计算机仿真与故障实习报告.docx

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计算机仿真与故障实习报告

计算机仿真与故障实习报告

实习目的：

本次实习的目的是借助现代EDA技术进行系统电路设计，侧重于综合应用所学知识，设计较为复杂的功能电路或小型电子系统，培养我们的现代电路设计与综合应用的能力，提高电路设计水平，培养现代电子系统设计能力和创新研究能力。

实习内容：

1、熟悉ProtelDXP设计环境。

2、通过双稳态振荡电路的设计和仿真，进一步掌握ProtelDXP电路仿真基本概念和仿真元件参数设置，完成电路的基本仿真。

3、通过设计有源带通滤波器电路，将50HZ的方波进行分解，得到基波，二次谐波，三次谐波，观测各次谐波，并将各次谐波接至加法器的相应输入端，进行仿真后，观测分析各次谐波和加法器的输出波形，掌握ProtelDXP仿真分析方式。

实习过程：

仿真在电路设计流程中扮演着越来越重要的角色,是检验电路设计的一种有效手段,PROTEL是集所有设计工具于一身的EDA软件。

运用其AdvancedSIM仿真工具分别叙述了电路仿真设计的方法、步骤,以及对仿真结果的分析。

通过仿真对工作点、暂态波形、小信号等分析,确认电路设计效果。

如在工程设计过程中利用SIM仿真工具对电路进行测试,可以大大缩短设计周期,提高设计效率。

首先我们先熟悉掌握protelDXP的设计环境，ProtelDXP在早期版本的基础上加强了软件的仿真功能。

通过对电源电路的设计仿真，我们了解了ProtelDXP电路仿真设计的一般步骤，电路仿真是指在计算机上通过软件来模拟具体电路的实际工作过程,并计算出在给定条件下电路中各节点（包括中间节点和输出节点）的输出波形。

电路仿真是否成功,取决于电路原理图、元件模型的仿真属性、电路的网表结构以及仿真设置等。

它的设计流程图如下：

电路仿真流程图

1、原理图设计:

首先,新建一个原理图文件*.schdoc,打开编辑环境,与普通原理图大致相同;然后,打开Libraries,加载必要的元器件库,添加元器件并设置参数,这里所有的元器件都必须具有Simulation仿真属性,否则仿真时将出现错误信息,在DXP中假定所有元器件都是理想元器件;最后,用导线进行电气连接或网络标号,对整个电路进行编译ERC校验,确保整个电路没有错误。

下面是我们对电源设计的原理图：

2、设置仿真环境:

执行菜单命令,打开Analysessetup对话框,设置仿真方式并指定要显示的数据,DXP提供10种分析仿真方式,包括直流工作点、直流扫描、交流小信号、瞬态过程、Fourier、噪声、传输函数、温度扫描、参数扫描以及蒙特卡罗分析等。

在这其中我们还要对元件的参数设计，设置好仿真元器件之后，还必须对仿真元件的属性进行修改。

还要设置仿真激励源。

由于电路原理图中绘制的电路，仅仅是能够实现一定功能的电路，如果没有电源的输入供电是无法工作的。

所谓仿真激励源，其实就是输入信号，使电路可以开始工作。

仿真测试电路要想正常工作，必须至少包含一个激励源。

一般来说，常用的激励源有以下几种：

直流源、脉冲信号源、正弦信号源等。

3、仿真:

设置仿真环境后单击OK按钮,系统进行电路仿真,生成一*.sdf文件,同时打开窗口显示分析结果。

4、分析结果:

观察电路仿真结果,分析仿真波形是否符合电路设计要求,如果不符合,则重新调整电路参数进行仿真,直到满意为止。

对电源的仿真波形如下：

实习设计：

本次实习要求我们设计带通滤波器将50Hz的方波进行分解，得到基波，二次谐波，三次谐波，观测各次谐波，并将各次谐波接至加法器的相应输入端，观测加法器的输出波形。

通过了解我们的课题要求，我们查找了相关资料，对带通滤波器（BPF）的理解。

带通滤波器的作用是只允许某一段频带的内的信号通过，而将此频带以外的信号阻断。

由于我们在大二学习了模电，对方波的分解和合成都有一定的了解，方波的分解与合成：

周期性信号波的数学基础，任何具有周期为T的信号波函数f（t）都可以表示为三角函数所构成的级数之和，即其根据傅利叶分解可以展开成直流分量、基波和所有ｎ阶谐波的迭加。

根据傅利叶公式可得：

其中：

T为周期，ω为角频率（ω=

），第一项

a0为直流分量。

方波的傅利叶分解，方波的数学模型如右图。

根据傅利叶分解可知方波为奇函数，它没有常数项。

根据原理图设计方法图中，左边三路分别是中心频率为50Hz、100Hz和150HZ的带通滤波器，结构完全相同，但是中心频率不相同。

此带通滤波器的参数计算如下：

通带中心频率

通带的中心角频率：

通带中心角频率

处的电压放大倍数：

取

，则：

以上为基波的电阻参数计算过程，二次谐波和三次谐波的参数计算为：

保持电容不变，将电阻相应地取二分之一和三分之一，即得二次谐波和三次谐波的电阻参数。

右边部分为三路分解波的合成，使用一个同向加法器实现。

下图是整体方案设计：

基波：

三次谐波：

五次谐波：

按以上原理将50HZ的方波进行分解，取其基波、三次谐波、五次谐波。

为了满足设计要求，对相应的分解波进行提取，则需要设计相应中心频率的带通滤波器，最后将三路信号通过一个加法器进行合成。

进行参数设计好之后，得到的波形如下图：

实现频谱图的仿真，得到傅里叶频谱分析图如下：

实习分析：

从信号波形图可以清楚地看到，一个方波分解成为三个正弦波，其中OUT1表示基波，其频率为50HZ；OUT2为三次谐波，其频率为150HZ；OUT3为五次谐波，其频率为250HZ。

从波形图中可见，基波在一个周期内有1个波形，三次谐波有2个波形，五次谐波有3个波形。

说明方波的各次谐波提取成功。

在信号波形图中奇次谐波相叠加之后的到类似方波的波形，奇次谐波叠加的越多越接近方波，而偶此谐波都被滤除，一次如果想得到更接近方波的波形只需要多叠加几次谐波比如将1、3、5、7、9等次谐波加进去那么所得的波形将更接近方波的波形。

实习总结：

通过这次实习，让我们熟悉和掌握protelDXP的电路原理图和波形仿真图的设计。

这次实习我们主要是设计一个有源带通滤波器，这涉及到我们前面所学的模拟电子技术和信号系统分析中部分知识，这让我们复习和巩固前面所学的知识，也从课本知识应用到实际电路中去，加强我们应用知识的能力。