电子电路仿真分析（共12篇）
电子电路仿真分析 篇1
电子电路工作原理的分析是看懂电路图的关键所在,需要深厚全面的专业功底及综合分析问题的能力,有时甚至需要通过动手实验和精确测量来验证自己的分析是否正确。目前,借助各类仿真软件可以帮助我们进行正确地分析。Proteus ISIS仿真软件上有国际通用的虚拟仪器及电子元器件库[1],能提供各种丰富的调试测量工具,还有合理的动画效果,可以仿真各类电子电路,是一个全开放性的仿真实验和电子制作平台。下面以三极管无稳态多谐振荡电路为例介绍利用Proteus ISIS仿真软件进行电路分析的方法。
1 仿真动画设置及仪表工具的使用
1.1 仿真动画设置
在Proteus ISIS仿真软件中,点击菜单“系统”选中 “ 设置动画选项…[1]” 命令, 进入如图1 所示“Animated Circuits Configuration(动画设置)”对话框。在Animation Options区域下,在原有默认的基础上再选中“Show Wire Current with Arrows?(用箭头显示导线中电流的流向?)”选项,然后点击“OK”。这样设置后,仿真时既可在电压(或电流)探针上显示电压(或电流)值、在引脚上显示逻辑状态,还可用箭头显示导线中电流的流向,根据这些指示,可方便进行电子电路分析。
1.2 调用虚拟仪器和测量工具
Proteus ISIS仿真软件的仪器工具栏[1]如图2所示。
(1)放置虚拟仪器
点击图2仪器工具栏中的“虚拟仪器”按钮,选择OSCILLOSCOPE(四踪示波器),将鼠标移到原理图编辑区,左键点击即放置了一个四踪示波器。示波器既可观察被测信号的波形,又可测量被测信号的周期、幅值及某一时刻被测信号的大小、方向。
(2)放置电压探针
点击图2仪器工具栏中的“电压探针”按钮,在电路中需要测量电位值的导线上点击一下即在此处放置了一个电压探针。电压探针可观察被测点电位值的大小、正负(表示电压方向)及变化。
1.3 帧进调试
Proteus ISIS仿真软件的仿真进程控制工具栏[1]如图3所示。在仿真时采用帧进调试的方式可以清楚地观察每一步被测点电位值的变化及此时每根导线中电流的流向。
2 三极管无稳态多谐振荡电路
用Proteus ISIS仿真软件绘制的由三极管无稳态多谐振荡电路构成的闪烁彩灯电路如图4所示,为了方便电路分析,放置了4个电压探针,从左向右依次观测的是4个电位值即Q1的集电极(也是R1(2)探针处)电位VC1、Q2的基极(也是C1(-)探针处)电位VB2、Q1的基极(也是R6(2)探针处)电位VB1、Q2的集电极(也是R3(2)探针处)电位VC2,由于2只三极管的发射极均接地,因此从左向右依次观测的也是4个电压值即Q1的集电极-发射极极间电压UCE1、Q2的发射结电压UBE2、Q1的发射结电压UBE1、Q2的集电极-发射极极间电压UCE2,并由其值的正负表示电压的方向;放置了1个四踪示波器,因电路结构对称,只需用示波器的A、B通道分别观测UCE2、UBE2的波形。该三极管无稳态多谐振荡电路驱动2组LED(每组2只,共4只LED,颜色分别为红绿黄兰),使2组LED不断地交替闪亮。该闪烁彩灯电路夜间使用更为绚丽、极富动感。其工作原理如下。
2.1 电源接通瞬间
三极管无稳态多谐振荡电路的2只三极管的发射结均加上了正向电压本都应导通,但由于元器件存在差异,会有1只三极管先导通,假设Q1先饱和导通,则Q1集电极和发射极间相当于开关合上(三极管饱和导通时集电极和发射极的极间饱和电压UCES很小,一般认为UCES≈0V[2]),Q1集电极(C1左端)电位约为0V,故接在Q1集电极的LED1-LED2组点亮,同时由于换路瞬间电容两端的电压不能突变[3],使得电容C1右端(Q2基极)电位也被拉到约为0V,因此Q2截止,Q2集电极和发射极间相当于开关断开,故接在Q2集电极的LED3-LED4组熄灭。
2.2 对C1、C2首次充电
由于此时Q1饱和导通、Q2截止,电路中的电流流向如图5所示,具体工作过程为:
(1)电源对C2正向充电(充电路径为电源→LED3LED4→R3R4→C2→Q1基极→Q1发射极→地),C2于短时间内完成充电,C2右端(Q2集电极)电位高于左端(Q1基极)电位。
(2)电源对C1反向充电(充电路径为电源→R→C1→Q1集电极→Q1发射极→地),Q2的基极电位逐渐升高,当超过Q2发射结饱和导通压降(约0.7V时,Q2由截止状态变为饱和导通状态,则Q2集电极和发射极间相当于开关合上,Q2集电极电位下降到约为0V,LED3-LED4组点亮。与此同时,由于换路瞬间电容两端的电压不能突变[3],换路前C2右端(Q2集电极)电位高于左端(Q1基极)电位,则换路瞬间C2右端(Q2集电极)电位仍高于左端(Q1基极)电位,而Q2的集电极电位已下降到约为0V,则Q1基极电位降低到0V以下,为负电位值,所以Q1由饱和导通变为截止,Q1集电极和发射极间相当于开关断开,LED1-LED2组熄灭。
2.3 C1反向放电再正向充电、C2正向放电再反向充电
由于此时Q2饱和导通、Q1截止,电路中的电流流向如图6所示,具体工作过程为:
图6 Q2饱和导通、Q1截止时的电流流向
(参见下页)
(1)C1反向放电(放电路径为电源→LED1LED2→R1R2→C1→Q2集电极→Q2发射极→地),很快放电完毕,接着电源对C1正向充电(充电路径为电源→LED1LED2→R1R2→C1→Q2基极→Q2发射极→地),C1于短时间内完成充电,C1左端(Q1集电极)电位高于右端(Q2基极)电位。
(2)C2正向放电(放电路径为电源→R6→C2→Q2集电极→Q2发射极→地),很快放电完毕,接着电源对C2反向充电(充电路径为电源→R6→C2→Q2集电极→Q2发射极→地),Q1的基极电位逐渐升高,当超过Q1发射结饱和导通压降(约0.7V)时,Q1由截止状态变为饱和导通状态,则Q1集电极和发射极间相当于开关合上,Q1集电极电位下降到约为0V,LED1-LED2组点亮。与此同时,由于换路瞬间电容两端的电压不能突变[3],换路前C1左端(Q1集电极)电位高于右端(Q2基极)电位,则换路瞬间C1左端(Q1集电极)电位仍高于右端(Q2基极)电位,而Q1的集电极电位已下降到约为0V,则Q2基极电位降低到0V以下,为负电位值,所以Q2由饱和导通变为截止,Q2集电极和发射极间相当于开关断开,LED3-LED4组熄灭。
2.4 C2反向放电再正向充电、C1正向放电再反向充电
由于此时Q1饱和导通、Q2截止,电路中的电流流向如图5所示,具体工作过程为:
(1)C2反向放电(放电路径为电源→LED3LED4→R3R4→C2→Q1基极→Q1发射极→地),很快放电完毕,接着电源对C2正向充电(充电路径为电源→LED3LED4→R3R4→C2→Q1基极→Q1发射极→地),C2于短时间内完成充电,C2右端(Q2集电极)电位高于左端(Q1基极)电位。
(2)C1正向放电(放电路径为电源→R5→C1→Q2集电极→Q2发射极→地),很快放电完毕,接着电源对C1反向充电)充电路径为电源→R5→C1→Q1集电极→Q1发射极→地),Q2的基极电位逐渐升高,当超过Q2发射结饱和导通压降(约0.7V)时,Q2由截止状态变为饱和导通状态,则Q2集电极和发射极间相当于开关合上,Q2集电极电位下降到约为0V,LED3-LED4组点亮。与此同时,由于换路瞬间电容两端的电压不能突变[3],换路前C2右端(Q2集电极)电位高于左端(Q1基极)电位,则换路瞬间C2右端(Q2集电极)电位仍高于左端(Q1基极)电位,而Q2的集电极电位已下降到约为0V,则Q1基极电位降低到0V以下,为负电位值,所以Q1由饱和导通变为截止, Q 1 集电极和发射极间相当于开关断开,LED1-LED2组熄灭。
2.5 循环
电路按照上述2.3、2.4过程循环,2组4只LED交替闪亮,达到流动显示的效果。
R5=R6=R,C1=C2=C,估算电路的振荡周期T=T1+T2=0.693RC+0.693RC=1.386RC,频率f=1/T。
根据电路参数估算该电路的振荡周期T=1.4s,频率f =0.7Hz。
3 仿真与实际测试结果
利用Proteus ISIS仿真软件运行仿真,效果如图7所示。观察到两组发光二极管交替闪亮,示波器显示UCE2、UBE2稳定后的波形,通过放置指针测量波形,UCE2的值约在0.05V~4.25V之间变化,UBE2的值约在-3.5V~0.7V之间变化;振荡周期约为1.3s,与估算值较为接近。采用帧进调试观察电压探针的变化显示,UCE1、UCE2的值约在0.04V~4.25V之间变化,UBE1、UBE2的值约在-3.5V~0.7V之间变化。
用多孔板实际电路制作后通电观察,两组发光二极管交替闪亮,用数字万用表测量UCE1、UCE2的值约在0.06V~3.42V之间变化,UBE1、UBE2的值约在-2.61V~0.69V之间变化,与仿真时的规律相同且数值接近,有偏差是由于仿真元件与实际元件存在差异所致,如Proteus ISIS仿真软件中没有“9013”三极管,用“NPN”三极管修改型号得到。用数字示波器实测波形形状与仿真相同,振荡周期约为1.3s。
由此可见,电路实际的工作状况与根据仿真分析时的情况相吻合。
4 结论
三极管无稳态多谐振荡电路的输出在两个暂态之间交替变换,不会固定在某一稳定状态,输出波形似近方波。由此实例证实,借助Proteus ISIS仿真软件分析电路的工作原理既准确又快捷,切实提高了电子电路分析的效率,该仿真的方法可推广运用于其他电子电路的分析。
参考文献
[1]李晓虹.电子电路设计实例教程[M].北京:中国铁道出版社,2014:33-49.
