电子电路仿真技术(EWB实验指导书)

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1、目 录第一章 EWB 概述11.1 EWB简介11.2 EWB的主要组成11.3 EWB的基本界面21.4 EWB的基本操作81.4.1电路的输入与运行81.4.2子电路的创建和使用81.4.3文件格式的变换9第二章 元器件库及虚拟仪器112.1 元器件库介绍及参数设置112.1.1信号源库（Sources）112.1.2基本元件库（Basic）122.1.3 二极管库（Diodes）142.1.4 晶体管库(Transistors)152.1.5 模拟集成电路库（Analog ICs）152.1.6 混合集成电路库（Mixed ICs）152.1.7 数字集成电路库（Digital ICs）

2、152.1.8 逻辑门电路库（Logic Gates）162.1.9 数字器件库（Digital）162.1.10 指示部件库（Indicators）162.2 虚拟仪器的功能和使用182.2.1 数字万用表182.2.2 函数信号发生器182.2.3 示波器192.2.4 波特图仪202.2.5 字信号发生器222.2.6 逻辑分析仪23第三章 EWB分析方法263.1 EWB仿真的基本过程263.2分析方法的参数设置263.2.1总体分析选项263.2.2直流分析选项273.2.3瞬态分析选项283.2.4器件分析选项293.2.5仪器分析选项293.3分析方法303.3.1直流工作点分析

3、303.3.2交流频率分析313.3.3 瞬态分析313.3.4 参数扫描分析323.3.5温度扫描分析333.3.6傅立叶分析343.3.7直流和交流灵敏度分析35第四章 EWB应用实例364.1 模拟电路的分析设计364.1.1 共射极单级放大器的设计分析364.2 数字电路的分析设计384.2.1 译码器分析384.2.2 顺序脉冲发生器39附录：41实验一 直流电路中的功率传递41实验二 串联交流电路的阻抗44实验三 场效应管放大电路46实验四 共射-共集放大电路47实验五 差动放大电路49实验六 负反馈放大电路51实验七 低频功率放大电路设计53实验八 数字电路基本实验55实验九 数

4、字电路综合实验-数字钟设计57 59第一章 EWB 概述1.1 EWB简介EWB是一种电子电路计算机仿真设计软件，被称为电子设计工作平台或虚拟电子实验室，英文全称Electronic Workbench。EWB是加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司于1988年开发；它以SPICE3F5为软件的核心，增强了其在数字及模拟混合信号方面的仿真功能；SPICE3F5是SPICE的最新版本。EWB建立在SPICE的基础上，具有以下的特点。1. EWB具有集成化、一体化的设计环境EWB具有全面集成化的设计环境，在设计环境中可以完成原理图输入、数模混合仿真以及波形

5、显示等工作。当用户进行仿真时，波形图和原理图同时有效可见，当改变电路连接或元件参数时，显示的波形立即反映出相应的变化，即可以清楚地观察到具体电路元件参数的改变对电路性能的影响。2. EWB具有专业的原理图输入工具 EWB提供了友好的操作界面，用户可以轻松的完成原理图的输入。单击鼠标，可以方便的完成元件的选择；拖动鼠标，就可以将元件放到原理图上。EWB具有自动排列连线的功能，同时也允许用户调整电路连线和元件的位置。3. EWB具有真实的仿真平台 EWB提供了齐全的虚拟电子设备，包括示波器、函数发生器、万用表、频谱仪、和逻辑分析仪等。操作这些设备如同操作真实设备一样，非常容易。4. EWB具有强大

6、的分析工具 EWB提供了14种分析工具，利用这些工具，用户可以了解电路的工作状态，测量电路的稳定性和灵敏度。5. EWB具有完整、精确的元件模型元件及其模型在任何分析和设计中都是相当重要的。EWB提供了相当广泛的元器件，共有8000多个器件模型；而且在设计过程中，用户可以根据需要自己添加新的元器件。1.2 EWB的主要组成EWB系统的组成如同一个实际的电子实验室，主要由以下几个部分组成：元器件栏、电路工作区、仿真电源开关、电路描述区等。其标准工作界面如图1-1所示。元器件栏中用于存放各种元器件和测试仪器，用户可以根据需要调用其中的元器件和测试仪器。元器件栏中的各种元器件按类别存放在不同的库中，

7、如二极管库、晶体管库、模拟集成电路库等。测试仪器与实际的仪器具有相同的面板和调节旋钮，使用方便。电路工作区是工作界面的中心区域，它就象实验室的工作平台，可以将元器件栏中的各种元器件和测试仪器移到工作区，在工作区中搭接设计电路。连接并接好测试仪器后，单击仿真电源开关，就可以对电路进行仿真测试。打开测试仪器，可以观察测试结果；再次单击仿真电源开关，可以停止对电路的仿真测试。电路描述区元器件栏仿真电源开关 电路工 作区图 1-1 EWB的主要组成部分电路描述区是EWB系统给用户提供的一个文字区域，用户可以在电路描述区对电路的功能及仿真结果进行说明。1.3 EWB的基本界面EWB与其他的应用程序一样有

