電子電路仿真分析與設(shè)計精選(九篇)
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第1篇：電子電路仿真分析與設(shè)計范文
【關(guān)鍵詞】Multisim 10;電力電子;整流電路;仿真
Abstract：It can aid to analyze and calculate of circuit and control system by computer simulation of power electronic circuits.That has a series of merits such as convenience，high efficiency，agility and so on.Using Multisim 10 as a virtual work platform，accomplishes the design and simulation analysis of the three-phase bridge rectifier circuit.Multisim 10 is an effective tool for simulation of power electronic circuits that has been proved by the example.
Key words：Multisim 10;power electronics;rectifying-bridge circuit;simulation
1.引言
電力電子技術(shù)綜合了微電子、電路、電機學(xué)、自動控制等多學(xué)科知識，是電能變換與控制的核心技術(shù)，在工業(yè)、能源、交通、國防等各個領(lǐng)域發(fā)揮著越來越重要的作用。而電力電子電路的計算機仿真具有十分重要的意義，不僅可以幫助初學(xué)者理解電路的工作原理和工作過程，即使對經(jīng)驗豐富的工程技術(shù)人員，計算機仿真也是對電路及其控制系統(tǒng)分析、定量計算的強有力工具。隨著電力電子技術(shù)應(yīng)用的日益廣泛，出現(xiàn)了PSPICE、SABER、MATLAB、MULTISIM、PSIM等適用于電力電子電路及系統(tǒng)仿真的軟件。這些軟件將各種功能子程序模塊化，提供了完善的部件模型，用戶只需簡單的操作便可完成給定電路的仿真模型，成為廣大學(xué)生和工程技術(shù)人員在學(xué)習(xí)、科研和開發(fā)過程中的必備工具。本文以應(yīng)用非常廣泛的Multisim 10軟件為仿真平臺，通過對三相橋式全控整流電路的仿真和分析，介紹Multisim在電力電子電路仿真中的應(yīng)用。
2.Multisim 10的功能和特點
Multisim 10是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，適用于電子電路的設(shè)計工作。它包含了電路原理圖的圖形輸入、電路硬件描述語言輸入方式，具有豐富的仿真分析能力。Multisim 10具有以下特點：
（1）直觀的圖形操作界面;
（2）豐富的元器件庫，用戶可以根據(jù)需要修改元件參數(shù)或創(chuàng)建新元件，并且可以對元件設(shè)置故障，進行故障仿真;
（3）種類繁多的虛擬儀器;
（4）完備的分析手段，提供了交流分析、直流掃描分析、傅里葉分析、傳遞函數(shù)分析等多種分析方法;
（5）強大的仿真功能及互動式的仿真界面。
3.電力電子電路仿真實例――三相橋式全控整流電路
3.1 仿真電路的設(shè)計
從Multisim 10的元器件庫中選擇三相橋式全控整流電路所用到的晶閘管、三相交流電壓源、脈沖電壓源、電阻、電感以及示波器等器件，按照整流電路結(jié)構(gòu)建立如圖1所示的仿真電路。
圖1中元器件的參數(shù)都可以通過元器件的屬性來進行設(shè)置。電路使用寬觸發(fā)脈沖，脈沖電壓源V1至V6的脈沖寬度設(shè)置為4ms，周期設(shè)置為20ms（與三相交流電壓源的周期保持一致），延遲時間依次相差3.3333ms（ms）。三相交流電壓源V7為星形聯(lián)接，電壓幅值設(shè)置為100V，頻率設(shè)置為50Hz。電路接、的阻感負載。示波器通道A測量整流電路的輸出電壓，通道B測量晶閘管VT1的端電壓。
圖1 三相橋式全控整流電路
圖2 輸出電壓及VT1端電壓的波形（a=0o）
圖3 輸出電壓及VT1端電壓的波形（a=60o）
3.2 電路的仿真分析
（1）正常狀態(tài)仿真
在正常運行狀態(tài)下，通過改變脈沖電壓源的延遲時間，將晶閘管的控制角a分別設(shè)置為0o和60o。運行仿真得到整流電路的輸出電壓波形及晶閘管VT1承受的電壓波形分別如圖2和圖3所示。仿真波形與理論分析結(jié)果完全一致。
（2）故障狀態(tài)仿真
在Multisim 10中，通過設(shè)置元件的故障類型，便可進行電路的故障仿真。假設(shè)晶閘管VT1開路，設(shè)置VT1的故障點為“陽極A”，故障類型為“開路”。運行仿真得到的波形如圖4所示。仿真波形剛好缺失VT6、VT1和VT1、VT2導(dǎo)通形成的2個連續(xù)線電壓波形。
圖4 VT1開路時輸出電壓的波形（a=30o）
4.結(jié)論
利用Multisim 10軟件可以建立各種電力電子電路的仿真模型，具有仿真電路直觀、仿真過程快捷、仿真結(jié)果精確、操作方便靈活等優(yōu)點。也可利用Multisim 10軟件進行電力電子技術(shù)的計算機輔助教學(xué)，不僅將書本中的抽象原理形象化，而且激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和積極性，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新思維。
參考文獻
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第2篇：電子電路仿真分析與設(shè)計范文
在本文中，效率高，仿真精度高，可靠性高，成本低，已廣泛應(yīng)用于電力電子電路的分析設(shè)計（或系統(tǒng)）。計算機仿真不僅可以取代許多繁瑣的手工分析系統(tǒng)，降低了工人的勞動強度，提高設(shè)計能力的分析，避免因在電子信息專業(yè)課程的逼近誤差分析的方法是更大的，根據(jù)實際教學(xué)，通過教學(xué)實例分析和電單片微機原理課程的仿真分析，并給出了計算機仿真實驗教學(xué)模式，提供了一種用于學(xué)生的當(dāng)代大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)的平臺，提高教學(xué)效果，對提高教學(xué)質(zhì)量具有重要的現(xiàn)實意義。
【關(guān)鍵詞】
計算機仿真；實驗教學(xué)；探討
1 計算機技術(shù)的發(fā)展，使得它更密切，電子信息和其他相關(guān)學(xué)科，教學(xué)內(nèi)容，教學(xué)相關(guān)的計算機技術(shù)尤為重要
計算機仿真技術(shù)在工程中的應(yīng)用越來越廣泛，在設(shè)計過程中，計算機仿真技術(shù)，利用計算機模擬教學(xué)法，計算機仿真技術(shù)和專業(yè)課程的整合，使教學(xué)更加生動，直觀，使當(dāng)代大學(xué)生通過感性認識，加深對理論知識的理解和掌握計算機仿真的方法，可以提高教學(xué)效果，提高教學(xué)效率，同時拓展了當(dāng)代大學(xué)生的思維空間，大學(xué)生的創(chuàng)新能力，適應(yīng)工作。
2 仿真實驗在教學(xué)中的應(yīng)用
開放式實驗教學(xué)仿真是一個最重要的資源。所謂的“模擬”，與物理實驗相比，主要的區(qū)別在于，在這個過程中，受試者達到什么是真實的。在物理實驗的實驗工具，對象出現(xiàn)在物理形式；在仿真實驗中，沒有物理實驗儀器和對象，該過程主要是虛擬實驗儀器和設(shè)備的操作。仿真結(jié)果是很難實現(xiàn)的，物理實驗完全相同的程度，但其良好的教學(xué)效果明顯，性能。