[2]刘全忠.电子技术[M].北京:高等教育出版社,1999:12-13.
[3]王微、王木印、马昆宝.电工基础(提高版)[M].北京:电子工业出版社,2001:195-196.
电子电路仿真分析 篇2
电 子 仿 真 与 虚 拟 实 验
听课感想
201011020323
（未选课）加名字 作为专业是日语的学生，说实话在课堂是所讲的一些很专业性的知识我并不是很懂。但是虽然如此，我还是每次坚持去上课。转眼间这门选修课就要结束了，现在我来谈谈自己上课后的一些感想。有些感想是结合在网上找的有关这门课程的资料来完成的。因为我是非专业，所以里面的一些内容如果有不当之处，还请老师能够谅解和指正。
通过这几堂课的学习。我收获很多，发现，原来虚拟的电路图其实是可以帮助解决生活中的很多的问题。其实虚拟的东西，也可以成为很有价值的东西。关于这一点我们都有所体会。就比如我们学习所需要的那个软件就需要花好几十万去购买。当然，物有所值，因为有了这个软件，我们就可以节省很多材料，也可以预测很多花费。
我们可以设计很多电路，可以在不用花一点材料的情况下去预算花费。这样节省了许多不必要的开支。我们的资源为此也得到了合理的分配。
其实我更深的感受是这样的，这几趟的来来回回，我基本上知道了，这门课程主要讲的知识。了解了电路的设计以及各种电子元件的独立的作用。
让我印象深刻的是组合逻辑电路模块。组合逻辑电路模块此模块为组合逻辑电路,是数字电路的核心内容之一,内容包括组合逻辑电路分析、设计及常用集成电路,常用集成电路主要包括编码器、译码器、加法器、数据选择器、数值比较器等常用集成电路及其各种应用。
此模块中,通过模拟,提供了完整的实例,形象地展示了电路的分析和设计过程,加深了理解。特别对于各种常用集成器件,通过各种信号模拟,展示出各种集成器件的引脚、特征及应用情况,更形象、更直观,便于理解各种集成模块的功能,而又不必过分关注其内部结构。
还有一些元件也让我打开也自己的视野。电阻，示波器，二极管，三级管，等等一系列的元件。就如触发器来作为一个例子。
触发器模块此模块内容主要包括基本RS触发器、同步触发器(同步RS触发器、D触发器及同步JK触发器)、主从JK触发器(主从RS触发器、维持——阻塞边沿D触发器、主从JK触发器、T触发器及T′触发器)。
触发器具有记忆功能,是构成时序电路的基础,掌握其内容是学习时序电路的基本要求,但部分触发器结构复杂难理解,因此,本部分主要从功能角度出发,弱化结构要求。
通过信号灯的变化描述触发器的变化过程,即触发器何时保持原态,何时置0、置1,何时进行状态翻转,结合触发器特征表,非常容易理解触发器功能及其实现条件。
在电路设计中，我们有一个不可避免的问题会遇到。就是脉冲波。脉冲波，其实我在高中的时候就知道这个东西的存在，它是以脉冲的形式，向目标发送一段一段的信号。所以称之为脉冲波。脉冲产生整形与模/数及数/模转换模块模块包括555集成电路、模/数及数/模转换,由于脉冲的产生整形与模/数及数/模更为抽象,理解起来难度更大,因此,通过形象化的模拟,使学生能够理解其概念、意义及过程,达到预期目标。
通过信号模拟,可以形象看出A/D转换过程是通过采样、保持、量化、编码四步完成,同时可以把数字量和模拟量进行对应观察,更容易理解两者的关系。设置了正弦波、三角波、锯齿波、方波信号,通过多种不同信号的变化加深理解。通过对信号频率的设置,体现出频率的变化对信号采集的影响,充分理解采样频率。
脉冲波的总类如此之繁多，但是我们只要掌握了它的基本原理，也就基本上会了。所以说万变不离其宗就是这个道理。
经过一学期的理论知识学习，我感觉到了动手能力的重要性，由于模电这么课本身就很抽象，单凭在脑海里去感受是很难真正学会的，就比如一个简单的放大器，没有实物很难体会到放大功能，因此，实验和模电是分不开的。本学期我们进行了几次模电的实验，通过实验结果可以更好的体会到理论知识，虽然我几次实验的结果并不理想，有的根本没做出结果，但是我还是觉得模电离不开动手，即便是把理论知识背的滚瓜烂熟，也不一定在将来的工作中能灵活运用，所以以后的学习中应多注重这发面的培养。
有人说现在是数字的时代，低频模拟电路已经过时了，其实不然，低频模拟电路是电力工程类各专业的基础课，它是研究各种半导体器件的性能，电路及应用的学科。低频模拟电路主要讨论的是线性电路。模拟电路时学习电信类学生的一门最基础的课程，无论是强电还是弱电。同时模拟电路也是工程应用的基础，在工程实践中被广泛的应用。因此，无论是从对后续课程的影响还是工程应用来说，模拟电路都是必须的学好的，影响着你以后的发展。
模拟电路学好了，也便于我们学习后面的课程，将来我们还要接触到数字电路，模拟电路是数字电路的基础，对于学习强电的同学来说，学好模电亦是学好电力电子的基础课程，电力电子亦是模电在强电领域的延伸，它用到了很多模电的思想和分析方法。对学习弱电的学生来说，模拟电路是学习通信电路，射频电路，微波电路的基础，可以毫不夸张的说，只要是电信类的同学，离开了模电就什么都难以学好。
从基础学起吧，首先应该了解各种电子元器件的功能和工作原理，然后学着去使用它们。
试着接触一些简单的模块电路，比如放大电路，运放电路，滤波电路等，任何复杂的电路都可以分解成若干模块电路，每个模块电路又是由一个个的元器件组成，不断的学习和慢慢的积累。这样才可以慢慢的掌握。我觉得，主要是增加基础知识的储备，比如，常见的电子元器件及其工作原理、应用电路、计算公式，这些是设计电路所必须掌握的，然后，还需要进行思维拓展，多看些常见的电路，理解其构思，剩下的就是积累，对所学的电路进行归类、总结，然后再利用模拟仿真软件，或是实际搭建电路来加深理解和记忆，以我个人经验来说，没有三年五载的付出，只能掌握皮毛，最多可以看懂电路，设计电路还是很有难度的。这个领域还真不容易，就与是否能冶炼出优质钢材、与半导体工艺等等一样。在数学领域、在外语领域，经历广、学历高就有优势，高职称对各种档次的问题都能手到病除、迎刃而解。而模拟电路，一个三极管的放大电路，就有许许多多的搭建方式，电路就有复杂的参数搭配，没有解析式，依赖电路仿真软件、集成电路设计软件并不具备优势；电路的设计缺陷不是软件分析就能表现出来，要到实践中去检验，而出了故障，未必就能找出有限的解决措施。在行家里手面前，直接能暴露出博士后导师的基础缺失，而且并不是实践时间长、设计生产产品数量大、产值高就能掩盖地、就能提升设计能力地、就能深刻认识其本质地。
看似很简单的要求和电路，到了实际电路却纠结了漫长的时间往往还是久攻不克、称为疑难顽症。其实无论是模拟电路设计，还是数字电路设计，凡是得心应手者，都有着深广的空间思维能力，对于各种元器件的特性有着比书本知识更为广泛和深刻的认识。这在用全模拟电路搭建出一般人认为只有单片机才能实现的功能挑战中才能取胜，才能降低成本、方可设计出具备市场竞争力的集成电路。
电子电路仿真分析 篇3
【关键词】仿真软件;电子测量学;教学活动;运用
信息时代背景下，计算机技术与教育教学深度结合，形成了很多教学软件。其中仿真软件能够克服客观条件，充分展示学习内容。电子测量作为一门具有实践性、抽象性特点的课程。当前教师在教学中采用传统教学模式，向学生传授的理论知识过于抽象，不够具体，无法帮助学生日后形成完善的理论知识结构。利用仿真软件开展电子测量教学活动，不仅能够提高教学活动效果和效率，还能够增强学生对教学内容的印象。因此加强对该问题的研究具有非常重要的现实意义。
一、仿真软件概述
所谓仿真软件，是指建立在集成电路、计算机技术基础之上的一种高级、快速的电子设计自动化工具。其融合了数据库、图形学及计算数学等学科形成一种通用性软件包。现有电子类仿真软件有View logic、OrCAD等，其中Multisim是国内外最为常用的DEA仿真软件。在实践应用中，不同仿真软件各具特色，如PSpice功能较为强大，适合对复杂电路进行分析和优化，而Protel综合性能较好，且使用范围非常广，能够将电路仿真及PCB设计有机整合到一起，提高仿真效果。
将仿真软件引入到电子测量教学中，能够突破传统教学抽象、枯燥教学方式，将教学内容以动画、图文等多媒体视听形式呈现出来，在轻松、愉悦的氛围中进行自主探究学习。电子测量技术试验需要设备投入非常大、且难度较大。如果引进仿真软件进行模拟操作，能够节省更多资源投入，且达到预期的教学目标，为师生交流提供良好的平台。总而言之，将仿真软件引入到实践教学中非常必要，不仅是教育教学现代化改革的需求，也是提高教学质量的有效手段。
二、仿真软件在电子测量教学中的运用
1.开展演示教学
在实践教学中，教师可以将仿真软件虚拟设备引入到课堂教学，帮助学生理解和消化理论知识。如果条件允许，可以配合电子白板进行师生互动，使得演示更加形象、具体，以此来调动学生学习热情。如在进行函数信号发生器相关内容教学中，可以借助虚拟设备进行仿真。经过仿真处理的信号发生器，图形更加逼真、形象，无论输入、还是输出端口都能够完全呈现出来。不仅如此，点击鼠标能够对设备进行操作，与真实的设备操作具有一致性。如选择输出波形、频率。在此基础上，教师组织并引导学生进行相关理论的讲解，然后操作控件，最后与真实的设备进行对比，以证明演示教学具有较强的说服力。
2.简化实验过程
众所周知，电子测量具有实践性特点，单纯依靠理论讲解远远不够，需要借助实践操作进行相应的补充，以此来达到预期的培养目标。以往试验教学中，教师需要搬运设备，不仅对设备性能产生诸多不良影响、缩短设备使用寿命，且使得演示操作过程繁琐、麻烦。对此，教师可以积极引入仿真软件，以此来简化实验过程。如利用示波器跟踪测量信号波形、测量电路等，在有限的时间内获得最佳教学效果。此外，教师还可以向学生介绍仿真软件操作方式和方法，使得学生进行独立的操作。
