第5章EWB的分析方法

电工电子EDA仿真技术

第5章 EWB分析方法

EWB仿真技术可以对模拟电路、数字电路和混合电路进行仿真和分析。 EWB对电路进行仿真的过程可以分成四步：

（1）电路原理图输入：输入电路图、编辑元件属性、选择电路分析方法。 （2）参数设置：程序自动检查输入内容，对参数进行设置。 （3）电路分析：分析运算输入数据、形成电路的数值解。 （4）数据输出：运算结果以数据、波形、曲线等形式输出。

EWB对电路进行仿真的方法有以下14种：EWB基本分析方法：有下列6种。

（1）直流工作点分析（2）交流频率分析（3）暂态分析（4）傅里叶分析（5）噪声分析（6）失真分析。

5.1 分析方法的参数设置

为了满足某些电路、某种分析方法、对仿真精度的要求，熟悉分析方法的参数设置是必要的。打开分析菜单，单击分析选项命令，屏幕上弹出分析选项窗口，如图5.1所示。窗口有五个选项卡。 通用分析选项、直流分析选项、暂态分析选项、器件分析选项和仪器分析选项，每个选项的下拉菜单中又有若干项设置，现分别叙述如下。 5.1.1通用分析选项 通用分析选项卡如图5.1所示。

图5.1分析选项窗口

（1）电流绝对精度：要求其小于电路中最大电流信号的6~8数量级。缺省设置：1.0e-12

（2）最小电导:要求其不能为零,增大该值可以改善电路的收敛性,但影响仿真精度.。缺省设置：

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1.0e-12。一般不需要调整。

（3）最大矩阵项与主元值的相对比率。要求其在正常情况下0~1之间。缺省设置：0.001。一般不需要调整。

（4）主元矩阵项绝对最小值。缺省设置：1.0e-13。一般不需要调整。

（5）相对误差精度。改变该值会影响仿真速度和收敛性。要求其取值在置：某些方面1.0e-06~0.01之间。缺省设置：0.001。

（6）仿真温度。缺省设置：27度。

（7）电压绝对精度。要求其小于电路中最大电压信号的6~8个数量级。缺省设置：1.0e-6。 （8）电荷绝对精度。缺省设置：1.0e-14。一般不需要调整。

（9）斜升时间。在确定的时间内，独立电源、电容、电感从零上升到终值的条件。缺省设置：0。 （10）相对收敛步长限制。在求解直流工作点时，建立相对步长限制自动控制收敛。缺省设置：0.25。 （11）绝对收敛步长限制。在求解直流工作点时，建立绝对步长限制自动控制收敛。缺省设置：0.1。 （12）收敛限制。用于某些元件模型内部的收敛算法。缺省设置：oN。

（13）模拟节点分流电阻。在节点和地之间接入电阻，该值应该较大。缺省设置：可有可无。若选择该项，缺省设置：1.0e+12。

（14）仿真时临时性文件规模。缺省设置：10。 5.1.2直流分析选项

直流分析选项卡如图5.2所示。

图5.2 直流分析选项卡

（1）工作点分析迭代极限。缺省设置：100。若直流分析时不收敛时，可以在工作上500~1000范围内增加该值。

（2）Gmin 步进算法步长。适当选择该值，有助于直流工作点分析时的求解。缺省设置：10。 （3）Source 步进算法步长。适当选择该值，有助于直流工作点分析时的求解。缺省设置：10。 5.1.3暂态分析选项

暂态分析选项卡如图5.3所示。

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（1）暂态分析每时间点迭代次数的上限。增大此值会缩短暂态分析的时间，若过分降低该值会引起不稳定。缺省设置：25。

（2）积分方法的最大阶数。缺省设置：2。取值范围：2~6。

（3）暂态误差精度因素。缺省设置：7。一般不需要调整。

（4）暂态分析数字积分方法。缺省设置：梯形法适合振荡电路模式：变阶积分适合有理想开关的电路。

（5）打印数据。显示仿真有关信息。缺省设置：ON。

5.1.4器件分析选项 器件分析选项如图5.4所示。 （1）金属氧化物场效应晶体管漏极扩散区面积。缺省设置：0。 （2）金属氧化物场效应晶体管源极扩散区面积。缺省设置：0 （3）金属氧化物场效应晶体管沟道长度。缺省设置：0.0001。 （4）金属氧化物场效应晶体管沟道宽度。缺省设置：0.0001。 （5）模型参数标称温度。缺省设置：27度。不需要调整。

（6）非线性模型评价器件。缺省设置：）ON。若选OFF将增加仿真时间。不需要调整。

（7）小型传输线数据。仅用于有损耗传输线的仿真。缺省设置：OFF。

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图5.3 暂态分析选项卡 图5.4器件分析选项卡 电工电子EDA仿真技术