2.1 建立一個多元化的教學(xué)環(huán)境，提高學(xué)習(xí)興趣
對于大多數(shù)學(xué)生，實驗，是感覺到一些概念性的介紹，這本書是很抽象的。雖然一些儀器的照片，但我仍然顯得單調(diào)。學(xué)生缺乏興趣，易于制備實驗原理并不能真正理解。如果學(xué)生沒有接觸實驗設(shè)備，實驗可能是由于操作不當(dāng)，損壞設(shè)備，實驗誤差。仿真結(jié)果可以提供一個可視化的學(xué)習(xí)環(huán)境，內(nèi)容豐富，圖文并茂，運動，有節(jié)奏的表達的實驗內(nèi)容的聲音和圖像，幫助學(xué)生在許多方面，這無疑會增加學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，調(diào)動他們的積極性，促進了熟悉的理論和實驗設(shè)備。特別是一些奇怪的和復(fù)雜的工具，為學(xué)生，通過實踐，實驗操作簡單，一個深思熟慮的計劃，以提高教學(xué)效率。在同一時間，降低損失率。
2.2 打破時間和空間的限制，以確保實施開放式實驗教學(xué)
結(jié)合仿真和網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)作為一個平臺來模擬實驗教學(xué)。實驗教學(xué)，學(xué)生可以利用校園網(wǎng)或Internet，課程內(nèi)容預(yù)習(xí)和復(fù)習(xí)，在時間和空間上的擴展教學(xué)內(nèi)容，學(xué)生可以全面了解和把握實驗教學(xué)內(nèi)容。作為一個“開放實驗室，學(xué)生可以根據(jù)自己的時間，在任何地方自主學(xué)習(xí)，讓學(xué)生根據(jù)興趣，可以滿足不同層次的需要，學(xué)生的學(xué)習(xí)。同時，實驗環(huán)境下學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力測驗。
2.3 節(jié)約實驗經(jīng)費，無所畏懼的環(huán)境下，項目的數(shù)量，并確保測試
高新技術(shù)在自然科學(xué)領(lǐng)域和設(shè)備是昂貴的，和擴大規(guī)模，數(shù)量和有限的教育資金，設(shè)備相對匱乏，教學(xué)模式單一不能滿足傳統(tǒng)實驗教學(xué)的需要。多媒體仿真結(jié)果具有投資少，更多的靈活性，以緩解緊張局勢。同時，學(xué)生可以在不同的環(huán)境下測試他的想法建立自己的測試。另一方面，一些實驗也有一定的風(fēng)險，在實驗項目開放，通常有許多學(xué)校保留，學(xué)生不能大膽實驗。在很大程度上培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新能力。誤差仿真系統(tǒng)是非常強大的，一旦學(xué)生操作誤差仿真過程，系統(tǒng)立即指出，調(diào)整誤差，如果調(diào)整好了在前面的步驟是不允許采取下一步行動，迫使學(xué)生排練直到成功，學(xué)生的創(chuàng)造性思維得到很好的發(fā)展。確保數(shù)量和實驗項目。
2.4 電子技術(shù)的飛速發(fā)展
教學(xué)內(nèi)容，課程內(nèi)容越來越多。電路分析，電子電路，數(shù)字電路，高頻電子電路，信號與系統(tǒng)，微機原理已被電子信息的一門必修課，如在許多專業(yè)仿真軟件的計算機仿真技術(shù)的發(fā)展已被廣泛應(yīng)用在電子信息領(lǐng)域，如魯鎮(zhèn)，MATLAB。如果集成仿真軟件的研究教學(xué)內(nèi)容，不僅可以節(jié)省類，也可以使教學(xué)更加生動，直觀的，視覺的理論很難理解，當(dāng)代大學(xué)生可以通過計算機模擬實驗觀察到的現(xiàn)象，過程和結(jié)果。當(dāng)代大學(xué)生有一個感性認識，可以加深我們對記憶理論的理解，特別是在計算機仿真技術(shù)，提高學(xué)習(xí)能力，分析和解決問題的能力起著重要的作用。在教學(xué)過程中，計算機教學(xué)的理論分析，計算機模擬和電子電路技術(shù)，模擬電路，數(shù)字電路，單片機原理的應(yīng)用，結(jié)合課程理論，教學(xué)更生動，直觀，容易理解。同時，由于計算機仿真技術(shù)已被廣泛應(yīng)用于工程實踐中，計算機仿真技術(shù)的重要作用，大學(xué)生就業(yè)。下面的電路分析和單片機原理課程為例，計算機仿真技術(shù)在教學(xué)中的應(yīng)用。設(shè)計變更的平臺設(shè)計，克服了傳統(tǒng)實驗設(shè)計的缺點是窮人，提高當(dāng)代大學(xué)生的創(chuàng)新能力。
2.5 個傳統(tǒng)實驗教學(xué)設(shè)計的常規(guī)實驗室試驗，對當(dāng)代大學(xué)生的電路設(shè)計中，經(jīng)常會有問題，如果直接測試，損失和設(shè)備裝配將是一個嚴重的原因，很難在規(guī)定時間內(nèi)完成實驗。因此，如何開展當(dāng)代大學(xué)生實驗教學(xué)，根據(jù)電路實驗教學(xué)，只有測試電路理論，理論知識是有限的，電路不改變，很難提高學(xué)生的創(chuàng)新能力，創(chuàng)新能力。
2.6 模擬實驗教學(xué)的虛擬電子實驗室，基于電路仿真，當(dāng)代大學(xué)生可以通過使用虛擬裝配仿真產(chǎn)生電路，基于虛擬儀器的分析。虛擬實驗平臺的電路設(shè)計，創(chuàng)造了一個當(dāng)代的大學(xué)生，觀察實驗現(xiàn)象，對實驗結(jié)果的分析，利用虛擬儀器，實驗成本不會損壞的組件和工具。也可以隨時更換，驗證了理論知識，提高創(chuàng)新能力。因此，電路仿真軟件可以用來改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式，也可以增加綜合性，設(shè)計性實驗。與傳統(tǒng)的電子實驗室相比，低成本，高速電路仿真平臺，效率高。當(dāng)代大學(xué)生的實驗設(shè)計，分析了電路仿真，改進后的電路在任何時間，提高學(xué)習(xí)的積極性，拓展思維空間，提高分析問題和解決問題的能力。
3 結(jié)論
教學(xué)理論與實踐，理論和計算機模擬的問題相結(jié)合，簡化了復(fù)雜的視覺效果，提高當(dāng)代大學(xué)生學(xué)習(xí)的主動性和學(xué)習(xí)興趣，提高教學(xué)效果，提高教學(xué)效率。實踐證明，計算機仿真，模擬電路，數(shù)字電路，電路實驗教學(xué)，電子電路，高頻，單片機原理如教學(xué)，會收到較好的教學(xué)效果，更實際，深化教學(xué)改革
【參考文獻】
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第3篇：電子電路仿真分析與設(shè)計范文
CAD軟件系統(tǒng)是當(dāng)下電路設(shè)計軟件中圖形設(shè)計功能作為全面的應(yīng)用軟件，其在電子電路設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用也十分廣泛。在電路設(shè)計教學(xué)的開展中，CAD軟件為課程開展提供了繪圖，幾何造型以及特征計算等功能，在進行電路設(shè)計過程中，教師能夠通過帶領(lǐng)學(xué)生進行元件設(shè)計，是學(xué)生進一步掌握不同電路元件的功能，并以此為基礎(chǔ)，使學(xué)生利用不同元件的特性進行電路的功能設(shè)計。CAD軟件在為電路教學(xué)設(shè)置元件設(shè)計功能的同時，也自帶有元件庫，電路的實際設(shè)計可以直接對元件進行調(diào)用，這也能夠有效節(jié)約電路原理圖設(shè)計時間。在利用該軟件開展教學(xué)時，教師還要強調(diào)實際元件和虛擬元件的區(qū)別，并通過在教學(xué)過程中著重強調(diào)，以保證學(xué)生實際電路連接的準確性和安全性。