3.实现远程控制
现阶段，在实际教学中，我们不仅能够在智能设备中应用，还可以与计算机连接到一起实现远程控制目标。如在具体教学中，数字存储示波器作为一部重要的设备，对其进行讲解时，该设备自带STO实时监控软件，与计算机连接后，我们能够在电脑仿真界面上对设备进行针对性操作，如信号输入、探头衰减倍数的设置等。采取这种方式，能够对传统教学过程进行补偿，且能够帮助学生感受到对设备的真实性操作，增强学生对知识的体验，循序渐进地形成完善的理论知识体系。
4.加强课程设计
目前，社会对电子测量人才提出了更高要求，尤其是人才的实践能力。但现行教学活动中，往往侧重课程知识的讲解，实践课程相对较少，不利于学生创新意识及动手能力的培養。对此，基于仿真软件教学，我们将电子测量学与其他课程结合到一起，如模拟与数字电子的结合，设计出详细的虚拟电路图，然后进行波动监控、数值测量等相关知识的分析，计算并获取数据，为具体的安装、焊接等活动提供科学依据。上述过程，教师都可以引导并组织学生参与其中，给予学生更多自主权利，进行自主探究学习，跟随知识发展脉络开展实践学习。采取这种方式，既能够为学生提供动手机会，还能够培养学生实践综合能力。
不可否认，仿真软件对于电子测量教学具有促进作用，但从本质上来看，仿真软件的应用是一种教学辅助工具，不能够一味地使用，教师要注重虚实结合，兼具理论与实践，设置趣味性课堂，不断提高教学有效性。
三、结论
根据上文所述，仿真软件作为计算机技术发展的产物，是多学科共同作用下的结果，在提高教学质量、培养学生实践能力等方面占据非常重要的位置。因此在教学中，教师要加强对仿真软件的认识与分析，熟练掌握软件操作方式，并立足于电子测量教学内容，将仿真软件运用其中，构建趣味性课堂，调动学生积极性，优化课程设计、开展展示教学，深化学生对教学内容的理解，不断提高教学质量，从而促进电子测量教学持续开展，为社会培养更多专业人才。
参考文献：
[1]姜开永.仿真软件在电子测量学教学中的应用[J].科技信息，2013，（04）：264+266.
[2]董杰.仿真软件在电子技术教学中的实例分析[J].中国教育技术装备，2012，（24）：44-46.
[3]潘学文，赵全友，杨振南.Multisim仿真软件在电子技术实验教学中的应用及效果分析[J].湖南科技学院学报，2016，（05）：40-43.
[4]苏慧.Multisim电子仿真软件教学应用分析[J].计算机光盘软件与应用，2014，（07）：233-234.
电子电路仿真分析 篇4
电子类专业开设的电子技术课程是一门实践性很强的课程, 电子电路的设计与分析是其中必不可少的重要环节。在实践环节, 往往是学生在实验室根据给定的电路图, 选择元器件搭建实验电路。甚至部分实验使用实验箱现成的电路模块, 连接电路测量数据, 得出结论。在验证性实验中, 由于元件老化、损坏、参数误差、仪器仪表精度、经济条件等因素的影响, 往往得不到最佳的实验效果;在进行简单电子电路的设计焊接时, 往往直接根据电路图, 利用万能板进行焊接制成。这样存在的问题是容易造成元器件的浪费, 不利于电路的调试与测试。
随着计算机技术的发展, 逐渐将仿真软件引入电子电路的设计过程。这样可以将在实验室进行的内容放到Multisim的虚拟环境搭建电路, 仿真运行, 分析与调试;或者先仿真调试电路的正确性, 再进行焊接, 可大大节约成本, 提高效率。
EDA (电子设计自动化) 技术包括电子电路设计、计算机模拟仿真和电路分析、PCB (印制电路板) 自动化设计3个方面的内容[1]。Multisim软件是加拿大Interactive Image Technologie (简称IIT) 公司推出的从电路仿真设计到版图生成全过程的电子设计工作平台, 它是一套功能完善、操作界面友好, 方便使用的EDA工具。被美国NI公司收购后, 更名为NI Multisim。V11.0是其最新推出Multisim版本[2]。
Multisim软件可以测试和演示各种电子电路, 包括电工电路、模拟电路、数字电路等, 本文对模拟电子技术中的单管阻容耦合共射放大器设计仿真分析实例作一介绍。仿真结果表明, 仿真与理论分析和计算结果一致。该软件的使用给了学生一个宽松的电路实验环境, 使学生的思维在可发散处多向辐射, 使得学生创新思维生根发芽。
2 Multisim10功能与特点
Multisim, 是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟电路仿真软件。它可以虚拟设计测试和演示各种电子电路 (电工学、模拟电路、数字电路等) , 能够进行详细的电路分析功能, 以帮助设计人员分析电路的性能, 是电路设计中必不可少的软件。
本文仿真使用的版本为NI Multisim 10.0, 它的主要特点有:
(1) Multisim 10的元器件库提供数千种电路元器件供实验选用, 同时也可以新建或扩充已有的元器件库, 而且建库所需的元器件参数可以从生产厂商的产品使用手册中查到, 因此也很方便的在工程设计中使用。
(2) Multisim 10的虚拟测试仪器仪表种类齐全, 有一般实验用的通用仪器, 如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源;而且还有一般实验室少有或没有的仪器, 如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真仪、频谱分析仪和网络分析仪等。
(3) Multisim 10具有较为详细的电路分析功能, 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、电路的噪声分析和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等电路分析方法, 可以帮助设计人员分析电路的性能。
(4) Multisim 10可以设计、测试和演示各种电子电路, 包括电工学、模拟电路、数字电路、射频电路及微控制器和接口电路等。可以对被仿真的电路中的元器件设置各种故障, 如开路、短路和不同程度的漏电等, 从而观察不同故障情况下的电路工作状况。在进行仿真的同时, 软件还可以存储测试点的所有数据, 列出被仿真电路的所有元器件清单, 以及存储测试仪器的工作状态、显示波形和具体数据等。
(5) 利用Multisim 10可以实现计算机仿真设计与虚拟实验, 与传统的电子电路设计与实验方法相比, 具有如下特点:设计与实验可以同步进行, 可以边设计边实验, 修改调试方便;设计和实验用的元器件及测试仪器仪表齐全, 可以完成各种类型的电路设计与实验;可方便地对电路参数进行测试和分析;可直接打印输出实验数据、测试参数、曲线和电路原理图;实验中不消耗实际的元器件, 实验所需元器件的种类和数量不受限制, 实验成本低, 实验速度快, 效率高;设计和实验成功的电路可以直接在产品中使用。
3 单管阻容耦合共射放大器的设计与仿真实例
运行Multisim 10, 即会在仿真工作区内自动新建一个文件名为“Circuit 1”的空白电路文件, 在此文件的电路仿真工作区按照如图1所示放置元器件、布局、连线, 并存盘。在Multisim 10中测得, 小信号时三极管 (2N222A) 的VBE (on) =0.75V, 放大系数为220。
3.1 静态分析
静态工作点的分析可采用“参数估算法”、“直流工作点分析法”、“设置探针”等方法, 这里选用“直流工作点分析法”来做一介绍。
使用“仿真分析”的方法测量静态工作点。单击Multisim界面菜单“仿真/分析/直流工作点分析……”按钮。在弹出的对话框中选择待分析的电路节点, 单击“仿真”按钮进行直流工作点仿真分析, 如图2所示。点击“仿真”按钮, 即有分析结果 (待分析电路节点的电位) 显示在“分析结果图”中, 如图3所示。
依分析结果 (相当于“电路电压测量”中待测试点相对于参考点的电压降) , 有:
3.2 动态分析
在测量电路的电压放大倍数AU时, 选用的电路如图4所示。
用示波器分别测量输入、输出信号的波形如图5所示, 用游标读出输入和输出信号电压的峰值分别为Vipp=10.648mV Vopp=497.291mV, 则可得出单管共射极电路的电压放大倍数为
测量输入电阻Ro与输出电阻时, 可选取的方法有“串接电阻法”或“等效电路法”, 这里选用“等效电路法”来进行测量。
测量电路输入电阻Ri时, 在如图6所示的电路中, 从节点2向电路右边戴维南定理的总等效电阻即为其输入电阻。电路中在输入回路中接入电压表和电流表 (设置为交流AC) , 运行仿真开关, 读取电流表和电压表的读数, 得出在1KHz的频率下该电路的输入电阻为:Ri=Ui/Ii=10×10-33.088×10-6≈3.238KΩ。
测量电路输出电阻Ro时, 在如图7所示的电路中, 根据输出电阻的计算方法, 将负载开路, 信号源短路, 在输出回路中接入电压表和电流表 (设置为交流AC) , 运行仿真开关, 读取电流表和电压表的读数, 得出在1KHz的频率下该电路的输出电阻为:Ro=UoIo=1 0.510×10-3≈1.960KΩ。
4 总结
应用Multisim仿真软件可以方便、准确地搭建各种电子电路进行测试与仿真, 并且电路修改、调试方便, 仪器数据准确、波形显示清晰、准确, 实时性好。避免了传统实验室仪器老化、元器件参数等误差所导致的测试结果的不准确性, 从而节约了成本, 极大地提高了电子电路的设计效率和设计质量, 为设计者提供了方便。
