EWB演示文稿.docx

1、EWB演示文稿附录5 Electronics Workbench （EWB）基本操作 一、Electronics Workbench （EWB）简介“虚拟电子工作平台”（Electronics Workbench），简称EWB，是加拿大Interactive Image Technologies Ltd.公司以PSPICE3F5为核心设计推出的电子电路仿真分析、设计软件。与其它电路仿真软件相比较，EWB具有界面直观、操作方便、易学、易用、快捷、真实、准确，具有齐全丰富和可扩充的元器件库、可存储实验数据及实验工作状态、可人为设置故障（如短路、开路、漏电）分析等特点。EWB在PSPICE3F5基础

2、上增强了数字及混合信号模拟方面的功能，可任意地在系统中集成数字及模拟元件，自动地进行信号转换，可以对电子元器件进行一定程度非线性仿真，不仅测试仪器的图形与实物相似，而且测试结果与实际调试基本相同。该软件具有强大的分析功能，可直接进行直流工作点分析、暂态分析、交流频率分析、傅里叶分析等，在EWB软件下调试所得结果电路还可以和tango、protel和orCAD等印制电路设计软件共享，生成印制电路，自动排出印制电路版，从而大大加快了产品开发速度，提高工作效率。EWB软件还是一种非常好的电子技术实训工具，使用虚拟测试仪器对电路进行仿真实验如同置身于实验室使用真实仪器测试电路，它可以弥补实验仪器、元件

3、少的不足，避免仪器、元器件的损坏，不受实验场地的限制，比较自由的支配实验时间，可以帮助学生更好地掌握课堂教学内容，加深对概念、原理的理解，通过电路仿真，可以进一步培养学生的综合分析、开发设计和创新能力。二、系统的安装要求EWB5.12版本是32位应用软件，必须在Windows 3.1、Windows 95/98或Windows NT以上版本使用。具体要求如下：1Windows 95/98的环境条件：（1）Windows 95/98；（2）486以上，至少8M RAM（推荐使用16M RAM）及20M硬盘空间；（3）Microsoft相容的鼠标。2Windows NT的环境条件：（1）Windo

4、ws NT；（2）486以上，至少12M RAM（推荐使用16M RAM）及20M硬盘空间；（3）Microsoft相容的鼠标。程序运行时，将建立临时文件，大约占硬盘空间20MB，当文件达到其最大限度规模时，可以根据提示选择：1停止仿真；2放弃已有的数据，继续进行仿真；3系统要求提供更大的磁盘空间。三、EWB的基本界面和菜单简介启动EWB后，出现EWB电路工作主窗口，如图8-1所示。此窗口显示多个不同的使用区域，可提供完整的设计功能。各项工作区的叙述如下：1菜单栏（menus）；图8-1 EWB工作主窗口菜单栏位于EWB窗口最上方的区域，主要的操作有文件（File）、编辑（Edit）、电路(C

5、ircuit)、分析(Analysis)、窗口（Window）和在线帮助（Help）。1）文件（File）文件命令主要用于对文件进行基本操作，包括新建（New）、打开（Open）、保存（Save）、另存为（Save As）、还原到存盘前（Rever to Save）、输入（Import）、输出（Export）、打印（Print）、打印设置（Print Setup）、退出（Exit）、安装(Install)等内容。2）编辑（Edit）编辑命令包括剪切（Cut）、复制（Copy）、粘贴（Paste）、删除（Delete）、全选（Select All）、复制成位图（Copy as Bitmap）、显

6、示剪贴板(Copy as Clipboard)等内容。3）电路(Circuit)电路命令包括旋转（Rotate）、水平翻转(Flip Horizontal)、垂直翻转(Flip Vertical)、元件属性(Component Properties)、创建子电路(Create Subcircuit)、放大(Zoom In)、缩小(Zoom out)、电路图显示(Schematic Options)、限制(Restrictions)等内容。4）分析(Analysis)分析命令包括激活（Activate）、暂停（Pause）、停止（Stop）、直流工作点分析（DC Operating Point）

7、、交流频率分析（Ac Frequency）、暂态分析（Transient）、傅里叶分析（Fourier）、蒙特卡罗分析（Monte Carlo）、图表显示(Display Graphs)等。5）窗口（Window）窗口包括窗口排列（Arrange）、电路窗口（Circuit）、描述窗口（Description）。6）帮助（Help）帮助命令包括帮助（Help）、帮助索引（Help Index）、版本注释（Release Notes）和版本说明（About Electronics Workbench）等项。2工具栏（Toolbars）EWB提供两类工具，一类为电路工具栏，包含用于编辑电路设计所需