2EWB軟件在教學(xué)中的具體應(yīng)用分析
EWB計算機軟件是一種用于電路設(shè)計與仿真的EDA工具軟件，與CAD軟件不同，EWB軟件中包含更多的高品質(zhì)模擬電路元件和組件模型。教師在開展電子電路設(shè)計教學(xué)時能夠在元件調(diào)用的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生利用軟件進行多種功能仿真，如對以連接的電路結(jié)構(gòu)進行交流頻率特性分析，靜態(tài)分析和參數(shù)掃描分析等。EWB軟件主要結(jié)構(gòu)包括函數(shù)信號發(fā)生器和仿真電路模板等，學(xué)生能夠在課程設(shè)計中通過元件調(diào)用和參數(shù)整合，完成電路設(shè)計，并通過將電路系統(tǒng)調(diào)用與仿真模板中，對其進行功能測試。在電路仿真教學(xué)過程中，教師應(yīng)首先開展信號發(fā)生器教學(xué)，使得學(xué)生能夠依據(jù)實際電路結(jié)構(gòu)設(shè)計選定對應(yīng)的激勵信號，以此保證電子電路結(jié)構(gòu)仿真結(jié)構(gòu)的準確性和有效性。
3PSPICE仿真軟件在電路設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用
作為現(xiàn)階段不同類型電路分析與設(shè)計仿真軟件之一，PSPICE軟件具有十分優(yōu)越的實用性能。該軟件主要包括電子線路仿真，圖形方式輸出，模擬計算電路功能和網(wǎng)表生成等功能，不僅能夠?qū)δM電子線路進行仿真與模式實驗，也能夠與實體電路結(jié)構(gòu)進行連接并開展模擬仿真。在電子電路的設(shè)計教學(xué)中，教師要將課程演示重點放在利用PSPICE軟件模擬連接電路上，使學(xué)生能夠在掌握元件參數(shù)的基礎(chǔ)上，更為全面的掌握電路波形和電壓電流值的檢測方法。PSPICE仿真軟件的應(yīng)用，也為電路設(shè)計教學(xué)中元件參數(shù)的優(yōu)化提供了科學(xué)有效的途經(jīng)，教師通過對比軟件中不同模擬元件的功能，以選擇靈敏度高和容差關(guān)系穩(wěn)定的軟件開展教學(xué)，這能夠極大的優(yōu)化電路設(shè)計中的元件參數(shù)，并使得電子電路設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量得到有效提升。
4結(jié)束語
第4篇：電子電路仿真分析與設(shè)計范文
【關(guān)鍵詞】數(shù)字電路 模擬電路 發(fā)展
1 前言
隨著國民經(jīng)濟的快速增長，科學(xué)技術(shù)的快速進步，電子信息產(chǎn)業(yè)得到快速發(fā)展，逐漸滲透到國民經(jīng)濟生活的各個領(lǐng)域，使人們的生活發(fā)生了翻天覆地的變化。電子信息產(chǎn)業(yè)對軍事領(lǐng)域也有著深遠的影響，改變了傳統(tǒng)戰(zhàn)爭的作戰(zhàn)模式，在現(xiàn)代國防中發(fā)揮著越來越重要的作用，其在其在國防領(lǐng)域的應(yīng)用也彰顯了一個國家的綜合國防水平。
作為高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，知識、技術(shù)和資本是電子信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)得以快速發(fā)展的三個重要因素，它彰顯了一個國家或地區(qū)制造業(yè)的整體水平，也是一個國家或地區(qū)科學(xué)技術(shù)和制造業(yè)綜合實力的重要標(biāo)志。就我國目前的社會經(jīng)濟現(xiàn)狀而言，我國正處于傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型時期。如何平衡新的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，達到經(jīng)濟的穩(wěn)定快速發(fā)展，解決目前政府資本過剩、內(nèi)需不足、市場疲軟等宏觀經(jīng)濟問題是我國目前經(jīng)濟社會發(fā)展面臨的一個重要挑戰(zhàn)。而加速電子信息產(chǎn)業(yè)的建設(shè)與發(fā)展，對于促進傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)變革、改變傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、增加就業(yè)率、提升就業(yè)水平具有重要作用是應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的最好辦法。
電子電路是電子信息產(chǎn)業(yè)的技術(shù)支撐。是電子信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展重要限制因素。電子信息產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展離不開電子科學(xué)技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用。生產(chǎn)技術(shù)的提高及加工工藝的改進加快了集成電路的更新速度，也為電子信息產(chǎn)業(yè)注入了蓬勃的朝氣以及更加旺盛的生命力，使其得以快速發(fā)展。根據(jù)其結(jié)構(gòu)、功能的不同，電子電路可以分為模擬電路和數(shù)字電路。
2 模擬電路
模擬電路是一種針對模擬信號（幅值隨時間連續(xù)變化的信號）行傳輸或處理的電子電路。它主要是利用電流或電壓對真實信號進行模擬，使其等比例的再現(xiàn)。如調(diào)幅/調(diào)頻的收音機，接收處理無線電廣播信號，然后經(jīng)過一系列的混頻、放大、解調(diào)等過程，最終完成音樂的播放和新聞等的報道。模擬電路在生活中的應(yīng)用非常廣泛，如晶體管小信號放大器，低頻功率放大器，負反饋放大器，MOS 集成運放，諧振放大器，直流穩(wěn)壓電源等。都是用模擬電路制作的。
模擬電路的設(shè)計過程比較復(fù)雜，其設(shè)計的重點在于電路參數(shù)的實現(xiàn)。其設(shè)計的基本流程主要包括以下幾個方面：
2.1 系統(tǒng)定義
系統(tǒng)定義是模擬電路設(shè)計的基本前提。根據(jù)設(shè)計要求，模擬電路設(shè)計工程師需要對電路系統(tǒng)及子系統(tǒng)做出相應(yīng)的功能定義，并確定面積、功耗等相關(guān)性能的參數(shù)范圍。
2.2 電路設(shè)計
電路結(jié)構(gòu)的選擇是電路設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。模擬電路設(shè)計工程師需要根據(jù)模擬電路需要實現(xiàn)的功能要求、設(shè)計規(guī)范及相應(yīng)的參數(shù)指標(biāo)選擇合適的電路結(jié)構(gòu)，并在此基礎(chǔ)上確定元器件的組合方式等。針對模擬電路的設(shè)計，目前暫時沒有可以利用的比較成熟的設(shè)計軟件，因此，只能是有工程師根據(jù)自己的經(jīng)驗手工完成。這在一定程度上增加了模擬電路設(shè)計的難度，限制了模擬電路的發(fā)展速度。
2.3 電路仿真