本文应用Multisim10软件对单管共射放大器的电路搭建、静态及动态参数的测量及计算方法进行了阐述, 结果表明仿真与理论分析和计算结果一致, 突破了传统实验中硬件设备条件的限制, 大大提高了实验的效率和成本, 为后续Multisim10在电子电路设计中的应用打下了基础。
摘要：Multisim软件是一种原理电路设计、电路功能测试的虚拟电路仿真软件。本文介绍了Multisim10软件的功能与特点, 通过对单管阻容耦合共射放大器的实例分析, 验证了其在电子电路设计与仿真中所起的作用。
关键词：电子设计自动化 (EDA) ,Multisim,仿真
参考文献
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[6]卢艳红.基于Multisim10的电子电路设计、仿真与应用[M].北京:人民邮电出版社, 2009 (9)
电子电路仿真分析 篇5
一、活动背景：
为响应国家提高在校大学生科技创新能力的号召，遵循本校培养现代科技应用型人才的要求，同时提高同学们的学习兴趣和科技创新能力，电子爱好者协会特举办Proteus电子设计仿真大赛，进一步促进校园科技创新良好氛围。
二、活动目的及意义：
Proteus软件是英国Labcenter electronics公司出版的EDA工具软件。它不仅具有其它EDA工具软件的仿真功能，还能仿真单片机及外围器件。它是目前最好的仿真单片机及外围器件的工具。Proteus仿真软件预先设计大量的单片机应用实例，利用Proteus软件可以向我们演示单片机软硬件设计开发、调试的全过程，并观察硬件的工作和程序执行效果，使我们通过实例对单片机的工作原理、工作过程、工作效果有更多的了解，对提高同学们的的学习兴趣和学习积极性有非常大的帮助，此次我们举办Proteus电子设计仿真大赛，就是要同学们更好的了解电子设计，提高学习兴趣，开拓知识视野，加强动手能力，巩固学习成果。
三、活动名称：合肥学院首届Proteus电子设计仿真大赛
四、活动主题：崇尚实践创新热爱激情电子
五、活动对象：合肥学院全体在校学生
六、活动时间安排：
（1）4月5日--4月6日：比赛活动前期宣传，以及参赛队伍报名，一至三人一队。于7日晚8点公布比赛选题。
（2）4月8日—4月10日：比赛预赛为期三天，参赛队伍选好试题后，于9日晚9：00之前将纸质档以及电子档的项目设计报告交到电子爱好者协会。
（3）4月11--4月13日：协会工作人员整理参赛人员上交的设计报告，交与指导老师，评定定入围决赛者名单。
（4）4月14日： 电子爱好者协会工作人员通知入围选手进行上机实践运行，根据结果评选出一、二、三等奖。
七、活动地点：预赛选手自主选择地点完成，决赛由举办方指定上机教室。
八、活动形式：分预赛和决赛两轮；
预赛：协会在8#501实验室以及电子系网站电协专栏挂载比赛选题，选手自主选题，在指定时间提交项目设计报告。
决赛：协会通知入围选手在制定机房，根据报告上机实践测试，并安排专人监督。
九、活动具体流程：
（一）、前期准备
1、宣传工作
（1）制作一张Proteus电子设计仿真大赛宣传海报，两条宣传横幅，以及普通小幅海报5张，并安排委员在展板安置处值班，认真回答同学们的疑问，鼓励同学报名参加。
（2）将活动在系内网电协专栏宣传，并在协会微博上滚动挂载，扩大活动宣传力度。
2、报名工作
（1）在展板处直接报名。
（2）在电协8#501报名。
（二）、活动实施阶段
1、确定比赛试题
由协会内部人员选定并给出比赛选题，上交专业老师通过审核之后确定题目无误后公布题目。
2、交报告阶段
自公告贴出题目开始，三天后委员收报告，过期不候。
3、评比阶段
(1)预赛通过项目设计报告，择优选择十份入围报告
（2）决赛通知参赛队进行上机测试检验结果
4、评奖阶段
（1）评比结束之后，贴出获奖名单，设置一等奖一队，二等奖两队，三等奖三队。
（2）一星期后通知获奖人员到电协办公室领取获奖证书以及奖品。
（三）活动总结阶段
1、开一次活动成果报告会议，每位活动负责人写一份总结一下此次活动
取得的成果以及影响。
2、各负责人总结此次活动的优点以及活动中暴露的不足之处，并对不足
之处做出原因分析，以便下次活动的顺利开展。
3、关于此次活动写一份总结报告存档，作为以后活动的参考依据。
十、活动支持单位：合肥学院电子信息与电气工程系主办
合肥学院电子爱好者协会承办
十一、活动经费预算：
前期宣传：横幅两条，每条30元，共计60元；
海报5张，每张5元，共计25元；
PS海报，共计80元；
报名：报名信息统计表10张，每张0.2元，共计2元；
签字笔5支，每支1元，共计5元；
比赛后：获奖通知海报5张，每张2.5元，共计12.5元；
获奖证书6张，每张3.5元，共计21元；
奖品：一等奖2架可折叠台灯每架30元、二等奖4个
科学计算器每个20元、三等奖6个杯子每只
10元，共计200元；
总计：405.5元
十二、活动注意事项：
（一）参赛作品严禁抄袭，一经发现就取消参赛资格，做到绝对的公
开公平公正。
（二）比赛题目做好准备后要注意好保密性，以免出现问题。
（三）比赛宣传工作要到位，争取到大量的参赛者以提高获奖作品的质量。
（四）活动结束后做好活动总结，为下活动的成功开展提供经验。
合肥学院电子爱好者协会
电子电路仿真分析 篇6
【关键词】电子电路仿真技术 电子应用 发展方向
【中图分类号】G 【文献标识码】A
【文章编号】0450-9889（2016）10B-0090-02
随着我国科学技术的快速发展，各种各样电子产品的问世为我们的生活和工作带来了极大的便利条件，同时也使我国现代科技产业的经营和管理上升到了一个新的台阶。但是，很多电子产品的生命周期往往是比较短的，而且更新换代的周期很快，因此电子开发技术人员在开发新的电子产品时，使用新的开发技术也是当下的必选之路。电子电路仿真技术在电子应用开发中的作用是任何技术都无法替代的，它让电子应用开发的周期变得更短，对于电子应用的发展有着非常重要的作用和意义。
一、电子电路仿真技术分析
电子电路仿真技术是利用计算机程序设计的数字模拟和图形显示的方式对工作进行指引的，让电子电路的特性和功能发挥到最大作用。电子电路仿真技术能够真实地反映出电路的特性，给人们的生活和工作都带来了很大的便利，既提高了工作效率，又改善了人们的生活质量。
电子电路仿真技术通常是采用物理模拟和数字模拟两种方法，这两种方法都是通过一定的辅助电脑软件来进行的，不过目前还没有任何一款仿真软件和方法是可以全面地代替所有的试验的，因此在电子产品开发的过程中，要根据不同的产品功能来选择相对应的电子电路仿真方法和软件，只有这样，才可以提高对仿真结果的可信度，减少开发设计的时间和成本。其中最常用的，也是最具有代表性的仿真方法有两种，一种是忽略高频分量对系统影响所建模型为基础的仿真，这是系统级的仿真方法；另一种是尽可能考虑每个元器件的所有特性所建模型为基础的仿真，这是元器件级的仿真方法。
因为现阶段仿真软件的发展是非常迅速的，以往针对某一个方面的性能的仿真方法正趋于过时，所以要想办法弥补其不足，使其功能更为完善，更加强大。电子电路仿真技术未来的最大发展方向是，在电子产品发展的同一时间里进行编程，研制出的电路电器能够更广泛地被应用到各个领域。这主要是因为电子电路仿真技术具有以下优势：
（一）电子电路仿真技术实现的可能性更高
我国的科技水平日益提高，电子应用开发的研究也越来越成熟，集成电路的密度也逐渐明显。在电子应用开发中，设计人员开始具备芯片级系统的设计思路，这种思路能够集合所有的板块电路，将所有功能集中到同一水平上，可以大大提高电子产品的工作速度，具有非常高的可靠性。因此，电子电路仿真技术势必成为电路器件集成不可缺少的手段。
（二）电子电路仿真技术改变电子发展方向
电子产品的设计会涉及到很多实际性的问题，比如制作、调试、修改等，这些都是非常复杂而且要循环往复地进行的，其中的修改和调试过程是整个电子产品设计和出产的核心过程，非常重要，因为它们直接决定了该款电子产品的质量和寿命。目前很多企业的研发已经用电子电路仿真技术替代了传统的人工操作，实现了生产的全自动化。人们更据计算机的仿真效果进行实际设计，使用计算机进行试验和修改，保证了产品设计的合理性和完整性，工作效率更高。
（三）电子电路仿真技术使得电子产品的设计开发更为简洁高效
电子电路仿真技术可以模拟电子产品实际工作中遇到的各种环境变化，并及时对于产品的不足之处进行合理的改进和调整，使得产品更加完善。以往传统的人工进行的测试和修改过程中有些细节问题存在极大的安全隐患和不合理性，而且操作也十分复杂和困难。而电子电路仿真技术则可以很完美地做到这些，使得电子产品开发人员的工作更为简单，效率更高。
二、电子电路仿真技术的作用
（一）高效验证电子产品的功能是否正确合理
电子电路仿真技术使用电子系统能够快速准确的验证电子线路的合理性和正确性，避免了系统错误的出现，减少了繁复的后续验证工作，使设计水平得到了很大的提高，大大地缩短了电子产品的设计周期，节约了成本。
（二）优化电子产品的电力设计
电子器件具有很强的温度敏感性，环境温度的变化对于器件的工作有着非常大的影响。如果环境温度不适宜，不仅会降低产品的工作效率，而且还会影响电路的稳定性。电子电路仿真技术的应用则可以很好地解决这一难题。电子电路仿真技术可以在工作环境中分析温度变化的各种情况，并及时做出调整，确保器件能够在稳定的环境下工作，为设计人员设计出高质量的产品提供重要依据。
电子电路仿真技术可以分析出同一类型电子产品的各种不同参数之间的关系，计算出电子器件的最佳参数值。对于不同类型的电子产品的参数进行单一分析，从而提供具体的电力线路的参数值，提高电子产品的电力优化程度，使产品能够大量投入生产，获得最佳经济利益。
（三）对电路特性的虚拟测试
