《電子CAD(Protel 99 SE)實(shí)訓(xùn)指導(dǎo)書》課件-第16章

練習(xí)一調(diào)入仿真元件庫練習(xí)二認(rèn)識仿真元件庫練習(xí)三認(rèn)識基本仿真元件練習(xí)四節(jié)點(diǎn)參數(shù)分析練習(xí)五直流掃描分析練習(xí)六工作點(diǎn)分析練習(xí)七參數(shù)分析練習(xí)八交流分析—計(jì)算放大倍數(shù)練習(xí)九瞬態(tài)分析(一)練習(xí)十瞬態(tài)分析(二)練習(xí)十一瞬態(tài)分析(三)練習(xí)十二瞬態(tài)分析(四)實(shí)訓(xùn)十六電路仿真實(shí)訓(xùn)目的

(1)掌握加載仿真元件庫的方法。

(2)掌握電路節(jié)點(diǎn)參數(shù)分析方法。

(3)熟悉仿真元件庫中的元件。

(4)熟悉仿真參數(shù)設(shè)置方法。實(shí)訓(xùn)設(shè)備電子CAD軟件Protel99SE、PC機(jī)。實(shí)訓(xùn)內(nèi)容練習(xí)調(diào)入仿真元件庫：Sim.ddb。練習(xí)一調(diào)入仿真元件庫操作提示

(1)在設(shè)計(jì)管理器中選擇BrowseSch頁面，在該頁面的Browse區(qū)域的下拉框中選擇Libraries。

(2)單擊Add/Remove按鈕，在彈出的窗口上部搜尋下拉框中，選擇Protel99SE所在的文件夾，再選擇路徑：Protel99SE文件夾\Library\Sch，如圖4-1所示。

(3)在元件庫顯示窗口中找到Sim，單擊窗口底部的Add按鈕，就可以看到在窗口中的SelectedFiles區(qū)域?qū)@示仿真元件庫Sim的路徑。

(4)單擊OK按鈕，即可將仿真元件庫添加到元件庫管理器。練習(xí)二認(rèn)識仿真元件庫實(shí)訓(xùn)內(nèi)容認(rèn)識仿真元件庫和庫中的內(nèi)容。操作提示

Protel99SE中有如下仿真元件庫：

7SEGDISP.Lib：七段數(shù)碼管庫

74xx.Lib：通用74系列數(shù)字集成電路庫

BJT.Lib：雙極型三極管庫

BUFFER.Lib：緩沖器庫

CAMP.Lib：電流放大器庫

CMOS.Lib：CMOS數(shù)字集成電路庫

COMPARATOR.Lib：比較器庫

CRYSTAL.Lib：石英晶體庫

DIODE.Lib：二極管庫

IGBT.Lib：絕緣柵雙極性晶體管庫

JFET.Lib：結(jié)型場效應(yīng)晶體管庫

MATH.Lib：具有各種數(shù)學(xué)功能的兩端口元件庫

MISC.Lib：綜合元件庫(包括模數(shù)、數(shù)模和鎖相等電路)

MESFET.Lib：砷化鎵場效應(yīng)晶體管庫

MOSFET.Lib：金屬氧化物場效應(yīng)管庫

OPAMP.Lib：運(yùn)算放大器庫

OPTO.Lib：光電耦合器庫(包括4N25)

RELAY.Lib：繼電器庫(如5?V、12?V等繼電器)

REGULATOR.Lib：穩(wěn)壓電源庫(包括7805、7812、LM317和TL431等)

SCR.Lib：晶閘管庫

SimulationSymbols.Lib：基本仿真元件庫(包括電阻、電容、電感、各種電源等基本仿真器件)

SWITCH.Lib：開關(guān)元件庫

TIMER.Lib：時基電路庫(包括555和556)

TRANSFORMER.Lib：變壓器元件庫

TRANSLINE.Lib：傳輸線元件庫

TRIAC.Lib：雙向晶閘管庫

TUBE.Lib：電子管庫

UJT.Lib：單結(jié)晶體管庫練習(xí)三認(rèn)識基本仿真元件實(shí)訓(xùn)內(nèi)容認(rèn)識基本仿真元件，如圖16-1所示。操作提示選擇SimulationSymbols.Lib，查看基本仿真元件：其中的電阻、電解電容、電位器、直流電壓源等元件具有歐洲圖形，可以在元件屬性設(shè)置窗口的圖形(GraphicalAttrs)設(shè)置頁面將圖形模式(Mode)從Normal轉(zhuǎn)換成Demorgan。圖16-1基本仿真元件(1)圖16-1基本仿真元件(2)練習(xí)四節(jié)點(diǎn)參數(shù)分析實(shí)訓(xùn)內(nèi)容如圖16-2所示電路，試求N1節(jié)點(diǎn)處的電壓。圖16-2節(jié)點(diǎn)電壓分析電路操作提示

