关于Proteus的虚拟仿真工具以及综合实验.ppt

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PTOTEUSVS仿真与分析,PROTEUSVSM中的整个电路分析是在ISIS原理图设计模块下延续下来的，原理图中包含：

直接布置在线路上的探针；电路激励；虚拟仪器；曲线图表。

详细内容PROTEUSVSM有两种截然不同的仿真方式：

交互式仿真和基于图表的仿真。

交互式仿真检验用户所设计的电路是否能正常工作.可即时观看电路的仿真结果，仿真结果在仿真运行结束后即消失；基于图表的仿真用来研究电路的工作状态和进行细节的测量.仿真结果以图表的形式保留在图中，可供以后分析或随图纸一起打印输出。

探针,电压探针（Voltageprobes）-即可在模拟仿真中使用，也可在数字仿真中使用。

在模拟电路中记录真实的电压值，而在数字电路中，记录逻辑电平及其强度。

电流探针（Currentprobes）-仅可在模拟电路中使用，并可显示电流方向。

探针既可用于基于图表的仿真，也可用于交互式仿真中,3.1虚拟仪器,ProteusISIS为用户提供了多种虚拟仪器，单击工具箱中的按钮，列出所有的虚拟仪器名称，如图3-33所示。

其含义如表3-3所示。

图3-33虚拟仪器列表,2.虚拟示波器的使用

（1）示波器的四个接线端A、B、C、D应分别接四路输入信号，信号的另一端应接地。

该虚拟示波器能同时观看四路信号的波形。

（2）照图3-35接线。

把1kHz、1V的正弦激励信号加到示波器的A通道。

图3-34虚拟示波器,图3-35正弦信号与示波器的接法,图3-37触发区“Cursors”按钮的使用,3.2.3计数器/定时器,计数器/定时器“COUNTERTIMER”的原理符号及测试电路连线如图3-40所示。

CLK为外加的1kHz方波时钟输入。

该仪器有如下三个输入端。

CLK：

计数和测频状态时，数字波的输入端。

CE：

计数使能端（CounterEnable），可通过计数器/定时器的属性设置对话框设为高电平或低电平有效，当此信号无效时，计数暂停，保持目前的计数值不变，一旦CE有效，计数继续进行。

RST：

复位端（RESET），可设为上升沿（Low-High）或下降沿（High-Low）有效。

当有效沿到来时，计时或计数复位到0，然后立即从0开始计时或计数。

该仪器有四种工作方式，可通过属性设置对话框中的“OperatingMode”来选择，如图3-41所示。

Default：

缺省方式，系统设置为计数方式。

Time（secs）：

定时方式，相当于一个秒表，最多计100秒，精确到1微秒。

CLK端无需外加输入信号，内部自动计时。

由CE和RST端来控制暂停或重新从零开始计时。

图3-40计数器/定时器电路,图3-41计数器/定时器的工作方式设置,Time（hms）：

定时方式，相当于一个具有小时、分、秒的时钟，最多计10小时，精确到1毫秒。

CLK端无需外加输入信号，内部自动计时。

由CE和RST端来控制暂停或重新从零开始计时。

Frequency：

测频方式，在CE有效和RST没有复位的情况下，能稳定显示CLK端外加的数字波的频率。

Count：

计数方式，能够计外加时钟信号CLK的周期数，如图3-40中的计数显示，最多计满八位，即99999999。

下面来看一下计数器/定时器的两个应用示例。

（1）照图3-42接线（外部时钟输入不接），双击计数器/定时器元件，打开其属性设置对话框，如图3-43所示。

设操作模式为“Time（hms）”，即时钟方式；计时使能端设为“High”高电平有效，即开关合上为低电平时计时暂停；复位端设为“Low-High”，即上升沿有效。

图3-42计时模式的电路仿真,运行仿真，可显示如图3-42所示的计时方式，合上图中与CE相接的开关，则计时停止，打开开关则继续计时；合上与RST相接的开关再打开，计时清零后从零重新计时。

图3-43定时器的属性设置,

（2）把计数器/定时器的属性照图3-44修改，设操作方式为“Frequency”测频，其他不变，照图3-45连接，设外接数字时钟的频率为1kHz，图中两个开关位于打开状态，运行仿真，出现如图3-45所示的测频结果。