电子电路仿真技术可以模拟各种恶劣的工作环境，能够分析出不同环境中的最佳工作状态，从而确保电子电路能够在极限的范围内正常运行，提高电子器件的工作质量，保障电子电路在极限状态以内工作。电子电路仿真技术对于实际电路的设计和研究开发起着主导作用，它对于设计开发工作的顺利进行起着非常重要的作用，为电子产品的电力设计提供关键性的依据，保证电路的经济性和可靠性。
（四）促进电子集成电路的发展
随着电子产品不断地更新换代，现在有很多人已经开始把传统的电路中的电子功能集合到电子芯片上，从而使得电子产品的可靠性和稳定性有了很大的提高。电子电路仿真技术的应用极大地促进了这种芯片的形成和出现。电子电路仿真技术能够根据实际试验芯片能否发挥最大的作用，如果出现问题，也可以及时根据其反映出来的状况进行修改和调试，提高了电子产品电力设计的准确性，大大加快了电子集成电路研发的进程。
（五）帮助电子产品开发人员发展新的开发方式
在多数的电子产品的实际开发过程中，开发人员更注重的是实际操作，因为开发一个新的电子产品的过程是非常繁杂的。每一个细节或者功能都要经过很多次的不断改进制作和设计，完成以后还要不断地进行试验、修改、再试验等过程，若这些细节过程中出现任何一个小小的错误，就会导致该电子产品的性能出现问题，使其实际使用寿命变短。由此可见，电子电路仿真技术在电子应用开发中的作用是非常重要的，它在调试和修改这两个过程中会非常有效的进行工作，提高工作效率，减少人为错误的出现。电子电路仿真技术相比于传统的人为操作而言，具有非常明显和非常大的优势，它可以大大地提高调试和修改的准确度。电子产品更新换代的非常快，所以，开发人员也应与时俱进，用全新的技术和方式来开发创新电子产品。
三、电子电路仿真技术的发展趋势
电子电路仿真技术是计算机发展的一个很小的板块，经过不断的完善，不断的革新，进一步促进电子应用开发的日益创新和发展。电子电路仿真技术不仅可以应用于硬件系统，而且还可以控制CPU数字系统，从而使得电子产品的程序设计更加合理。人们对于科技追求的步伐一直往前迈进，电子电路仿真技术也是在不断的更新和完善，相信未来在很短的时间内，电子电路仿真技术也会跟上日新月异的电子产品的步伐，从而促进社会的进一步发展。
电子应用开发是较大规模的集成电路器件广泛应用、硬件描述语言的实际使用、电子电路仿真技术的应用和电子产品生产社会化等的协作生产方式的统一。而电子电路仿真技术的应用对这些都有着非常重大的意义和影响，电子应用开发的方式和发展均是围绕如何给应用开发者提供更为简洁有效的设计手段、更为可靠高效的电子器件和更为快捷的产品而发展的。就着这个目标努力，相信今后的发展会更为完善，开发工具和手段也会越来越高效，电子产品的设计和生产周期也将会越来越短。
电子电路仿真技术在电子应用开发中起到了很大的促进作用和很重要的核心帮助。对于电子应用的开发有着非常重要的实际意义，能够让电子产品研发人员更快的找到研究方向和改进方法。从目前的电子电路仿真技术角度来说，这项技术还是有很大的发展空间的，并且将来会在电子应用开发中有着更为广泛的使用和更为重要的实际生产意义。因此现阶段还是需要更大力度的推广和发展电子电路仿真技术，让更多的电子产品设计开发人员享受到这项技术的有利成效，开发出更多的创新的电子产品，更好地为人们的生活和工作服务。
【参考文献】
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[2]陈喆，高春旺，张钧赫.电子电路仿真技术在电子应用开发中的作用[J].黑龙江科技信息，2015（23）
三种电子信息仿真模型的分析 篇7
关键词：仿真模型,建模,验证,设计表
1 模型的分析
函数1: 选自Lin, Zhang, and Thibault.
自变量的范围为x1: [0. 1, 10], , x3: [0, 1]。
图1. 1 和1. 2 分别是y与 ( x1, x2) ; y与 ( x1, x3) 的三维图和等高线图。我们可以发现对数函数ln ( x1) 起主要作用, 零变化浮动较大, 同时sin ( x2) 在 ( 0, 1) 区间上比ex3显示的作用平滑。图1. 3 表示y与 ( x2, x3) 的三维图和等高线图, 我们可以看出整个区域较为平滑, 主要因为e- x3与ex3的作用相互中和。
函数2 选自Fang, Wang, and Bentler
自变量的范围为x1: [- 10, 7], x2: [- 6, 7]。为了更好的观察函数效果, 我们不妨取- Y的三维图用来观察, 我们可以从图1. 4 看出这个仿真模型是一个三峰函数, 但也同时可以看出这个模型想找到一个近似模型在空间来拟合是一个十分困难的问题。
函数3 选自Schittkowski ( 1987)
自变量的范围为xi: [- 2, 2] , i =1, 2, 3, 4。图1. 5 的 ( a) 、 ( b) 、 ( c) 分别是y与 ( x1, x2) 、 ( x2, x3) 、 ( x3, x4) 的三维图和等高线图, 可以看出此模型在整个矩形上比较平滑, 只是在零附近有平滑的波动。
2 结语
近年来, 社会的发展与科学的进步, 使计算机试验得到越来越广泛的应用。计算机试验中设计与建模有很多种方法, 本文选择多项式模型和Kriging模型两种建模方法来做进一步的比较, 我们探讨了四种函数, 这些函数各有其特点, 对于这四种函数我们选择了OD, UD, LHD三种典型的试验设计用来比较, 通过本文的研究, 我们可以推断, 大多数情形下, 都是Kriging模型得到的结果较为理想, 所以, 我们以后在电子仿真试验的过程中, 特别是对于特殊并且复杂的多峰函数, 我们可以尽量更多的采用Kriging方法。相信本文的研究不仅适用于所选的三个模型, 也具有一定的普遍意义和参考价值!
参考文献
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电子电路仿真分析 篇8
buck电路,又称降压转换电路是DC-DC转换电路的一种。在开关电源领域占有非常重要的地位。长期以来广泛应用于各种电源设备的降压设计中。传统的资料中仅仅给出电路在理想条件下的分析,而且分析过程比较烦琐,不利于读者理解电路的整个工作过程和降压原理。采用PSPICE软件进行仿真,直观、详细的描述了buck电路由启动到达稳态的工作过程,便于读者真正掌握buck电路的工作原理。其电路结构如下图1所示:
1 buck电路的工作过程
当SW1开关闭合时,直流电源VIN通过电感L1向负载RL供电,同时给C1冲电,I(L1)线性增长,此时二极管D1处于截止状态。当SW1开关断开时,二极管D1导通,I(L1)经L1、RL、D1构成的回路流通,I(L1)线性减小。通过SW1的通断重复操作,最终电路达到一个稳定状态。有了以上部件,我们怎么精确控制输出电压呢?我们通过脉冲信号源即图中的VCTRL来驱动SW1。
2 PSPICE仿真分析
应用PSPICE软件对BUCK电路建模,其中SW1采用N沟道的MOS管作为开关管,VCTRL为(V1=0,V2=5V,TD=0us,TR=0.01us,TF=0.01us,PW=5us,PER=20us)的脉冲信号源。C1=25u F,L1=50u H,vin=20V,RL=5Ω。仿真文件如下所列:
2.1 瞬态分析
0~5us,当脉冲信号源VCTRL的输出电压为5V时,MOS开关管SW1导通,二级管截止,节点2的电压为20V,此时流经L1的电流逐渐增大,电源电压同时给C1进行充电。
5~20us,此时脉冲信号源VCTRL的输出电压为0V,MOS开关管SW1截止,二级管导通,节点2的电压变为0V,L1作为电源供电,此时流经L1的电流逐渐减小。波形如图2所示。
电路在0~20us时段之间的工作过程为buck电路的一个工作周期,此后电路重复上述过程继续工作。
2.2 电路稳定过程分析
观察图3中电感的功率波形可以看出,W(L1)为正表示电感吸收能量,为负表示电感释放能量,波形曲线与时间轴所围面积即是相应时间内电感传递能量的大小。不难看出电感工作的前几个周期,电感储存的能量大于释放的能量。随着电路的工作,每个周期电感L1提供的负功率越来越大,直到电感吸收的能量等于其释放的能量,此时电感进入稳定工作状态。电容到达稳定状态的过程和电感类似。
2.3 电路稳态分析
从图4中可以看出,输出电压V(3)在200us趋于稳定,电路进入稳态。从此刻开始,电感、电容均以进入稳定工作状态,每个工作周期,电感吸收的能量等于释放的能量,电容充电能量等于放电能量,电感、电容不再吸收能量而成为能量传递的工具。
结束语
PSPICE是当今世界最流行的电路分析软件之一,其仿真结果非常接近实际。采用PSPICE仿真软件,对Buck电路的工作过程进行了详细的分析,并从能量角度分析了电感、电容等储能元件的工作过程,给出了直观易懂的仿真图形,对深入理解Buck电路有极大的促进作用。
摘要：Buck电路的工作过程包括电路启动时的瞬态工作过程和稳态工作过程。PSpice是一款功能强大的电路仿真软件,可对各种模拟和数字电路进行仿真,仿真结果十分接近电路的真实状态。应用PSpice对Buck电路的全部工作过程进行了仿真,对电路中储能元件的各种工作状态进行了分析,并从能量传递角度阐述了电路状态转换的本质原因,加深了对Buck电路全部工作状态的理解。
关键词：瞬态,稳态,PSPICE,BUCK,仿真
参考文献
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[5]高文焕,汪惠.模拟电路的计算机分析与设计-Pspice程序应用[M].北京:清华大学出版社,1999.