5.1.5仪器分析选项 仪器分析选项如图5.5所示。 图5.5 仪器分析选项卡

（1）示波器栏

每屏显示后暂停。缺省设置：不选用。

自动产生时间步长。缺省设置：选用或不选用。选用时。最小时间点数缺省设置为100。最大时间步长缺省设置为0.072。 （2）初始条件

将初始条件设置为零后进行暂态分析。缺省设置：不选用。 使用用户定义的初始条件进行暂态分析。缺省设置：选用。

将直流工作点分析结果作为初始条件进行分析。缺省设置：选用。 （3）波特图仪栏

每周期显示点数。减小该数能加快仿真时间，但仿真精度会降低。缺省设置：100 （4）逻辑分析仪栏

逻辑分析仪触发前储存的点数。缺省设置：100。 逻辑分析仪触发后储存的点数。缺省设置：1000。 逻辑分析仪高、低电平的门限电压。缺省设置：3.5V。

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5.2 直流工作点分析

直流工作点分析又称静态工作点分析。目的是求解在直流电压源或直流电流源作用下电路中的电压和电流情况。例如，在分析晶体管放大电路时，首先要确定电路的静态工作点，以便分析电路能否正常工作。直流工作点分析是其他分析方法的基础。在进行直流工作点分析时，电路中的交流信号源自动被短路。电感短路、电容开路。数字器件被高阻接地。 5.2.1 直流工作点分析步骤 （1）创建电路。

（2）点击\电路\菜单----电路图设置命令-----选定显示/隐藏选项卡-------选定显示节点。把电路的节点标志显示到电路图上。

（3）点击\分析\菜单----\直流工作点分析\，EWB会把电路中所有节点的电压数值和电源支路的电流数值，自动显示在分析栏中的分析结果图中。

5.2.2 直流工作点分析举例 例5.1 试求图5.6所示的分压式偏置放大电路的静态工作点的值。

分析步骤： （1）单击晶体管库图标，从中拖出NPN晶体管到电路工作窗口。双击晶体管符号，打开NPN晶体管对话框，在模型选项卡中的Library栏内选择nation12库，再在模型栏内选中2N2712型号，然后单击确定按钮。 （2）从基本器件库中调出电阻元件。双击电阻元件符号，打开电阻特性对话框，从数值选项卡中设置电阻阻值，然后单击确定按钮。 （3）从基本器件库中调出电容元件。设置方法与电阻元件的设置相同。 （4）从电源库中拖出接地符号、直流电压源、交流电压源，双击交流电压源可直流电压源符号，打开交流电压源或直流电压源的属性对话框，在数值选项卡下进行参数设置调出电容元件。 （5）将拖出并设置好的元器件连接成如图表5.6所示的分压式偏置放大电路（也可以先连接电路后设置元件参数）。 （6）选择\电路\菜单下的\电路图设置\命令，点击显示/隐藏选项卡，选中显示元件参考ID和显示节点项，然后单击确定按钮，这时元件编号和节点编号自动显示在图上。

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（7）选择分析菜单下的直流工作点分析项，分析结果显示在分析结果图中，如图5.7所示。

图5.7分析结果 - 6 -

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5.3 交流频率分析

交流频率分析：又称频率响应分析，用于分析电路的幅频特性、相频特性。在交流频率分析中，，电路中非线性元件都用线性小信号模型处理。所以，EWB首先计算静态工作点得到各非线性元件的线性化小信号模型。其次，根据电路建立一个复变函数矩阵，要建立矩阵，所有直流电源设为零，交流电源、电感、电容由它们的交流模型代替，数字器件视为高阻接地。在进行交流频率分析时，电路的输入信号将被忽略。如果输入信号为三角波或方波，分析时自动转成正弦波进行分析。最后，计算电路随频率变化的响应。如果对电路中某节点进行计算，结果会产生该节点电压幅值随频率变化的曲线以及该节点电压相位随频率变化的曲线。其结果与波特图仪分析结果相同。 5.3.1 交流频率分析步骤

（1）创建电路，并设定输入信号的幅值和相位。

（2）点击\电路\菜单----电路图设置命令-----选定显示/隐藏选项卡-------选定显示节点。

（3）点击\分析\菜单----\交流频率分析\，打开相应的对话框，如图5.8所示。在对话框中，根据提示设置参数。 图5.8 AC Frequency对话框 初始频率设置：根据需要选择初始频率。缺省设置：1Hz。 终点频率设置：根据需要选择初始频率。缺省设置：10GHz。 扫描类型：横坐标刻度形式有十倍频、线性、二倍频。缺省设置：十倍频。 显示点数：缺省设置：100 纵坐标刻度：对数、线性、和分贝。缺省设置：对数。 电路节点：在Nodes in circuit栏中选择待分析节点，单击Add按钮，待分析节点便写入Nodes for analysis栏中。Nodes for analysis：待分析节点。

