA120用于低压静止无功发生器、有源电力滤波器等产品研制实时控制仿真实验。

在此基础上,用户可根据实际功能需要,按照平台的硬件结构对电路进行更换、扩展,或通过通信总线组成多处理器复杂系统,以满足不同的测试要求。

1.2 平台软件结构

平台软件结构由Matlab/Simulink软件、d SPACE软件和实时仿真模型库组成。Matlab/Simulink用于建立系统模型、设计控制算法和进行离线仿真,是平台软件结构的基础。实时仿真模型库是平台的核心技术之一,在Matlab/Simulink环境下建立,分为系统模型和控制算法两大部分。系统模型实现对电路结构的数学描述,在离线仿真时取代实际的物理模型;控制算法在分析系统模型基础上,通过选取的控制策略实现对应的控制性能。采用实时仿真系统子模型,可以进行离线仿真和算法验证。d SPACE软件体系主要实现实时代码生成、下载软件和测试软件,其中代码生成及下载软件集成于Matlab中,实现与Matlab的无缝连接。通过d SPACE实时接口(RTI),用硬件接口关系代替原先的逻辑连接关系,构成闭环测试系统,实现实时仿真功能。

基于图1结构实现的实时仿真综合平台,可以快速对电路结构模型进行闭环测试,以验证所建模型是否与实际物理原型相符;也可以对不同的算法进行测试,从而得到更适合系统实现的控制程序。

2 实时仿真综合平台主要技术

2.1 平台实时仿真模型库设计

要进行实时仿真,首先要建立起系统的数学模型。基于Matlab/Simulink环境开发的电力系统仿真模型Sim Power Systems等是面向离线仿真应用的,无法利用d SPACE平台测试软件对其内部描述变量进行动态分析,因此,要首先建立以面向实时仿真应用的系统模型。

考虑到实时仿真系统的变结构、非因果特性[19],对整个闭环控制系统采用分割处理的办法,采用输入-输出描述法建立各个具有因果关系的子系统。采用面向对象的设计方法,可以不断封装和派生出更多的子模型。各个子系统模型既可应用于离线仿真,也可应用于实时仿真。

2.2 功率开关器件的硬件电路设计

功率开关模块构成平台的硬件基础,受控制器输出的PWM信号驱动,又直接与高压大电流系统相连,若设计不当极易烧坏,因此开关器件电路设计是硬件设计的重点,主要技术措施有4项。

a.裕量设计:器件选型时留有一定的裕量。

b.缓冲吸收电路设计:实验结果表明,设计合理的缓冲电路,可以减少开关冲击,将du/dt从0.3减少到0.15以下。

c.驱动电路设计:采用高速光耦器件,以实现控制脉冲对开关管的精确控制。严格控制上升时间,以保证死区时间生效;PWM的光耦驱动信号与功率模块的连接距离2 cm以下,减少干扰,防止误触发。

d.保护电路设计:当检测到主电路有短路、过压、过热和欠压等异常情况发生时,实现多级保护。通过硬件保护、软件保护方式同时封锁PWM信号输出,通过跳闸保护实现主电路与电网分离。

2.3 平台数字化控制和实时仿真步长

数字化控制因控制灵活,输出性能稳定,在实时控制中得到广泛应用。本平台实现数字化控制,其中系统实测信号通过测量电路由A/D进行模拟到数字的转换;通过实时代码生成工具RTW(Real-Time Workshop)产生可在平台控制器上运行的标准C代码程序;RTI实现物理系统与离线仿真系统的信息数字化交换;通过数字脉宽调制(DPWM)输出功率开关管的控制脉冲,实现对系统的目标控制。随着电力系统和电力驱动对控制性能要求的不断提高,非线性控制、模糊控制、自适应控制等算法被应用到控制系统中。通过平台数字化控制技术,以图形化的方式完成参数调整、指令输入、结果显示存储等所有功能,为复杂算法的实现提供了有利的环境。