RLC二阶串联电路的分析与仿真 篇9
文中以RLC二阶串联电路为例,介绍Multisim10在电路基础实验教学中的应用。
1 Multisim10的仿真应用
1.1 原理图的创建
启动Multisim10,创建如图1所示的RLC二阶串联电路。电路的特征方程为
LCs2+rCs+1=0
特征根为
电路的衰减因子
1.2 4种状态响应曲线的仿真
图1所示电路中,通过改变电阻R的值使电路处于不同的工作状态。用函数信号发生器产生方波以激励RLC串联电路,如对应方波的前半周是零状态响应,那么后半周则是零输入响应。为了能完整地观察到响应曲线,在选择方波周期时,应当满足下列条件:
(1) 当过阻尼,即
(2) 当欠阻尼,即
(3) 当
(4) 当R=0时,对应的是等幅振荡情况。
使电阻R分别等于6 kΩ,4 kΩ,500 Ω,0 Ω,适当调整方波的周期和幅值,观察到过阻尼、临界阻尼、欠阻尼、等幅振荡4种情况下的响应曲线,如图2所示[2]。
1.3 零极点分析
零极点是系统本身的特性,与外施激励无关。现分别讨论R=6 kΩ,R=4 kΩ,R=500 Ω,R=0时二阶RLC串联电路的零极点。启动Simulation/Analysis/Pole Zero命令,在出现的对话框中进行相应的设置,从仿真结果中看到4种情况下的零极点分布。零极点的分布情况不同,对应的时域响应模式也不同。当极点为负实部时,系统处于稳定状态,这与前面观察的结果一致。
1.4 观察3种状态的状态轨迹
为了观测二阶电路的状态轨迹[3],建立如图3所示电路。图中,函数发生器输出方波信号幅值为2 V,频率为1 kHz。将电容两端电压送入示波器的A端子,电感电流送入示波器的B端子,原理与显示李萨育图形一样。取样电阻R1的作用是将电感电流转变为成正比的电压量。由于电阻R1的引进,电容电压值比实际值大,但由于电容的阻抗,所以电阻R1带来的影响可以忽略不计。改变R值,便可以观察到振荡与非振荡情况下的状态轨迹。图4分别是R=6 kΩ,1 kΩ,0 Ω时,这3种情况下,观察到过阻尼、欠阻尼、等幅振荡的状态轨迹。
1.5 研究在冲激等多种信号激励下的过渡过程
当脉宽Δ比电路的时间常数小很多时,可以用脉宽很窄的脉冲来近似代替理想的冲激信号。图1所示的电路中,函数信号发生器的产生频率为1 kHz,幅值为2 V,占空比为2%的方波信号,当R分别等于6 kΩ,2.5 kΩ,500 Ω时的冲激响应,如图5所示。同理,可以观测RLC串联电路在不同电路状态时的阶跃响应。
1.6 测试电路频率特性
1.6.1 用波特图仪测试幅频特性和相频特性[4]
电路窗口创建如图6(a)所示的电路。函数信号发生器设置为正弦激励,当R=4 kΩ时,测得的幅相特性曲线如图6(b)所示。用光标拖动波特图仪面板上的红色指针,可测得谐振频率为8.066 kHz,多次点击面板上的箭头按钮,读出约-3 dB时所对应的两个频率fH,fL分别为19 055 Hz和32 Hz,由此计算串联谐振电路的带宽BW=19 055-3 211=15 844 Hz,品质因数
理论计算的结果
非常接近。电路发生谐振时,电容和电感上电压大小相等,相位相反,因此相互抵消,信号源电压全部加到电阻R上,电阻R上的电压最大。通过示波器观察信号源的波形和电阻的波形,二者完全一致,说明此时电路发生了谐振。改变电源频率,则电阻R上的电压降低,说明没有发生谐振,电感和电容未相互抵消,并分得部分信号源电压,因此电阻R上的电压降低了。
1.6.2用参数扫描分析法测试幅/相特性[5]
从原理分析中可知,电阻R对电路的谐振频率不产生影响,但会影响电路的品质因数,从而影响频率特性曲线的平坦度即电路的选择性。因此,谐振电路中的Q值(Q=f0/Δf)随R的变化而变化,利用交流扫描分析法对此现象进行观察和分析。选择Simulation/Analysis/Parameter Sweep…,在打开的对话框中选择Output variables选项卡并将$3设为输出节点,在Analysis Parameter选项卡里分别选择和设置各项,其中在Values栏里键入R=6 kΩ,4 kΩ,500 Ω,仿真结果如图7所示。
利用相频特性可以方便地确定电路的性质。当f<f0时,相频特性相角为正,表明电流超前于电压,RLC串联电路表现为容性;当f>f0时,相频特性相角为负,表明电流滞后于电压,RLC串联电路表现为感性;当f=f0时,相频特性相角为零,表明电流同相电压,RLC串联电路表现为纯电阻性。
1.6.3 傅里叶分析
在图1所示的电路中可以用傅里叶分析法查看其他谐波的幅频响应情况[6]。单击Simulation/Analysis/Fourier Analysis,在傅里叶分析对话框将$3节点设置为输出节点,在Analysis Parameters选项卡中,将Frequency Resolution(Foundamental)项根据波特图仪的仿真结果设置为7 958 Hz,即为谐振频率,并将交流激励频率也设置为7 958 Hz。单击Simulation铵钮,得到仿真结果如图8所示。从仿真结果中可以看到电路的选频作用及其他高次谐波的幅频响应。
3 结束语
通过对RLC二阶串联电路的仿真分析,使学生通过实验的方法观察到不同电路条件下的响应曲线、状态轨迹、零极点的分布情况,掌握电路参数对电路性能的影响;进一步理解谐振频率、品质因数、衰减因子、时间常数等物理量的意义及测量方法;领会Multisim10中多种多样的电路分析方法。教师还可以,让学生计算电路参数,进行电路设计,还可以设置故障,让学生排除。采用Multisim10开发电路实验,可以拓宽学生的思路,从验证性实验的传统思维过渡到对电路的分析、故障的排除和电路的设计,不受时间和空间的限制,仿真结果准确,图像精彩。
Multisim10仿真软件虽然功能强大,但不是有了Multisim,一切问题就迎刃而解。Multisim应用于电路仿真,有些使用技巧仍需要摸索,而且培养学生的实际操作能力是无法用仿真软件来获得的,因此它并不能代替传统的实验方法,只有将传统实验与仿真实验相结合,充分发挥现代化的教育方式,才能更好地为实验教学服务,有利于培养应用型人才。
参考文献
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高速电路中过孔的仿真分析 篇10
关键词：寄生效应,过孔,高速电路
0引言
在现今的高速电路系统设计中, 随着系统频率和布线密度的不断提高, 进而产生一系列的电路设计问题, 如信号完整性、电源完整性等。在信号完整性问题中, 反射现象是一个很普遍的问题, 造成反射的一个重要因素就是接插件或信号线的过孔。本文将对高速电路设计中的过孔效应进行一定的研究, 并通过仿真分析来提出一些设计过孔应注意的事项。
1过孔的概念
过孔 (via) 是PCB的重要组成部分之一, 钻孔的费用通常占PCB制板费用的30%到40%, 因此, 过孔的设计对PCB整个设计来说显得十分重要。简言之, PCB上的每一个孔都可以称为过孔。从作用上看, 过孔可以分成两类:①用作各层间的电气连接;②用作器件的固定或定位。如果从工艺过程来说, 这些过孔一般又分为3类, 即盲孔 (blind via) 、埋孔 (buried via) 和通孔 (through via) 。盲孔位于印刷线路板的顶层或底层表面, 具有一定的深度, 用于表层线路和下面的内层线路的连接, 孔的深度通常不超过一定的比率 (孔径) 。埋孔是指位于印刷线路板内层的连接孔, 它不会延伸到线路板的表面。上述两类孔都位于 线路板的内层, 层压前利用通孔成形工艺完成, 在过孔形成过程中可能还会重叠做好几个内层。穿过整个线路板的孔称为通孔, 可用于实现内部互连或作为元件的安装定位孔。由于通孔在工艺上易于实现, 成本低, 所以绝大部分电路板均使用它。以下所说的过孔, 均作为通孔考虑[1]。
从设计的角度来看, 一个过孔主要由2部分组成, 即中间的钻孔 (drill hole) 和钻孔周围的焊盘区, 这两部分的尺寸大小决定了过孔的大小。很显然, 在高速高密度的PCB设计时, 设计者总是希望过孔越小越好, 这样板上可以留有更多的布线空间, 此外, 过孔越小, 其自身的寄生电容也越小, 更适合用于高速电路。但孔尺寸减小的同时带来了成本的增加, 而且过孔的尺寸也不可能无限制地减小, 它受到钻孔和电镀等工艺技术的限制, 孔越小, 钻孔需花费的时间越长, 也越容易偏离中心位置;当孔的深度超过钻孔直径的6倍时, 就无法保证孔壁能均匀镀铜。比如, 现在正常的一块6层PCB板的厚度 (通孔深度) 为50 mil左右, 所以PCB厂家能提供的钻孔直径最小只能达到8 mil。
2过孔的寄生效应
过孔在传输线上表现为阻抗不连续的断点, 会造成信号的反射。一般过孔的等效阻抗比传输线低12%左右, 如50 Ω的传输线在经过过孔时阻抗会减小6 Ω (具体和过孔的尺寸、板厚也有关, 不是绝对减小) 。但过孔因为阻抗不连续而造成的反射其实是微乎其微的, 其反射系数仅为-0.06, 过孔产生的问题更多地集中于寄生电容和电感的影响。图1是过孔的等效电路[2]。