8、一个基本界面，有标题栏、菜单栏、工具栏、元器件栏、仿真开关、暂停/恢复开关、电路工作区、状态栏及滚动条组成。下面介绍其中主要栏目。1. 菜单栏菜单栏中有六个菜单项，分别是：File、Edit、Circuit、Analysis、Window、Help。每个菜单项的下拉菜单中都包含若干条命令。（1） File菜单文件菜单项如图1-2所示，其中的大部分菜单项功能与一般的WINDOWS应用程序相同如（New,Open,Save,Save As,Print,Print Setup,Exit）此处不在说明。 恢复存盘命令（File/Revert to saved） 此命令的功能是将当前的电路恢复到最后一次

9、存盘时的形式，执行此命令以后当前对此电路所做的全部修改被取消。 输入文件命令（File/Import）用于装入SPICE（*.CIR）描述的电路文件，实现对多种电路的仿真。 输出文件命令（File/Export）此命令用于将当前的电路以指定的格式输出。 安装命令（File/Install）用于安装EWB系统的附加应用程序。图 1-2 EWB文件菜单（2） Edit菜单 Edit菜单如图1-3所示，它所包含的命令有: Cut,Copy, Paste,Delete,Select All,Copy AsBitmap,Show Clipboard. 功能与一般的WINDOWS应用程序相同,此处不再详细

10、说明。图 1-3 EWB编辑菜单(3)Circuit(电路)菜单电路菜单项如图1-4所示，可以实现对元件的位置、属性的设置，子电路的生成，电路图大小的缩放，电路图属性的设置，分析方法的选择。图 1-4 EWB电路菜单旋转（Rotate）、水平翻转（Flip Horizontal）、垂直翻转（Flip Vertical）命令单击需要调整位置的元件，然后选择所需的命令既可实现对所选元件的90度逆时针旋转、水平翻转或垂直翻转。元件属性命令（Component Properties）每个元件都有各自的属性。根据仿真的要求，属性可以修改。选择的元件不同，其属性的多少及内容也就不同。选中某个元件后，单击此

11、菜单项，出现该元件属性的对话框如图1-5所示。图 1-5 元件属性对话框标号（Label）设置用来对电路中的元件标号进行设置；模型（Model）设置用来对元件模型或元件的参数进行设置；故障（Fault）设置用来设置元件的两个引脚之间的故障，用来仿真实际元件和电路中出现的故障；显示（Display）设置用来选择元件的标号、模型是否显示在电路图中；分析（Analysis Setup）设置用来在分析电路的过程中，对元件特殊参数的设置，（并不是所有的元件都有分析设置）。创建子电路命令（Create Subcircuit）子电路是指用户建立的一种单元电路。可以将子电路存放在用户的器件库中，在需要时调用，

12、供电路设计和仿真时使用。该命令用于子电路的创建。放大（Zoom In）缩小（Zoom Out）命令可以对电路进行放大或缩小显示。电路选项命令（Schematic Option）用于对电路的显示方式进行设置。单击此菜单项，即弹出如图1-6所示对话框。对话框中有三个选项卡；Grid（栅格）、Show/Hide（显示/隐藏）和Fonts（字型）。在栅格选项卡中可以设置在电路窗口显示或隐藏点状栅格。在显示/隐藏选项卡可以设置显示或不显示某些内容如图1-6所示。在字型选项卡中可以设置元件的标号、标称值的字体和字号。图 1-6 电路选项对话框 限制命令（Restrictions）利用限制命令，可以对元件和

13、电路分析提出限制条件；其对话框如图1-7所示。其中General（一般性限制）包括电路口令和电路只读属性的限制；Components（元件限制）包括隐藏故障、锁定子电路和隐藏元件参数值的选项；Analysis（分析限制）用于对电路进行各种分析的方法的限定性选择。图 1-7 限制命令对话框（4） Analysis（分析）菜单图 1-8 EWB的分析菜单分析菜单项如图1-8所示，这些命令可以分为四大类：启动、停止仿真命令，分析选项命令，各类分析命令，显示图表命令。 激活/停止命令（Activate/Stop）在电路工作区连接电路以后，可以利用激活命令开始仿真实验，或利用停止命令停止仿真实验。 暂停

14、或恢复命令（Pause或Resume）利用此命令可以暂停正在仿真的实验，单击恢复命令，可以继续进行电路的仿真实验。图 1-9 分析选项窗口 分析选项命令（Analysis Options）分析选项窗口如图1-9所示，可以设置各种分析的参数，以满足实际电路的仿真要求。 14种分析工具EWB提供了14种分析工具，其中包括6种基本分析工具：直流分析、交流频率分析、暂态分析、傅里叶分析、噪声分析、和失真分析；4种扫描分析工具：参数扫描分析、温度扫描分析、直流和交流灵敏度分析；2种高级分析工具：极点零点分析和传输函数分析；两种统计分析工具：最坏情况分析和蒙特卡罗分析。关于这些工具的使用将在后续章节介绍。

15、 显示图表（Display Graphs）显示图表命令是该软件提供给用户的一种便利的工具。在完成电路的仿真实验后，单击此命令，会弹出分析图表窗口，窗口中显示分析结果的参数或分析结果的图形。（5） Window（窗口）和Help（帮助）菜单此二个菜单的功能与一般的WINDOWS应用程序功能相似此处不再说明。2. 工具栏工具栏如图1-10所示。工具栏从左至右的图标命令为：新建文件、打开文件、保存文件、打印文件，剪切、复制、粘贴，旋转、水平翻转、垂直翻转，创建子电路，显示图表，元件属性，缩小、放大，缩小或放大的比例，帮助。图 1-10 工具栏及元器件栏 3.元器件栏 元器件栏如图1-10所示。单击其

