1、1 1第4章 电路仿真测试4.1 电路仿真操作步骤电路仿真操作步骤4.2 元器件参数设置元器件参数设置4.3 电路仿真操作初步电路仿真操作初步4.4 常用仿真方式及应用常用仿真方式及应用4.5 仿真综合应用举例仿真综合应用举例4.6 常用元器件仿真模型常用元器件仿真模型4.7 创建仿真元件创建仿真元件2 2在传统的电子线路设计过程中，当完成原理图构思后，必须使用实际元器件、导线按原理图中规定的连接关系在面包板或万能板上搭接实验电路，然后借助有关的电子仪器仪表，在特定环境下对电路功能、性能指标进行测试，以验证电路功能是否正常、各项性能指标是否达到设计要求，否则必须修改原理图或更换电路中的元器件。
2、这种方法工作量大，研发周期长，且所需仪器仪表多，只有在设备齐全的专业实验室中才能完成，成本很高。3 3随着计算机技术的飞速发展，电子设计自动化(Electronic Design Automation，EDA)成为可能，目前绝大多数电子线路实验均可通过电路仿真测试方式进行验证。“电路仿真”以电路分析理论为基础，通过建立元器件的数学模型，借助数值计算方法，在计算机上对电路功能、性能指标进行分析计算，然后以文字、表格、图形等方式在屏幕上显示出电路性能指标。这样无须元器件、面包板和仪器设备，电路设计者就可以通过电路仿真软件对电路性能进行各种分析、校验。一个功能完备的电路仿真软件就相当于一个设备齐全的
3、电子线路实验室，4 4可以对电子系统及VLSI(超大规模集成电路)的整个设计过程进行逼真的模拟，为电路设计者提供了一个创造性的工作环境，不仅提高了电子产品线路设计质量和可靠性，降低了开发费用，也减轻了线路设计工作者的劳动强度，缩短了开发周期。目前电路仿真软件种类很多，如Microsim公司的PSPICE，Interactive Image Technologies公司的Electronics Workbench等。由于电路仿真测试是电子设计自动化(EDA)的重要环节之一，因此目前一些电子CAD软件也都内嵌了电路仿真测试功能，5 5如在国内具有广泛用户的Protel 99/99 SE电子线路CA
4、D软件包内就集成了与PSPICE仿真软件兼容的电路仿真功能(尽管Protel 98也内嵌了电路仿真分析功能，但错误多，操作不方便，几乎没有使用价值)。与Protel 99电路仿真功能相比，Protel 99 SE版电路仿真功能更强，操作也更方便、直观，任何不正确的设置或操作都会及时给出提示信息，它不仅是电子线路设计工程师的好帮手，也是电子线路初学者的好工具，借助Protel 99/99 SE电路仿真功能可加深理解有关电子线路的工作原理，对学好“电工基础”、“模拟电子线路”、“数字脉冲电路”等课程大有帮助。6 6Protel 99/99 SE电路仿真程序具有如下特点：(1)与原理图编辑(Sche
5、matic Edit)融为一体，即只要原理图中所有元器件的电气图形符号取自C:Program FilesDesign Explorer 99 SELibraryschSim.ddb电路仿真测试用元件电气图形符号库文件包内，在完成原理图编辑后即可启动仿真操作，无须再次输入仿真电路，避免了重复劳动。这是内嵌仿真功能电路CAD软件的优点。(2)提供了数十种仿真激励源、5800多种工业标准仿真元件，可以对模拟电路、数字电路及数字/模拟混合电路进行仿真分析。7 7(3)Protel 99 SE还允许用户使用数学运算符，创建仿真波形函数(无须像Protel 99那样将数学函数插入原理图中)，以便能直接观察
6、到更复杂的电路参数。(4)提供了工作点分析、瞬态特性分析(即时域分析，在瞬态特性分析时，允许使用傅立叶分析，从而获得复杂信号的频谱)、交流小信号分析(即频域分析，包括幅频、相频特性)、阻抗分析(通过交流小信号分析获得)、直流扫描分析、温度扫描分析、参数扫描分析、噪声分析、蒙特卡罗统计分析等多种仿真分析方式。可以只执行其中的一种分析方式，也可以同时进行多种分析方式。8 8(5)以图形方式输出仿真结果，直观性强；仿真波形管理方便，能以多种方式从不同角度观察分析结果，例如在交流小信号分析过程中，可同时获得幅频特性、相频特性曲线。9 9在Protel 99 SE中进行电路仿真分析的操作过程可概括为如下