影响电路的因素主要包含过孔焊盘 (Via pad) 和金属柱 (Via barrel) 。
2.1 寄生电容
设计的电路都存在着大量的过孔, 因此过孔产生的寄生电容对电路造成的影响是不可忽视的, 其造成的主要影响是延长了信号的上升时间, 降低了电路的速度。过孔本身存在着对地的寄生电容, 如果已知过孔在铺地层上的隔离孔直径为D2, 过孔焊盘的直径为D1, PCB板的厚度为T, 板基材介电常数为Er, 则过孔的寄生电容C近似为:
undefined。 (1)
根据寄生电容的近似公式, 对于一块厚度为60 mil的PCB电路板来说, 如果过孔内径为10 mil, 焊盘直径为22 mil, 焊盘与地层的隔离孔直径为32 mil, 而板基材介电常数一般在3.9～4.7, 这里取4.4, 其产生的寄生电容大约是0.819 pF。在信号的上升时间里, 过孔将会延长上升时间 (一般取10%～90%) 大约为:
T10%～90%=2.2C (Z0/2) 。
其中:Z0为传输线电阻。对于电阻为50 Ω的传输线, 代入已知参数, 计算得T10%～90%=45.045 ps。
由此可见, 电路板上一个过孔的部分寄生电容引起的上升时间变化量为45.045 ps, 这对于上百兆赫兹的高速电路来说只是个较小的时间间隔, 但对千兆赫兹的电路来说就是个不小的时间了。
而且如果在走线中多次使用过孔进行层间转换, 那么即使对几百兆赫兹的电路的影响也要引起重视。从式 (1) 可以看出:对于频率较高的电路, 为了减小过孔产生的寄生电容, 就要尽量采用介电常数较小、板材厚度小的电路板;而对于已经确定的板基材中, 还可以缩小过孔焊盘的直径, 以此来增加焊盘与地层的隔离孔直径。对上例来说, 其他条件不变, 现在取焊盘的直径为15 mil, 其产生的寄生电容就为0.328 pF, 减小为不到原来的一半。
2.2 寄生电感
在高速电路中, 过孔的寄生电感比寄生电容产生的危害更大, 因此, 过孔的寄生电感会比寄生电容更重要。每个过孔都会有串联的寄生电感, 其主要影响就是它会削弱旁路电容的作用, 严重影响整个电源系统的滤波效果。下面的公式常用于近似计算过孔的寄生电感L:
undefined。 (2)
其中:h为过孔的长度;d为中心钻孔的直径。
从式 (2) 可以看出:过孔的中心钻孔直径对电感的影响较小, 但过孔的长度就能较大地影响其电感值。再选用上面的例子, 将相关参数代入式 (2) 可以算出过孔的电感为1.273 nH。如果信号的上升时间是1 ns, 那么其等效阻抗大小为2.5 Ω, 这样的阻抗在高速电路中是不能被忽略的。尤其要注意的是:电源系统的旁路电容在连接各种信号层的时候需要通过两个过孔, 因此其产生的寄生电感就会成倍增加。
在讨论过孔的寄生电容时, 板基材的厚度会影响寄生电容的大小, 而在寄生电感中亦是一样。因此, 减小电路板的厚度, 过孔产生的寄生效应都会相应减小, 同时也需要考虑其他因素的影响。
3过孔效应的仿真
高速电路的设计比起一般电路设计会多一些诸如传输线、过孔的反射、串扰等问题, 因此本文通过对电压或电流的仿真来减小信号的误差, 以便能够得到更为理想的输出信号。图2左侧为高速电路中典型的时钟电路在HyperLynx软件中的模型电路[3], 这时示波器的仿真输出见图3。
在图2左侧这个电路中没有考虑过孔对电路信号的影响。按照上面例子给出的条件算出过孔寄生电容和寄生电感的值, 现重新给出带有过孔效应的时钟电路模型, 见图2。
然后再给出示波器仿真波形, 见图4。
从图3和图4仿真结果可以明显看出UA2表现出明显的变化, 其电压范围值虽然没有变化 (在0 V～3 V之间) , 但其变化过程就只有一个峰值。一个过孔效应就能有如此的变化, 而一般至少带有2个或4个以上的过孔, 其产生的变化就更不能保持原有信号的完整性。因此减弱和减小过孔对于高速电路设计来说依然显得至关重要。
4结论
在高速PCB设计中, 看似简单的过孔往往也会给电路的设计带来很大的负面效应。为了减小过孔的寄生效应带来的不利影响, 在设计中应尽量做到:①从成本和信号质量两方面考虑选择过孔大小, 对于电源或地线的过孔则可以考虑使用较大尺寸, 以减小阻抗;②使用较薄的PCB板有利于减小过孔的两种寄生参数;③PCB板上的信号走线尽量不换层;④电源和地的管脚要就近打过孔, 过孔和管脚之间的引线越短越好, 同时电源和地的引线要尽可能粗, 以减少阻抗。
前面讨论的过孔模型是每层均有焊盘的情况, 有时可以将某些层的焊盘减小甚至去掉。特别是在过孔密度非常大的情况下, 可能会导致在铺铜层形成一个隔断回路的断槽, 解决这样的问题除了移动过孔的位置, 还可以考虑将过孔在该铺铜层的焊盘尺寸减小。
参考文献
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[2]张格子, 金丽花.高速差分过孔的仿真分析[J].信息技术, 2007 (5) :99-101.
电子电路仿真分析 篇11
摘要：电力电子技术课程是实用性很强的一门课程，但是在教学中对于理论性比较强的内容，学生学习理解起来就有一定的难道，本文以SPWM单相逆变电路为例，采用MATLAB/SIMULINK强大的仿真功能进行建模仿真，使教学过程更直观，仿真结果和理论分析结果的一致，验证了基于MATLAB的电力电子系统建模和仿真的有效性和实用性。
关键词：仿真教学电力电子技术 SPWM 逆变电路
【分类号】TM464
一、引言
电力电子技术综合了电子电路、电机拖动、计算机控制等多学科知识，是实践性和应用性很强的一门课程。自身的开关非线性是电力电子器件的特点，也给在分析电力电子电路的过程中带来了一定的复杂性和困难，一般都是采用波形分析的方法来研究。仿真技术为电力电子电路的分析提供了崭新的方法，以SPWM单相逆变电路为例，研究采用MATLAB/SIMULINK仿真教学。
二、逆变技术概述
逆变技术（DC/AC）是电力电子技术的重要组成部分，是在电力电子技术中最主要、最核心的技术，广泛应用于不间断电源（UPS）、各种逆变电源、变频电源、开关电源、交流稳压电源、光伏逆变、交流电机调速、电动汽车、电气火车等场合。逆变器的主电路结构形式多种多样，大容量正弦波输出的逆变电源因其电压电流一般都比较大，因此多采用IGBT作为它的开关器件，IGBT是自关断器件，用它做开关元件构成的SPWM逆变器，可使装置的体积小，斩波频率高，控制灵活、调节性能好、成本低。
三、正弦脉宽调制（SPWM）技术
SPWM逆變器，简单的说，是控制逆变器开关器件的通断顺序和时间规律，使变换器输出获得等幅、宽度可调的矩形波。在实际应用中，人们常采用正弦波和三角波相交点得到一组等幅矩形脉冲，其宽度按正弦规律变化，再用这组矩形脉冲作为逆变器各开关器件的控制信号，则在变换器输出端可以获得一组矩形脉冲，其幅值为逆变器直流侧电压，而脉冲宽度按正弦规律变化和正弦波等效。SPWM主要有以下优点：
1.由逆变器统一完成调频、调压，可以简化主电路和控制电路的结构，使装置体积小、重量轻、造价低、可靠性高。
2.直流电压可由二极管整流得到，交流电网的输入功率因数与逆变器输出电压大小和频率无关，接近于1。
3.输出频率和电压都在逆变器内控制和调节，调节速度快，并且可使调节过程中频率和电压相配合，以获得好的动态性能。
4.输出电压接近正弦波，可以减少谐波分量。
四、逆变器电路设计
逆变器采用单相桥式电压型逆变电路，负载为感性负载，给定为正弦波ur为调制波，载波uc为三角波，在正弦波的正半周期，三角波为正极性，在正弦波的负半周期，三角波为负极性，三角波ur与三角波uc的交点时刻控制各开关器件的通断。G1～G4为T1～T4的驱动信号，工作时，通过对T1～T4管的合理通断切换，使逆变电路输出电压为交变电压，其中T1、T2的通断状态互补，T3、T4的通断状态互补，采用单极性SPWM的调制方式，其具体控制电路如图1所示：
在ur的正半周，T1保持导通，即当ur>uc时，使T4导通，输出电压Uo=Ud，当ur
五、SIMULINK工具介绍
SIMULINK是Mathworks公司开发的MATLAB仿真工具之一，其主要功能是实现动态系统建模﹑仿真与分析，SIMULINK提供了大量的功能模块以方便用户快速地建立系统模型。建模时只需要使用鼠标拖动库中的功能模块并将它们连接起来，使用者可以通过将模块组成字子系统来建立多级模型，仿真结果可以在运行的同时通过示波器或图形窗口显示。
六、电路建模仿真
1.电路搭建
利用MATLAB的SIMULINK对电路进行建模，电路模型图2所示：
2.参数设置
直流电压参数设置：直流电压为100V；
电阻的参数设置：电阻R1=1000Ω，R2=20Ω。
IGBT的参数设置：电阻为0.001，电感为le-6，正向电压为1。