電路仿真是模擬電路的設(shè)計過程中必不可少的一個環(huán)節(jié)，是模擬工程師判斷模擬電路是否可以達到設(shè)計要求的一個重要依據(jù)。工程師根據(jù)仿真結(jié)果，不斷對電路進行修改和調(diào)整，直到模擬電路的仿真結(jié)果可以達到設(shè)定的指標(biāo)及相應(yīng)的功能要求。常用方法主要有參數(shù)掃描法，直流和交流分析法、蒙特卡羅分析等
2.4 版圖實現(xiàn)
版圖將電路設(shè)計轉(zhuǎn)化生產(chǎn)的重要橋梁。在由前面的設(shè)計及仿真結(jié)果確定了模擬電路的結(jié)構(gòu)及相關(guān)參數(shù)后，設(shè)計工程師對設(shè)計的模擬電路進行物理幾何性的描述，將其轉(zhuǎn)換成圖形格式，以便于模擬電路后續(xù)的加工與制作。
2.5 物理驗證
在物理驗證階段，需要對設(shè)計的模擬電路進行設(shè)計規(guī)則檢查（DRC）。設(shè)計規(guī)則檢查是在給定的設(shè)計規(guī)則的基礎(chǔ)上對其最小線寬、孔尺寸、最小圖形間距等限制工藝進行檢查，衡量版圖工藝實現(xiàn)上的可行性。此外，還要對版圖與電路圖的一致性進行檢查（LVS）?？梢岳肔VS工具提取版圖的參數(shù)，將得到的電路圖與原電路設(shè)計圖進行比較，保證版圖與原電路設(shè)計的一致性。
2.6 寄生參數(shù)提取后仿真
在版圖之前進行的電路設(shè)計的仿真稱之為“前仿真”，“前仿真”都是比較理想的仿真，沒有考慮到連線的電阻、電容等寄生參數(shù)。將寄生參數(shù)加入版圖后進行的電路仿真稱之為“后仿真”，只有當(dāng)后仿真的仿真結(jié)果達到設(shè)計指標(biāo)及系統(tǒng)功能要求，電路的設(shè)計工作才算完成。寄生參數(shù)對模擬電路的影響較大，前仿真的仿真結(jié)果滿足的情況下，后仿真結(jié)果卻無法滿足要求。因此，設(shè)計工程師需要根據(jù)后仿真結(jié)果不斷進行晶體管參數(shù)的修改，有時甚至要進行電路結(jié)構(gòu)的調(diào)整，直至后仿真結(jié)果達到系統(tǒng)設(shè)計要求。
目前，模擬電路設(shè)計難度高且比較復(fù)雜，使用的EDA工具的功能和系統(tǒng)配套性又相對落后，且在設(shè)計過程中需要進行頻繁的人工干預(yù)，對寄生參數(shù)等比較敏感等，這些都在一定程度上限制了模擬電路的發(fā)展，導(dǎo)致模擬電路發(fā)展速度相對緩慢。
3 數(shù)字電路
第5篇：電子電路仿真分析與設(shè)計范文
【關(guān)鍵詞】MULTISIM；仿真；模擬電子；數(shù)字電子；電力電子
1.引言
目前電子教學(xué)在大學(xué)專業(yè)教育中存在很多困境，存在教學(xué)模糊淺顯、虛擬性強、系統(tǒng)全面化實驗力度不夠、學(xué)生聽天書等問題，學(xué)生在學(xué)習(xí)中無法對其建立很好的感性認識，對原理理解不清，因此學(xué)習(xí)電子類課程的積極性也就不高。
MULTISIM軟件易學(xué)易用，非常適合在電子類課程教學(xué)中開展綜合性的設(shè)計與仿真實驗，能夠?qū)⒄n堂上抽象難懂的學(xué)習(xí)內(nèi)容形象地表現(xiàn)在圖形化界面窗口中，能夠幫助學(xué)生建立很好的電子模型，有利于調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和培養(yǎng)綜合分析實驗?zāi)芰Α?/p>
近年來，虛擬電子仿真軟件在我國電子類課程教學(xué)中的應(yīng)用也得到了廣泛的重視，許多高等院校相繼建立了自己的仿真教學(xué)實驗室。電子類課程教學(xué)的一線教師也不斷接觸應(yīng)用仿真軟件并將其引入傳統(tǒng)理論教學(xué)中進行教學(xué)輔助，各種相關(guān)教材開始大量涌現(xiàn)；國家教改最新目標(biāo)中也明確提出要將信息化與課程進行整合，Multisim仿真軟件將在電子類教學(xué)中的應(yīng)用越來越普遍。
2.MULTISIM軟件在模擬電子技術(shù)中的應(yīng)用研究
下面以單級放大電路的實驗仿真為例，來說明MULTISIM軟件在模擬電子電路運用中的優(yōu)越性。
2.1 根據(jù)實驗要求和原理繪制仿真實驗電路圖，直接雙擊示波器就可以形象地顯示電路圖中任意兩點的電壓電流波形圖，如圖1所示。
由波形圖可以形象直觀地比較輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系，圖1可以清楚看到輸出電壓與輸入電壓相位相差180。
2.2 通過調(diào)節(jié)電路圖中滑動變阻器RP，可以很方便地觀察各節(jié)點電壓的變化情況，如RP增大時，VB減小，VC增大，VE減小。
由以上仿真分析結(jié)果知，MULTISIM軟件在模擬電路設(shè)計與仿真中大大簡化了傳統(tǒng)電子電路實驗的繁瑣步驟，而且可以方便添加刪除元件，同時能實時仿真出實驗電路的各處電壓電流波形圖，形象直觀。
3.MULTISIM軟件在數(shù)字電子技術(shù)中的應(yīng)用研究
下面主要以數(shù)電中的組合邏輯電路的分析與設(shè)計為例，來說明此軟件在數(shù)字電路設(shè)計中的優(yōu)越性。
3.1 根據(jù)實驗要求，調(diào)用所需要原件，按照實驗原理連接好電路圖，只需要雙擊邏輯轉(zhuǎn)換儀即可直接查看真值表和邏輯表達式。圖2為由邏輯轉(zhuǎn)換儀產(chǎn)生的真值表和邏輯表達式。
3.2 同時還可以運用邏輯轉(zhuǎn)化儀的按鈕，根據(jù)真值表設(shè)計出符合條件的實驗電路圖。
由以上分析可知，在數(shù)字電路教學(xué)實驗中，可以通過MULTISIM軟件繪制實驗電路連接圖，根據(jù)邏輯轉(zhuǎn)換儀可以直接得到真值表和邏輯表達式，而且可以通過改變各輸入量的邏輯值來觀察其對輸出量的影響，方便快捷，直觀形象。
4.MULTISIM軟件在電力電子技術(shù)中的應(yīng)用研究
下面主要以Buck-Boost電路仿真實驗為例，從多個方面對其進行仿真分析，以此說明其在電力電子仿真實驗方面的巨大優(yōu)越性。
4.1 Buck-Boost仿真模型的建立及分析
為了使輸出電壓更穩(wěn)定，可以方便地在電路中采用反饋環(huán)節(jié)，從輸出端采樣得到的電壓與運放的負端的標(biāo)準電壓進行比較后，輸出控制信號對Buck-Boost模塊進行調(diào)節(jié)，從而自動維持輸出電壓穩(wěn)定。
4.2 觀察輸出紋波電壓隨輸入電壓和負載的變化情況
隨著輸入直流電壓（30v-300v）的升高以及負載電阻（50?-500?）的升高，輸出電壓在12V附近有小幅度的上升，同時輸入電壓的增大，輸出紋波減小，實驗結(jié)果和理論完全一致，仿真結(jié)果如圖3和圖4所示。
4.3 還可以觀察外界因素如溫度對輸出電壓的影響
在Sweep Parameter選項下選擇溫度掃描（Temperature），可以通過查看直流輸出電壓仿真波形圖直觀形象判斷電路是否正常工作，從而對外界因素的影響可以迅速直觀地作出判斷。
由以上仿真結(jié)果知，MULTISIM以其強大的電路分析和仿真能力，即使在復(fù)雜的電力電子領(lǐng)域也能非常直觀簡便地仿真分析出實驗所要求的各種變量的變化波形圖，具有很大的優(yōu)越性。
5.結(jié)論
本課題的上述各類仿真實驗結(jié)果表明，MULTISIM軟件在模擬電子、數(shù)字電子及電力電子領(lǐng)域的應(yīng)用具有實驗操作簡單方便、仿真結(jié)果直觀形象、模擬電子元件數(shù)量巨大以及強大的數(shù)據(jù)圖像處理能力，用戶無需編程和復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)就可通過仿真直觀地看到實驗結(jié)果，而且在原有電路圖的基礎(chǔ)上易于修改和做進一步擴展等，比起傳統(tǒng)的電子實驗方法更加靈活、直觀形象，對于本科生學(xué)習(xí)電子類課程起到很大的輔助和指導(dǎo)作用，在電力類教學(xué)中將具有良好的應(yīng)用前景。