7、几个步骤。1.编辑原理图编辑原理图利用原理图编辑器(Schematic Edit)编辑仿真测试原理图。在编辑原理图过程中，除了导线、电源符号、接地符号外，4.1 电路仿真操作步骤电路仿真操作步骤10 10原理图中所有元器件的电气图形符号均要取自电路仿真测试专用电气图形符号数据库文件包Sim.ddb内相应的元件电气图形符号库文件(.Lib)中，否则仿真时因找不到元件模型参数(如三极管的放大倍数、C-E结反向漏电流)而给出错误提示并终止仿真过程。在放置元件操作过程中，元件未固定前，一般要按下Tab键进入元件属性设置窗口(元件固定后，双击元件也同样会进入元件属性设置窗)，再分别单击“Attribut
8、es”、“Part Fields”等属性标签，指定元器件仿真参数。11 112.放置仿真激励源放置仿真激励源(包括直流电压源包括直流电压源)在仿真测试电路中，必须包含至少一个仿真激励源。仿真激励源被视为一个特殊的元件，放置、属性设置、位置调整等操作方法与一般元件，如电阻、电容等完全相同。仿真激励源电气图形符号位于仿真测试用元件电气图形文件包Sim.ddb内的Simulation Symbols.Lib图形库文件中。其中常用的直流激励源、脉冲信号激励源、正弦波信号激励源等还以“工具”形式存放在“Simulation Sources(激励源)”工具窗(栏)内，单击“激励源”工具窗内相应的激励源后，
9、12 12即可迅速将相应的激励源移到原理图编辑区内(通过“View”菜单下的“Tool Bar/Simulation Sources”命令可迅速打开或关闭激励源工具窗)。13 133.放置节点网络标号放置节点网络标号在需要观察电压波形的节点上，放置网络标号，以便观察指定节点的电压波形，否则Protel 99/99 SE仿真软件自动用“net-xx”作为节点的网络标号，不直观。14 144.选择仿真方式并设置仿真参数选择仿真方式并设置仿真参数在原理图编辑窗口内，单击“Simulate”菜单下的“Setup”命令(或直接单击主工具栏内的“仿真设置”工具)进入“Analyses Setup”仿真设置
10、窗口，根据被测电路特征和实际需要，选择仿真方式及仿真参数。当“傅立叶分析”被选中时，在“收集数据类型”列表框内，一般可选择不包含器件功率的数据类型，如“节点电压、支路电流、器件电流及功率”外的数据类型，否则可能报告出错，并终止仿真过程。15 155.执行仿真操作执行仿真操作在原理图编辑窗口内，单击“Simulate”菜单下的“Run”命令(或直接单击主工具栏内的“执行仿真”工具)，启动仿真测试过程，等待一段时间后即可在屏幕上看到仿真测试结果。在仿真测试过程中，仿真程序自动在同一文件夹内创建.SDF文件(仿真数据文件)，存放仿真测试数据。由于仿真操作需要进行大量、复杂的计算，所需时间长短不仅与计
11、算机档次有关，而且与仿真方式、参数设置等有关。在仿真计算过程中，操作者可随时单击主工具栏内的“停止仿真”工具，终止仿真计算过程，返回原理图编辑状态。16 166.观察、分析仿真测试数据观察、分析仿真测试数据仿真操作结束后，自动启动波形编辑器并显示仿真数据文件(.SDF)内容(或在“设计文件管理器”窗口内，单击对应的.SDF文件)。在波形编辑器窗口内，观察仿真结果，不满意可修改仿真参数或元件参数，再执行仿真操作。17 177.保存或打印仿真波形保存或打印仿真波形仿真结果可保存在.SDF文件中，也可通过打印机打印出来。18 18在Protel 99 SE中，每一仿真元件的电气特性由元件电气图形符号
12、和元件模型参数描述。仿真测试原理图用元器件电气图形符号存放在Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb仿真分析用元件电气图形符号库文件包内，共收录了5800多种元器件(多数为工业标准)，分类存放在如下的电气图形符号库(.Lib)文件中：4.2 元器件参数设置元器件参数设置19 1974XX.Lib74系列TTL数字集成电路7SEGDISP.Lib7段数码显示器BJT.Lib工业标准双极型晶体管BUFFER.Lib工业标准缓冲器CAMP.Lib工业标准电流反馈高速运算放大器CMOS.Lib工业标准CMOS数字集成电路元器件Comparator.Lib工业标准比较
13、器Crystal.Lib晶体振荡器2020Diode.Lib工业标准二极管IGBT.Lib工业标准绝缘栅双极型晶体管JFET.Lib工业标准结型场效应管MATH.Lib二端口数学转换函数MESFET.LibMES场效应管Misc.Lib杂合IC及其他元件器21 21MOSFET.Lib工业标准MOS场效应管OpAmp.Lib工业标准通用运算放大器OPTO.Lib光电耦合器件(实际上该库文件仅含有4N25和通用光电 耦合器件OPTOISO两个元件)Regulator.Lib电压变换器，如三端稳压器等Relay.Lib继电器类SRC.Lib工业标准可控硅2222Simulation Symbols