(1)畫電路圖：用仿真庫中的元件畫出電路圖。

(2)求取N1點(diǎn)的電壓，使用工作點(diǎn)分析。執(zhí)行菜單命令Simulate\Setup，屏幕彈出仿真器設(shè)置窗口，選擇該窗口的General頁面，在該頁面的SelectAnalysestoRun區(qū)域選中OperatingPointAnalysis選項(xiàng)，如圖16-3所示。圖16-3仿真器設(shè)置窗口

(3)在左下角的AvailableSignals選項(xiàng)框中，選擇N1，單擊>按鈕，即可將N1放在ActiveSignals選項(xiàng)框中。在右下角的SimViewSetup區(qū)域選中Showactivesignals選項(xiàng)。

(4)設(shè)置完成后，單擊RunAnalyses按鈕，開始分析，仿真?.sdf文件顯示分析結(jié)果，如圖16-4所示。圖16-4仿真分析結(jié)果實(shí)訓(xùn)內(nèi)容對練習(xí)四中的電路圖進(jìn)行直流掃描分析(DCSweep)。求當(dāng)直流電壓源的電壓從1V變化到15?V時N1點(diǎn)的電壓變化曲線。練習(xí)五直流掃描分析操作提示

(1)執(zhí)行菜單命令Simulate\Setup，設(shè)置General頁面，在該頁面的SelectAnalysestoRun區(qū)域選中DCSweep選項(xiàng)框，如圖16-3所示。

(2)設(shè)置DCSweep。如圖16-5所示，選中DCSweepPrimary選項(xiàng)，在SourceName右側(cè)選中V1，在StartValue中輸入1.000，在StopValue中輸入15.00，在StepValue中輸入1.000。單擊RunAnalyses按鈕，開始分析。圖16-5直流分析參數(shù)設(shè)置對話框

(3)?Sheet1.sdf文件(DCSweep)顯示分析結(jié)果，如圖16-6所示。圖16-6分析結(jié)果練習(xí)六工?作?點(diǎn)?分?析實(shí)訓(xùn)內(nèi)容試求圖16-7所示電路的靜態(tài)工作點(diǎn)和當(dāng)溫度在0℃～100℃變化時的晶體管集電極電壓。圖16-7晶體管集電極電壓分析電路操作提示

(1)求靜態(tài)工作點(diǎn)使用工作點(diǎn)分析(OperatingPointAnalysis)求靜態(tài)工作點(diǎn)。

(1)用仿真庫(Sim.ddb)中的元件繪制原理圖，并將原理圖命名為“工作點(diǎn).sch”。

(2)執(zhí)行菜單命令Simulate\Setup，屏幕彈出仿真器設(shè)置窗口，如圖16-8所示。圖16-8仿真器設(shè)置窗口

(3)選擇該窗口的General頁面，在SelectAnalysestoRun區(qū)域選中OperatingPointAnalysis按鈕。

(4)在左下角的AvailableSignals選項(xiàng)框中，選擇Q1[ib]、Q1[ic]、Q1[ie]、VB、VC、VE，單擊>按鈕，即可將選中的網(wǎng)絡(luò)放在ActiveSignals選項(xiàng)框中。在右下角的SimViewSetup區(qū)域選擇Showactivesignals。

(5)設(shè)置完成后，單擊RunAnalyses按鈕，開始分析，工作點(diǎn).sdf文件顯示分析結(jié)果。在仿真結(jié)果畫面(工作點(diǎn).sdf頁面)上是電路中所有節(jié)點(diǎn)、支路電流和各個元件的功率。

2)溫度掃描

(1)將原理圖復(fù)制并命名為“溫度分析.sch”。

(2)執(zhí)行菜單命令Simulate\Setup，屏幕彈出仿真器設(shè)置窗口，如圖16-8所示。

(3)在General頁面下，選中TemperatureSweep和OperatingPointAnalysis選項(xiàng)。然后選擇TemperatureSweep頁面，設(shè)置該頁面，在StepValue中輸入20.00，如圖16-9所示。圖16-9溫度掃描分析參數(shù)設(shè)置對話框

(4)單擊RunAnalyses按鈕，開始分析。分析結(jié)果見溫度分析.sdf，如圖16-10所示。在溫度分析.sdf所示的分析結(jié)果中，可以看出每一步溫度掃描引起的靜態(tài)工作點(diǎn)的變化。例如：晶體管集電極VC的電壓在溫度為100℃時，VC是6.184V。注意：溫度掃描必須和瞬態(tài)、交流、噪聲、直流、傳遞函數(shù)、靜態(tài)工作點(diǎn)分析中的一種共同分析才能完成。圖16-10溫度分析結(jié)果練習(xí)七參數(shù)分析實(shí)訓(xùn)內(nèi)容使用參數(shù)分析，求圖16-7所示電路的集電極電阻R3為1?kΩ、2?kΩ、3?kΩ、4?kΩ、5?kΩ、6?kΩ時的集電極電壓。操作提示