基于Matlab/Simulink的离线仿真数据交换在计算机的CPU与存储器之间进行,数据处理时间没有严格的边界。实时仿真平台要在仿真计算机、平台控制器与外部物理系统之间进行数据交换,其数据处理要受外部实物系统真实时间约束,有严格的时间边界。平台通过PWM控制技术,实现对功率变换模块的控制,其输出速度决定系统的响应速度,通常要求在一个PWM周期内完成控制算法以及平台控制器和仿真计算机之间的数据交换,以获得较好的响应速度,满足实时仿真需要。DS1104控制器的DPWM输出频率高达5 MHz,但实现上受功率模块的频率限制,目前中小功率器件的开关频率最高约为20 k Hz。采用DS1104控制器,通过实时内核和RTI可实现仿真周期为20μs的实时仿真,满足对速度的要求。

3 平台实时仿真设计实现

PWM整流器可实现网侧电流正弦化,且运行于单位功率因数及能量可双向传输,在静止无功发生器(STATCOM)、APF、统一潮流控制器(UPFC)等柔性交流输电系统广泛应用[20]。下面给出以PWM整流器为控制对象的系统设计过程及其控制实验结果。

3.1 PWM整流器模型

三相电压型PWM整流器的电路结构如图2所示。图中,ua、ub、uc为三相对称电源相电压;ia、ib、ic为网侧相电流;udc为直流侧电压;L和R为滤波电抗器的电感和电阻;idc为直流侧电流;iL为负载电流。

记Sk=Sk+-Sk-(k=a,b,c),其中Sk±=1表示开关管导通,Sk±=0表示开关管截止。不计开关损耗,并考虑电网及PWM电路为三相对称系统,对于交流侧,由基尔霍夫电压定律(KVL)可得:

对于直流侧,由基尔霍夫电流定律(KCL)可得:

其中,idc=(Saia+Sbib+Scic)/2。

根据功率不变原则,可以对应转换成αβ坐标系或dq坐标系下的数学模型,以方便系统的控制设计。

3.2 PWM整流器控制策略

采用PWM整流器作为电路结构的电力电子控制系统通常是通过控制PWM整流器的电流来实现其控制目标(如稳定电压、补偿无功和抑制谐波等),因此,对PWM整流器的电流控制成为系统软件设计的核心。通常,对PWM整流器电流控制方法可分为间接电流控制和直接电流控制,其中直接电流控制具有控制精度高、动态性能好等优点。直接电流控制方法有滞环控制、定时比较控制、三角波比较及无差拍控制等[21]。本实验采用基于坐标变换的三角波比较直接电流控制,其控制方案如图3所示。

PWM整流器的实测三相输出电流ia、ib、ic经过dq变换与控制电流生成无功和有功电流指令。其中有功电流的参考值指令id*与电路拓扑结构有关,采用自励启动方式时可由直流侧电压调节器输出给定,采用他励启动方式时可直接给定。指令由电流控制器进行算法运算,经过dq反变换得到控制开关管的PWM指令信号。通过坐标变换,使参考指令和反馈值在稳态时均为直流信号,因此可通过调节器进行无稳态误差的电流信号跟踪,从而消除系统的静态误差,提高系统对PWM整流器电流的控制精度。

3.3 实验结果

为验证平台的结构设计及其对PWM整流器的控制性能,搭建了50 k V·A PWM整流器及其控制电路。实验结构如图4所示。

三相交流电源经自耦变压器T1以及隔离变压器T2、T3接入系统。

实验主电路主要参数如下:IGBT功率模块为PM300DVA120;整流模块为DF100AA160;交流侧连接电抗为1 m H/100 A;直流侧电容为2个10000μF/450 V电容串联;系统线电压为380 V/50 Hz。

PWM参数为开关频率6 k Hz,死区时间5μs。为减少器件开关对输出的抖动,采用中断的CPU处理方式,以保证数据采集与PWM周期同步。用TDS2014型4通道示波器对波形进行实时记录。

图5给出了指令电流为40 A(有效值)时实验平台对PWM整流器输出电流实时控制的稳态结果。从图中可以清楚看出,电力电子实时仿真综合平台对PWM整流器的电流流向实现了精确控制,可实现容性无功或感性无功的产生;同样也可控制PWM整流器工作于整流或逆变状态,实现能量的双向流动,从而实现PWM整流器的四象限运行控制。