14、.Lib仿真测试用符号库Switch.Lib开关元件Timer.Lib555及556定时器Transformer.Lib变压器TransLine.Lib传输线TRIAC.Lib工业标准双向可控硅TUBE.Lib工业标准电子管2323UJT.Lib工业标准单结管元器件仿真模型参数存放在Design Explorer 99 SELibrarySim文件夹内的Simulation Models.ddb文件包中，需要指出的是元器件仿真模型参数数据库文件为文本文件，它记录了器件的仿真模型参数，由仿真程序调用，不可随意修改或删除。2424在放置元件操作过程中，按Tab键进入元件属性窗口后，设置元件有关参数
15、时，必须注意：一般仅需要指定必须参数，如序号、型号、大小(如果打算从电原理图获取自动布局所需的网络表文件时，还需给出元器件的封装形式)；而对于可选参数，一般用“”代替(即采用缺省值)，除非绝对必要，否则不宜修改。25251.物理量单位及数据格式物理量单位及数据格式在设置元件仿真参数、仿真运行参数时，往往使用定点数形式输入，且不用输入参数的物理量单位，即电容容量默认为F(法拉)、阻值为(欧姆)、电感为H(亨)、电压为V(伏特)、电流为A(安培)、频率为Hz(赫兹)、功率为W(瓦)等，但可使用如下的比例因子(大小写含义相同)：m=1E-3，即10-3；=1E-6，即10-6；n=1E-9，即10-
16、9；p=1E-12，即10-12；f=1E-15，即10-15。K=1E+3，即103；Meg=1E+6，即106；G=1E+9，即109；T=1E+12，即1012。2626例如，“22”对电容容量来说是22 F(微法)，对电感来说为22 H(毫亨)，对电压来说为22 V(微伏)，对电流来说为22 A(微安)等。在仿真测试数据中，将使用定点数、浮点数两种形式表示，例如某节点电压为1.22 mV时，可能显示为1.22 mV，也可能显示为1.22E-3。27272.元件电气图形符号及参数元件电气图形符号及参数仿真测试原理图中所用分立元件的电气图形符号，如电阻、电容、电感等均取自Simulatio
17、n Symbols.Lib 元件库文件内，下面简要介绍其中几种常用分立元件有关参数的含义。1)电阻器仿真元件库内提供了如下类型电阻器：RES(fixed resistor)：固定电阻器。2828RESSEMI(semiconductor resistor)：半导体电阻器，阻值由长(L)、宽(W)以及温度(Temp)参数决定。RPOT(potentiometer)：电位器。RVAR(variable resistor)：可变电阻器。对于固定电阻来说，仅需在元件属性窗口内指定元件序号(Designator，如R1、R2等)及阻值(Part，如10、5.1 k)；对可变电阻器、电位器，还需指定SET
18、参数，取值范围在01之间，即SET等于电位器(或可变电阻器)第1引脚到触点处电阻与电位器总电阻之比。除半导体电阻器RESSEMI外，固定电阻器、可变电阻器、电位器等均视为理想元件，即电阻温度系数为0，也没有寄生电感、寄生电容。29292)电容器仿真元件库内提供了如下类型电容器：CAP(fixed,non-polarized capacitor)：无极性固定电容。CAP2(fixed,polarized capacitor)：极性固定电容，如电解电容器。CAPSEMI(semiconductor capacitor)：半导体电容器，容量由长(L)、宽(W)参数决定。对于固定电容来说，仅需指定电容
19、序号(Designator，如C1、C2等)及容量(Part，如10、22)；对半导体电容器来说，还需要指定L、W参数。3030在瞬态特性分析及傅立叶分析(Transient/Fourie)过程中，可能还需要指定零时刻电容两端的电压初值IC(Initial Conditions，即初始条件)，缺省时电容两端的电压初值IC为0 V。以上电容器均视为理想电容器，即温度系数为0，且不考虑寄生电阻(如漏电阻、引线电阻)及寄生电感。31 313)电感器Simulation Symbols.Lib 元件库提供了电感器(Inductor)元件，在元件属性窗口内仅需指定电感序号(Designator，如L1、
