电路与电子技术基础仿验指导书4.pdfVIP

电路与电子技术基础 仿真实验指导书 第 1 章 为什么要对电路进行仿真？ 1.1 设计流程中的仿真与原型开发 为了确保电路设计的成功，消除代价昂贵并且存在潜在危险的设计缺陷，就必须在 设计流程的每个阶段进行周密的计划与评价。尽管没有能够替代提供测量并评估最终行 为的实际原型的方法，电路仿真给出了一个成本低、效率高的方法，能够在进入更为昂 贵费时的原型开发阶段之前，找出问题所在。因此最佳的设计流程需要将仿真与原型开 发混合进行。 原型开发阶段帮助工程师在产品进入市场之前，发现其存在的问题。在设计流程中 加入仿真步骤，就能够预测并且更好地理解电路行为、对假设的情形进行实验、优化关 键电路、对难以测量的属性进行特性研究，从而可以减少设计错误，加快设计进展。 1.2 预测电路行为 仿真的主要目的是预测并理解电子线路的行为。符合行业标准的SPICE仿真，或者 其他类型的电路仿真，例如微控制器和VHDL的协仿真，能够完成这一主要目标。仿真 永远也不会替代原型开发，这是因为现实世界中的某些效应，包括串扰、电子噪声、散 射线路噪声等，要在仿真中对它们进行建模十分困难、费时，或是代价过于昂贵。但是， 仿真确实提供了理解给定电路行为和特性的基本方法。利用这种思路，工程师能够在进 入更为复杂的原型开发阶段之前，找出并修正存在于设计中的基本错误。 1.3 对假设情形进行实验 现代的电路仿真器不仅仅擅长于预测基本的电路行为，同时还允许对元件与电路拓 扑结构进行快速修改、定制以及交换——只需要点击几次鼠标，就可以将给定的运算放 大器或集成电路进行更换。设计者能够在仿真环境中，对一系列电路进行实验，使得他 们可以大大减少花费在修改电路原型或搭建电路原型的时间。设计者对这些虚拟的假设 情形进行研究，就能够使用更少的元件、使用具有更大公差的元件（元件将更加便宜） 或是使用价格更为低廉的集成电路完成设计，这样就能够降低整体成本。 1.4 优化关键子电路 现在的设计远远比过去更为复杂。由于FPGA与FPAA等可编程设备的兴起，对复杂 设计进行完整的系统级仿真已经变得不现实而且过于昂贵，在某些情况下甚至是不可能 的。但是，有必要对设计的关键部分以及子系统进行评价，在建立原型系统之前了解其 精度、功能和效率。仿真器能够帮助设计者优化设计中的子系统、关键子电路以及组件。 1.5 简化困难的测量 此外，仿真提供了更多优点，它能够使设计者深入了解难以测量或无法测量的电路 特性。举例而言，蒙特卡罗分析通过用随机改变的元件参数运行数十次、数百次迭代分 析，使设计者能够深入了解元件公差对电路或设计整体工作方式的影响。在生产级别或 原型开发级别进行蒙特卡罗分析在经济上是不可行的，因此仿真方法提供了对电路特性 进行深入了解的低成本的有效途径。 总结 原型开发帮助您在实际情况下对设计进行检查和验证，而仿真则在原型开发中投入 金钱和时间之前，帮助您找出设计中的问题。将这两个阶段结合在一起，使得几乎所有 电路设计都能够取得最终成功。 第 2 章 Multisim 仿真软件简介 EWB(Electronics Workbench)是加拿大Interactive Image Technologies(IIT)公 司于1988年推出的颇具特色的EDA软件。它以其界面形象直观、操作方便、分析功能 强大、易学易用等突出优点，早在上世纪90年代就在我国得到迅速推广，许多大专院 校把EWB5.0编入教材，作为电子类专业课程教学和实验的一种辅助手段。跨入21世纪 初，将EWB5.0版本更新换代推出EWB6.0，并更名为Multisim2001，2003年升级为 Multisim7，2005年发布Multisim8.0，其功能已十分强大，能胜任电路分析、模拟电 路、数字电路、高频电路、RF电路、电力电子及自控原理等各方面的虚拟仿真；并提供 多达18种基本分析方法。目前，加拿大IIT公司官方网站还在不断发布Multisim10， 已求尽善尽美。 2.1 Multisim 的主要特色功能： 1.基本界面如图 4 所示，左侧有两列共 23 个元件箱，分门别类地集中了各种仿真元件可 供调用；右侧有 17 种虚拟仪器可不受数量限制调用；中间是电路的搭建和仿真操作平 台。 图4 2.Multisim9 软件提供的 15 种