拨动两个开关可以看到使能和清零的效果。

图3-44频率计的属性设置,图3-45测频时的电路仿真,3.2.7信号发生器,Proteus的虚拟信号发生器主要有以下功能：

产生方波、锯齿波、三角波和正弦波；输出频率范围为012MHz，8个可调范围；输出幅值为012V，4个可调范围；幅值和频率的调制输入和输出。

图3-56信号发生器原理图符号,它有两大功能，一是输出非调制波，二是输出调制波。

通常使用它的输出非调制波功能来产生正弦波、三角波和锯齿波，方波直接使用专用的脉冲发生器来产生比较方便，主要用于数字电路中。

在用作非调制波发生器时，信号发生器的下面两个接头“AM”和“FM”悬空不接，右面两个接头“”端接至电路的信号输入端，“”端接地。

图3-57信号发生器仿真运行后的界面,最右端两个方形按钮，上面一个用来选择波形，下面一个选择信号电路的极性，即是双极型（Bi）还是单极型（Uni）三极管电路，以和外电路匹配。

Proteus的虚拟信号发生器还具有调幅波和调频波输出功能。

无论是哪种调制，调制电压都不能超过12V，且输入阻抗要足够大。

调制信号从下面两个端子中的一个输入，调制波从右面的“”端输出。

输出一个调幅波实例:

图3-58连接电路，把一个1.5V的直流电源和一个1kHz的正弦波进行调制，输出波形如图3-59右图所示。

图3-59左图中是没有加调制电压的非调制正弦波的波形，可以看到，调制后正弦波的幅值变大了。

图3-58信号发生器的调幅功能接线图,图3-59调幅波与非调幅波的波形对比,产生调频波的电路如图3-60所示。

我们在信号发生器的“FM”端接一个2V、100Hz的交流信号，运行后，使信号发生器调至2V、120kHz，观察到示波器的波形，如图3-61所示。

图3-60调频波产生电路,图3-61调频波,图中使用了两个交流电压表显示变压器原、副边的电压有效值，一个直流电压表显示最终的直流稳压输出。

图3-67虚拟电表的使用举例,3.2激励源,激励源为电路提供输入信号。

模拟图表（ANALOGUE）数字图表（DIGITAL）混合分析图表（MIXED）频率分析图表（FREQUENCY）转移特性分析图表（TRANSFER）噪声分析图表（NOISE）失真分析图表（DISTORTION）傅立叶分析图表（FOURIER）音频分析图表（AUDIO）交互分析图表（INTERACTIVE）一致性分析图表（CONFORMANCE）直流扫描分析图表（DCSWEEP）交流扫描分析图表（ACSWEEP）,基于图表的电路仿真与分析,模拟波形分析、数字波形分析、混合波形分析是在时域内对信号进行波形显示和分析。

X轴显示时间，Y轴显示被选择信号的幅度。

操作步骤如下：

在电路的被测试点上添加电压探针或电流探针。

选择放置波形的类别，并在原理图中拖出用于生成仿真波形的图表框。

在图表框中添加探针。

设置图表属性单击图表仿真按钮生成所加探针对应的波形。

点击图形窗口显示读数标尺线，按下鼠标左键标尺线随鼠标移动，同时在下边窗口显示标出线对应的波形数据值。

这样可以准确读出波形的参数。

3.数字分析图表:

用于绘制逻辑电平值随时间变化的曲线，图表中的波形代表单一数据位或总线的二进制电平值.,4.混合分析图表:

可以在同一图表中同时显示模拟和数字信号的波形.,5.基于转移特性分析图表的电路分析,基于图表的电路仿真与分析,7.失真分析：

用于确定由测试电路所引起的电平失真的程度，失真分析图表用于显示随频率变化的二次和三次谐波失真电平。

6.噪声分析：

显示的是输入噪声信号频率与输出信号噪声幅度的关系图.,8.直流扫描分析:

可以观察电路元件参数值在用户定义范围内发生变化时，对电路工作状态（电压或电流）的影响（如观察电阻值、晶体管放大倍数、电路工作温度等参数变化对电路工作状态的影响）。