20、L2等)及电感量(Part，如1 m、22 等)。在瞬态特性分析及傅立叶分析(Transient/Fourie)过程中，可能还需指定零时刻电感中的电流初值IC，缺省时电感中的电流初值IC为0 A。电感也被认为是理想元件，即温度系数为0，忽略寄生电阻和寄生电容。32324)二极管、三极管及结型场效应管工业标准各类二极管(Diode)的电气图形符号存放在Diode.Lib元件库文件中；工业标准各类双极型晶体管电气图形符号存放在BJT.Lib元件库文件中；单结晶体管电气图形符号存放在UJT.Lib元件库文件中；各类结型场效应管(JEFT)电气图形符号存放在JEFT.Lib 元件库文件中，这四类元件仿
21、真参数包括：AREA：面积因子(可选)。OFF：静态工作点分析时，管子的初始状态(缺省时为关闭状态，可选)。3333IC：零时刻二极管端电压或流过三极管中的电流(可选)。TEMP：环境温度(可选)，缺省时为27。对于这类元器件来说，一般仅需要在元件属性窗口内给出Designator(元件序号，如用D1、D2等作为二极管序号，用Q1、Q2等作为三极管序号)。除非绝对必要，否则不要指定可选项参数(即一律设为“”，采用缺省值)。此外，二极管及后面介绍的三极管、场效应管、可控硅以及各类集成电路芯片等元件的Part(型号)属性项也不能随意更改，否则可能出现张冠李戴的现象，或因Simulation Mod
22、els.ddb库文件内没有相应的元件模型参数，而终止仿真过程。34345)MOS场效应管各类MOS场效应管(MOSFET)电气图形符号存放在MOSFET.Lib元件库文件中，这类元件仿真参数包括：L：沟道长度(可选)。W：沟道宽度(可选)。AD：漏极面积(可选)。AS：源极面积(可选)。PD：漏极PN结面积(可选)。3535PS：源极PN结面积(可选)。NRD：漏极扩散长度(可选)。NRS：源极扩散长度(可选)。OFF：导通电压(可选)。IC：零时刻的漏极电流(可选)。TEMP：环境温度(可选)，缺省时为27。对于这类元器件来说，一般只需要在元件属性窗口内给出Designator(元件序号，如
23、Q1、Q2等)。除非绝对必要，否则不改变可选参数(一律设为“”，采用缺省值)。36366)保险丝保险丝(Fuse)电气图形符号存放在Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb 文件包内的Simulation Symbols.Lib库文件中，在元件属性窗口内需要指定下列参数：Designator：元件序号，如F1、F2等。Current：电流容量，如250 m、2.0等。Resistance：串联电阻(可选)。37377)变压器仿真用变压器类元件电气图形符号存放在Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb 文件包内的Transf
24、ormer.Lib元件库文件中，在元件属性窗口内需要指定下列参数：Designator：元件序号(如TF1、TF2等)。Ratio：次级/初级线圈电压传输比，缺省时为0.1，即初、次级电压传输比为101。必要时，还可以指定下列可选参数：RP：初级线圈直流电阻。3838RS：次级线圈直流电阻。LEAK：漏感。MAG：互感。39398)继电器仿真用继电器类元件电气图形符号存放在Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb 文件包内的Relay.Lib 元件库文件中，在元件属性窗口内需要指定下列参数：Designator：元件序号，如RLY1、RLY2等。Pullin
25、：吸合电压(可选)。Dropoff：释放电压(可选)。Contact：接触电阻(可选)。Resistance：线圈电阻(可选)。Inductance：线圈电感(可选)。40409)晶体振荡器仿真用石英晶体振荡器元件电气图形符号存放在Design Explorer 99 SELibrarySch Sim.ddb 文件包内的Crystal.Lib元件库文件中，在元件属性窗口内需要指定下列参数：Designator：元件序号。Freq：振荡频率，缺省值为2.5 Meg。RS：串联电阻(可选)。41 41C：等效电容(可选)。Q：品质因数(可选)。10)可控硅及双向可控硅工业标准单向可控硅元件和双向可