图6是用FLUKE434测试输出无功电流时的电流波形结果。图7是指令电流动态变化时系统瞬时响应的实验结果。

从图6可以看出,PWM整流器输出无功电流相序正确,频率通过相位控制和电网保持一致,电流谐波含量非常低,波形已经接近正弦。

图7表明,PWM整流器的输出电流响应仅为数毫秒,没有明显的振荡调整过程,反映出实验平台对PWM整流器的控制具有良好的性能。

4 结语

电子仿真设计 篇9

通过对高职院校学生的学生的调查发现, 高职院校学生具有形象思维强、逻辑思维差的特点, 这也决定了学生的学习兴趣取向, 绝大多数学生喜好实验实训、喜欢动手操作而不喜欢枯燥的理论学习。因此, 传统的全真实验已不能适应高职院校学生的特点了, 本文以笔者所在学院的《高频电子技术》实验为依托, 简单分析高频各个实验的特点以及介绍我院采用的实验模式。

1《高频电子技术》实验作用

《高频电子技术》实验既是验证理论正确性的手段之一, 更是展现学生动手能力和吸引学生学习兴趣的有效途径之一。因此《高频电子技术》实验在职业院校起到了不可替代的作用。

2《高频电子技术》实验现状

《高频电子技术》是我院通信技术、应用电子技术等专业必修课, 故该课程开设班级较多, 实验室负荷大, 伴随出现了仪器仪表灵敏度降低、仪器损坏、测试数据不能验证理论正确性等一系列问题。仪器的损坏不仅不能验证理论正确性, 而且打击了学生学习的积极性, 这与开设实验目的相悖。

3《高频电子技术》实验分析

为了解决以上问题, 我院采用了“全真+仿真”的实验模式, 下面对我院采用的“全真+仿真”的实验模式做个简单的分析。

3.1《高频电子技术》实验不宜全部采用全真实验

我院若全部利用高频设备全真实验, 存在如下弊端:随着设备的使用时间增加, 设备老化日益严重、旋钮调节不灵敏、维护投入大、无法保证能验证每个实验的准确性、各组实验测量数据相差大、学生学习积极性降低。

3.2《高频电子技术》实验不宜全部采用仿真实验

高频仿真实验可以利用EWB和Multisim两种软件相结合的方式完成, 不仅可以验证理论的正确性, 还可以教授学生使用软件的目的。但是如果全部采用仿真实验也有很多弊端, 如:不能锻炼学生动手能力, 缺乏对仪器仪表的操作, 导致学生毕业后很难满足企业用人要求。

由以上分析可知, 《高频电子技术》实验采用全真与仿真相结合模式, 可以优势互补。要使本实验更好地为《高频电子技术》课程服务, 我们需要分析本课程每个实验的特点, 然后根据实际情况确定用仿真实验或者全真实验完成。

(1) “小信号谐振放大器”, 由于全真实验调谐比较困难, 调谐不准确, 且高频小信号容易受到元器件分布参数的影响, 会导致误差增大, 每组测试数据差别很大, 实验效果达不到预期要求, 无法验证理论的正确性, 因此本实验建议仿真实现。

(2) “高频功率放大器”, 全真实验电路模块共三级, 前两级由小信号谐振放大器构成, 同样面临调谐问题, 故建议本实验也用仿真。

(3) “LC正弦波振荡器”全真实验时只要振荡部分连接电容的导线足够短, 整个实验效果还是相当好, 故本实验无须仿真, 建议用全真实验完成。

(4) “石英晶体振荡器”振荡频率由石英晶体固有频率决定, 受其他参数影响小, 故该实验在全真实验条件下效果较好, 无须仿真, 建议用全真实验完成。

(5) “振幅调制器”全真实验时考虑到需要先产生两个信号 (低频调制信号和高频载波信号) , 然后还需调节调制输入端和载波输入端的平衡, 整个过程耗时较多, 经过多个学期的总结分析, 本实验在两课时内不能完成, 很多数据测试不完, 从而无法验证实验的正确性, 故本实验建议仿真。