參考文獻
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作者簡介：
李志偉（1993—），男，安徽阜陽人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程與自動化專業(yè)。
魏聰（1992—），女，湖北孝感人，大學(xué)本科，現(xiàn)就讀于武漢大學(xué)電氣工程學(xué)院電氣工程與自動化專業(yè)。
第6篇：電子電路仿真分析與設(shè)計范文
電子電路教學(xué)的開展，為計算機軟件和電路設(shè)計應(yīng)用的結(jié)合提供了發(fā)展前提，這也為我國電子電路技術(shù)的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。
2電子電路設(shè)計教學(xué)中軟件應(yīng)用意義探討
在電子電路的實際設(shè)計與開發(fā)中，電路結(jié)構(gòu)的軟件設(shè)計仿真測試已成為當(dāng)下最具有效性的技術(shù)，加之越來越多的電子電路設(shè)計者選擇運用計算機軟件對電子電路設(shè)計進行研究，這就使計算機軟件應(yīng)用在電子電路的設(shè)計中具有十分重要的意義。計算機軟件提供的軟件仿真功能為電子電路的方案設(shè)計提供了有力的參考，學(xué)生能夠利用軟件進行對預(yù)先設(shè)計好的電路方案進行仿真，并通過對比方案設(shè)計與當(dāng)真結(jié)果對具體內(nèi)容進行改進，這在幫助學(xué)生完善仿真方案的同時，也進一步鞏固了其對知識的掌握，提升了電路設(shè)計中發(fā)現(xiàn)問題和處理問題的能力。與傳統(tǒng)形式的電路測量檢驗方式不同，計算機軟件的應(yīng)用僅需要將電路接口連接到實驗箱，通過程序調(diào)試模擬實際應(yīng)用環(huán)境，以更為高效率的檢測出電路系統(tǒng)的設(shè)計錯誤。軟件應(yīng)用在為電子電路設(shè)計提供仿真環(huán)境的同時，也能夠在學(xué)生的電子理論學(xué)習(xí)中起到極大的輔助作用。在電子電路教學(xué)開展過程中，課程理論和實驗設(shè)計的有機結(jié)合能夠進一步加深學(xué)生對電路知識的理性認知，而在電路的設(shè)計和應(yīng)用檢測過程中，由于校園客觀環(huán)境的限制，電路的檢驗與應(yīng)用通常無法得到充分開展，而利用計算機軟件設(shè)計則能夠有效實現(xiàn)對電路設(shè)計的檢驗和校正，使得學(xué)生能夠在真正意義上掌握電子電路設(shè)計課程中的研究方法。
3各類軟件在電子電路教學(xué)中的具體運用
3.1CAD軟件在電子電路教學(xué)中的應(yīng)用
CAD軟件系統(tǒng)是當(dāng)下電路設(shè)計軟件中圖形設(shè)計功能作為全面的應(yīng)用軟件，其在電子電路設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用也十分廣泛。在電路設(shè)計教學(xué)的開展中，CAD軟件為課程開展提供了繪圖，幾何造型以及特征計算等功能，在進行電路設(shè)計過程中，教師能夠通過帶領(lǐng)學(xué)生進行元件設(shè)計，是學(xué)生進一步掌握不同電路元件的功能，并以此為基礎(chǔ)，使學(xué)生利用不同元件的特性進行電路的功能設(shè)計。CAD軟件在為電路教學(xué)設(shè)置元件設(shè)計功能的同時，也自帶有元件庫，電路的實際設(shè)計可以直接對元件進行調(diào)用，這也能夠有效節(jié)約電路原理圖設(shè)計時間。在利用該軟件開展教學(xué)時，教師還要強調(diào)實際元件和虛擬元件的區(qū)別，并通過在教學(xué)過程中著重強調(diào)，以保證學(xué)生實際電路連接的準確性和安全性。
3.2EWB軟件在教學(xué)中的具體應(yīng)用分析
EWB計算機軟件是一種用于電路設(shè)計與仿真的EDA工具軟件，與CAD軟件不同，EWB軟件中包含更多的高品質(zhì)模擬電路元件和組件模型。教師在開展電子電路設(shè)計教學(xué)時能夠在元件調(diào)用的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生利用軟件進行多種功能仿真，如對以連接的電路結(jié)構(gòu)進行交流頻率特性分析，靜態(tài)分析和參數(shù)掃描分析等。EWB軟件主要結(jié)構(gòu)包括函數(shù)信號發(fā)生器和仿真電路模板等，學(xué)生能夠在課程設(shè)計中通過元件調(diào)用和參數(shù)整合，完成電路設(shè)計，并通過將電路系統(tǒng)調(diào)用與仿真模板中，對其進行功能測試。在電路仿真教學(xué)過程中，教師應(yīng)首先開展信號發(fā)生器教學(xué)，使得學(xué)生能夠依據(jù)實際電路結(jié)構(gòu)設(shè)計選定對應(yīng)的激勵信號，以此保證電子電路結(jié)構(gòu)仿真結(jié)構(gòu)的準確性和有效性。
3.3PSPICE仿真軟件在電路設(shè)計教學(xué)中的應(yīng)用
作為現(xiàn)階段不同類型電路分析與設(shè)計仿真軟件之一，PSPICE軟件具有十分優(yōu)越的實用性能。該軟件主要包括電子線路仿真，圖形方式輸出，模擬計算電路功能和網(wǎng)表生成等功能，不僅能夠?qū)δM電子線路進行仿真與模式實驗，也能夠與實體電路結(jié)構(gòu)進行連接并開展模擬仿真。在電子電路的設(shè)計教學(xué)中，教師要將課程演示重點放在利用PSPICE軟件模擬連接電路上，使學(xué)生能夠在掌握元件參數(shù)的基礎(chǔ)上，更為全面的掌握電路波形和電壓電流值的檢測方法。PSPICE仿真軟件的應(yīng)用，也為電路設(shè)計教學(xué)中元件參數(shù)的優(yōu)化提供了科學(xué)有效的途經(jīng)，教師通過對比軟件中不同模擬元件的功能，以選擇靈敏度高和容差關(guān)系穩(wěn)定的軟件開展教學(xué)，這能夠極大的優(yōu)化電路設(shè)計中的元件參數(shù)，并使得電子電路設(shè)計的教學(xué)質(zhì)量得到有效提升。
4結(jié)束語
第7篇：電子電路仿真分析與設(shè)計范文
關(guān)鍵詞：電力電子技術(shù)；GUI；教學(xué)平臺
Design of instructional platform for power electronic technique based on Matlab GUI
An shu, Yan Yingmin, Liu Zhengchun
Ordnance engineering college, Shijiazhuang, 050003, China
Abstract: According to power electronic technique course having the features of many waveform and equally important experience and theory, a interactive auxiliary software of instructional platform for power electronic technique is designed based on matlab GUI in this paper. The courseware interface is friendly and open, which has many merits of modifiable experimental parameters. It can be used on academic and experimental instruction.
