实验五protel模拟电路仿真.docx
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实验五protel模拟电路仿真
电子线路设计软件课程设计报告
实验内容：
实验五protel数字电路仿真
一、实验目的
1、认识并了解protel的元器件库；
2、学会使用protel绘制仿真电路原理图；
3、学会使用protel里面的仿真分析方法分析数字电路；
二、Protel99SE仿真分析功能的介绍
Protel99SE提供了模拟/数字混合仿真，其仿真引擎使用伯克利分校的SPICE3f5/xspice，它可以精确的仿真由各种元器件构成的电路。
对于复杂的数字器件，Protel99SE允许使用一种特殊的描述性语言（DigitalSimCode）,设计者可通过它建立相应的数字器件模型，以供Protel99SE仿真使用。
它所执行的分析功能有：
（1）静态工作点分析（OperatingPoint）:
静态工作点分析可用于分析直流稳态电路和交流放大电路的静态工作点。
选择合适的静态工作点是交流放大电路进行正常工作的前提。
（2）直流扫描分析（DCS）：
直流扫描分析是直流转移特性分析，允许设置两个扫描变量，通常第一个扫描变量（主独立源）所覆盖的区间是内循环，第二个扫描变量（次独立源）扫描区间为外循环。
（3）交流小信号分析（ACSmallSignal）:
交流小信号分析是一种线性领域分析，仿真程序将首先分析计算电路的直流工作点，以确定电路中非线性元件的线性化模型参数，然后在设计者指定的频率范围内，对变换后的线性化电路进行频率扫描分析。
（4）瞬态分析（TransientAnalysis）:
瞬态分析是一种非线性时域分析方法，它可以在给定激励信号（或无任何激励）的条件下，计算电路的时域响应。
它类似于利用示波器观察各节点电压或电流的波形。
瞬态分析时，电路的初始状态允许设计者自行指定。
（5）温度扫描分析（TemperatureSweep）:
温度扫描分析是指在一定温度范围内进行电路参数计算，从而确定温度漂移等性能指标。
它不能单独使用，必须在瞬态分析、直流扫描分析或交流小信号分析时，才允许使用温度扫描分析。
（6）傅立叶分析（FourierAnalysis）:
傅立叶分析是在大信号正弦瞬态分析时，对输出的最后一个周期波形进行谐波分析。
一个周期为T的函数g（t）可用如下的傅立叶级数表示：
（7）噪声分析（NOISE）：
噪声分析可通过绘制噪声谱密度图，以确定电阻噪声和半导体噪声对噪声特性的影响。
噪声谱密度按每赫兹噪声强度绘制，系统能够计算下列噪声：
输入噪声、输出噪声和器件噪声。
（8）传递函数分析（TransferFunction）：
传递函数分析是在直流工作点的基础上，在电路直流偏置附近将电路线性化，从而计算电路的输入阻抗，输出阻抗以及直流增益。
（9）蒙特卡罗分析（MonteCarlo）：
蒙特卡罗分析是一种统计模拟方式，它是在给定电路元器件参数容差的统计分布规律的条件下，用一组组伪随机数求得元件参数的随机抽样序列。
对这些随机抽样的电路进行直流、交流小信号、瞬态分析，并通过多次分析的结果估算出电路性能的统计分布规律以及电路的合格率、成本等等。
（10）参数扫描分析（ParameterSweep）:
参数扫描分析允许设计者在指定的范围内，以自定义的增幅扫描元件的参数值，它可以与其它分析方法配合起来使用，对电路所执行的分析进行参数扫描，对于研究电路参数变化对电路特性的影响提供了很大的方便。
三、仿真的步骤
1、仿真原理图
（1）、在原理图编辑器中加入仿真组元件库“Sim.ddb”;
（2）、在电路图上确定仿真组件，设置组件的仿真参数。
（3）绘制仿真电路原理图
（4）、在仿真电路原理图中添加电源盒激励源
（5）、设置仿真节点以及电路的初始状态
（6）、对电路原理图进行ERC检测，修改其中的错误
（7）、设置仿真参数
（8）、运行仿真器，进行结果分析
四、仿真元件实例
1、电阻
在库SimulationSymbols.lib中，包含了如下的电阻器：
RES固定电阻;
RESSEMI半导体电阻；
RPOT电位器；
RVAR变电阻。
上述符号代表了一般的电阻类型，如图l所示。
图l 仿真库中的电阻类型
这些元器件有一些特殊的仿真属性域，在放置过程中按键或放置完成后双击该器件得到属性对话框，可如下设置：
Designator 电阻器名称（如R1）；
PartType 以欧姆为单位的电阻值（如100kΩ）；
L可选项，电阻的长度（仅对半导体电阻有效）；
W可选项，电阻的宽度（仅对半导体电阻有效）；
Temp 可选项，元件工作温度，以摄氏度为单位，缺省时为27℃（仅对半导体电阻有效）；
Set 仅对电位器和可变电阻有效（在“PartFieldsl～8”选项卡中设置取值0～l）。
2、电容
在库SimulationSymbols.Lib中，包含了如下的电容：
CAP 定值无极性电容；
CAPZ 定值有极性电容；
CAPSEMI 半导体电容。
这些符号表示了一般的电容类型，如图2所示。
图2仿真库中的电容类型
对电容的属性对话框可如下设置：
Designator 电容名称（如C1）；
PartType 以法拉为单位的电容值（如22uF）；
L可选项，以公尺为单位的电容的长度（仅对半导体电容有效）；
W可选项，以公尺为单位的电容的宽度（仅对半导体电容有效）；