16、中不同的图标可以打开不同的元器件库。从元器件库中调用器件的方法是：首先单击元器件库图标，在库中选择所需的元件，将其拖至工作区即可。EWB提供的元器件库，从左至右分别是：用户器件库、各类电源库、基本器件库、二极管库、晶体管库、模拟集成电路库、数摸混合电路库、数字集成电路库、数字模块库、各类指示器库、控制器单元库、其他元件库和仪器库。1.4 EWB的基本操作1.4.1电路的输入与运行电路实验的输入与运行包括以下几个步骤：放置元器件、对元件进行赋值、设置元件标号、调整元件在电路工作区的位置和方向、连接电路、放置并连接测试仪器、运行电路开始仿真分析。利用仪器观察窗口或显示图表观察仿真结果。1. 放置元

17、器件 单击元器件库，在库中选择所需的元件，用鼠标拖至工作区。2. 对元件进行赋值 用鼠标双击元件，或选中元件后单击元件属性图标，出现该元件的属性对话框，在对话框中可以对元件进行赋值和设置标号等操作。3. 调整元件在电路工作区的位置和方向 用鼠标拖动元件，调整元件在工作区中的位置；选中元件后单击旋转、水平翻转、垂直翻转图标可以调整元件的方向。4. 连接电路将光标指向一个元件的连接点时，在连接点处会出现一个小黑点，按住鼠标左键，移动鼠标，使光标指向另一个元件的连接点，在该连接点处会出现另一个小黑点，放开鼠标，这两个元件对应的连接点就会连接在一起。当鼠标指向连线时，按住鼠标左键，移动鼠标，可以调整连

18、线的位置。当鼠标指向连线的一个端点，出现一个小黑点时，按住按住鼠标左键，移动鼠标，可以删除该连接线。5. 放置并连接测试仪器单击仪器库，在库中选择所需的仪器，用鼠标拖至工作区。将仪器与测试点相连。6. 运行电路开始仿真单击仿真电源开关，电路开始运行。7. 观察仿真结果双击仪器可以打开仪器的窗口，可以观察实验结果；或单击显示图表命令，可以观察到电路的测试数据或测试波形。1.4.2子电路的创建和使用子电路是指用户建立的一种单元电路。可以将子电路存放在用户的器件库中，在需要时调用，供电路设计和仿真时使用。子电路的创建和使用主要有以下几个步骤：根据设计要求进行子电路的输入，子电路内容的选择，子电路的创

19、建，子电路的调用，和子电路的修改等。1. 子电路的输入根据需要将要作为子电路的电路输入到工作区；在此基础上再设置一些连接点，将输入、输出端口与这些连接点相连。2. 选择子电路的内容按住鼠标左键，拖动鼠标，选定创建子电路的内容，系统默认选择的电路部分为红色，没有被选择的电路部分为黑色。3. 创建子电路单击电路菜单中的创建子电路命令（Circuit/Create Subcircuit）或单击创建子电路图标，出现Subcircuit对话框如图1-11所示；在Subcircuit对话框中输入子电路名称，单击对话框中“Copy from circuit”按钮，被选择的电路就被赋复制到用户的器件库中；同时

20、EWB将自动打开子电路窗口。图 1-11 子电路对话框4. 子电路的调用 单击元器件栏的最左侧的用户器件库图标，按住鼠标左键，将其拖至工作区，会出现（ChooseSUB）选择子电路窗口，选择所需的子电路名，单击Accept按钮，子电路将作为一个电路模块出现在工作区。1.4.3文件格式的变换为了方便使用，EWB软件除了可以对*.EWB文件进行编辑和仿真外，还允许接收其他文件格式描述的电路，或者将电路保存为其他文件格式输出。当执行File/Import（输入文件）命令是，根据对话框的提示，EWB允许装入SPICE（*.CIR）描述的电路文件，调入该文件后，EWB将其转换为原理图形式，格式转换后，可

21、以对该电路进行各种仿真操作。当执行File/Export（输出文件）命令时，可以将连接及仿真正确的电路以其他文件格式输出，供第三方电路软件使用。可以供选择的电路输出格式有：后缀为*.CIR，供SPICE软件使用；后缀为*.NET，供ORCAD软件、TANGO软件、RPROTEL软件使用；后缀为*.SCR，供EAGLE软件使用；后缀为*.CMP，供LAYOL软件使用；后缀为*.PLC，供ULTIMATE软件使用。第二章 元器件库及虚拟仪器2.1 元器件库介绍及参数设置 EWB为用户提供了大量的元器件，这些元器件各自存放在不同的库中。本小节主要介绍元器件图标，了解并熟悉元器件库中的部分常用元器件的

22、参数定义、名称、量纲、缺省值设置范围、使用方法等。2.1.1信号源库（Sources）EWB的信号源库提供了全部的独立电源和受控源。其图标如图2-1所示。第一排从左至右分别是：接地、电池、直流电流源、交流电压源、交流电流源、电压控制电压源、电压控制电流源、电流控制电压源、电流控制电压源、Vcc电压源、Vdd电压源、时钟源。第二排从左至右分别是：调幅源、调频源、压控正弦波、压控三角波、压控方波、受控单脉冲、分段线性源、压控分段线性源、频移键控源、多项式源、非线性相关源。图 2-1 信号源库接下来介绍以下常用的信号源的使用，其参数定义、名称、量纲等见表2-1。1. 地（Ground）地是电路中各个