26、控硅元件的电气图形符号分别存放在SCR.Lib和Triac.Lib元件库内，在元件属性窗口内仅需要指定Designator(元件序号)。11)运算放大器、比较器工业标准通用运算放大器、比较器的电气图形符号分别存放在OpAmp.Lib和Comparator.Lib元件库文件中，对于这类元件只需在其属性窗口内指定元件序号(如U1、U2或IC1、IC2等)，无须给出其他仿真参数。424212)TTL及CMOS数字集成电路74系列TTL集成电路芯片元件电气图形符号存放在74xx.Lib库文件内(Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb)；4000系列CMOS集成电路
27、芯片的电气图形符号存放在CMOS.Lib库文件内(Design Explorer 99 SELibrarySchSim.ddb)。在放置这两类数字集成电路元器件前，需按Tab键进入元件属性设置窗，指定下列仿真参数：Designator：元件序号(如U1、U2或IC1、IC2等)，必选。4343Propagation：延迟时间，可选，缺省时取典型值，可以设为Min(最小值)、“”或空白(典型值)、Max(最大值)。Loading：输入特性参数，可选，缺省时取典型值。这一设置项影响所有输入参数的取值范围，如输入低电平电流IIL、输入高电平电流IIH等，可以设为Min(最小值)、“”或空白(典型值)
28、、Max(最大值)，一般取典型值即可。Drive：输出特性参数，可选，缺省时取典型值。这一设置项影响所有输出参数的取值范围，如输出高电平电流IOH、输出低电平电流IOL、输出短路电流IOS等，可以设为Min(最小值)、“”或空白(典型值)、Max(最大值)，一般取典型值即可。4444Current：电源电流，可选，缺省时取典型值，可以设为Min(最小值)、“”或空白(典型值)、Max(最大值)。这一设置项影响ICCL(输出低电平时的电源电流)、ICCH(输出高电平时的电源电流)，一般取典型值即可。PWR Value：电源电压(不过在指定电源电压时，必须指定地电平)，可选(TTL集成电路芯片为+
29、5V，CMOS集成电路芯片为+15 V)。一般不用指定，即设为“”。当需要改变电源电压时，可在图4-14所示的高级选项框内指定，或直接在仿真原理图中给出电源供电电路。4545GND Value：地电平，可选，一般不用指定，设为“”即可。当指定地电平时，必须指定电源电压。VIL Value：输入低电平电压，可选，缺省时取典型值(一般不用修改，取缺省值即可，TTL电路输入低电平最大值为0.8 V；CMOS电路输入低电平最大值为0.2VDD)。VIH Value：输入高电平电压最小值，可选，缺省时取典型值(对于TTL电路约1.4 V，对于CMOS电路来说，约为0.7VDD)。VOL Value：输出
30、低电平电压，可选，缺省时取典型值(对于TTL电路，不指定时为0.2 V；对于CMOS电路，不指定时为0.0 V)。4646VOH Value：输出高电平电压，可选，缺省时取典型值(对于TTL电路，不指定时为4.6 V；对于CMOS电路，不指定时，等于电源电压VDD)。WARN：警告信息，可选。474713)节点电压初始值(.IC)初始条件.IC可视为一个特殊元件，存放在Simulation Symbols.Lib元件库内，用于定义瞬态分析过程中零时刻某节点的电压初值(如电容上的电压初值)，直接放置在指定节点上。在.IC元件属性窗口内仅需指定元件序号(Designator，如IC1、IC2等)及
31、初值(Part，如1、0.5 m等)。在原理图中，用.IC元件定义各节点电压初值后，进行瞬态分析时如果采用初始条件(即选中了瞬态分析参数设置窗内的“Use Initial Conditions”复选项)，4848将不再计算电路直流工作点，而采用.IC元件定义的节点电压初值以及器件仿真参数中的初值IC(器件仿真参数中的IC优先于.IC元件定义的节点电位初值)作为瞬态分析的初始条件。反之，如果瞬态分析时没有选择“Use Initial Conditions”复选项，则进行瞬态分析前依然要进行直流工作点分析，以便获得瞬态分析零时刻各节点电位的初值。但在计算直流工作点时，将使用.IC元件定义的电压值作