(6) “调制信号的解调”实验可以由两种方法实现, 分别是:“二极管包络检波器”和“同步检波器”。第一种方法采用“同步检波器”实现, 本方法需要由标准信号发生器产生载波信号、低频信号发生器产生低频调制信号, 再由“振幅调制器”产生普通调幅信号, 并需要输入与载波同频同相的信号才能实现检波。此种方法检波耗时较多, 测试内容在两课时内不能完成, 故实际实验时这种方法只是让学有余力的同学完成, 对其他同学并不做要求;第二种方法采用“二极管包络检波器”实现, 本方法只需要利用标准信号发生器产生普通调幅信号, 输入到输入端, 利用二极管的单向导电性和电容的充放电功能实现检波, 在全真实验条件下能很好实现检波。并且可以通过调制参数很好地观察二极管包络检波器所特有的两种失真 (惰性失真和负峰切割失真) 。综上所述, 本实验无须仿真, 建议用全真实验完成。

(7) “变容二极管调频”实验在全真实验条件下虽然可以实现调频, 但是以现有的实验器材条件观察不到波形, 无法让学生直观了解调频, 不能验证理论的正确性, 故本实验建议仿真。

(8) “斜率鉴频器”实验在全真实验条件下原理复杂, 信号在鉴频过程中不能直观观察, 实验理论性较强, 不能吸引学生学习兴趣, 故本实验建议仿真。

4 结语

我院通过两年的“全真+仿真”的实验模式改革实践, 证明了采用这种实验模式的优越性。

(1) 降低了全真实验室和仿真实验室的实验负荷, 给全真实验室和仿真实验室的维护维修留了充足的时间, 保证了每个实验都能顺利、准确完成。

(2) 带动了学生学习积极性, 既让学生增强了实际动手能力, 也让学生学习了现代科学技术的结晶——仿真软件的使用, 让学生在日益激烈的竞争中占有更多的优势。

(3) 通过对实验现象和实验数据的分析, 充分证明了每个知识点的准确性, 让理论知识更加严谨。

摘要：本文针对本校《高频电子技术》实验教学中存在的若干问题, 从教学内容和教学方法等方面进行了仔细分析研究。对《高频电子技术》实验教学的现状, 提出了高频实验教学应采用的方法及手段, 从而提高教学质量, 使学生在日益激烈的竞争中占有更多的优势。

关键词：高频电子技术,全真,仿真

参考文献

[1]程远东.高频电子线路[M].北京:北京出版社, 2008, 12.

[2]杨翠娥.高频电子线路实验与课程设计[M].哈尔滨工程大学出版社, 2001.

电子仿真设计 篇10

关键词：Multisim 10特点,负反馈放大,频率特性,仿真

为了验证所设计的电路是否已达到设计要求的技术指标, 以及通过调整电路中元器件的参数使电路达到最佳的性能, 工作人员在电子产品设计和开发的过程中必须经常对所设计电路进行实物模拟及调试。但是由于模拟、调试方法费工费时, 且结果的准确性也会受实验环境、实验条件、实物制作水平等影响, 从而限制了工作效率。自20世纪80年代起, 随着计算机技术的快速发展, 分析、设计电子电路的方法发生了重大变革, 出现了一大批具有特色的E D A软件, 使以定量估算和电路实验为技术的电路分析、设计方法得到了改变, 其中Multisim 10软件就是被广泛应用的EDA软件之一。

1、差动放大电路仿真分析

下面以差动放大器为例, 研究介绍该软件的使用方法。

1.1 绘制电路原理图

按图1所示电路进行连接, 通过对文件重新命名为“电压负反馈放大电路.ms10”并保存到相应的路径下。

1.2 电路结构

从图1可以看出, 该电路诶带有负反馈的两级阻容耦合放大电路, 在电路中通过R13把输出电压uo引回到输入端, 加在三极管Q1上, 在放射极电阻R F 1上形成反馈电压uf。根据反馈的判断法可知, 它属于电压串联反馈。开关K闭合, 负反馈接入放大电路;反之, 为不带负反馈放大电路。

闭环电压放大倍数:

式中Au为开环电压放大倍数;1+Au Fu为反馈深度。

反馈系数:

输入电阻:

输出电阻:

式中Ro为基本放大器的输出电阻, Auo为基本放大器Rl=∞时的电压放大倍数。

1.3 仿真分析

1.3.1 Q点分析

选择Simulate 10菜单中的Analysis命令, 然后选择DC Operating Point子命令, 分析静态工作点, 选择3、4、6、7、8、12作为分析输出节点, 分析结果如图2所示。

1.3.2 负反馈放大电路放大倍数的分析

运行并双击示波器图标, 按下开关S1与不按下对应的输入、输出波形如图3a、3b所示, 示波器设置相同, 图形上方的为输入波形, 下方为输出波形。可以看出输入、输出波形同相位, 波形基本无失真, 但是有反馈的电路放大能力有所下降。

选择Simulate 10菜单中的Analysis命令, 然后选择AC Analysis子命令, 在弹出的对话框中, 在Frequency Parameters选项卡中设置Start frequency为1Hz, Stop frequency为1CHz, 其他为默认设置。在Output variables选项卡中选择节点10作为分析节点, 单击Simulate按钮, , 可见有负反馈时, 降低了放大倍数, 却拓宽了频带。

限于篇幅原因, 负反馈对波形失真、频带宽度等指标的影响不再进行阐述, 有兴趣的读者可进行自行分析并查阅相关文献资料。

2、结语

电子仿真设计 篇11

【关键词】EWB;电子课程; 仿真

【中图分类号】G642.421 【文献标识码】B 【文章编号】2095-3089 (2012)02-0239-02

EWB英文全称为Electronics Workbench (电子工作平台)，是加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司开发的一种电子电路计算机仿真设计软件。该软件设计功能完善，操作界面友好、形象，非常易于掌握。尤其方便的操作方式，直观的电路图和仿真分析结果显示形式，非常适合于电子课程的辅助教学，有利于提高学生对理论知识的理解和掌握，有利于培养学生的创新能力。

1 EWB仿真软件及应用优势

1.1 集成化、一体化的设计环境。 可任意地在系统中集成数字及模拟元件，完成原理图输入、数摸混合仿真以及波形图显示等工作。当用户进行仿真时，原理图、波形图同时出现。当改变电路连线或元件参数时，波形即时显示变化。

1.2 界面友好、操作简单。 单击鼠标，用户可以轻松地选择元件；拖动鼠标，可将元件放入原理图中。调整电路连线、改变元件位置、修改元件属性也非常简单。此外，EWB还有自动排列连线的功能，使画原理图更加美观、快捷。

1.3 真实且准确的仿真平台。 虚拟电子仪表设备齐全，包含万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等．儀器的控制面板外形和操作方式与实物相似、便于操作，可以实时显示测量结果。利用EWB进行仿真，过程非常接近实际操作的结果。

1.4 分析方法多而强。 提供多种分析功能，包括直流分析、交流分析、瞬态分析、温度扫描、参数扫描、传递函数分析等。利用这些分析功能、用户不仅可以了解电路的工作状态、还可以测量电路的稳定性和灵敏度。

1.5 可以安全地进行故障分析。 EWB是一种全新的虚拟实验环境，在这种环境下学生可以进行无障碍性实验，不必担心安全问题。例如电路的电阻或电容出现开路、短路、漏电时对电路造成的影响等，只需改变元器件的参数就可以模拟出元器件出现故障时的情况，针对不同故障可以观察电路的各种状态，从而加深对概念原理的理解，这在实际实验中很难做到。

2 仿真步骤

EWB利用计算机强大的计算功能来完成对电路的仿真和分析。使用者在电子工作台上创建了一个电路图后。启动电子工作台的电源开关或选择了分析方法．就可以从示波器等虚拟仪器（或分析显示图）看到仿真结果。使用EWB对电路进行设计和实验仿真的基本步骤是：

单管共射放大电路如图2所示，电路中静态工作点的调整会引起不同的失真，我们运用EWB仿真软件，在函数信号发生器中输入10mV，60Hz的正弦波信号，在单管共射放大电路中设置不同的R1的数值，在R1取值为500 kΩ和100 kΩ时，在虚拟示波器上看到了出现最大不失真和饱和失真的两种输出波形，如图3、图4所示。这与因R1的数值变化会引起IB的变化，从而改变静态工作点的位置，引起输出波形失真的理论是完全相符的。