(1)執(zhí)行菜單命令Simulate\Setup，屏幕彈出仿真器設(shè)置窗口，如圖16-8所示。在General頁面下，選中OperatingPointAnalysis、DCSweep和ParameterSweep選項(xiàng)。

(2)進(jìn)行參數(shù)分析設(shè)置和直流分析設(shè)置。在Parameter中選擇R3，設(shè)置StartValue為1.000k，StopValue為6.000k，StepValue為1.000k，如圖16-11所示。設(shè)置DCSweep，選中DCSweepPrimary選項(xiàng)，在SourceName右側(cè)選中V1，StartValue中輸入0.000，StopValue中輸入12.00，StepValue中輸入1.000。圖16-11參數(shù)掃描分析設(shè)置對話框

(3)單擊RunAnalyses按鈕，開始分析。如圖16-12、圖16-13所示為參數(shù)分析.sdf，切換圖形下面的DCSweep與OperatingPoint查看分析結(jié)果。圖16-12參數(shù)分析結(jié)果(數(shù)據(jù))圖16-13參數(shù)分析結(jié)果(曲線)在參數(shù)分析.sdf中顯示的是當(dāng)集電極電阻R3變化時VC工作點(diǎn)的變化，并顯示當(dāng)R3變化時，若電源電壓V1也變化引起的集電極電壓VC的變化曲線族，使用光標(biāo)可以讀取這些曲線的數(shù)據(jù)。練習(xí)八交流分析——計(jì)算放大倍數(shù)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容使用交流分析，計(jì)算圖16-14所示放大電路的放大倍數(shù)。圖16-14放大電路操作提示

(1)用仿真庫(Sim.ddb)中的元件繪制原理圖，并將原理圖命名為“交流分析.sch”。

(2)圖中V2是正弦信號源，雙擊該元件進(jìn)入屬性設(shè)置中的PartFields頁面，將電壓數(shù)值(ACMagnitude)設(shè)置為5mV，如圖16-15所示。圖16-15信號源參數(shù)設(shè)置

(3)執(zhí)行菜單命令Simulate\Setup，在屏幕彈出的仿真器設(shè)置窗口的General頁面上，選擇交流分析(ACSmallSignalAnalysis)。在左下角的AvailableSignals選項(xiàng)框中，選擇IN、OUT，單擊>按鈕，即可將IN、OUT放在ActiveSignals選項(xiàng)框中。在右下角的SimViewSetup區(qū)域選中Showactivesignals選項(xiàng)。

(4)設(shè)置ACSmallSignal。在ACAnalysis中，設(shè)置StartFrequency為1.000，StopFrequency為10.00meg，TestPoints為100，在SweepType區(qū)域選中Decade選項(xiàng)，如圖16-16所示。單擊RunAnalyses按鈕，開始分析。圖16-16交流信號分析參數(shù)設(shè)置

(5)輸出結(jié)果見交流分析.sdf，如圖16-17所示。它是輸出端電壓out的頻率特性，可以執(zhí)行菜單命令View\Scaling，將X軸的標(biāo)尺(X-Scale)改為對數(shù)(Log)形式。圖16-17交流分析結(jié)果

(6)求該電路的放大倍數(shù)：單擊New按鈕，屏幕彈出如圖16-18所示的創(chuàng)建新波形對話框。在該對話框中，選擇out信號，然后選擇除號，再選擇in信號，單擊Create按鈕關(guān)閉該窗口。選中View區(qū)域的SingleCell選項(xiàng)，屏幕就顯示放大倍數(shù)曲線，如圖16-19所示。由圖中可以看出中頻放大倍數(shù)為97.4。

(7)尋找放大倍數(shù)的0.707倍數(shù)點(diǎn)，可以找到上下限頻率。圖16-18創(chuàng)建新波形對話框圖16-19交流分析結(jié)果(放大倍數(shù)曲線)練習(xí)九瞬態(tài)分析(一)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容對練習(xí)八中所示的電路進(jìn)行瞬態(tài)分析。操作提示瞬態(tài)分析就是在輸入端加入振幅(Amplitude)為10?mV，頻率(Frequency)為1?kHz的正弦信號，然后仿真輸出端的波形。

(1)執(zhí)行菜單命令Simulate\Setup，在屏幕彈出的仿真器設(shè)置窗口的General頁面下選中OperatingPointAnalysis、Transient/FourierAnalysis選項(xiàng)，如圖16-3所示。

