电路仿真举例

20.2　电路仿真举例

1）RC低通滤波器电路的仿真

（1）电路创建

在电路工作区输入RC低通滤波器电路。其中包含两个正弦交流电压源，分别为1V、2kHz和5V、60Hz，另有一个周期脉冲电压源（时钟源），幅度5V，频率50Hz，占空比50%，两组电源用开关来切换。电路的输入为节点8，输出为节点4。连接波特图测试仪、示波器和电压表。最后电路如图20.1所示。

图20.1　RC低通滤波器电路

（2）测试电路的频率特性曲线

双击波特图测试仪图标打开其面板，然后单击仿真启动开关，在波特图测试仪的显示屏幕上可以观看电路的幅度频率特性和相位频率特性曲线。曲线如图20.2和图20.3所示。

图20.2　RC低通滤波器幅频特性

图20.3　RC低通滤波器相频特性

（3）观测电路的滤波效果

按空格键将开关连接到两个正弦交流信号源上。双击连接示波器输入的导线，将两个通道的输入导线设置成不同的颜色以便于波形的观察。打开示波器面板，启动电路仿真开关，这时在示波器上可以看到两个波形，如图20.4所示。输入波形为60Hz正弦波与2kHz小幅度正弦波的叠加波形。输出波形中，2kHz正弦波成分已经基本上被滤除。

图20.4　RC低通滤波器滤波效果

（4）观察电路对周期脉冲序列的瞬态响应

按空格键将开关连接到周期脉冲信号源上。启动电路仿真开关，这时在示波器上可以看到两个波形图，如20.5所示。输入波形为周期方波，输出波形为按指数规律上升、下降的脉冲序列。改变输入脉冲波的频率，可以看到输出波形的形状发生了变化。

图20.5　RC低通滤波器对周期脉冲序列的瞬态响应

2）共发射极单级放大电路的仿真

（1）电路创建

创建电路图如图20.6所示。按前文提到的方法设置元件参数并连接仪器，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，便以观测。可将创建好的电路保存，以备调用。

图20.6　共发射极单级放大电路

（2）电路的仿真实验

①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，如图20.7所示。

图20.7　共发射极单级放大电路输入输出波形

④从波特图测试仪的面板上观测电路的幅频特性和相频特性，如图20.8所示。如果对波特图测试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。

图20.8　共发射极单级放大电路的幅频特性

一般情况下，示波器连续显示并自动刷新所测量的波形。如果希望仔细观察和读取波形数据，可以设置Analysis/Analysis Options/Instruments对话框中的Pause after each screen（示波器屏幕满暂停）选项。

（3）实验结果的输出

实验结果的输出主要指：

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）到其他文字或图形编辑软件，这主要用于实验报告的编写。该操作可通过选择Edit/Copy as Bitmap命令来完成，具体操作方法请参阅EWB的帮助文件。

③打印输出。

3）可控定时振荡器的设计、调试仿真

（1）电路创建

电路图如图20.9所示。其中555U1构成单稳态电路，555U2构成多谐振荡器。用单稳态电路的输出（高电平）去控制多谐振荡器的工作状态，实现可控定时振荡。采取前文提到的方法连接电路、设置元件参数并连接仪器，如图20.9所示。

图20.9　可控定时振荡器电路

（2）调试和测量

①调试和测量要求：调试555U1构成的单稳态电路和555U2构成的振荡电路，观测两个发光二极管（LED）的闪烁指示情况，并用示波器观测555U1和555U4脚输出的波形；记录波形的周期和频率。

②调试和测量过程：按下电路启动/停止开关，仿真实验开始。将开关K接地，然后再接高电平，给单稳态电路一个低电平输入触发信号，此时，555U1构成的单稳态电路开始工作，输出为高电平，LED1指示灯亮。同时，555U2构成的振荡电路也工作，其输出为方波，LED2指示灯闪烁。打开示波器，观测555U1和555U24脚输出的波形如图20.10所示。

图20.10　可控定时振荡器电路输出波形

调整读数指针1和读数指针2为适当位置，可得出多谐振荡器输出波形的周期为T＝418.657 4ms，则其频率为：

4）三角波、方波、锯齿波产生电路设计、调试仿真

（1）电路创建

电路图如图20.11所示。其中运放A1构成同相输入迟滞比较器，产生方波；用运放A2构成带衰减放大和缓冲功能的放大器，用运放A3构成反相积分器，输出三角波；用A4构成三角波输出同相放大器，可调节输出幅度。采取前文提到的方法连接电路、设置元件参数并连接仪器，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20.11　三角波、方波、锯齿波产生电路

（2）调试和测量

①观测Uo2点输出方波波形，画出波形并测定幅度、周期和频率。观测结果如图20.12所示。

图20.12　输出方波Uo2的波形

调整读数指针1和读数指针2为适当位置，可得出输出方波波形的幅度为6.144 1V，周期为T＝442.586 1μs，则其频率为：

②观测比较输出三角波波形和方波波形（采用双踪显示Uo2和Uo4点波形）。结果如图20.13所示。

图20.13　输出方波Uo2和三角波Uo4的波形

③观测输出锯齿波波形（采用双踪显示Uo2和Uo4点波形）。

调整电位器RP2（用数字键“4”调整，按“4”，RP2值增大，按Ctrl＋“4”，则RP2数值减小），可得到如图20.14所示的正负锯齿波形。当按“4”，RP2值增大时，得到负锯齿波，反之，按Ctrl＋“4”，RP2数值减小，得到正锯齿波形。

图20.14　输出锯齿波的波形

5）循环灯电路设计、调试仿真

（1）电路创建

电路图如图20.15所示。其中：555电路组成振荡器，集成电路4040构成分频器输出秒脉冲，集成电路4017构成脉冲分配器循环点亮4个LED。采取前文提到的方法连接电路、设置元件参数并连接仪器，如图20.15所示。

图20.15　循环灯电路

（2）调试和测量

①调试555振荡电路，用示波器观测555电路2脚、4脚的波形；记录波形的周期和频率。

打开示波器，调整相应开关，使示波器显示波形如图20.16所示。调整读数指针1和读数指针2为适当位置，可得出输出方波波形的周期为T＝1.046 6ms，则其频率为：

图20.16　555电路2脚、4脚的波形

②若要使循环灯循环显示速度加快和减慢，按以下方法调整和连接电路：若要加快显示速度，将则4040分频器的输出由O₄变为O₂，O₁或O₀，下标数值越小，则显示速度就越快。反之，若要降低显示速度，将则4040分频器的输出由O₄变为O₄，O₅，…，O₁₁，下标数值越大，则显示速度就越慢。

③观测4017输入时钟CPO和输出O₀，O₁，O₂，O₄的波形。双击打开逻辑分析仪，可观测4017输入时钟CPO和输出O₀，O₁，O₂，O₄的波形，如图20.17所示。

图20.17　4017输入时钟CPO和输出O₀，O₁，O₂，O₄的波形