（4）单击\仿真\按钮，显示待分析节点的频率特性。 （5）单击\停止\按钮，停止仿真。

5.3.2 交流频率分析举例 例5.2 在例5.1的基础上，对图5.6所示的分压式偏置放大电路中的节点6和节点7进行交流频率分析。 解：单击分析菜单下的交流频率分析命令，在交流频率分析的对话框下，设置参数如下：

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初始频率：1Hz 终止频率：10MHz 扫描类型：十倍频 纵坐标刻度：对数 分析节点：7、6

单击仿真按钮，分析结果如图5.9所示。 图5.9 交流频率分析结果

5.4 暂态分析

暂态分析：又称时域分析，用于分析电路指定节点在周期中每一时刻的电压波形。EWB软件把每一个输入周期分为若干个时间间隔，再对若干个时间点逐个进行直流工作点分析，这样，电路中指定的电压波形就是整个周期中各个时刻的电压值所决定。

进行暂态分析时，直流电源保持常数。交流信号源随时间而改变，是时间的函数。电感、电容由能量存储模型来描述，是暂态函数。 5.4.1 暂态分析步骤 1）创建电路。 2）按例5.1分析步骤进行操作，-------选定显示节点。 3）点击\分析\菜单----\暂态分析\，打开暂态分析对话框。如图5.10所示。 在对话框中根据提示设置参数。 （1）初始条件设置： 零初始条件：缺省设置：不选。若从零初始状态开始分析则选之。

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图5.10 暂态分析对话框 自定义初始条件：缺省设置：不选。若从用户定义的初始条件开始进行分析则选之。 计算静态工作点：缺省设置：选用。若将直流工作点分析结果作为初始条件开始分析则选之。 （2）分析栏 起始时间：要求暂态分析的起始时间必须大于或等于零，且小于终止时间。缺省设置：0S。 终止时间：要求暂态分析的终止时间必须大于起始时间。缺省设置：0.001S。 自动产生时间步长。选择较为合适的或最大的时间步长。缺省设置：选用。 最小时间点数：在起始时间到终止时间之间，模拟输出的点数。缺省设置：100。 最大时间步长。模拟输出的最大时间步长。缺省设置：1e--05S。 设置绘图线增量：缺省设置：1e--05S。 （3）节点显示窗口 电路节点：节点显示窗口列出电路中的全部节点。 待分析节点：节点显示窗口显示电路待分析节点。 （4）单击\仿真\按钮，显示待分析节点的暂态响应波形。 （5）单击\停止\按钮，停止仿真。

5.4.2 暂态分析举例

例5.3 试用暂态分析绘制出图5.11所示的二极管整流滤波电路的输出电压波形。 解：单击分析菜单下的暂态分析命令，打开暂态分析对话框，设置参数如下：

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图5.11 二极管整流滤波电路

Set to Zero：选用。 Start time：0s。

End time：0.1s。 单击分析按钮，分析结果如图5.11b所示。

图5.11b 暂态分析结果

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5.5 傅里叶分析

傅里叶分析一个时域信号的直流分量、基波分量和谐波分量，即对时域分析的结果执行离散傅里叶变换，把时域中电压波形变为频域中的成分，得到时域信号的频谱函数。EWB仿真软件会自动进行时域分析。

5.5.1 傅里叶分析步骤

（1）创建待分析电路、设置\电路图设置\、显示节点标志。

（2）选择\分析\菜单、选择\傅里叶分析\、打开相应的对话框，如图5.12所示。在对话框中，根据提示设置参数。 图5.12 傅里叶分析对话框 输出节点： 基频：即交流激励的频率或最小公因数频率。缺省设置：1KHz。 谐波数：（包括基波在内）。缺省设置：9 纵坐标刻度：对数、线性、分贝。缺省设置：线性。 相频特性显示：选中时，显示傅里叶分析的相频特性。缺省设置：不选。 线上输出：选中时，显示傅里叶分析的幅频特性（取振幅的绝对值）曲线。缺省设置：不选。 （3）单击\仿真\按钮，显示经傅里叶变换后的离散频谱波形。 （4）单击\停止\按钮，停止仿真。

5.5.2 傅里叶分析举例 例：对图示整流滤波电路的输出电压进行傅里叶分析。 解：（1）单击\分析\傅里叶分析\命令，

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（2）设置参数： 输出节点：2 基波：50Hz

相频特性显示：选中。 线上输出：选中

单击\仿真\按钮。分析结果如图5.13所示

图5.13 傅里叶分析结果 - 12 -

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