(2)設(shè)置瞬態(tài)分析。在Transient/Fourier頁面中選中TransientAnalysis選項(xiàng)，并選中Alwayssetdefaults(缺省設(shè)置)選項(xiàng)，如圖16-20所示。圖16-20瞬態(tài)分析參數(shù)設(shè)置

(3)單擊RunAnalyses按鈕，開始分析。

(4)輸出波形見瞬態(tài)分析.sdf，如圖16-21所示?？梢允褂脝吻€顯示方式和光標(biāo)，使顯示滿足要求。在ExplorerBrowseSimDate下選擇New按鈕，在彈出窗口中添加輸出平均值和有效值曲線，如圖16-22所示。圖16-21瞬態(tài)分析結(jié)果圖16-22創(chuàng)建新波形對話框練習(xí)十瞬態(tài)分析(二)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容畫出如圖16-23所示的電壓控制振蕩電路。對于不同的輸入電壓，振蕩頻率要隨之變化，使用瞬態(tài)分析，觀察Vout1和Vout2輸出端的波形。圖16-23電壓控制振蕩電路操作提示

(1)用仿真庫(Sim.ddb)中的元件繪制原理圖。

(2)執(zhí)行菜單命令Simulate\Setup，在屏幕彈出的仿真器設(shè)置窗口的General頁面下，選擇OperatingPointAnalysis、Transient/FourierAnalysis。在左下角的AvailableSignals選項(xiàng)框中，選擇VIN、OUT、V01，單擊>按鈕，即可將VIN、OUT、V01放在ActiveSignals選項(xiàng)框中。在右下角的SimViewSetup下選擇Showactivesignals。

(3)設(shè)置瞬態(tài)分析：在Transient/Fourier頁面中選中TransientAnalysis選項(xiàng)，并設(shè)置StartTime為0.000，StopTime為500.0m，StepTime為150.0u，MaximumStep為150.0u；在右下角設(shè)置CyclesDisplayed為5，PointsPerCycle為50，如圖16-24所示。圖16-24瞬態(tài)分析參數(shù)設(shè)置

(4)單擊RunAnalyses按鈕，開始分析。

(5)分析結(jié)果見瞬態(tài)分析1.sdf，如圖16-25所示。在左下角的MeasurementCursors選項(xiàng)A、B中，分別選擇out，在第三個選項(xiàng)的下拉菜單中選擇FrequencyA…B，從而求出一個輸出頻率。從圖中可以得出輸出電壓的頻率和輸入電壓的關(guān)系為f≈0.622*V1。圖16-25瞬態(tài)分析結(jié)果練習(xí)十一瞬態(tài)分析(三)實(shí)訓(xùn)內(nèi)容如圖16-26所示為數(shù)字電路，使用瞬態(tài)分析，觀察流過二極管、電阻和電源V2的電流波形，觀察CLK、Q1、Q2、Q3、Q4和SS點(diǎn)的電壓波形。圖中脈沖源的電壓設(shè)置為5?V。圖16-26數(shù)字電路操作提示

(1)用仿真庫(Sim.ddb)中的元件繪制原理圖。雙擊脈沖電源V1進(jìn)行屬性設(shè)置，在屬性設(shè)置對話框中選擇PartFields，在PulsedValue中設(shè)置脈沖源電壓為5?V。

(2)執(zhí)行菜單命令Simulate\Setup，在屏幕彈出的仿真器設(shè)置窗口的General頁面下，選擇OperatingPointAnalysis、Transient/FourierAnalysis，在左下角的AvailableSignals選項(xiàng)框中，選擇CLK、Q1、Q2、Q3、Q4、R1[i]、R2[i]、R3[i]、R4[i]、SS，單擊>按鈕，即可將所選信號放在ActiveSignals選項(xiàng)框中。在右下角的SimViewSetup區(qū)域選中Showactivesignals選項(xiàng)，如圖16-27所示。圖16-27仿真設(shè)置對話框

(3)設(shè)置瞬態(tài)分析。在Transient/Fourier頁面中選中TransientAnalysis選項(xiàng)，并設(shè)置StartTime為0.000，StopTime為20.00m，StepTime為20.00u，MaximumStep為20.00u；在右下角設(shè)置CyclesDisplayed為5，PointsPerCycle為50，如圖16-28所示。圖16-28瞬態(tài)分析設(shè)置對話框

(4)單擊RunAnalyses按鈕，開始分析。

(5)分析結(jié)果如圖16-29所示。由圖16-29可以看出，流過電源V2、二極管和電阻的電流波形，有很多尖峰。因?yàn)閷?shí)際電源具有內(nèi)阻，所以這些電流尖峰會引起尖峰電壓，尖峰電壓可以干擾弱電信號，當(dāng)頻率很高時，還可以向外