3.子系统的创建：子系统是完成一定功能或运算的若干个模块的组合，创建一个子系统必须首先明确子系统的功能、输入和输出参数。
（1）IGBT驱动信号子系统创建：双击上图中SubSystem模块，弹出一个子系统窗口，在该窗口内编辑IGBT驱动信号的SIMULINK模型，如下图3所示：
Pulse的参数设置：周期0.1S，振幅1V，脉冲宽度50%。
（2）SPWM控制器子系统创建：双击上图中的SPWM模块，在子系统窗口内编辑SPWM发生电路控制器的SIMULINK模型，为了实现单极性控制方式选用了一个关系运算模块以实现与门输出，如下图4所示：
三角波的参数设置：时间值为【-0.3 0.3】，输出值为【-2 2】
正弦波的参数设置：振幅为0.5，其他参数选择默认。
4.仿真结果
设置好各模块参数后，单击工具栏“Simulation”菜单下的“Start”命令进行仿真，双击示波器模块，得到仿真结果如下图5所示：
七、结束语
我们在电力电子技术课程的教学中引入了仿真，对于加深学生对这门课程的理解起到了良好的作用。掌握了仿真的方法，学生的想法可以通过仿真来验证，对培养学生的创新能力很有意义，并且可以调动学生的积极性。实验实训是本课程的重要组成部分，学校的实验实训条件毕竟是有限的，也受到学时的限制。而仿真实训不受时间、空间和物质条件的限制，学生可以在课外自行上机。仿真在促进教学改革、加强学生能力培养方面起到了积极的推动作用。
八、参考文献
[1]. 李传琦.电力电子技术计算机仿真实验[M].电子工业出版社，北京，2006年2月
[2]. 王云亮.电力电子技术[M].电子工业出版社，北京，2004年8月
[3]. 李雅轩.电力电子技术[M].中国电力出版社，北京，2007年3月
[4].王兆安，黄俊.电力电子技术（第4版）[M].机械工业出版社，2000
电子电路仿真分析 篇12
一、Multisim软件介绍
Multisim软件是加拿大IIT (Interactive Image Technologies) 公司推出的用于电子电路仿真的代表性的软件。它克服了传统电子产品的设计方案受实验室客观条件限制的局限性, 用计算机仿真虚拟元件, 搭建电路, 用虚拟仪表完成各种参数和性能指标的测试。因此, 该软件是一种紧密集成的解决方案, 利用这个软件可以有效的完成电子工程项目从最初的概念建模到最后的成品的全过程。Multisim软件具有如下特点:
1.拥有庞大的元件库
能够仿真电阻、电容、三极管、集成电路等上万种常用的电子元件, 并且允许用户使用其提供的编辑器自行开发元件模型。与此同时, IIT公司会通过网络不定期地提供元件模型的扩充和更新服务。
2.Multisim软件界面直观, 操作简单, 易学易用
该软件在计算机屏幕上模拟实验室的工作台, 用屏幕抓取的方式选用元器件、创建电路以及连接测试仪器。因此, 简明、直观的操作界面使得实验者能尽快上手, 从而把主要的精力投入到具体电路的仿真分析中去。
3.具有强大的电路分析仿真功能
该软件具有电工电路、数字电路、模拟电路以及数/模混合电路及部分微机接口电路的仿真功能, 并且可以完成电路的瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件的线性和非线性分析、电路的噪声和失真分析、离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析等, 以帮助设计人员全面分析电路的性能。
4.提供齐全的虚拟仪器
该软件可以仿真一般实验配备的通用仪器, 如万用表、信号发生器、双通道示波器、直流电源, 还有一般实验室少有或没有配置的仪器, 如波特图示仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器、失真度测量仪、频谱分析仪和网络分析仪等, 因此, 该软件的使用可以大大减少实验室经费投入。
正是由于具有以上这些特点, Multisim软件在国内外电工电子学的课程教学和工业设计中得到越来越广泛的应用。
二、并联谐振电路的理论分析
1.理想元件并联谐振电路理论分析
如果不考虑元件的损耗时, 理想元件并联谐振电路如图1所示。在正弦电压的作用下, 采用相量法进行分析, 电路的导纳Y为:
当电路发生谐振时:
由式 (1) 、 (2) 可得谐振时角频率ω0和频率f0为:
在谐振角频率ω0 (或频率f0) 时, 电路的导纳Y最小, 电路呈纯电阻特性, 端电压达到最大值。
为了更好的研究电路谐振时的特性, 我们引入一个物理量Q, 称之为谐振电路的品质因数, 定义为:
式中w0——谐振时电路存储的能量,
wR0——谐振时电路在1个周期内消耗的能量,
根据式 (3) , 可以推导得到理想元件并联谐振电路的品质因数Q计算公式如下:
图1所示电路中R=20Ω, L=100μH, C=1m F, 于是有
2.考虑元件损耗的并联谐振电路理论分析
如果考虑元件的损耗, 一般情况下考虑电感的损耗, 电容损耗忽略不计, 则电路如图2所示。在此情况下, 上节推导的公式在此均不再适用。
因此, 本文将首先得到推导元件损耗的并联谐振电路的等效电路, 结构如图1所示, 然后方可使用理想元件并联谐振电路的计算公式, 进而分析谐振频率和品质因数。该方法思路清晰, 简便实用, 同时便于计算复杂电路的品质因数。
基于上述分析过程, 采用相量法进行分析, 图2的等效电路导纳Yeq为:
式中:
根据理想元件并联电路发生谐振时的条件, 可推导出谐振时角频率ω0和频率f0为:
同样, 在谐振角频率ω0 (或频率f0) 时, 电路的导纳最小, 电路呈纯电阻特性, 端电压达到最大值。
考虑元件损耗时, 根据品质因数的定义, 结合等效电路导纳Ye q, 可以推导得到谐振电路的品质因数Q为
图2所示电路中, R=20Ω, L=100μH, C=1mF, r=0.1Ω, 于是有
三、实例仿真分析
为了验证上节的理论分析, 本文采用Multisim软件进行如下实例仿真。
1.首先在Multisim中画出如图1、图2所示的电路, 保持输入交流正弦电流源有效值的为1A不变, 改变电流源的频率, 并使用交流电压表测量出电容两端的电压, 将测试结果记录在表1中。
2.假设垂直和水平为线性刻度, 频率范围为100H z~1000H z, 以图1、图2所示电路中节点1的电压为输出进行交流分析, 得到节点1的输出电压随频率变化的关系曲线分别如图3、图4所示。
3.由前小节分析可得, 理想元件并联谐振电路品质因数Q可以通过测量谐振时流过电容或电感的电流, 然后除上电源电流而得。然而, 对于考虑元件损耗的并联谐振电路的品质因数, 本文通过测量其谐振时等效电路中流过等效电容或等效电感的电流, 然后除上电源电流而得。图2所示电路的谐振时等效电路如图5所示。对于图2、图5所示两类电路, 谐振时流过电容电流以及计算而得的电路品质因数如表2所示。
4.参数扫描分析可分析某电路元件数值在一定范围变化时对电路的影响, 因此其是该软件的重要分析功能之一。从原理分析可知, 电阻对电路的谐振频率不产生影响, 但会影响电路的品质因数, 从而影响其曲线的平坦度。利用参数扫描分析可以直接分析出不同R时的频率特性曲线的变化情况。对于图1电路中电阻R对应分别为20Ω、40Ω、60Ω的品质因数曲线如图6所示。
四、实验结果分析
1.从表1中可以看出, 仿真测试的结果与理论分析计算值基本一致。在谐振频率时, 电路的导纳最小, 端电压达到最大值, 从而验证了理论的正确性。
2.同时, 从图3、图4中也可以看出:仿真实验的结果与理论计算值相吻合。当信号的频率为谐振频率时, 节点1的电压最大, 此时电压与电流同相, 呈纯电阻性。
3.从表2中可以得到:仿真实验计算而得的品质因数与理论分析计算值相吻合, 从而验证了等效电路的有效性和理论分析的正确性。
4.从图6可以看出仿真的结果与理论相符合。并联电阻越小, 品质因数曲线越平坦;并联电阻越大, 品质因数曲线越陡峭。
5.综合以上所有图表可以得出, 对于理想元件的并联谐振电路与考虑元件损耗的并联谐振电路这两类电路而言, 虽然仅在电路的结构和参数上略有不同, 但是电路的谐振特性却发生了很大的变化, 尤其是品质因数的变化, 因此, 如何在实际电路的设计时考虑这些因素是下一步研究的方向。
五、结束语
实践证明, 采用Multisim软件开发电路实验已取得良好的教学效果, 不仅加强了学生基础理论知识的掌握和理解, 还可以启发和拓宽学生的思路, 是实现电路实验研究型教学的一种行之有效的办法, 也是当前实验教学改革的方向之一。
参考文献
[1]邱关源.电路[M].北京:高等教育出版社, 1999
[2]黄培根, 任清褒.Multisim10计算机虚拟仿真实验室[M].北京:电子工业出版社, 2008
[3]韩肖宁.谐振电路的品质因数及其计算[J].山西电力, 2008, 145 (2) :56-58
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