23、节点的相对参考点。“地”元件提供了这种参考，并非所有的电路都必须接地，但使用运算放大器、变压器、各种控制源、示波器、函数发生器、波特图仪时必须接地；含模拟和数字元件的电路也必须接地。2. 电池（Battery）电池是内阻为零的理想电压源。3. 直流电流源（DC Current Source）直流电流源是内阻为无穷大的理想电流源。4. 交流电压源（AC Voltage Source）使用交流电压源时，电压设置值为正弦波电压的有效值。若电压u设置为100V，频率设置为1000Hz，相位设置为45度，则写成表达式为：u=100 * 1.414sin（21000t + 450）V。5. 交流电流源（A

24、C Current Source）交流电流源的参数与交流电压源相同，仅量纲不同而已。6.压控电压源（Voltage-Controlled Voltage Source） 电压增益E表示输入端电压对输出端电压的控制因子，即E=VO/VI。7.压控电流源（Voltage-Controlled Current Source）互导增益G表示输入端电压对输出端电流的控制因子，即G=IO/VI。8.电流控制电压源（Current-Controlled Voltage Source）互阻增益H表示输入端电流对输出端电压的控制因子，即H=VO/II。9. 电流控制电流源（Current-Controlled

25、Current Source）电流增益F表示输入端电流对输出端电流的控制因子，即F=IO/II。10.“VCC”直流电源直流电源的简化符号，表示对地有+5V的电压，是TTL电路的缺省供电电压，并表示逻辑高电平。11.“VDD” 直流电源直流电源的简化符号，表示对地有+5V的电压，是CMOS电路的缺省供电电压，并表示逻辑高电平。12.时钟源（Clock）时钟源是指幅度、频率、占空比均可调的方波发生器。表 2-1 信号源表元器件名称参数默认设置值设置范围电池电压 V12VV kV直流电压源电流 I1AA kA交流电压源电压 V频率相位120V60HZ0V kVHz MHzDEG交流电流源电流 I频

26、率相位1A1HZ0A kAHz MHzDEG压控电压源电压增益 E1V/VmV/V kV/V压控电流源互导 G1mSmS kS电流控制电压源互阻 H1mk电流控制电流源电流增益 F1A/AmA/A kA/A时钟源频率 F占空比 D电压 V1000HZ50%5VHz MHz0% 100%mV kV 若要对元器件的参数进行设置，只要将工作区中的元件用鼠标双击，系统会弹出元件属性窗口，然后即可对元器件的参数进行设置。2.1.2基本元件库（Basic）基本元件库图标如图2-2所示。第一排从左至右分别是：连接点、电阻、电容、电感、线性变压器、继电器、开关、延迟开关、压控开关、电流控制开关、上拉电阻。第二

27、排从左至右分别是：电位器、排电阻、电压控制模拟开关、极性电容、可调电容、可调电感、无芯线圈、磁芯、非线性变压器。基本元件库中部分元件的参数说明见表2-2。图2-2 基本元件库 表2-2 基本元件库元器件名称参数默认设置值设置范围电阻R1M电容C1pF F电感L1H H线性变压器匝数比漏感磁感初级绕组电阻次级绕组电阻20.001H5 H1E-61E-6开关键Space上拉电阻电阻R上拉电压V1K5VV kV电位器键电阻R比例设置增量R1k50%5%A Z, 0-9M0% 100%0% 100%排电阻电阻R1kM极性电容C1FpF F可调电容键电容比例设置增量C10F50%5%A Z, 0-9pF

28、 F0% 100%0% 100%可调电感键电容比例设置增量L10mH50%5%A Z, 0-9H H0% 100%0% 100%部分元件使用说明：1. 开关该元件为单刀双掷开关。通过计算机键盘可以控制它的通断状态。使用时，先用鼠标从库中将该元件拖至工作区，双击元件，在对话框“Key”栏中键入字母作为该元件的代号。缺省设置：Space（空格键）。当要改变开关的通断状态时，敲击该元件的代号字母即可。2. 电位器在该元件的属性对话框的“Resistance（R）”选项栏中，可以设置两个固定端子之间的阻值。“Setting” 选项表示滑动点左侧电阻占总阻值的百分比。“Key” 选项用于设置控制键字母。

29、“Increment”表示每按一次设置的字母键，滑动点左侧的电阻减少量占总值的百分比。当按一次“Shift + 设定的控制字母”时，左侧的电阻值增加一定的百分比。3. 可调电容、可调电感此两种元件的使用方法与电位器相同。4. 排电阻排电阻指8个并列的电阻封装在一个壳内，具有相同的阻值。2.1.3 二极管库（Diodes）二极管的图标如图2-3所示；从左至右分别是：普通二极管、稳压二极管、发光二极管、桥式全波整流器、肖特基二极管、可控硅整流器、双向可控硅、三端双向可控硅。图2-3 二极管库元件的参数及缺省设置如表2-3所示。表2-3 二极管库元器件名称缺省设置值设置、选择范围普通二极管理想状态G