8、的按钮；另一类为零组件工具栏，包含显示详细零组件列表的按钮，有各类元器件及测试仪表。各按钮的意义如图8-3所示。图8-3 工具栏单击零组件工具栏中的按钮可打开相应的器件库，各器件库内元件分别介绍如下：1）各类电源库内元件如图8-4所示。 图8-4 各类电源库 2）基本独立元件库内元件如图8-5所示。3）二极管库内元件如图8-6所示。4）晶体管库内元件如图8-7所示。5）模拟IC库内元件如图8-8所示。主要是各类放大器，比较器及锁相环电路等。模拟IC的作用是提供模拟信号的接收、放大与处理，是信号处理的关键元件。6）混合信号IC库内元件如图8-9所示。主要包括模拟及数字转换器、单稳态触发器及555

9、计时器。图8-5 基本独立元件库 图8-6 二极管库图8-7 晶体管库 图8-8 模拟IC 图8-9 混合IC 图8-10 数字IC 7）数字IC库内元件如图8-10所示，EWB在数字IC的使用上，提供了74系列及4X系列分立元件。8）基本数字门库内元件如图8-11所示。包含各类逻辑门，以提供数字电路的建立与实现。 图8-11基本数字门库 图8-12数字模组单元9）数字模组单元提供了各种触发器、多路开关、移位寄存器、计数器及算术处理单元，以进行数字电路设计与实现。如图8-12所示。10）各类指示器件库内元器件如图8-13所示。 图8-13 各类指示器件11）控制器单元提供了各类内建电压、电流信

10、号处理单元。如电压积分器、微分器及其它功能。如图8-14所示。图8-14 控制器单元12）其它器件如图8-15所示，EWB除了以上所提供的各类元件外，也按实际电路系统设计/实现测试的需要，还提供了其它一些辅助性的元件。13）输出输入信号产生及检测虚拟仪表如图8-16所示。EWB提供了各种输入输出信号产生和检测仪表，以模拟实际电路设计的输入输出响应。 图8-15 其它器件 图8-16 虚拟仪表3应用窗口EWB所提供的应用窗口，可同时包括多项，主要有以下几种类型的窗口：1）电路设计窗口(circuit window )供使用者进行电路设计。2）子电路窗口（subcircuit window）供使用

11、者检测子电路图的内容。3）描述窗口（description window）供使用者键入文本以描述电路。4）仪表开启窗口（open instrument）显示仪表的面板控制与功能选择。5）图形窗口 显示分析结果。4状态栏（status line）:状态栏位于EWB窗口的最下方，可显示鼠标所指处元件或仪表的名称。在模拟中也可显示模拟中的现状以及分析所需要的模拟时间，此时间不是实际的CPU运行时间。四、EWB电路图的绘制和仿真1EWB电路图的绘制1）元器件的调入、选中和移动选择菜单File/New打开一新的电路文件，建立电路，根据电路需要，先在零组件工具栏中打开该元器件库的下拉菜单，从相应的元器件库

12、中依次选取所需的元器件，并将其拖放到电路工作窗口中放置。 若要选中单个元器件，对准该元器件单击使其显示红色。要选择多个元器件，可用Ctrl+单击所要选中的所有元器件，或在电路工作区的适当位置拖曳出一个矩形区域，包围在该矩形区内的一组元器件即被同时选中呈现红色。单击空白区，可取消选中状态。若要移动某一元件，只要选中并拖动该元件即可，如果要移动多个元件，选中这些元件，然后用鼠标左键拖曳其中的任意一个元器件，则所选中的元器件就会一起移动到指定的位置。利用键盘上的箭头键可完成微小的移动。2）元器件的调整元器件的调整包括旋转、垂直翻转、水平翻转。在元器件被选中状态下，可用下面几种方式实现：（1）菜单方式

13、：Circuit/Rotate(电路/旋转)、Circuit/Flip Vertical（电路/垂直翻转）、Circuit/Flip Horizintal（电路/水平翻转）。（2）使用工具栏图标；（3）热键方式：Ctrl+R；（4）右键单击元件，在打开的菜单中选择Rotate命令。3）元器件的复制、删除操作元器件的复制可用菜单方式：Edit/Copy(编辑/复制)、Edit/Paste(编辑/粘贴)；也可工具栏图标方式或热键方式：Ctrl+C(复制)、Ctrl+V(粘贴)；若要删除被选中的元器件可按键盘Delete键、或菜单命令Edit/Delete(编辑/删除)和Edit/Cut(编辑/剪切

