利用EWB仿真軟件對文氏電橋振蕩電路進(jìn)行仿真

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和電子技術(shù)的發(fā)展， 各種EDA 軟件不斷涌現(xiàn)出來， 逐漸進(jìn)入到電子設(shè)計(jì)的各個(gè)領(lǐng)域。目前和電子電路相關(guān)的EDA 軟件種類繁多， 一些EDA仿真軟件在理論教學(xué)、實(shí)驗(yàn)及電路設(shè)計(jì)方面發(fā)揮了很好的作用， 成為不可缺少的使用工具和開發(fā)手段。EWB仿真軟件是常用的EDA 軟件之一，它常用于教學(xué)中。

在教學(xué)中， 利用EWB 仿真軟件， 可以建立起了一種類似于真實(shí)實(shí)驗(yàn)室工作臺的虛擬平臺， 逼真地模擬各種元器件和儀器儀表， 從而不需要任何真實(shí)的元器件和儀表， 就可以完成多種電路實(shí)驗(yàn)， 不僅可以作為現(xiàn)行的實(shí)驗(yàn)一種補(bǔ)充， 還可以作為復(fù)雜的電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)、仿真與驗(yàn)證的手段。

1 EWB 的特點(diǎn)

電子工作平臺（ Elect ronics WorkBench, EWB） 是Interact ive Imag e Technolog ies 公司在20 世紀(jì)90 年代初推出的EDA 軟件， 是一種在電子技術(shù)界廣為應(yīng)用的虛擬電子工作臺電路仿真軟件， 被譽(yù)為"計(jì)算機(jī)里的電子實(shí)驗(yàn)室"。相對其他EDA 軟件而言， 它是個(gè)小巧易用的軟件， 其特點(diǎn)有：

（ 1） 操作界面友好、直觀， 從原理圖的輸入到電路的仿真測試都可以輕而易舉地完成。

（ 2） 提供了相當(dāng)廣泛的元器件庫， 從無源器件到有源器件， 從模擬器件到數(shù)字器件， 從分立元件到集成電路應(yīng)有盡有。

（ 3） 虛擬電子儀表設(shè)備齊全， 包含萬用表、示波器、信號發(fā)生器、掃頻儀、邏輯分析儀、數(shù)字信號發(fā)生器、邏輯轉(zhuǎn)換器等， 儀器的控制面板外形和操作方式與實(shí)物相似， 便于操作， 可以實(shí)時(shí)顯示測量結(jié)果。

（ 4） 提供多種分析功能， 包括直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、溫度掃描、參數(shù)掃描、傳遞函數(shù)分析等， 利用這些分析功能， 用戶不僅可以了解電路的工作狀態(tài)， 還可以測量電路的穩(wěn)定性和靈敏度。

2 仿真步驟

EWB 利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的計(jì)算功能來完成對電路的仿真和分析， 使用者在電子工作臺上創(chuàng)建了一個(gè)電路圖后， 啟動(dòng)電子工作臺的電源開關(guān)或選擇了分析方法， 就可以從示波器等虛擬儀器（ 或分析顯示圖） 看到仿真結(jié)果。

使用EWB 對電路進(jìn)行設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)仿真的基本步驟是：

（ 1） 用虛擬器件在工作區(qū)建立電路；

（ 2） 選定元件的模式、參數(shù)值和標(biāo)號；

（ 3） 連接信號源等虛擬儀器， 設(shè)置測量儀器參數(shù)；

（ 4） 選擇分析功能和參數(shù)；

（ 5） 激活電路進(jìn)行仿真；

（ 6） 保存電路圖和仿真結(jié)果。

3 文氏電橋振蕩器的仿真實(shí)例

下面以文氏電橋振蕩器來說明電子電路的仿真：

（ 1） 建立文氏電橋振蕩器的仿真電路。打開工作界面， 在工作區(qū)抓取元器件及設(shè)置參數(shù)， 連接示波器并設(shè)置參數(shù)， 連接電路。電路圖如圖1 所示。

圖1 文氏電橋振蕩器電路圖

從圖1 中可以看出， 電路滿足起振的相位條件； 其中， R1 = 12. 3 k , R f= 25 k , 使得Au= （ 1+ Rf / R1 ） >3, 滿足起振的振幅條件， 能夠起振。

（ 2） 觀察文氏電橋振蕩器的起振過程， 觀察電路產(chǎn)生的正弦波， 讀出周期， 計(jì)算振蕩頻率。

打開仿真開關(guān)， 雙擊示波器， 觀察結(jié)果如圖2 所示。

圖2 文氏電橋振蕩器的輸出波形

從圖2 中可以看出， 該正弦波幾乎沒有失真， 周期為1 ms, 由此可計(jì)算出頻率為1 Hz。

（ 3） 將Rf 的阻值由25 k 變?yōu)?5 k , 觀察文氏電橋振蕩器的輸出波形。打開Rf 的屬性窗口， 使其值為35 k , 啟動(dòng)仿真開關(guān)， 觀察結(jié)果如圖3 所示。

圖3 文氏電橋振蕩器的輸出波形失真

從圖3 中看出， 輸出波形明顯失真， 這是因?yàn)榉糯蟊稊?shù)增大引起的， 并且觀察結(jié)果起振時(shí)間明顯縮短。

（ 4） 將Rf 的阻值繼續(xù)增大變?yōu)?5 k , 觀察文氏電橋振蕩器的輸出波形。打開Rf 的屬性窗口， 使其值為65 k , 啟動(dòng)仿真開關(guān)， 觀察結(jié)果如圖4 所示。

從圖4 中看出， 輸出波形失真更為嚴(yán)重， 幾乎變?yōu)榉讲ā?/p>

由此可以很容易理解， 在文氏電橋振蕩器的穩(wěn)幅環(huán)節(jié)中， Rf 經(jīng)常采用采用具有負(fù)溫度系數(shù)的反饋電阻， 使起振時(shí)， Rf 阻值較大， 使得放大器的放大倍數(shù)較大易于起振； 而當(dāng)振蕩建立達(dá)到一定振蕩幅度時(shí)， 放大倍數(shù)逐漸減小， 而是振蕩幅度穩(wěn)定， 以免產(chǎn)生失真； 但如果當(dāng)放大倍數(shù)一直增大或過大時(shí)， 振蕩電路輸出波形變?yōu)榉讲ā?/p>

圖4 文氏電橋振蕩器的輸出波形嚴(yán)重失真

4 結(jié)語

用EWB 進(jìn)行仿真電路實(shí)驗(yàn)， 它不需要任何真實(shí)的元器件和儀表， 各元器件參數(shù)修改方便， 可以完成多種電路實(shí)驗(yàn)， 彌補(bǔ)了硬件資源的不足， 實(shí)驗(yàn)過程非常接近實(shí)際操作的效果。