30、eneral, Motorola, National, Zetex, Philips稳压二极管理想状态General, Motorola, Philips发光二极管理想状态桥式全波整流器理想状态General, Motorola, Philips ,Zetex,肖特基二极管理想状态Ecg可控硅整流器理想状态2Nxx, BTxx, Cxx, MCRxx, Sxx双向可控硅理想状态Ecg, Motorola三端双向可控硅理想状态2Nxx, MACxx, BTxx2.1.4 晶体管库(Transistors) 在晶体管库中包含了双极性晶体管、结型场效应管、绝缘栅场效应管等，其符号、特性等在课程中已经

31、作了详细介绍，这里不再叙述。晶体管的缺省值及设置范围和二极管类似。2.1.5 模拟集成电路库（Analog ICs）在模拟集成电路库中共包含了3类器件：集成运算放大器、电压比较器和锁相环电路；其中集成运算放大器有四种类型：三端运放、五端运放、七端运放和九端运放。这四种运放的区别是：三端运放只有三个端子：同相输入端、反相输入端、输出端；五端运放比三端运放增加了正电源和负电源两个端子；七端运放和九端运放比五端运放分别增加了两个、四个调整端子。2.1.6 混合集成电路库（Mixed ICs）图 2-4 混合集成电路库该元件库共包含5大类器件，其图标见图2-4；从左至右分别是：A/D转换器、D/A转换

32、器（电流型）、D/A转换器（电压型）、单稳态触发器、555定时器。2.1.7 数字集成电路库（Digital ICs）数字集成电路库包含了74系列和CMOS结构的4xxx系列元件，其缺省值设置及选择范围见表2-4。表 2-4 数字集成电路库元器件名称缺省值设置、选择范围74xxx理想7400 7493741xx理想74107 - 74199742xx理想74238 - 74298743xx理想74350 - 74395744xx理想74445 - 744664xxx理想4000 - 45562.1.8 逻辑门电路库（Logic Gates）该库包含了基本逻辑门电路，其图标如图2-5所示。其中第

33、一排图标所示为基本逻辑门电路，每个门电路的输入端可通过元件属性对话框设置为2 8个。第二排图标所示为集成逻辑门电路，选中某一个电路后可以在其弹出对话框中选择具体的集成电路型号。图 2-5 逻辑门电路库2.1.9 数字器件库（Digital）数字器件库的图标如图2-6所示。其中第一排图标为半加器、全加器和基本触发器。第二排图标为集成的多路选择器、多路分配器、编码器、运算电路、计数器、移位寄存器和触发器，选中某一个电路后可以在其弹出对话框中选择具体的集成电路型号。图 2-6 数字器件库2.1.10 指示部件库（Indicators）指示部件库的图标如图2-7所示。从左至右分别是：电压表、电流表、灯

34、泡、彩色指示器、数码显示器、带译码数码显示器、蜂鸣器、条形光柱 、带译码条形光柱。部件的参数设置如表2-5所示。图 2-7 指示部件库部分元件使用说明：1. 电压表 多个电压表可以同时使用；可以测量交、直流电压（由元件属性对话框设置）；电压表有暗线端为负极端子。2. 电流表 多个电流表可以同时使用；可以测量交、直流电流（由元件属性对话框设置）；电流表有暗线端为负极端子。3. 彩色指示器 彩色指示器相当于一个发光二极管，仅有一个端子。它连接到电路中的某点时，当该点的电平达到高电平时便发光指示。该器件可以用来显示数字电路中某一点电平的状态。4. 数码显示器、带译码数码显示器 数码显示器就是七段LE

35、D数码显示器；带译码数码显示器仅有4个输入端，可以将4位编码对应的十六进制的0F予以显示。5. 蜂鸣器 该器件相当于一个压电陶瓷片晶体。当两端电压超过设置电压是，计算机内的扬声器会发出声响。6. 条形光柱、带译码条形光柱条形光柱由十个LED发光管同向并排排列构成。通过电压比较器来检测输入电压的高低，可以把检测的结果送到光柱中某一个LED以显示电压的高低。部件左侧为阳极，右侧为阴极。正向电压降可由元件属性对话框设置。带译码条形光柱相当于10个LED串联，如果美意个点亮电压为1V，当接入电压为5V时，仅下面5个LED发光。点亮每一个LED的电压值（从最低段到最高段）：Von = VL +（VH-V

36、L）*（n-1）/ 9 ，其中n 为点亮LED的数量。VH、VL可由元件属性对话框设置。表2-5 指示部件库元件名称缺省设置设置、选择范围电压表内阻：1M模式：DC1 999.99T交流、直流电流表内阻：1n模式：DC1p 999.99交流、直流灯泡PMAX=10WVMAX=12VW kWV - kV彩色指示器红色红色、兰色、绿色蜂鸣器频率：200 HZ电压：9 V电流：0.05 A条形光柱正向电压VF：2VVF处电流IF：0.03A正向电流ION：0.01A带译码条形光柱最低段最小导通电压VL：1V最高段最小导通电压VH：10V在EWB系统中还有两个元件库：控制部件库和其他器件库；因为在电子