14、)即可。此外，直接将元器件拖曳回元器件库（打开状态）也可实现删除。4）导线的连接当将鼠标指向元件端点时，会出现一个结点，按鼠标左键并拖动出一根导线，拉住导线并指向另一元件的端点使其出现小圆点，释放鼠标左键，即完成了导线的连接。若想改变导线的颜色，双击导线，可弹出Wire Properties对话框，选择Schematic Options选项，选择合适的颜色即可。若想删除导线，对准要删除的导线，单击鼠标右键，在所打开的菜单中选择Delete 即可删除导线。或对准要删除的导线的一端，按住左键拖动圆点，使导线离开元器件端点，放开左键，导线则自动删除。如要在导线中插入元器件，只要将元器件直接拖动放置在

15、导线上，然后释放，如果导线有足够空间，则此元件会被自动地插入。如果导线内空间不够，元件仍会留在导线上，而无法放置插入。若要对导线进行调整，可以选中相应的连结点或元件，拖动导线或利用箭头键移动连结点或元件，调整弯曲的导线使电路图的布局合理、美观。5）节点的使用一个节点可以连接四个方向的导线，将一条导线伸展到另一条导线时会自动产生连接点，根据Circuit/Schematic Options对话框中的Show/Hide按钮决定是将节点隐藏还是显示。双击节点弹出Component Properties对话框，在此可改变节点的颜色或初值设定。6）元器件参数的设置通过对元器件参数的设置，可以改变电路的性

16、能指标及测试电路的工作状态等。若要对某一元器件进行参数设置，双击该元件，会弹出相关参数特性对话框，提供参数的修改。器件特性对话框具有多种选项以供设置，一般有标识（Label）、模型（Model）、数值（Value）、故障设置（Farlt）、显示（Display）、分析设置（Analysis）、输入端个数（Number of Inputs）等内容。标识项中的标识（Label）可以由用户自己赋予容易识别的标记；编号（Reference ID）一般的默认值由软件自动给出，必要时也可以自行修改，但必须保证编号的唯一性。如要标识元件，单击Label按钮，键入需要的名称及相对应的参考编号，单击“确定”即可

17、。单击数值Value（数值）或Model(模型)铵钮，会看到元件现有的设定值，做进一步修正，然后单击“确定”按钮，即可设定模拟元件的数值或模型。单击Fault(故障设置)，可人为设置漏电（Leakage）、短路（Short）、开路（Open）、无故障（None）四种状态，在电路的仿真过程中人为设置故障点，对电路进行故障分析。显示（Display）选项用于设定参数标识、数值、模型、编号的显示方式。分析设置选项（Analysis Setup）用于设置元器件的工作温度。按上述方法即可绘制一个完整的电路图。2EWB电路的仿真由于EWB增加了虚拟测量仪器、实时交互控制元件和多种受控信号源模型，除了可以给

18、出以数值和曲线表示的SPICE分析结果外，EWB还提供了独特的虚拟电子工作台仿真方式，可以用虚拟仪器实时监测显示电路的变量值，频率响应曲线和波形。EWB虚拟仪器的控制面板外形和操作方式都与实物相似，用起来几乎和真的仪器一样。可以实时显示测量结果。1）EWB上的虚拟仪器EWB为使用者提供了数字万用表、函数信号发生器、示波器、波特图4种模拟仪器和数字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪3种数字仪器，使用者在虚拟仪器的面板上用鼠标或键盘来控制仪器运行，可完成对电路电压、电流、电阻及波形等物理量的测量，下面简单介绍几种模拟仪器的使用方法（1）函数信号发生器函数信号发生器可产生正弦波、方波、三角波三种信号

19、，其图标和面板如图8-24所示。 图8-24 信号发生器面板及图标在其面板上可改变信号的幅值、频率、占空比和偏置电压。在仿真过程中要改变输出波形类型、大小、占空比或偏置电压时，必须暂时关闭仿真开关，对上述内容改变后，重新启动，函数信号发生器才能按新设置的数据输出信号波形。（2）示波器EWB中的虚拟示波器外观及操作与实际的双踪单扫描示波器非常相似，其图标和面板如图8-25所示。示波器上显示的波形颜色可以通过更改连接示波器的导线颜色进行更改。图8-25 示波器面板及图标（3）波特图仪图8-26 波特图仪面板及图标波特图仪可以测量和显示被测电路的幅频特性和相频特性，其图标和面板如图8-26所示。波特