32、为对应节点电压的初值，即.IC值同样会影响瞬态特性。4949值得注意的是，.IC元件不能影响直流工作点分析(Operating Point Analysis)结果。初始条件.IC属于单端元件，只能用于定义瞬态分析时节点电压的初值，不能用于定义零时刻的支路电流(例如当需要定义零时刻电感中的电流时，可直接在电感元件属性窗口内给出IC值)。505014)节点电压设置(.NS).NS也是一个特殊的元件，存放在Simulation Symbols.Lib元件库内。在分析双稳态或不稳定电路瞬态特性时，用于定义某些节点电位直流解的预收敛值，即先假设对应节点电位收敛于.NS指定的数值，然后进行计算，收敛后又去
33、掉.NS约束继续迭代，直到真正收敛为止，也就是说，.NS并没有影响到节点电压的最终计算值。此外，尚有许多的其他元器件，这里就不一一列举了，在编辑原理图过程中，可通过如下方式了解器件各参数的含义：51 51单击“Help”菜单下的“Contents”命令，打开“Protel Help”窗口；指向并单击“仿真”帮助话题“Working with simulations”(仿真操作)如果单击某一帮助话题后，提示没有相应帮助文件，建议访问Protel站点，原因是当前工作目录不是Protel安装目录，可单击“打开”命令，在“Open Design Database”窗口内，选择Design Explor
34、er 99 SEHelp目录作为当前目录，5252在不选择任何文件的情况下，执行其中的“打开”命令即可；然后单击“Simulation topics”(仿真话题)下的“Configuring a schematic for simulation”(仿真原理图设置)，接着单击“Links”(关联)话题中的“Selecting simulation-ready schematic components”(原理图元件的选择)，然后再单击相应的元件类型即可获得有关仿真参数的详细说明。53533.仿真信号源及参数仿真信号源及参数在电路仿真过程中需要用到各种各样的激励源，这些激励源也取自Sim.ddb数据
35、库文件包内的Simulation Symbols.Lib元件库中，包括直流电压源VSRC(Voltage Source)与直流电流源ISRC(Current Source)、正弦波电压信号源VSIN(Voltage Source)与正弦波电流信号源ISIN(Current Source)、周期性脉冲信号源VPULSE(Voltage Source)与IPULSE(Current Source)、分段线性激励源VPWL(Voltage Source)与IPWL(Current Source)以及各种受控源等。5454由于所有激励源电气图形符号均作为元件存放在仿真符号图形库Simulation S
36、ymbols.Lib内，因此选择Simulation Symbols.Lib作为当前元件图形库后，在元件列表窗内找到相应的激励源，单击鼠标左键选中后，再单击“Place”按钮，即可将它拖到原理图编辑区内(与放置元件电气图形符号操作方法相同)。对于常用的直流电压源VSRC、正弦电压信号源VSIN、脉冲电压信号源VPLUS来说，也可通过“Simulate”菜单下的“Source”命令选择。5555值得注意的是，Protel 99/99 SE内的仿真激励源均是理想信号源，即对于电压源来说，内阻为0；对于电流源来说，内阻为无穷大；所有信号源的温度系数为0。1)直流电压源VSRC与直流电流源ISRC这两
37、种激励源作为仿真电路工作电源，在属性窗口内，只需指定序号(Designator，如VDD、VSS等)、型号(Part Type，即大小，如5、12、5 m等)，如图4-1所示。5656图4-1 直流电源属性设置窗57572)正弦波信号源(Sinusoid Waveform)正弦波信号源在电路仿真分析中常作为瞬态分析、交流小信号分析的信号源，执行菜单命令“Simulate/Source”，选择Sine Wave类型的激励源，就可以放置正弦波信号源，其参数设置对话框如图4-2所示。对于正弦信号激励源以及后面介绍的脉冲信号激励源、分段线性激励源来说，一般只需给出序号，不宜修改Part(型号)等参数。