37、线路中较少用到，故不作介绍。另外，在使用以上所介绍的元器件时，如果对元器件的功能不清楚可以使用系统帮助，方法为：选中元器件，然后单击帮助按钮即可。2.2 虚拟仪器的功能和使用EWB的仪器库中有数字万用表、函数发生器、示波器、波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪共七种仪器。使用时用鼠标点击仪器库图标，便可弹出仪器库，然后用鼠标拖其中某一个仪器的图标即可，对此图标双击就可以得到该仪器的面板。仅允许图标中的端子与电路连接。2.2.1 数字万用表数字万用表的图标和面板如图2-8所示。它能自动调整量程，完成交直流电压、电流和电阻的测量，也可以分贝（dB）形式显示电压和电流。测量时必须使工作态“

38、启动/停止”开关处于“启动”状态。点击数字万用表面板中的“Settings”按钮，就会弹出一个对话框，从中可以对万用表内部的参数进行设置。“Ammeter resistance” 用于设置与电流表串联的内阻，其大小影响电流的测量精度。“Volmeter resistance” 用于设置与电压表并联的内阻，其大小影响电压的测量精度。“Ohmmeter current” 用欧姆表测量时，流过欧姆表的电流。“Decibel standard” 用于设置分贝标准。分贝标准是指设置0 dB的标准，若把1V电压设为0 dB的标准，当测量电压为10V，显示为20dB。图 2-8 数字万用表的图标、面板和设置

39、对话框2.2.2 函数信号发生器函数信号发生器图标和面板如图2-9所示；函数信号发生器能够产生0.1 999MHz的3种信号。信号的幅度可以在mV kV 之间设置。对三角波和方波可以设置其占空比大小，设定范围为：0.1 99%。偏置电压设置（offset）是指把正弦波、三角波、方波叠加在设置的偏置电压上输出。在仿真过程中要改变输出波形、大小、占空比、或偏置电压时，必须暂时关闭电子工作平台的电源开关。在对上述内容改变后，重新启动一次“启动/停止”开关，函数信号发生器才能按新设置的数据输出信号波形。图 2-9 函数信号发生器的图标和面板2.2.3 示波器示波器的图标和面板如图2-10所示。其功能和

40、操作方法和一般实验室所使用的示波器类似。共有4个输入端子：下放两个为信号输入端子，右上方为接地端子，右下方为触发信号输入端子。接下来介绍以下不同于普通示波器的一些特点。图 2-10 示波器的图标和面板1. 波形参数的测量在扩展的示波器面板（要扩展示波器面板可以单击面板上方的“Expand”按钮）的屏幕上有两条可以左右移动的读数指针。指针上方有三角形标志。通过鼠标可以拖动读数指针左右移动，见图2-11。图 2-11 波形参数的测量在屏幕下方有三个测量数据显示区。左侧数据区表示1号读数指针所指信号的数据。T1表示1号读数指针离开屏幕最左侧所对应的时间，时间单位取决于“Time base ”设置的时

41、间单位；VA1、VB1分别表示通道A、B的信号幅度值，其值为电路中测量点的实际值，与“放大、衰减开关”设置值无关。中间数据区表示2号读数指针所指信号的数据。右侧数据区表示两个读数指针所指信号的差值。为了测量方便准确，点击“Pause”使波形冻结，然后再测量更好。2. 信号波形显示颜色的设置只要将A、B通道连接的导线的颜色进行设置，显示波形的颜色便与导线的颜色相同。方法是：双击连接的导线，在弹出的对话框中对导线的颜色进行设置。3. 展开的面板缩小单击展开面板右下方的“Reduce”按钮即可将展开的面板缩小。4. 改变屏幕背景颜色单击展开面板右下方的“Reverse”按钮，即可改变屏幕背景颜色。

42、2.2.4 波特图仪波特图仪是用来测量和显示一个电路、系统或放大器频率特性的一种仪器，类似于实验室的频率特性测试仪（扫频仪），图2-12 所示是波特图仪的图标和面板。图 2-12 波特图仪的图标和面板1. 波特图仪与电路的连接从上图可以看到，波特图仪有输入端口“In” V+ （左端子）、V-（右端子），输出端口Out V+ （左端子）、V-（右端子）。输入端口的V+ （左端子）、V-（右端子）分别连接到电路输入端口的正端和负端，输出端口V+ （左端子）、V-（右端子）分别连接到电路输出端口的正端和负端。由于波特图仪本身没有信号源，所以在使用波特图仪时，必须在电路的输入端口接入交流信号源（或函数

43、信号发生器）。2. 波特图仪面板参数设置图 2-13 波特图仪面板参数设置结合图2-13说明有关参数的设置。通过参数设置面板第一栏的“Magnitude”和“Phase”按钮可以分别显示系统的幅频和相频特性。当特性曲线显示时，X轴坐标“Horizontal”表示测量信号的频率，可以用“Log”和“Lin”按钮确定是对数坐标还是线性坐标，通过对波特图仪面板中“Horizontal”字符下方的频率设置对话框来设置波特图仪频率的初始值I（Initial）和最终值F（Final）。“Vertical”表示Y轴显示类型。测量幅频特性时，若单击“Log”按钮，Y轴的刻度单位是分贝；当单击“Lin”按钮，Y

44、轴的刻度是线性刻度。若测量相频特性是，Y轴表示相位，单位是度，为线性刻度。3. 读数测量 利用鼠标拖动读数指针或单击读数指针移动按钮，可测量某个频率点的幅度或相位，其读数显示在面板的右下方。4. 对波特图仪的设置选择“Analysis”菜单命令，打开“Analysis options”对话框，再打开该对话框的“Instruments”卡可以对波特图仪进行设置。“Points per cycle”（每个周期显示的点数）设置的大时可以提高读书精度，但将增加运行时间。2.2.5 字信号发生器字信号发生器是一个能产生16位同步逻辑信号的仪器，可以用来对数字逻辑电路进行测试，又称数字逻辑信号源，字信号发