Key words: power electronic technique; GUI; instructional platform
電力電子技術(shù)是電氣工程及其自動化等專業(yè)的重要專業(yè)基礎(chǔ)課，也是實用性、工程性和綜合性很強的課程。課程內(nèi)容以電力電子器件和四大類變流電路為主線，通過分析各類電力電子器件的通斷情況來理解整流、逆變、斬波、調(diào)壓等典型電路的工作原理，從而得出電路在不同負載作用下各點的電流、電壓波形。因此，本課程涉及電力電子技術(shù)各種裝置的分析與大量的計算、電能變換的波形分析、測量與繪制等，這些工作特別適合應(yīng)用Matlab來完成[1]。
Matlab是當(dāng)今科研領(lǐng)域最常用的應(yīng)用軟件之一，是一種簡易的、可擴展的系統(tǒng)開發(fā)環(huán)境和平臺。Matlab在提供強大計算功能的同時，還大力發(fā)展了圖形用戶界面(GUI)功能。利用Matlab提供的GUI設(shè)計工具或編寫程序，可以設(shè)計出美觀、方便的菜單化和控件式的人機交互界面。我們采用Matlab圖形用戶界面開發(fā)環(huán)境GUIDE設(shè)計開發(fā)了一套應(yīng)用于電力電子技術(shù)輔助教學(xué)的仿真軟件。
1 仿真平臺的設(shè)計
仿真平臺分為兩大模塊：電力電子器件模塊和電力電子電路模塊，電力電子器件模塊分設(shè)具體元器件，電力電子電路模塊分四大變流電路，各變流電路又分設(shè)具體的變流電路。仿真平臺的總體框架如圖1所示，軟件相應(yīng)的流程圖如圖2所示。通過主界面的選項框或者菜單可進入電力電子器件界面來觀察元器件的特性以及參數(shù)設(shè)置，進入電力電子電路界面可設(shè)置電路相關(guān)參數(shù)進行虛擬實驗，得出仿真波形和實驗結(jié)論，加深對變流電路工作原理的理解。
圖1 仿真平臺的整體框架
圖2 軟件的流程圖
2 仿真平臺的實現(xiàn)
2.1 主界面
2.1.1 主界面功能簡介
主界面如圖3所示，主要由GUIDE工具箱中的菜單、按鈕、坐標(biāo)軸、靜態(tài)文本框、菜單欄和組合框等控件實現(xiàn)。
圖3 主界面
菜單欄包括“實驗平臺”“快捷查詢”兩項，每項主菜單下設(shè)子菜單，方便仿真平臺各界面之間的相互轉(zhuǎn)換以及與Matlab軟件中Simulink工具箱的鏈接。
選擇組合框中的“電力電子器件”或“電力電子電路”，界面的右側(cè)和下方會出現(xiàn)器件或電路的模型框圖和簡介，可通過主界面了解這兩大模塊的概況。單擊“進入電力電子器件界面”或“進入電力電子電路界面”按鈕可進入相應(yīng)的界面。
2.1.2 主界面功能的實現(xiàn)
對控件的屬性進行設(shè)置，包括控件的背景色、前景色、Tag值、String值、Value值等。屬性設(shè)置完成后，需要編寫相應(yīng)控件的程序代碼來實現(xiàn)其功能。
(1)電力電子器件和電力電子電路介紹的轉(zhuǎn)變。此功能主要是通過對一個組合框內(nèi)2個單選按鈕的選擇來實現(xiàn)的。主要代碼如下：
switch get(hObject,'tag')
case 'rad1'
set(handles.text4,'string',stra,'value',1);
set(handles.text3,'string',strb,'value',1);
axes(handles.axes1);
pic=imread('qijian.jpg');
image(pic);
axis off
case 'rad2'
set(handles.text4,'string',strc,'value',1);
set(handles.text3,'string',strd,'value',1);
axes(handles.axes1);
pic=imread('0.jpg');
image(pic);
axis off
end ;
由get(hObject,'tag')語句判斷用戶選擇了哪個按鈕，通過switch…case…end語句使坐標(biāo)軸的圖像發(fā)生相應(yīng)的改變，“imread”函數(shù)用于讀取圖像，顯示圖像用“image”函數(shù)，set語句組使靜態(tài)文本框內(nèi)的模型簡介內(nèi)容發(fā)生改變。
(2)進入電力電子器件界面和電力電子電路界面。進入電力電子器件界面和電力電子電路界面的代碼類似，都是通過關(guān)閉主界面close(figure(mainplat))，再打開相應(yīng)的界面figure( )實現(xiàn)的。
2.2 電力電子器件界面
電力電子器件界面如圖4所示，選擇列表框內(nèi)的電力電子器件模型，“模型及特性展示區(qū)”和“實物展示區(qū)”會顯示所選擇的器件的特性和實物圖片，“模型簡介區(qū)”同時對此器件的功能、特性進行文字介紹。利用val=get(handles.listbox1,'value')語句，可獲得列表框中電力電子器件所對應(yīng)的“value”值，再通過switch…case函數(shù)選擇相應(yīng)的語句實現(xiàn)相應(yīng)的功能。例如：單擊電力場效應(yīng)管MOSFET，此時“value”值為4，程序會執(zhí)行case 4后面的代碼，通過axes( )語句在特定的坐標(biāo)軸上顯示相應(yīng)的圖片。
圖4 電力電子器件界面
“返回主界面”“退出系統(tǒng)”和“器件參數(shù)設(shè)置”3個按鈕實現(xiàn)相應(yīng)的功能。
2.3 電力電子電路界面
2.3.1 電力電子電路界面簡介
用戶單擊主界面上的“進入電力電子電路界面”，便可進入主界面(如圖5所示)，用戶在此可選擇想要仿真的電路模型。例如當(dāng)選擇直流―直流變流電路中的降壓斬波電路，單擊“進入”按鈕時，會跳轉(zhuǎn)至降壓斬波電路界面(如圖6所示)。此電路界面可劃分為4個區(qū)域，左上方為“電路原理區(qū)”，左下方為“電路參數(shù)設(shè)置區(qū)”，中間為“仿真結(jié)果顯示區(qū)”，右側(cè)為“功能按鈕區(qū)”。
圖5 電力電子電路界面 圖6 降壓斬波電路界面
2.3.2 電力電子電路界面功能實現(xiàn)
為了保持軟件界面的統(tǒng)一性，各電路仿真界面風(fēng)格基本一致，以降壓斬波電路界面為例說明界面主要功能的實現(xiàn)。
(1)電路原理區(qū)。電路原理區(qū)顯示所選擇電路的原理圖，方便用戶理解此電路的工作原理和構(gòu)成。主要由“imread”和“image”函數(shù)讀取和顯示坐標(biāo)軸上的電路原理圖片實現(xiàn)此功能。
(2)電路參數(shù)設(shè)置區(qū)。由電力電子電路界面轉(zhuǎn)至降壓斬波電路界面，此時參數(shù)設(shè)置區(qū)有默認的最佳參數(shù)設(shè)置，點擊“仿真”按鈕，參數(shù)就會傳遞到降壓斬波電路mdl模型中，在后臺開始仿真，仿真波形和計算結(jié)果顯示在仿真結(jié)果區(qū)。若改變參數(shù)，仿真結(jié)果也會發(fā)生相應(yīng)的變化。
電阻、電源電壓、電感、反電動勢值的傳遞：用“get”函數(shù)讀取電阻值、電源電壓值、電感值、反電動勢值文本框中的數(shù)值，“set_param”函數(shù)將讀取的數(shù)值寫入相應(yīng)的mdl模型中。
仿真時間的設(shè)置通過滑動條或編輯文本框來實現(xiàn)?；瑒訔l主要用于為程序提供數(shù)值，這個數(shù)值被限制在一定的范圍內(nèi)，用戶可以通過鼠標(biāo)或鍵盤移動滑動條滑塊的位置來改變滑動條提供的數(shù)值。編輯文本框支持用戶通過鍵盤輸入數(shù)值，用于為程序運行提供輸入?yún)?shù)。
滑動條的回調(diào)函數(shù)代碼為：set(handles.edit2,'String',get(handles.Sli,'Value')) 。此代碼可以把滑動條上滑塊的位置轉(zhuǎn)換為數(shù)值顯示在文本框中。
編輯文本框的回調(diào)函數(shù)先用if語句判斷輸入到文本框的數(shù)據(jù)是否在滑動條的范圍內(nèi)，如果不在此范圍內(nèi)，輸入無效；如果合理，將文本框中的數(shù)值傳遞到滑動條上，即OldT=get(handles.Sli,'Value');set(hObject,'String',OldT)。從而實現(xiàn)了滑動條和文本框的數(shù)據(jù)傳遞。再將仿真時間寫入仿真模型中，需編寫如下語句：tendvalue=get(handles.edit2,'String')；從而修改了模型中的仿真時間。
