16 虚拟测量技术1Word文档格式.docx

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但是当分析中出现不收敛问题时，是需要重新设置的。

该菜单分为如下设置卡：

通用设置卡（General）；

DC设置卡（DC）；

瞬态分析设置卡（Transient）；

器件设置卡（Device）；

仪器设置卡（Instrument）。

EWB有十几种测量功能，即直流工作点测量、交流测量、瞬态测量、傅里叶测量、噪声测量、失真度测量、参数扫描测量、温度扫描测量、极零点测量、传递函数测量、灵敏度测量、最坏情况测量、蒙特卡罗测量等。

下面举例介绍它们的测量操作过程

1.6.1直流电路的测量

直流电路的测量既可对创建的直流电路进行测量和分析，又可对交流电路的静态工作点（直流通路）进行测量和分析，如计算晶体管放大器的静态工作点等。

选择分析菜单中的DC分析，如图1.6-1所示。

在直流工作点测量过程中，电容被看作开路，电感被看作短路，AC电源被看作无输出并且工作在稳态，电路中的数字器件将被视为高阻接地。

直流（DC）工作点测量的结果可用于其它分析。

DC测量的步骤如下：

1）在电子工作台主窗口的电路工作区创建仿真电路。

2）选定菜单栏中的Circuit／SchematicOption／ShowNodes，则电路的节点标志（ID）显示在电路图上，如图1.6-2所示的直流电路。

图1.6-2直流电路的测量

3）选定菜单栏中的Analysis/DCOperatingPoint项，电子工作台会自动把测量值，即电路中所有节点电压值和电压源支路的电流值显示在Analysis／DisplayGraph中，如图1.6-3所示。

图1.6-3直流电路测量结果

对图1.6-2所示的直流电路，用迭加原理容易求得节点1、2、3、4的电位分别为12V、7V、9V、7V；

电压源支路的电流为-5mA（指向参考点），R3支路电流为7mA（指向参考点），这些理论计算值和仿真分析结果是一致的，和图中用直流电流表测得的值也是一致的。

在用EWB仿真分析时，节点的概念扩展到两个元件间的连接点，所以仿真分析结果包括所有元件的电压值。

例如电阻R1两端的电压为

电阻R2两端的电压为

从而可得各支路电流。

图1.6-4所示是单管交流放大电路，其静态工作点（直流通路）测量结果如图1.6-5所示。

它是该电路交流频率等分析的基础。

图1.6-4单管交流放大电路图1.6-5静态工作点测量结果

1.6.2交流电路的测量

所谓交流测量，就是测量和分析交流电路的频率特性。

测量时先选定被测量的电路节点，在测量时，电路中的直流源将自动置零，交流信号源、电容、电感等元器件均设置为交流模式，输入信号设定为正弦波形式。

若把函数信号发生器的其他信号设置为输入信号，在进行交流频率分析时，EWB会自动把它作为正弦信号输入。

因此输出响应也是该电路交流频率的函数。

交流测量的步骤如下：

1）在电子工作台上创建需进行分析的电路，下面以图1.6-4所示电路为例，在图中确定输入信号的幅度和相位。

2）选定菜单中的Analysis／ACFrequency。

3）在对话栏中，确定需分析的节点、起始频率（FSTART）、终点频率（FSTOP）、扫描形式（Sweeptype）、显示点数（NumberPoints）和纵向尺度（VerticalScale）。