4 用555定时器组成多谐振荡器的仿真实例

555定时器组成多谐振荡器如图5所示，通电后输出高电平，同时电源通过R1，R2向电容C充电，当电容C充电到电源电压的2/3时，内部比较电路使得输出变为低电平，电容开始C放电，当电容C放电输出到电源电压的1/3时，内部比较电路使得输出变为高电平，这样循环往复电容两端电压在电源电压的1/3与2/3处振荡，输出产生方波如图6所示。

根据周期公式T=T1+T2=(R1+2R2)C2计算得到振荡周期为2.961mS，占空比公式D=（R1+R2）/（R1+2R2）计算得到占空比为0.6。

用鼠标拉出虚拟示波器屏幕左、右角的小三角读数指针到如图7所示位置，从屏幕下方“T2-T1”栏的数据可以知道该多谐振荡器的振荡周期为2.955mS,占空比为0.6.由此可见仿真具有高度的准确性。

5 结论

5.1 应用EWB在教学中的优点。 电子类专业的很多课程理论抽象、实践性很强，学生理解和接受都很困难。教学过程中应用EWB仿真软件辅助教学，将静止的、纸上谈兵的理论教学变成动态的、可视的一体化教学，激发了学生的学习兴趣。将其适当地引入到理论教学过程中，将理论与实验过程较好地结合起来，这样既验证了课程的基本理论知识，又活跃了相对严肃沉闷的课堂气氛，改变灌输知识的教法为引导学生自己去获取知识的教学方法，极大地提高学生的学习积极性和参与意识。

5.2 应用EWB存在的问题。 EWB是对传统实验教学方法的充实与改进，虽然有很多优点，但在锻炼学生动手能力方面还不能完全代替传统的实验。因此把传统的实验室实验与计算机仿真实验相互结合．两者互相补充．互相借鉴。这种实验教学模式不仅有利于培养学生的动手能力和创新能力．还有利于实验教学质量的提高。

参考文献

［1］ 袁宏.电子设计与仿真技术［M］.北京：机械工业出版社，2005.

［2］ 张学军、马彦芬.EWB仿真在实验教学中的应用［J］.河北：河北工程技术高等专科学校校报，2011年3月第1期.

电子仿真设计 篇12

1 电子产品仿真技术

电子产品仿真技术的应用和操作的过程, 主要就是通过一种现代技术进行的计算机模拟的手段模型理论及相关信息。人们可以通过仿真技术的应用更好的认识客观事物, 彻底地打破了探索性实验和理论研究的束缚, 进而使用仿真技术进行高度模仿事物进行展示。仿真技术的广泛应用, 可以促使人们可以更清楚、更细致的去认识未知的一些事物。随着仿真技术的不断发展, 在我国电子产品的科学研究中的应用更为广泛, 并且应用领域呈不断扩大的趋势, 有效的实现了我国电子产品科学研发成本低、更新换代的速度较快, 并且能够有效保障电子产品的质量, 进一步实现了我国电子产品科学技术产业可持续发展。

2 仿真技术在电子产品中的应用

随着我国仿真技术的不断提高, 功能日渐强大, 各种电子产品的设计中仿真技术的应用越来越多, 仿真技术的发展越来越受到我国电子产品研发机构的喜爱和信赖。当前有很多非常知名的电子产品公司都在使用仿真技术对电子产品进行设计, 利用仿真技术设计开发制成的、并且应用比较广泛的电子产品有:自动扫地机器人、自动开盖垃圾桶、自动冲水马桶、防盗报警器、全自动洗衣机等, 这些电子产品已经逐渐的应用到了人们的日常生活和生产当中。依据很多的电子产品的设计实践证明, 在设计和开发电子产品的过程中利用仿真技术能够非常快速的设计和完成电子线路, 而且还可以利用设计完成的电子线路, 完成对电子产品的使用和模仿, 很大程度上有效地提高了设计和开发电子产品的效率。在设计和开发电子产品的过程中, 其设计非常复杂, 对内容的要求也非常的精细, 如果设计人员不小心就可能会导致整个线路的崩溃, 因此必须要重新开始, 然而, 仿真技术的应用不但大大减少了设计研发的周期, 并且还有效的减少了电子产品的研发成本。随着我国信息化技术的不断发展, 在未来社会发展的过程中对仿真技术电子产品的应用会越来越广泛, 并且会随着社会的发展越来越趋于智能化。当前很多的电子产品中MUC就是其核心部件和核心机构, 电子产品的智能化发展迅速, 正一步一步走进人们的生产和生活当中。