45、生器图标和面板如图2-14所示。图2-14 字信号发生器图标和面板1. 字信号发生器与电路的连接字信号发生器图标下沿有16个输出端口，每一个端口都可以连接到电路的输入端。字信号发生器输出端口的输出电压范围是：低电平为0V，高电平为4-5V，输出电流取决于电路的输入电阻。由于字信号发生器没有公共输出端，故电路公共端要连接地符号。2. 字信号的写入在面板的最左侧是字信号编辑区，16位的字信号以4位十六进制形式进行编辑和存放。编辑区的地址范围为0000H 03FFH共计1024条字信号。用鼠标单击某一条字信号即可实现对其定位和写入，此时“Address”中的“Edit”框中立即显示16位地址编号。3

46、. 字信号地址编辑区的设置“Address”为字信号发生器地址编辑区。其中“Edit”表示正在编辑的那条字信号的16位地址。当启动字信号发生器对外输出时，“Current”表示正在输出的那条字信号的地址。当停止输出时，可对其改写。“Initial”和“Final”分别表示字信号地址的初值和终值，设置后，字信号从初值开始逐条输出。4. 字信号的输出方式“Cycle”表示字信号在设置的地址的初值到终值之间循环以设定频率输出。“Burst”表示字信号在设置的地址的初值逐条输出，到终值便自动停止输出。“Step” 表示鼠标单击一次，输出一条字信号。“Cycle” 和“Burst”输出方式的快慢，可通过

47、“Frequency”输入框中设置的数据来控制。“Break point”用于设置中断点。在“Cycle” 和“Burst”输出方式中，要想使字信号输出到某一条后自动停止，只需预先单击该条字信号，然后再单击“Break point”按钮。利用“Break point”按钮可以设置多个断点。当字信号输出到断点而暂停输出时，可单击“Pause”按钮或F9键来恢复输出。当需要清除设置的断点时，打开“Pattern”对话框，单击“Clear buffer”按钮即可。5. 触发方式当选择“Internal”触发方式时，字信号的输出直接手输出方式按钮的控制。当选择“External”时，必须接入外触发信号

48、，而且要设置“上升沿触发”或“下降沿触发”，然后单击输出方式按钮。只有外触发信号到来时才启动信号输出。6. “Pattern”对话框图2-15 “Pattern”对话框单击“Pattern”按钮，弹出如图2-15所示的对话框。单击该对话框中的“Clear buffer”按钮，则可清除字信号编辑区内设置的全部内容（含设置的断点地址），字信号的全部内容恢复为0000H。“Open”表示打开字信号文件。“Save”表示将字信号文件存盘，字信号文件的后缀为“DP” 。“Up counter”表示在字信号编辑区地址范围0000H-03FFH内，其内容按逐个递增方式进行编码。“Down counter”

49、表示在字信号编辑区地址范围0000H-03FFH内，其内容按逐个递减方式进行编码。“Shift right” 表示字信号按8000H，4000H，2000H，1000H，0800H的次序进行编码。“Shift left” 表示字信号按0001H，0002H，0004H，0008H，0010H的次序进行编码。2.2.6 逻辑分析仪 逻辑分析仪可以同步记录和显示16路逻辑信号，可用于对数字逻辑信号的高速采集和时序分析。逻辑分析仪的图标和面板如图2-16所示。图2-16 逻辑分析仪的图标和面板1. 逻辑分析仪和数字电路的连接图标左侧的16个端口是逻辑分析仪的输入信号端口，使用时连接到电路的测量点。面

50、板图中“Clock”下方的按钮为“采样时钟设置按钮。当单击 “Set.”按钮后，将打开“Clock setup”对话框，如果将对话框中的“Clock mode”项设置为“External”时，图标中的“外时钟输入”端口必须接外部时钟，否则逻辑分析仪不工作。图标中的“时钟控制输入”端口的功能是控制外部时钟。图标中的“触发控制输入”端口的功能是控制触发字。2. 对逻辑分析仪面板图的说明面板的最左侧16个圆圈代表16个输入端，小圆圈内“0”或“1”符号实时显示各路输入逻辑信号的当前值。被采集的信号以方波的形式显示在屏幕上。当该变输入信号的连线颜色时，显示波形的颜色立即改变。面板中的“Clock pe

51、r division”用于设置时间基线刻度。当波形拥挤时可以将时间基线设置的低一些。拖动读书指针上部的三角形可以读取波形的逻辑数据。其中T1、T2分别表示读书指针1、2离开时间基线零点的时间，T2-T1表示两个读书指针之间的时间差。3. 采样时钟设置说明用鼠标单击面板中“Clock”下方的“Set.”按钮便可以打开“Clock Setup”对话框如图2-17。图2-17 “Clock Setup”对话框“Clock edge”表示在时钟的上升沿或下降沿采样。“Clock mode”表示选择内部时钟或外部时钟。当采用内部时钟时，可在本对话框中“Internal clock rate”项进行设置，