IC可选项，初始条件，即电容的初始电压值。
在“PartFieldsl～8”选项卡中设置。
该项仅在仿真分析工具傅里叶变换中的使用初始条件被选中后，才有效。
3、电感
在库SimulationSymbols.Lib中，包含了INDUCTOR电感，对电感的属性对话框可如下设置：
Designator电感名称（如L1）；
PartType以亨为单位的电感值（如27mH）；
IC可选项，初始条件，即电感的初始电压值。
在“PartFields1～8”选项卡中设置。
该项仅在仿真分析工具博里叶变换中的使用初始条件被选中后，才有效。
4、二极管
在库Diode．lib中，包含了数目巨大的以工业标准部件数命名的二极管。
如图3所示，该图简单列出了库中包含的几种二极管。
图3仿真库中的二极管类型
对二极管的属性对话框可如下设置：
Designator 二极管名称（如D1）；
Area 可选项，该属性定义了所定义的模型的并行器件数；
IC可选项，初始条件，即通过2极管的初始电压值。
该项仅在仿真分析工具傅里叶变换中的使用初始条件被选中后，才有效；
Temp 可选项，元件工作温度，以摄氏度为单位，缺省时为27℃。
5、三极管
在库Bjt.lib中，包含了数目巨大的以工业标准部件数命名的三极管。
如图4所示，该图简单列出了库中包含的三极管型号。
图4仿真库中的三极管类型
对三极管的属性对话框可如下设置：
Designator 三极管名称（如Q1）；
Area可选项，该属性定义了所定义的模型的并行器件数；
IC可选项，初始条件，即通过三极管的初始电压值。
该项仅在仿真分析工具傅里叶变换中的使用初始条件被选中后，才有效；
Temp可选项，元件工作温度，以摄氏度为单位，缺省时为27℃。
6、互感（电感耦合器）
库Transformer.lib包括了大量的电感耦合器。
对电感耦合器的属性对话框可如下设置：
Desigator电感耦合器名称（如 T1）；
Ratio二次侧／一次侧变压比，这将改变模型的默认值；
RP可选项，一次测阻抗；
RS可选项，二次侧阻抗。
三、电路仿真
仿真步骤：
1．生成原理图文件。
这是进行仿真的基础和前提。
3．设置瞬态分析，首先设置General页面：
执行菜单Simulate/Setup，屏幕弹出设置窗口的General页面。
设置该页面。
Genernal页面设置
瞬态分析页面设置
瞬态分析显示结果
单击RunAnalyses按钮开始仿真，输出波形见瞬态分析.sdf，可以使用单曲线显示方式和光标，使显示满足要求。
设计者若选择多波形显示，则将设计者所选择的波形显示在同一窗日中。
这便于信号间的比较。
仿真器输出了一系列的波形，设计者借助这些波形，可以很方便地发现设计中的不足和问题。
这样，不必经过实际的制版，就可完全了解所设计原理图的电气特性。
4生成原理图文件。
这是进行仿真的基础和前提。
5．我们使用的是分段线性电压信号源，波形设置为：
0U0.1V0.001U9V2U0.5V2.003U9V4U0.1V4.005U10V
图13 V2正弦信号源设置
6．设置瞬态分析，首先设置General页面：
执行菜单Simulate/Setup，屏幕弹出设置窗口的General页面。
设置该页面。
瞬态分析页面设置
瞬态分析显示结果
7生成原理图文件。
这是进行仿真的基础和前提。
8．我们使用的是方波电压信号源，电压设置为如下
图13 V2正弦信号源设置
9．设置瞬态分析，首先设置General页面：
执行菜单Simulate/Setup，屏幕弹出设置窗口的General页面。
设置该页面。
瞬态分析页面设置
瞬态分析显示结果
四、仿真结果分析
1.555定时器原理分析
555定时器原理图
分压器为两个电压比较器C1、C2提供参考电压。
如5端悬空，则比较器C1的参考电压为，加在同相端；C2的参考电压为，加在反相端。
是复位输入端。
当=0时，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。
正常工作时，=1。
u11和u12分别为6端和2端的输入电压。
当u11>，u12>时，C1输出为低电平，C2输出为高电平，即=0，=1，基本RS触发器被置0，晶体管T导通，输出端u0为低电平。
当u11<，u12<时，C1输出为高电平，C2输出为低电平，=1，=0，基本RS触发器被置1，晶体管T截止，输出端u0为高电平。
当u11<，u12>时，基本RS触发器状态不变，电路亦保持原状态不变。
综上所述，可得555定时器功能如表9-13所示。
2.施密特原理分析
555定时器构成的施密特触发器
（1）vI=0V时，vo1输出高电平。
（2）当vI上升到
时，vo1输出低电平。
当vI由
继续上升，vo1保持不变。
（3）当vI下降到
时，电路输出跳变为高电平。
而且在vI继续下降到0V时，电路的这种状态不变。
图中，R、VCC2构成另一输出端vo2，其高电平可以通过改变VCC2进行调节。
施密特触发器的电路符号和电压传输特性
（1）上限阈值电压VT+——vI上升过程中，输出电压vO由高电平VOH跳变到低电平VOL时，所对应的输入电压值。
VT+=
。
（2）下限阈值电压VT———vI下降过程中，vO由低电平VOL跳变到高电平VOH时，所对应的输入电压值。
VT—=
。
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