3 仿真技术在应用中的实际作用

3.1 操作简便

仿真技术在实际的应用中的操作极为简单。仿真技术的操作非常便捷, 利用仿真技术可以在同一个条件下完成电子线路的仿真和设计的工作。通过仿真技术的编辑和设计对电子产品的线路进行设计, 并且还可以使用预览模式对其设计的电路进行仿真和预览。其实简单地说就是整个设计过程中, 只要通过鼠标点击就可以完成, 这样就大大的简化了设计电子产品的过程。

3.2 电子产品的程序设计

利用仿真技术中ISIS编辑区就可以完成电子产品软件程序的编辑工作, 同时可以将所编辑的内容编汇成统一的目标代码, 这一系列的程序操作在仿真技术中都可以通过特定的方法进行操作。对于那些出现问题的仿真技术编程软件还可以将其自动的生成错误信息报告, 并且在错误信息报告中也可以根据错误源飞出的范围查找出错误原因。

3.3 仿真和调试

根据以上的操作步骤完成之后, 对电子产品要进行调试的内容进行加载, 首先, 要在仿真技术软件中找出Edit component对话框, 然后, 在这个对话框当中正确输入本次所要调试的目标, 并且在软件中要先设置清楚晶振频率是, 然后点击仿真就可以进行仿真了。例如:在纯水机的仿真技术操作中, 在满水或强冲等情况下可以对纯水机的操作进行模拟, 并且其仿真的效果非常真实。

3.4 电路板设计

在仿真技术中具有较高的布线功能, 可以通过ARES实现对电路板的更改、电线摆放等功能。在仿真技术中, 对电路板的设计非常人性化, 不仅可以有效实现自动布置和撤销的功能, 还可以依据设计者的思路, 手动操作进行电路板线路的布设。

3.5 制板过程

在完成前期的仿真工作和设计工作之后, 要对设计的电子产品进行PCB的制板工作。

3.6 制作完成

电子产品研发与设计中, 仿真样品制作额按成是最后一步, 将样本安装并成功调试以后就可以用在电子产品的研发当中。只要在制作的过程中将样本的按照省却的设计要求进行安装, 然后对接点进行焊接就可以完成制作了。

4 结语

综上所述, 仿真技术在设计的过程中应用非常灵活, 并且可以非常快速的完成电子产品的调试和设计工作, 在当今科学技术不断进步过程中实现了快速、高效完成电子产品的设计和研发工作, 使电子产品的设计变得更加的精致和细腻。仿真技术的发展对电子产品的设计和研发具有积极的推动作用, 在未来的发展中也会有更多的电子产品应用软件被研发出来, 为我国电子产品设计产业的可持续发展做出贡献。

摘要：随着我国社会经济的快速发展, 科学技术不断进步, 我国的仿真技术已经应用到了电子产品当中, 并且应用比较广泛, 仿真技术的广泛使用促使我国电子技术水平真正实现了质的飞跃。对此, 本文就以仿真技术为基础, 对电子产品设计进行研究, 首先阐述了电子产品仿真技术的涵义, 然后探讨了仿真技术在电子产品中的应用, 最后分析了仿真技术在电子产品应用中的重要作用。在很多电子产品的设计中利用仿真技术, 这不仅仅减少了设计的时间, 并且还节省了很多设计成本。

关键词：仿真技术,电子产品,设计研究

参考文献

[1]韩志科, 王筱吟, 包海波.工业仿真设计促进制造业升级的作用机制研究[J].科技与经济, 2014, v.27;No.16105:54-58.

[2]李伯虎, 柴旭东, 熊光楞, 朱文海, 全春来, 张和明, 王行仁.复杂产品虚拟样机工程的研究与初步实践[J].系统仿真学报, 2013, 03:332-337.