52、以改变采样时钟的速率。“Clock qualifier”表示时钟限制，该位设置为1，表示时钟控制输入为1时开放时钟，逻辑分析仪可以进行波形采集；若该位设置为0，表示时钟控制输入为0时开放时钟；若该位设置为x，表示时钟总是开放，不受时钟控制输入限制。对话框的左下方“Pre-trigger samples”、“Post-trigger samples”、“Thresholdvoltage（v）”分别表示触发前数据采集的点数、触发后数据采集的点数 和触发信号电平门限值的设置。触发发生后，逻辑分析仪按照设置的点数显示触发前波形和触发后信号波形，并标出触发的起始点。在触发前，单击“Stop”按钮可以显示

53、触发前的波形。任何时候单击“Reset”按钮，逻辑分析仪都会复位，清除显示波形。4. 触发方式选择的说明图2-18 触发方式对话框单击逻辑分析仪右下角“Trigger”字符下方的“Set.”按钮可以打开触发方式对话框如图2-18。对话框中有三个触发字，其识别方式可以通过“Trigger combination”进行选择，分成8种组合方式：A or B、 A or B or C、 (A or B)then C、A then (B or C)、A then B then C、 A then B( no C)。触发字的某一位设置为x时，表示该位取值为“任意”（0、1均可）。3个触发字的默认设置均为x

54、xxxxxxxxxxxxxxx，表示只需第一个输入逻辑信号到达，无论是0或1电平，分析仪均被触发而采集波形数据，否则必须满足触发字的组合条件才被触发。第三章 EWB分析方法3.1 EWB仿真的基本过程EWB利用计算机的强大的计算功能来完成对模拟电路、数字电路、混合电路的性能仿真和分析，用户在电子工作平台上创建一个电路以后，启动电子工作台电源开关或选择适当的仿真分析方法，便可以从示波器等虚拟仪器（或分析图表）上看到仿真分析结果。EWB对电路的仿真分析过程有如下四个步骤：1.数据输入：将创建的电路结构、元器件数据读入，选择分析方法。 2.参数设置：程序会检查输入数据的结构和性质，以及电路中阐述的内

55、容，对参数进行设置。3.电路分析：对输入数据进行分析计算，形成电路的数值解，并将相关的数据送给输出级。4.数据输出：仿真运行的结果有的直接在示波器中显示，有的在分析显示图中以数据表格、波形形式和曲线形式显示。3.2分析方法的参数设置EWB考虑到使用者对分析内容、分析精度的不同要求，以及使用的虚拟仪器和设置MOS管构造模型的不同等因素，对“Analysis”菜单中的“Analysis Options”的参数，可根据需要重新进行设置。要熟练地对电路进行仿真，熟悉并掌握上述有关内容的含义、参数设置的范围很有必要。在分析选项对话框中共有五项内容：总体分析选项（Global）、直流分析选项（DC）、瞬态

56、分析选项(Transient)、器件分析选项(Device)、仪器分析选项(Instruments)。下面就每一个卡中参数的含义、参数的设置要求进行说明。3.2.1总体分析选项总体分析选项的内容及其含义见表3-1。表 3-1总体分析选项卡内容总体分析选项含义和设置要求ABSTOL(Absolute current tolerance)电流的绝对精度，通常小于电路中最大电流信号的6-8个数量级。缺省设置为：1.0E-12。GMIN(Gmin minimum conductance)最小电导。该值不能设置为零，增大该值可以改善收敛性，但影响仿真精度。PIVREL（pivot relative ra

57、tio）最大矩阵项与主单元值的相对比率设定在0 1之间。缺省值为：0.001。总体分析选项含义和设置要求PIVTOL(Pivot absolute tolerance)主元矩阵项最小值。缺省设置：1.0E 13。RELTOL(Relative error tolerance)相对误差精度。改变此值会影响仿真速度和收敛性。取值在1.0E 6 到0.01之间。缺省值为：0.001。TEMP(Simulation temperature)仿真温度。缺省值为：27度。缺省设置VNTOL(Absolute voltage tolerance)电压绝对精度。通常小于电路最大电压信号的6-8个数量级。缺省设

58、置：1.0E 6。CHGTOL(Charge absolute)电荷绝对精度。缺省设置：1.0E 14。RAMPTIME(Ramp time)斜升时间。在确定时间内独立源、电容和电感从零至终值的条件。缺省设置：0。CONVSTEP(Relative convergence step size limit) 相对收敛步长限制。在求解直流工作点时，建立相对步长限制自动控制收敛。缺省设置：0.25。CONVABSTEP(Absolute convergence step size limit)绝对收敛步长限制。在求解直流工作点时，建立绝对步长限制自动控制收敛。缺省设置：0.1。CONVLIMIT(C

59、onvergence limit)收敛限制。用于某些元件模型内部的收敛算法。缺省设置：ON。RSHUNT(Analog node shunt resistance)模拟节点分流电阻。在节点和地之间接入电阻，该电阻应该较大。缺省设置：不选用。若选用该项，则电阻为1.0E +12。MB(Temporary file size for simulation)仿真临时文件的规模。缺省设置：10。3.2.2直流分析选项直流分析选项卡如图3-1所示。ITL1 (Operating Point Analysis Iteration Limit)：工作点分析迭代极限。其功能是限制牛顿拉夫申的迭代次数。缺省设置：100。若出现“直流分析时不收敛”等情况，可在500-1000的范围内增加该值。GMINSTEPS (Steps in