对图1.6-4所示电路交流频率分析参数设置对话框的设定与选择如下：

起始频率（StartFrequency）：

1Hz（默认设置）；

终止频率（EndFrequency）：

10GHz（默认设置）；

扫描形式（SweepType）：

十倍频（十倍频／线性／倍频，默认设置为线性）；

点数（点／每单位）（NumberofPoints／PointsPer）：

100（对线性而言，起始至终止间共有多少点数，默认设置为100）；

纵向刻度（VerticalScale）：

Log（对数）（线性／对数／分贝，默认设置为线性）；

分析的节点号（NodesforAnalysis）：

4（将被分析的节点编号4加到Add欲分析节点NodesforAnalysis，默认设置为节点1）；

（4）按Simulate（仿真）键，即可在显示图上获得被分析节点的频率特性波形。

按Esc键，将停止仿真。

交流频率测量的结果，可以显示成幅频特性和相频特性两个图,如图1.6-6所示。

如果用博德图仪连至电路输出端和被测点，同样也可以获得交流频率特性。

图1.6-6图1.6-4所示电路中节点4的频率特性

1.6.3瞬态测量

瞬态测量，是指电路选定节点的时域响应。

即观察该节点在整个显示周期中每一时刻的电压波形。

进行瞬态测量时，直流电源保持常数，交流信号源随着时间而改变，电容和电感都是储能元件。

在对选定节点进行瞬态测量时，需按Analysis栏对话框的要求进行，一般可对该节点作“直流工作点分析”，其结果可以作为瞬态测量的初始条件。

瞬态测量的步骤如下：

1）在电子工作台上创建需进行分析的电路图，确定输入信号的幅度和相位。

2）选定菜单栏中的Analysis／Transient。

3）按对话框要求设置参数。

瞬态分析对话框的选项、取值及含义如下。

设置为零（SettoZero）：

不选（若从零初始状态开始则选择此项）；

使用者定义（User-defined）：

不选（若从使用者所定义的初始状态开始，则选择此项）；

计算静态工作点（CalculateDCOperatingPoint）：

选用（若从静态工作点开始分析，则选择此项）；

起始时间（StartTime）：

0s（瞬态测量的起始时间必须大于或等于零，而且小于终上时间）；

终上时间（EndTime）：

0．001s（瞬态测量的终止时间，必须大于起始时间）；

自动产生步进时间（GenerateTimeSteps）：

选中（EWB将尝试选择模拟电路的合理性及最大步进时间）。

4）按Simulate键，即可在显示图上获得被分析节点的瞬态波形，按Esc键，将停止仿真。

瞬态测量的结果与用示波器观察的结果是一样的。

但是采用瞬态测量方法，可以通过设置，更仔细地观察到波形起始部分的变化情况。

仍以图1.6-4电路为例，分析电路中节点4的瞬态波形，其结果如图1.6-7所示。

图1.6-7图1.6-4所示电路中节点4的瞬态波形

1.6.4傅里叶测量

傅里叶测量方法用于分析一个时域信号的直流分量、基波分量和谐波分量。

即把被测节点处的时域变化信号作离散傅里叶变换，求出它的频域变化规律，将被测量节点的频谱显示在分析图窗口中。

在进行傅里叶测量时，必须首先选择被测量的节点，一般将电路中的交流激励源的频率设定为基频，若在电路中有几个交流电源时，可将基频设置在这些电源频率的最小公因数上。

傅里叶测量步骤为：

1）在电子工作台上创建要分析的电路图，如图1.6-8所示。

该电路输入正弦波时，输出（节点3）为梯形波。

用示波器观测的输出梯形波，如图1.6-9所示。

图1.6-8梯形波产生电路

图1.6-9示波器观测梯形波

2）选定菜单栏中的Analysis/Fourier项。

3）按对话框的要求设置参数。

傅里叶分析参数设置对话框如图1.6-10所示，傅里叶分析对话框的选项、取值及含义如下：

图1.6-10傅里叶分析对话框

输出节点（OutputNode）：

3（电路中被测量的节点，默认设置为第一个节点）；

基频（FundamentalFrequency）：

1MHz（傅里叶测量的基频，为交流电源的频率或最小的公因数，默认设置为1Hz）；

谐波数（NumberofHarmonic）：

5（被计算、显示的基频谐波数，默认设置为9）；

线性（线性／对数／分贝，默认设置为线性）；

相角显示（DisplayPhase）：

不选（显示相频特性曲线）；

线上输出（OutputasLine）：

不选（显示幅频特性曲线，而不是傅里叶变换的条形码）。

4）按Simulate键，即可在显示图上获得被测量节点3的Fourier变换波形，如图1.6-11所示。