20、图有IN和OUT两对端口，IN输入端口接被测电路的输入端，OUT输出端口接被测电路的输出端。在使用波特图仪时，需要特别注意的是必须在电路的输入端接入AC（交流）信号，但对交流信号的频率没有特殊要求。频率测量的范围由波特图仪参数设置确定。2）EWB电路仿真的步骤下面通过对基本放大电路的分析来介绍EWB电路仿真的步骤。1）电路的创建电路图如图8-27所示。采取前文提到的方法连接电路、设置元器件参数并连接仪器，同时设置连接到示波器输入端的导线为不同颜色，这样可区分两路不同的波形。2）电路文件的保存电路创建好以后可将其保存，以备调用。图8-27 EWB基本放大电路3）电路的仿真实验（1）设置信号发生器

21、参数，将电路加入输入信号（如将频率设为1KHZ，幅值10mV），双击有关仪器的图标打开其面板，准备观察被测试点的波形。（2）按下电路启动/停止开关，仿真实验开始。如果要使实验过程暂停，可单击右上角的Pause（暂停）按钮，再次单击Pause按钮，实验恢复运行。（3）调整示波器的时基和通道控制，使波形显示正常。（4）从波特图仪的面板上观测电路的幅频特性和相频特性。如果对波特图仪面板参数进行修改，修改后建议重新启动电路，以保证曲线的精确显示。拖动垂直游标，可确定上限频率和下限频率。4）电路的描述选择Window/Description命令可打开电路描述窗口，可以在此窗口中输入有关实验电路的描述内容

22、。5）实验结果的输出（1）最终测试电路的保存。（2）输出电路图或仪器面板（包括显示波形）到其它文字或图形编辑软件，这主要用于实验报告的编写。（3）打印输出。3EWB的电路分析方法EWB提供了多种电路分析方法，包括直流参数、交流参数、瞬态参数、傅里叶分析、蒙特卡罗分析等多种高级的电路分析方法。下面以图8-27基本放大电路的分析为例介绍几种常用的分析方法1）直流工作点的分析在分析直流工作点之前，要选定Circuit/Schematic Option中Show nodes（显示节点）项，以把电路的节点号显示在电路图上。选择菜单栏“Analysis/DC Operating Point” EWB对电路

23、做直流工作点分析，分析结果显示在Analysis Graphs 窗口的DC Bias栏中。注意在直流分析时，交流电源被视为零值，电容开路，电感短路。2）交流频率分析交流频率分析即分析电路的频率特性。需先选定被分析的电路节点，在分析时，电路的直流源将自动置零，交流信号源、电容、电感等均处于交流模式，输入信号也设定为正弦波形式。对某节点分析，EWB自动产生该节点电压的幅频特性曲线和相频特性曲线，结果与波特图仪仿真相同。其方法是：设定输入信号的幅值和相位，选定节点，选择Analysis/AC Frequency，在弹出的对话框中，设定要分析的电路节点，分析起始频率，终点频率，扫描形式，显示点数和纵轴

24、尺度，单击“Simulate”按钮，显示已选节点的频率特性，按“Esc”键，停止分析。交流频率分析的结果，可以显示成幅频特性和相频特性两个图。结果与波特图仪测量结果相同。3）瞬态分析瞬态分析即观察所选定的节点在整个显示周期中每一时刻的电压波形。在进行瞬态分析时，直流电源保持常数，交流信号源随着时间而改变，电容和电感都是能量储存模式元件。在对选定的节点作瞬态分析时，一般可先对该节点作直流工作点的分析，这样直流工作点的结果就可作为瞬态分析的初始条件。其分析步骤为：首先输入原理图，选择菜单命令Analysis / Transient；在弹出的对话框中设置瞬态分析参数,点击Simulate按钮开始分析

25、，分析结果显示在Analysis Graphs窗口的Transient栏中。 4）傅里叶分析傅里叶分析用于分析一个时域信号的直流分量、基频分量和谐波分量。将电压波形从时域变换到频域，求出它的频域变化规律。EWB会自动地进行时域分析以得到傅里叶分析的结果。其分析步骤为：在EWB上创建需进行分析的电路图；确定被分析的电路节点；选择Analysis/Fourier Analysis打开对话框设置参数；点击“仿真（Simulate）键”，即可获得被分析节点傅里叶变换的波形，按“Esc”键将停止仿真的运行。4分析结果的保存和调出完成分析后，单击“Analysis Graphs”窗口工具栏的“保存”按钮，

26、选定保存路径和文件名后，确定。保存分析结果的文件名是以.GRA格式存放的。欲调出该文件，可单击EWB工具栏的“显示分析结果图”按钮，打开“Analysis Graphs”窗口工具栏的“打开”按钮，根据路径和文件名将其打开。第二章 基本放大电路简述第三节 放大电路的动态分析一、微变等效电路二、图解动态 三、共射基本放大电路EWB仿真实验 1仿真实验的目的1）掌握静态工作点的调整与测量方法。2）观察静态工作点对放大电路的影响。3）熟悉EWB仿真电路虚拟仪表的使用。2实验原理在基本放大电路中，合理地设置静态工作点是保证放大电路正常工作的先决条件。当输入信号的幅度较大时，若静态工作点设置过高，可能会使