考慮到脈沖發(fā)生器需要設(shè)置的參數(shù)不止一個，故采用調(diào)用模塊封裝界面的方法來實現(xiàn)，利用“open_system”語句打開模塊參數(shù)設(shè)置界面。
(3)仿真結(jié)果顯示區(qū)。設(shè)置電路中各參數(shù)之后，單擊“仿真”按鈕，仿真波形就會顯示在指定的數(shù)軸上，計算結(jié)果顯示在動態(tài)文本框中。其程序調(diào)用的過程為：GUI界面參數(shù)通過函數(shù)set_param傳遞到降壓斬波電路mdl模型中，模型在后臺進行仿真后的結(jié)果用函數(shù)evalin存入Matlab的workspace中，再利用plot(tout,yout)命令畫出圖形，顯示在GUI界面上。
(4)功能按鈕區(qū)?！胺祷厣弦唤缑妗薄胺祷刂鹘缑妗薄捌渌ㄐ巍币约啊胺抡娼Y(jié)論”按鈕的功能主要由figure函數(shù)打開相應(yīng)的界面來實現(xiàn)的。直接調(diào)用questdlg對話框?qū)崿F(xiàn)“退出程序”按鈕功能，這些功能按鈕都是Push Button控件。
3 結(jié)束語
應(yīng)用Matlab圖形用戶界面的開發(fā)環(huán)境GUIDE設(shè)計開發(fā)出一套電力電子技術(shù)輔助教學(xué)軟件，該軟件平臺集原理說明、參數(shù)設(shè)置、模型查看、仿真操作、波形顯示等為一體，界面友好、功能完善。使用此軟件既可使學(xué)生易于理解和掌握電力電子技術(shù)的理論知識和分析方法，也為學(xué)生進行開發(fā)性、設(shè)計性實驗提供有力支撐。教學(xué)實踐證明，所開發(fā)的電力電子技術(shù)輔助教學(xué)軟件極大地提升了教學(xué)質(zhì)量，有助于培養(yǎng)學(xué)生的動手實踐能力以及分析問題和解決問題的能力。
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第8篇：電子電路仿真分析與設(shè)計范文
關(guān)鍵詞：電工學(xué);電子電路仿真;Proteus軟件;Multisim軟件
中圖分類號：G642.0 文獻標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2015）44-0157-03
在工學(xué)類課程的教學(xué)過程中，實驗是一個重要的環(huán)節(jié)。實驗的種類眾多，實驗設(shè)計復(fù)雜。如何靈活有效地開展實驗是一個普遍存在的教學(xué)問題。針對該問題，以理論性、實踐性、應(yīng)用性強的電工學(xué)課程為切入點，圍繞教學(xué)過程中學(xué)生普遍感覺課程難學(xué)、實驗難操作的問題，在課堂教學(xué)中引用電子設(shè)計自動化軟件Proteus和Multisim，有利于形象化教學(xué)，吸引學(xué)生興趣，提高教學(xué)效果。
一、仿真軟件
Proteus是英國Labcenter Electronics公司推出的EDA工具軟件。Multisim是美國國家儀器（NI）有限公司推出的以Windows為基礎(chǔ)的仿真工具，兩個仿真軟件都提供了豐富的仿真資源。本文通過電子仿真軟件Proteus和Multisim實現(xiàn)了數(shù)字電路中計數(shù)器的仿真。利用仿真軟件形象、直觀的觀察結(jié)果，可以讓學(xué)生加深對理論知識的理解和記憶，也可以讓學(xué)生對課后開展的傳統(tǒng)實驗環(huán)節(jié)做好充分預(yù)習(xí)，提高實踐操作的興趣。同時，對比兩款仿真軟件對不同計數(shù)器電路搭建的難易程度，仿真結(jié)果不同的觀察方式，總結(jié)出兩款軟件的特點，以便在課堂教學(xué)過程中發(fā)揮不同仿真軟件的優(yōu)點，達到更好的效果。
二、Proteus仿真軟件對計數(shù)器電路的仿真
（一）異步四位二進制加法計數(shù)器電路仿真
利用Proteus仿真軟件搭建四位異步二進制加法計數(shù)器電路，時鐘CLOCK模塊產(chǎn)生脈沖信號，時鐘頻率設(shè)置為1Hz，接到最低位觸發(fā)器的CLK端，為觀察計數(shù)器計數(shù)的動態(tài)過程，在每個觸發(fā)器的輸出端Q連接一個邏輯電平探測器（Logic Probe），它能夠顯示邏輯“0”和“1”的狀態(tài)，并通過數(shù)碼管（7SEG-BCD）顯示當(dāng)前計數(shù)值0～F。每個器件的連線端都有紅、藍兩色方塊，顯示該端的電平變化，紅色為高電平，藍色為低電平。
圖1所示的是二進制計數(shù)器計數(shù)到10時，探針顯示二進制碼“1010”，數(shù)碼管顯示“A”。在這一仿真瞬間，四個JK觸發(fā)器的CLK時鐘端連線紅、藍兩色方塊顏色不同，說明時鐘信號的電平高低不一致，觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)的時間有先有后，與計數(shù)脈沖不同步，因此為異步計數(shù)器。
（二）同步四位二進制加法計數(shù)器電路仿真
在圖1電路的基礎(chǔ)上通過簡單的連線更改，搭建同步四位二進制加法計數(shù)器。仿真結(jié)果如圖2所示，同步二進制計數(shù)器計數(shù)到11時，探針顯示二進制碼“1011”，數(shù)碼管顯示“b”。在這一仿真瞬間，四個JK觸發(fā)器的CLK時鐘端，時鐘信號的電平與時鐘CLOCK模塊相同，說明為同步計數(shù)器。Proteus軟件中提供虛擬示波器，可以動態(tài)顯示仿真結(jié)果的波形圖，將A、B、C、D四個通道分別接入JK觸發(fā)器的輸出端，仿真時，將每個通道撥至DC檔觀察工作波形。圖3中顯示的是二進制加法計數(shù)器從0000到0011的動態(tài)工作波形圖。
（三）N進制計數(shù)器的電路仿真
利用JK觸發(fā)器可以在異步或同步四位二進制計數(shù)器的基礎(chǔ)上進行改動，將計數(shù)值在0000～1001之間循環(huán)，實現(xiàn)十進制的計數(shù)功能，也可以利用集成芯片異步十進制計數(shù)器74LS290和同步十進制計數(shù)器74LS160來實現(xiàn)，Proteus軟件平臺只提供了74LS160相應(yīng)的仿真環(huán)境。利用十進制計數(shù)器可以方便的實現(xiàn)任意進制計數(shù)的功能。兩片74LS160可以實現(xiàn)百進制計數(shù)器，只要將右片的74LS160進位端RCO接在左片74LS160的ET、EP端即可，當(dāng)右片的RCO進位端輸出變高電平，使左片處于計數(shù)狀態(tài)。如圖4所示為計數(shù)至“67”的瞬間仿真截圖。從以上計數(shù)器電路仿真結(jié)果分析得出，Proteus軟件可以實現(xiàn)大部分數(shù)字電路的仿真，電路搭建操作簡單，適合課堂教學(xué)，也提供了多種虛擬儀器來觀察仿真結(jié)果。
三、Multisim對計數(shù)器電路的仿真
（一）異步四位二進制加法計數(shù)器電路仿真
為了和Proteus軟件對比，利用Multisim軟件也搭建了同樣的仿真電路。在元件庫中搜索JK觸發(fā)器JK_FF，接法同圖1所示。添加時鐘端DIGITAL_CLOCK，頻率設(shè)置為10Hz。通過數(shù)碼管（DCD-HEX）顯示當(dāng)前計數(shù)值。
圖5所示的是二進制計數(shù)器計數(shù)到12時，數(shù)碼管顯示“C”。對比圖1和圖5相同的計數(shù)器電路，不同的是在Multisim仿真軟件中JK觸發(fā)器具有置位和清零端，利用相應(yīng)的接線端可以實現(xiàn)更多計數(shù)功能。Multisim軟件中邏輯分析儀提供動態(tài)波形的繪制功能，每個觸發(fā)器的輸出端分別接入邏輯分析儀的四個波形輸入端。在圖5電路中，將每個JK觸發(fā)器的輸出端連線改為不同的顏色，這樣呈現(xiàn)在邏輯分析儀的波形上就有顏色區(qū)分，觀察更為直觀。圖6中顯示的是四位二進制加法計數(shù)器從0110到1111的動態(tài)工作波形。除了邏輯分析儀，Multisim 12軟件提供了多個虛擬示波器，為了同時觀察4個JK觸發(fā)器的輸出端，本文選擇了4通道示波器。將示波器四個輸入通道分別接入JK觸發(fā)器的輸出端。在示波器設(shè)置界面，分別將4個通道的Y軸位移更改，以防出現(xiàn)波形重疊。本文仿真4通道的Y軸位移分別是：1.8、0.4、-1、-2.4，時基標(biāo)度改為100ms/Div。圖7中顯示的是二進制加法計數(shù)器從0011到0110的動態(tài)工作波形圖。