傅里叶分析可以显示被分析节点的电压幅频特性也可以显示相频特性，显示的幅度可以是离散条形，也可以是连续曲线型，默认设置为离散型。

图1.6-11方波信号傅里叶分析频谱图

1.6.5噪声测量

噪声测量用于检测电子线路输出信号的噪声功率幅度，用于计算、分析电阻或晶体管的噪声对电路的影响。

在分析时，假定电路中各噪声源是互不相关的，因此它们的数值可以分开各自计算。

总的噪声是各噪声在该节点的和（用有效值表示）。

噪声测量步骤如下：

1）在电子工作台上创建需进行分析的电路如图1.6-12所示。

选定分析栏中的噪声分析（Analysis/Noise）选项。

图1.6-12噪声测量电路

2）确定电路中被测量的节点为节点4，输入噪声源为V2。

3）根据对话框的要求设置参数对话框如图1.6-13所示。

噪声分析对话框中的选项、取值以及含义如下。

输入噪声参考源（1nputNoiseReferenceSource）：

电路中的第一编号电源（默认设置），选择交流电压源作为输入噪声参考源；

电路中的第一编号节点（默认设置），作噪声测量的节点；

参考节点（ReferenceNode）：

0（接地点）（默认设置），为参考电压点；

1Hz（扫描起始频率，缺省设置）；

终止频率（EndFrequency）：

10GHz（扫描终止频率，缺省设置）；

扫描形式（SweepType）:

十倍频（十倍频／线性／倍频，默认设置为十倍频）；

总点数（点／每单位）（NumberofPoints／Pointsper）：

100（默认设置，自起始频率至终止频率之间的总点数）；

对数（对数／线性／分贝，默认设置为对数）；

设置电路观测点的点数（SetPointPerSummary）：

不选（当选择该项时，显示被选元件噪声作用时的曲线，用求和的点数除以频率间隔数，会降低输出显示图的分辨率）；

设置噪声源的总点数（PointsPreSummaryComponent）：

电路中的第一编号元件（默认设置），当选择该选项时，即选择噪声源进行求和。

举例来说，在噪声分析对话框中，把Vl作为输入源，把节点1作为输出节点，则电路中各噪声源在节点1处形成的输出噪声，用该输出噪声除以电路的增益所获得的等效输入噪声来表示，再把它作为信号输入一个假定没有噪声的电路，即获得节点1处的实际输出噪声。

图1.6-13噪声分析参数设置对话框

4）按仿真（Simulate）键，即可在显示图上获得被测量节点的噪声分布曲线图，如图1.6-14所示。

图中下部的曲线为输入噪声功率曲线，上部曲线为输出噪声功率曲线。

图1.6-14共射极放大电路输出噪声功率曲线

1.6..6失真测量

失真测量用于分析电子电路中的谐波失真和内部调制失真，主要用于小信号模拟电路。

若电路中有一个交流信号源，该测量能确定电路中每一个节点的二次谐波和三次谐波的复数值，若电路中有两个交流信号源，该测量能确定电路变量在三个不同频率处的复数值，三个不同频率是：

两个频率之和的值、两个频率之差的值以及第一个频率的二倍频与另一个频率的差值。

该测量方法是对电路进行小信号失真测量，尤其适合观察在瞬态分析中无法看到的比较小的失真。

失真测量如下步骤：

1）在电子工作台上创建失真测量电路如图1.6-15所示。

晶体管Q2N2222A的电流放大系设定为100，其他参数如图1.6-15所示。

图1.6-15失真测量电路

2）选定菜单中的Analysis／Distortion选项。

失真分析参数设置对话框如图1.6-16所示。

图1.6-16失真分析参数设置对话框

1Hz（扫描起始频率，默认设置）；

10GHz（扫描终止频率，默认设置）；

十倍频（十倍频／线性／倍频，默认设置为十倍频）；

总点数（NumberofPoints／Pointsper）：

100（从起始频率到终止频率之间的总点数，默认设置为100）；

对数（对数／线性/分贝，选择对数坐标）；

f2／fI比率（f2／f1ration）：

不选（若信号有两个频率f1和f2，当不选定该项时，分析结果为二次谐波和三次谐波的失真情况，当选定该项时，fl进行扫描，f2被设定成该比值乘以起始频率，必须在0和1之间取值，并得到两个频率之和的值、两个频率之差的值以及第一个频率的二倍频与另一个频率的差值等三种互调失真情况）；

欲分析节点（NodesforAnalysis）：

节点4（选择被分析的节点）；

4）按仿真（Simulate）键，即可在显示图上获得被分析节点的失真波形，图1.6-17所示为节点4的二次谐波和三次谐波的失真情况，图1.6-18所示为节点4的电路内部凋制频率，f1+f2、f1-f2和2*fl-f2的互调失真情况。