也可以通过扫描激励元件参数值实现直流传输特性的测量。

9交流扫描分析可以建立一组反映元件在参数值发生线性变化时的频率特性曲线。

主要用来观测相关元件参数值发生变化时对电路频率特性的影响。

模拟电路实验与综合设计,4.1模拟电路实验4.1.1模拟电路常用器件与仪器4.1.2单管共射放大器及负反馈4.2直流可调稳压电源的设计,

（2）电阻电阻的分类为“Resistors”，子类有0.6W和2W金属膜电阻、3W、7W和10W绕线电阻、通用电阻、热电阻（NTC）、排阻（ResistorPacks）、可变电阻（Variables）及家用高压系列加热电阻丝。

常用电阻可直接输入通用电阻“RES”拾取即可。

“POT”为一般滑动变阻器，触头不能拉动，需选中后打开元件属性对话框，修改“STATE”来改变触头的位置，“STATE”的初始值为5，触头位于中间，改为10后，触头位于最上.,“POT-HG”滑动变阻器的好处是可以直接用鼠标来改变触头位置，精确度和调整的最小单位为阻值的1%。

“POT-LIN”和“POT-LOG”滑动变阻器和“POT-HG”一样可以通过鼠标来改变触头位置，但精确度和调整的最小单位均为阻值的10%。

图4-3滑动变阻器元件属性对话框,（3）电感和变压器电感和变压器同属电感“Inductors”这一分类，只不过在子类中，又分为通用电感、表面安装技术（SMT）电感和变压器。

一般来说，使用电感时直接拾取“INDUCTOR”元件，使用变压器时，要看原、副边的抽头数而定。

打开“Inductors”大类下的子类“Transformers”，显示出变压器可选元件,名称前缀为“TRAN-”.,变压器的匝比是通过改变原、副边的电感值来实现的。

打开“TRAN-2P2S”变压器的元件属性对话框，如图4-5所示，原边和副边的电感值都是1H，即变比n为1:

1。

如果我们想使它成为n=10:

1的降压变压器，可以改变原边电感，也可改变副边电感，还可以两者同时改变，但要保证，即原、副边电压比值等于原边电感与副边电感的平方比。

图4-46直流可调稳压电源完整电路,在电子线路中，研究含有线性电阻、电容和电感元件的电路（有直流和交流稳态及动态电路），属于基础理论电路，相对比较容易理解；而研究以非线性元件二极管和三极管为核心的电路，因为交直流并存，元件的多种作用与工作电压的变化密切相关，不便于初学者理解和掌握。

模拟电路就是以三极管为核心，处理模拟信号的电路。

初学者往往对模拟电子技术的学习感到困惑，概念多而抽象，学生在实验室里做实验的时间又有限，尤其是前几章的内容，稀里糊涂就过去了，给后面的学习带来不少困难。

在这一章里，我们主要对模拟电路中的几个典型实验进行仿真和分析，然后给出两个模拟电路设计的综合实例，目的在于使读者对这一部分的仿真元件及仪器有个基本的掌握，帮助大家更好地理解和学习模拟电子技术，借助软件，反复学习和验证，最终克服学习中的难关。

4.1模拟电路实验,这一节，我们把模拟电子技术中的经典实验详细介绍给大家，使大家对Proteus中的模拟电子技术部分仿真元器件和虚拟仪器有较为详细的了解，并能够熟练掌握和使用。

同时，可以使广大电子技术初学者和爱好者能够在不进实验室的情况下顺利完成实验，测得实验数据和获得实验波形，设计出自己想要的理想电路，实现预定的电路功能，从而减少元件的浪费，缩短设计周期，提高设计成功率。

首先，来看一看Proteus中有哪些模拟电路中常用的仿真器件和虚拟仪器能够供我们使用吧。

4.1.1模拟电路常用器件与仪器,1.模拟电路常用器件模拟电路中常用的器件主要有三极管、二极管、电阻、电容、电感、变压器、直流电源、信号源、集成运放等。

下面我们来看这些元件如何拾取。

（1）三极管如何在Proteus的浩瀚元件库中找到自己想要的三极管元件呢？

打开Proteus的元件拾取对话框，在类别“Category”中的“Transistors”子类就是三极管，单击,“Transistors”，出现如图4-1中所示的元件。

这些元件和我们平时常用的国产三极管的型号不太一致，比如常用的国产