38、5858图4-2 正弦信号源属性设置窗5959各项仿真参数的含义如下：DC：对于正弦信号来说，忽略DC参数(保留缺省值“”或设为0)。AC：AC小信号分析时的信号振幅，典型值为1 V。不需要进行AC小信号分析时可设为“”或0；对于放大器来说，一般取小于1 V，如1 mV、10 mV等。AC Phase：AC小信号分析时的信号相位。Offset：叠加在交流信号上的直流电压偏移量。Amplitude：正弦波信号的振幅。Frequency：正弦波信号的频率。6060Delay：延迟时间，在延迟期内信号大小等于直流电压偏移量。Damping：阻尼因子(0或某一数值，当阻尼因子取缺省值“”时，相位设置无
39、效)。Phase：正弦信号相位，单位为度(阻尼因子需取缺省值“”以外的值)。如该项设为90，就变成余弦信号源。由图4-2所示参数描述的正弦信号源的波形特征如图4-3所示，可见当直流偏压Offset大于0时相当于波形上移。61 61图4-3 正弦波形信号62623)脉冲激励源(Pulse)脉冲激励源在瞬态分析中用得比较多，放置脉冲激励源的方法是：执行菜单命令“SimulateSource”，在弹出的子菜单内选择Pulse类型的激励源即可。双击脉冲激励源符号，将弹出如图4-4所示的属性设置窗。6363图4-4 脉冲信号激励源属性设置窗6464各项参数的含义如下：DC Magnitude：忽略不用(
40、0或保留缺省值“”)。AC Magnitude：AC小信号分析时的信号振幅，典型值为1 V。AC Phase：AC小信号分析时的信号相位。Initial Value：脉冲起始电压。Pulsed Value：脉冲信号幅度。当脉冲信号幅度为负时，是负脉冲，上升沿将变为下降沿，而下降变为上升沿。Time Delay：延迟时间，可以为0。6565Rise Time：上升时间(必须大于0，当需要上升沿很陡的脉冲信号源时，可将上升沿设为1 ns或更小)。Fall Time：下降时间(必须大于0，当需要下降沿很陡的脉冲信号源时，可将下降沿设为1 ns或更小)。Pulse Width：脉冲宽度。Period：
41、脉冲周期。Phase Delay：脉冲相位。上述参数描述的脉冲信号激励源波形特征如图4-5所示(其中Pulsed Value=100mV，Period=8 ms，脉冲宽度Pulse Width=3 ms)。6666图4-5 脉冲激励源波形图67674)分段线性激励源VPWL与IPWL分段线性激励源的波形由几条直线段组成，是非周期信号激励源。为了描述这种激励源的波形特征，需给出线段各转折点时间电压(或电流)坐标(对于VPWL信号源来说，转折点坐标由“时间/电压”构成；对于IPWL信号源来说，转折点坐标由“时间/电流”构成)，如图4-6所示。其中各项参数的含义如下：DC Magnitude：直流电
42、压，一般可忽略。AC Magnitude：交流小信号分析时的信号幅度。AC Phase：交流小信号分析时的信号相位。6868图4-6 分段线性激励源属性设置窗6969Time/Voltage：转折点时间/电压坐标序列，本例中坐标为：(0 s，5 V)、(2.5 s，5 V)、(5.0 s，2 V)、(7.5 s，5 V)、(10 s，1 V)等。输入时，各数据之间用空格隔开。上述参数描述的分段线性激励源的波形特征如图4-7所示。7070图4-7 分段线性激励源波形71 71通过设置分段线性激励源VPWL的参数，就可以获得电路分析所需的几种常用信号源，如阶跃函数激励源(模拟上电波形或掉电波形)、
43、冲击响应激励源(脉冲幅度大、持续时间短的单个脉冲激励源，该激励源常用于分析干扰信号对电路性能的影响)、单脉冲激励源(如复位脉冲信号、置位脉冲信号)以及阶梯信号源等。例如当Time/Voltage设为“0 0V 0.0015.0V”时就是阶跃函数。在分段线性激励源中，电压或电流是时间的单值函数，或者说信号下降沿或上升沿时间不能设为0。7272例如，当Time/Voltage设为“0 5.0V 20 5.0V 20 0”(含义是时间t为0时，电压为5.0 V；在0 s20 s期间，电压为5.0 V；时间t大于20 s后，电压为0 V)，仿真时将给出错误提示，可改为“0 5.0 V 20 5.0 V
44、 20.001 0”。73735)调频波激励源VSFFM(电压调频波)和ISFFM(电流调频波)调频波激励源也是高频电路仿真分析中常用到的激励源，调频波激励源位于Sim.ddb数据库文件包内的Simulation Symbols.Lib元件库文件中，放置调频波信号源的操作方法与放置电阻、电容等相同，调频波信号源属性如图4-8所示。在调频波信号源属性设置窗内，需要指定下列参数：Designator：在原理图中的序号(如 INPUT等)。7474DC Magnitude：可以忽略的直流电压。AC Magnitude：交流小信号分析时的信号振幅。AC Phase：交流小信号分析时的信号相位。Offs