對比圖3和圖7虛擬示波器功能，Proteus軟件提供的示波器在使用上更為方便，只要將被檢測的信號接入輸入端即可觀察波形，并且4通道波形圖的顏色區(qū)分也不需要設(shè)置。而Multisim軟件中的4通道示波器要改變4個通道接入連線的顏色，才能得到波形顏色的區(qū)分，也要調(diào)節(jié)4個波形的Y軸位移，不然會出現(xiàn)波形的重疊，但是在示波器顯示界面提供實時的通道電平值，這樣觀察現(xiàn)象更直觀。
（二）N進制計數(shù)器的電路仿真
對于數(shù)字電路的仿真Proteus和Multisim軟件都提供了強大的仿真工具，但相比兩個仿真軟件，Proteus軟件中有些芯片有元件庫，但沒有仿真庫，只能由相似的元件代替仿真，而Multisim軟件對于電子電路提供的仿真庫資源更為豐富。如計數(shù)器仿真芯片有同步二進制計數(shù)器74LS161，十進制計數(shù)器74LS290、74LS160、74LS192等。圖8中利用十進制計數(shù)器74LS290的清零端，將其轉(zhuǎn)換為六進制計數(shù)功能。在N進制計數(shù)器的課程教學(xué)時，無論是采用清零法或置數(shù)法實現(xiàn)任意進制計數(shù)的功能，都是畫計數(shù)器狀態(tài)循環(huán)圖來說明問題，而通過Multisim仿真軟件的DCD_HEX數(shù)碼管或者邏輯分析儀，現(xiàn)象的觀察非常清楚，使學(xué)生更容易理解此知識點。
四、結(jié)語
兩個仿真軟件都具有豐富的仿真工具，易于操作的仿真環(huán)境，僅針對數(shù)字電路的仿真環(huán)節(jié)，Multisim仿真軟件提供的元件仿真庫更多一些，動態(tài)波形圖的觀察更直觀一些，所以在數(shù)字電路課程教學(xué)中可采用Multisim軟件。
通過實踐，將仿真軟件應(yīng)用在電工教學(xué)過程中，可以幫助學(xué)生加深對理論知識的理解，使學(xué)生擁有一個“零消耗”的實驗平臺，縮短從理論知識到實際應(yīng)用的過程。只要學(xué)生感興趣，課堂教學(xué)中涉及的每一款電路都可以在仿真平臺驗證其功能，這是傳統(tǒng)實驗所不能比擬的。但必須指出，仿真不能完全代替實物，在實際應(yīng)用中會遇到很多問題，所以不能完全替代傳統(tǒng)的實驗手段，因此在實際的教學(xué)過程中，應(yīng)把實驗環(huán)節(jié)和電路仿真結(jié)合起來，發(fā)揮各自的優(yōu)勢，從而提高電工學(xué)課程的教學(xué)效率，達到好的教學(xué)效果。
參考文獻：
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第9篇：電子電路仿真分析與設(shè)計范文
關(guān)鍵詞：Multisim 10.0；有源濾波器；Matlab 7.1;驗證型；設(shè)計型
中圖分類號：TN721.2 文獻標(biāo)識碼：B 文章編號：1004-373X(2008)02-065-03
A New Experiment Method for RC Two-pole Active Filter
XU Faqiang,HU Jiansheng,CHEN Jun,TANG Kai
(Institute of Technology,PLA University of Science and Engineering,Nanjing,210007,China)
Abstract：RC two-pole active filter is a typical circuit for the amplifier and it becomes the popular experiment for students.Normally,students have a little bit of difficult in the theory development and analysis,and it is also hard for them to handle the strange phenomenon in the experiment.In this article,a new method of combination of theory,simulation and experiment has been raised.It can effectively solve the problem.First,based on the circuit,the transfer function is developed and the result is showed with a graph in Matlab7.1,second,the circuit simulation is performed in Multisim10.0.Based on the results obtained,the experiment is made and all data is saved.In the end,all results should be analyzed and will come to the conclusion.Such experiment method is very effect for the testing experiment and designing experiment.The experiment method supposed in this article relates the theory and the test,it is good for the teaching quality and it has raised the student′s interesting for experiment.In the result,the knowledge has been confirmed and ability in experiment has been raised.
Keywords：Multisim 10.0;active filter;Matlab 7.1;verification type;design type
1 仿真軟件簡介
Matlab 7.1是最新版的數(shù)學(xué)計算軟件，可以對大量數(shù)據(jù)進行直觀的分析，對理論推導(dǎo)結(jié)果進行數(shù)值分析和繪圖，使之具體化形象化，本文用Matlab 7.1對濾波器通頻帶公式進行實驗數(shù)據(jù)的繪圖，達到了更加直觀的效果；Multisim 10.0是一個用于電子線路仿真與設(shè)計的EDA軟件，他可在電路和元件的參數(shù)的基礎(chǔ)上，仿真出電路的各種指標(biāo)，比如我們用到的通頻帶，即幅頻特性曲線。
2 RC有源二階低通濾波器
常用的電路形式有2種：Sallen-Key和Multiple-Feedback (MFB)，這里只分析Sallen-Key（如圖1所示），信號從運放的同相端輸入，故濾波器的輸入阻抗很大，輸出阻抗很小，運放A和R3 ，R4組成電壓控制的電壓源，因此稱為壓控電壓源（VCVS）有源二階低通濾波器電路。優(yōu)點是電路性能較穩(wěn)定，增益容易調(diào)節(jié)。
典型的RC有源二階低通濾波器有3種：巴特沃斯、貝塞爾和切比雪夫。其中，巴特沃斯濾波器的優(yōu)點是帶內(nèi)平坦，后面會在設(shè)計型實驗中用到。在驗證型實驗中，采用圖1所示的電路和參數(shù)，從后面的分析可看出，這是采用Sallen-Key電路形式的非典型的RC有源二階低通濾波器。
3驗證型實驗中對RC有源濾波器的理論推導(dǎo)、繪圖和仿真
（1） 理論推導(dǎo)和Matlab 7.1繪圖
5 結(jié) 語
本文以Sallen-Key電路形式的非典型RC有源低通濾波器的實驗為例，將電路的理論推導(dǎo)、Matlab數(shù)據(jù)繪圖、Multisim電路仿真和實驗測量結(jié)合起來，達到在理論指導(dǎo)下的數(shù)據(jù)繪圖與電路仿真在理想條件下的一致，電路仿真驗證了實際運放的單位增益帶寬指標(biāo)對通頻帶的影響。本文還根據(jù)巴特沃斯濾波器的標(biāo)準傳遞函數(shù)，重新修改實驗電路的理論推導(dǎo)結(jié)果，并采用簡化的設(shè)計方法，設(shè)計出一個巴特沃斯RC二階有源低通濾波器，并通過繪圖和仿真得出了電路的通頻帶，實驗結(jié)果與理論與仿真達到和諧統(tǒng)一。在本文提出的實驗方法中，既有理論指導(dǎo)實驗，又有電路軟件虛擬仿真實驗，最后還有自己動手做實驗。這樣，驗證型實驗達到融會貫通的效果，設(shè)計型實驗達到了將理論知識轉(zhuǎn)化為設(shè)計能力的效果。這種新的實驗教學(xué)模式可以推廣到幾乎所有的電路實驗當(dāng)中。
參 考 文 獻
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