图1.6-17节点4的二次谐波和三次谐波失真情况

图1.6-18节点5的电路内部互调失真

1.6.7参数扫描测量

对电路进行参数扫描测量，可以较快地获得某元件的参数在—定范围内变化时,对电路响应的影响，获得静态分析、瞬态分析、交流频率分析等随着参数变化的情况，它相当于该元件每次取不同的值，相应地进行一次仿真，是电路分析、调整和设计的快捷方法。

通过“参数扫描分析”对话框，选择被分析元件的起始值、终止值和增量值。

参数扫描的测量步骤为：

1）创建要测量的电路如图1.6-19所示。

该电路是由555定时器构成的自激多谐振荡器，由参数扫描分析可观测电容器C0上的充放电电压波形随其参数变化的情况。

图1.6-19参数扫描测量

2）选择分析项中的参数扫描栏。

确定电路被测量的节点、元件和被分析的参数的取值范围。

3）选择扫描方式（直流工作点、瞬态和交流频率分析）。

4）修改对话框中的分析参数设置。

参数扫描分析设置对话框如图1.6-20所示。

参数扫描对话框中的选项、取值以及含义如下。

图1.6-20参数扫描分析设置对话框

元件（Component）：

C0（选择欲扫描的元件）；

参数（Parameter）：

电容值（欲扫描的元件的第一参数）；

起始值（StartValue）：

所选元件的参数值（扫描的起始值）；

终止值（EndValue）：

所选元件的参数值（扫描的终止值）；

．

扫描方式（SweepType）：

线性（10倍／线性／8倍）；

增量步长（1ncrementStepsize）：

1（根据参数值大小而定，仅适用于线性扫描）；

输出节点（OutNode）：

节点1（欲分析的电路中的节点）；

扫描适用：

（Sweepfor）：

瞬态分析（直流工作点分析／瞬态分析／交流频率分析）。

在参数扫描选择对话框中，若选择瞬态分析或交流分析选项，按参数扫描对话框中的“SetTransientOptions”键或“SetACOptions”键，将打开这两个对话框，以观察和修改被分析的元件的参数。

5）按参数扫描对话框中的“Simulate”键开始仿真，观察到如图1.6-21所示的电容值变化时的振荡频率变化情况。

按Esc键停止仿真。

图1.6-21参数扫描时电容的电压波形

1.6.8温度扫描测量

改变环境温度的变化范围，对电路进行直流工作点、瞬态和交流频率测量。

温度扫描测量，可以观察到在不同温度条件下的电路各节点电压和支路电流，并用曲线图形显示在分析图窗口中。

通过“温度扫描分析”对话框选择被分析元件温度的起始值、终止值和增量值。

在进行其他测量的时候，电路的仿真温度默认没定在27℃。

温度扫描测量步骤如下：

1）创建要测量的电路扔采用图1.6-19所示电路，确定欲测量的节点和元件。

2）选择分析选项中的温度扫描栏。

3）确定对话框中的分析参数设置。

温度扫描分析设置对话框如图1.6-22所示。

参数扫描对话框中的选项、取值以及含义如下：

图1.6-22温度扫描分析设置对话框

起始值（Startvalue）：

1℃（扫描的温度起始值）；

终止值（Endvalue）：

80℃（扫描的温度终上值）；

扫描方式（Sweeptype）：

10倍（10倍／线性／8倍）；

增量步长（Incrementstepsize）：

不选（适用于线性扫描）；

输出节点（Outnode）：

节点1（待观察结果的节点）；

扫描用于（Sweepfor）：

瞬态分析（静态工作点／瞬态分析／交流频率分析）；

在温度扫描选择对话框中，若选择瞬态分析或交流分析选项，你可以按“SetTransientOptions”键或“SetACOptions”键，将打开相应的对话框，可以观察和修改被分析的参数。

若按“SetTransientOptions”键，将弹出如图1.6-23所示的对话框。

图1.6-23温度扫描瞬态分析选项

4）按参数扫描对话框中的“Simulate”键，开始仿真，观察到如图1.6-24所示仿真波形，是电路的工作温度从1~80℃时的输出波形变化情况。

图1.6-24温度扫描测量波形图