45、et：叠加在调频波上的直流偏压。Amplitude：载波振幅。Carrier Frequency：载波频率。Modulation Index：调制系数。Signal Frequency：调制信号频率。7575图4-8 调频波信号源属性设置窗7676由以上参数确定的调制波信号的数学表示式为V(t)=VO+VAsin(2PIFct+MDIsin(2PIFst)其中：VO=Offset；VA=Amplitude；Fc=Carrier；MDI=Modulation(也就是最大频偏与调制信号频率比)；Fs=Signal。由图4-8属性设置窗所示参数定义的调频波激励源波形如图4-9所示，其频谱特性如图4-
46、10所示。7777图4-9 调频波激励源波形7878图4-10 调频波信号频谱7979此外，Simulation Symbols.Lib元件库内尚有其他激励源，如受控激励源、指数函数、频率控制的电压源等，这里就不一一列举了，可根据需要从该元件库文件中获取。如果实在无法确定某一激励源或元件参数如何设置时，除了从“帮助”菜单中获得有关信息外，还可以从Protel 99 SE的仿真实例中受到启发。Design Explorer 99 SEExampleCircuit Simulation 文件夹内含有数十个典型仿真实例，打开这些实例，即可了解元件、仿真激励源的参数设置方法。8080在介绍了电路仿真操
47、作步骤、元件及激励源属性设置方法后，下面以图4-11所示的共发射极放大电路为例，说明Protel 99 SE的仿真操作过程。4.3 电路仿真操作初步电路仿真操作初步81 81注：图4-11中元件电气图形符号均取自Sim.ddb仿真测试用电气图形库文件包内，但为了与GB 472885标准保持一致，部分元件，如电阻、电容、激励源等电气图形符号已用SchLib编辑器修改过。82824.3.1 编辑电原理图编辑电原理图在仿真操作前，先建立原理图文件。原理图编辑方法在第2章已介绍过，这里不再重复。在编辑原理图过程中，只需注意：电路图中所有元件的电气图形符号一律取自“Design Explorer 99
48、SE LibrarySch”文件夹下的Sim.ddb仿真测试用元件电气图形符号数据库文件包内相应的元件库文件(.Lib)中；在元件未固定前必须按下Tab键，在元件属性窗口内，设置元件的属性选项(Designate、Part及Part Fields)，然后放置相应的仿真激励源，接着在需要观察电位信号的节点上放置网络标号。8383此外，电路图中不允许存在没有闭合的回路，必要时可通过高阻值电阻，使回路闭合；也不允许存放电位差不确定的节点，例如必须在变压器、光耦等输入/输出回路之间加接地符号。具体操作过程如下：(1)在“Design Explorer”(设计文件管理器)窗口内，单击“File”菜单下的
49、“New”命令，创建一个新的设计文件，输入新设计文件名，并指定存放路径。8484(2)单击“设计文件管理器”前的“+”，显示设计数据文件包结构，并单击其中的“Documents”文件夹。(3)单击“File”菜单下的“New”命令，在弹出的文档类型选择框内，双击“Schematic Document”(原理图文件)，即可在“Documents”文件夹窗口内建立文件名为“Sheet x”的原理图文件，输入文件名并回车(如果不输入文件，直接回车将使用Sheet1、Sheet2作为原理图的文件名)。(4)单击原理图文件图标，进入原理图编辑状态。(5)单击“Design Explorer”(设计文件管
50、理器)窗口的“Browse Sch”标签，并选择“Library”作为浏览对象。8585(6)单击“Add/Remove”按钮，选择“Design Explorer 99 SELibrarySch”文件夹下的Sim.ddb仿真测试元件电气图形符号库文件包作为当前库文件包，然后即可选择Sim.ddb数据文件包内相应的元件电气图形库文件，如Simulation Symbols.Lib图形库文件作为当前使用的元件库文件。(7)在元件列表窗内找出并单击特定的元件名称后，再单击“Place”按钮，将选定的元件拖到原理图编辑区内。8686(8)在元件未固定前，按下Tab键进入元件属性设置窗。在属性窗口内，