27、输出信号波形产生饱和失真。消除饱和失真的方法就是要降低静态工作点，可以采用增大基极电阻Rb以减小基极静态电流，从而减小集电极电流的方法；也可以采用增大集电极电阻以减小集电极电流的方法；或者换一只放大系数小的三极管以便在同样基极电流情况下减小集电极电流的方法实现。反之，若静态工作点设置过低，可能会使输出信号波形产生截止失真。消除截止失真的主要方法是减小基极电阻Rb以增大基极静态电流，从而增大集电极电流，使静态工作点沿直流负载线升高。3实验内容1）电路的创建共射基本放大电路如图1-1所示。连接电路、设置元器件参数并连接仪器，同时设置连接到示波器输入端的导线为不同颜色，这样可区分两路不同的波形。图1

28、-1共射基本放大电路.ewb2）电路文件的保存电路创建好以后可将其保存，以备调用。3）电路的仿真实验（1）确定静态工作点选定Circuit/Schematic Option中Show nodes（显示节点）项，以把电路的节点号显示在电路图上。选择菜单命令Analysis / DC Operating Point, EWB对电路做直流工作点分析，分析结果显示在Analysis Graphs 窗口的DC Bias栏中。如图1-2所示。在直流分析时，交流电源被视为零值，电容开路，电感短路。图1-2基本放大电路静态工作点分析结果调整Rp的大小，使静态工作点的设置合理。（2）双击信号发生器图标打开面板，

29、在输入端输入频率为1KHZ的正弦信号；双击示波器图标打开面板，按下电路启动/停止开关，仿真实验开始，在示波器上观察输出波形，逐步增大输入信号幅值使输出波形达到最大而不失真，测出输出电压幅值，计算电压放大倍数，同时观察输入、输出电压的相位关系。（3）保持输入信号幅值（10mV）不变，调整电位器，改变RP阻值的大小，观察输出波形的变化。总结静态工作点的设置对输出信号波形有何影响。过高或过低设置静态工作点，观察饱和或截止失真波形。图1-3为饱和失真波形。图1-3 饱和失真波形 4预习内容1）复习基本放大电路知识。2）预习EWB中的示波器和信号发生器的使用。3）计算实验电路的静态工作点以便与实验数据进

30、行比较。5思考题1）饱和失真和截止失真是怎样产生的？如何克服饱和失真和截止失真？答：当输入信号的幅度较大时，若静态工作点设置过高，则在输入信号的正半周的部分时间内，三极管进入饱和区工作，此时不再随着增大而增大，其正半周出现平顶。而uce的负半周出现平顶使输出信号产生饱和失真。消除饱和失真的方法就是要降低静态工作点，可以采用增大基极电阻Rb以减小基极静态电流，从而减小集电极电流的方法；也可以采用增大集电极电阻以减小集电极电流的方法；或者换一只放大系数小的三极管以便在同样基极电流情况下减小集电极电流的方法实现。反之，若静态工作点设置过低，可能会使输出信号产生截止失真。消除截止失真的主要方法是减小基

31、极电阻Rb以增大基极静态电流，从而增大集电极电流，使静态工作点沿直流负载线升高。2）当调节偏置电阻Rp，使放大器输出波形出现饱和或截止失真时，晶体管的管压降uCE怎样变化？答：随着Rp的减小，基极电流的增大，静态工作点升高，静态工作点过高时将会产生饱和失真。饱和失真时uCE较小，反之，随着Rp的增大，基极电流的减小，静态工作点降低，静态工作点过低时将出现截止失真，截止失真时uCE较大。第二章 基本放大电路简述第四节 静态工作点稳定电路 一、影响静态工作点稳定的原因 二、分压式偏置电路 三、分压式偏置电路EWB仿真实验1仿真实验目的1）了解工作点漂移的原因及稳定措施。2）熟练掌握静态工作点的测量与调整方法。3）了解静态工作点对放大器性能的影响。2实验原理分压式偏置电路利用Rb1和Rb2分压，固定基极电位UB， 使UB与晶体管的参数无关。当温度变化时，基极电位基本不变。利用发射极电阻Re产生反映IC变化的电位UE，UE能自动调节IB，使IC保持不变。调节过程如下：从而使静态工作点基本