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1、Electronics Work Bench入门,电子线路模拟和仿真的普及式平台,一. 主要特点,形象直观的电路图和仿真分析结果。 操作方便、易学。 提供了多种虚拟仪器，可进行多种仿真实验。 使用PSPICE内核,功能强大。 具有Protel、PSPICE等常用软件的接口。 具有新版本系列：MULTISIM系列,Electronics Work Bench 界面,WorkBench启动后 出现如图1所示的 界面，从上倒下依次为菜单栏、工具栏、器件仪器选择栏、开关、编辑窗口、状态栏。,界面说明与基本操作,图1,界面菜单介绍File 文件菜单,界面菜单如图1，它 由文件、编辑、电路、 分析、窗口、
2、帮助6个 菜单项组成，鼠标左键 单击高亮度菜单项可激 活下拉菜单。 File的下级子菜单如图2， 常用子菜单和其他的 Windows程序相同， Import/Export命令是为了便于 WorkBench和orCAD/PSPICE/Protel 及图像处理程序共享文件，Install命令可以增加新的元件库。,读取SPICE网表文件,存为.net, .scr, .bmp.cir文件， 供其它 软件使用,安装新元件库,图1,图2,界面菜单介绍Edit 编辑菜单,Edit子菜单(图1)用以对编辑窗口中的元件进行剪切、复制、粘贴、删除等操作，点击Copy as Bitmap后，可在编辑窗口中划定区域并
3、在粘贴板中存为位图。,图1,界面菜单介绍Circuit 电路菜单,Circuit子菜单(图1)用以对元件进行 旋转、左右/上下翻转、设定参数， 选定一电路单元可定义成子电路便 于识别和使用； Zoom In/Out 可改变视图尺寸； 单击Schmatic Options弹出界面如图2，可设置 元件标注、节点、线条的外观等 ， 详细内容参见编辑窗口。,图2,图1,界面菜单介绍Analysis 分析菜单,图1,图2,Analysis子菜单（如图1）对电路仿真分析Active/Pause/Stop 相当于开关、暂停键可对仿真过程进行控制。 Analysis Options 一般使用默认值，分析中出现
4、问题时可对步长等参数进行修改。 所有分析结果都将显示Analysis Graphs中 如图2所示。,界面菜单介绍Analysis .1,Analysis子菜单中各分析项目多数只对模拟电路才有意义，使用WorkBench必须明确各项分析的意义、目的。 直流工作点分析：把电路中的交流源置零、电容视为开路、电感视为短路，计算出各节点电压、支路电流、流过电源的电流。它是其他分析的基础（如：建立晶体管小信号模型的前提）。 交流频率分析：即频率响应分析。把电路中的直流源置零，交流源、电抗用交流模式表示，无论电路中采用何种激励源，分析时WorkBench自动采用正弦输入。结果和波特图仪分析相同。它可以分析任
5、意一点的频率响应，产生幅频/相频特性曲线。 瞬态分析：即时域分析。可以设置分析的初始状态，一般和示波器的结果相同。,界面菜单介绍Analysis .2,傅利叶分析 求解交流激励下，某点信号的直流分量、基波分量、 谐波分量的幅度和相位，可以选择是否输出相位及 输出图是否采用折线图。分析的基频应设置为和交流 激励源相同（或为0.5倍），这样才可以得出直观的 信号频谱。 对1KHz,5V的方波分析的结果如下图所示：,WorkBench不能对 一般AM调制波进行 傅利叶分析， （载波频率大于36倍 消息信号频率时， 不会有直观的 分析结果）,界面菜单介绍Analysis .3,噪声分析 用于检测输出信
6、号的噪声功率幅度，分析电路中各器件在某一点M产生的噪声效果。 这里使用了等效输入噪声的概念，对话框中首先要设置输入噪声源V，WorkBench将电路中各噪声源在M点单独造成的噪声根据增益等效到输入噪声源V处,从而叠加成等效输入噪声,然后将加到理想无噪声的电路中。 分析结果显示了 等效输入噪声、 输出噪声关于 频率的曲线。 对话框如右图 所示。,界面菜单介绍Analysis .4,失真分析 失真分析用以检测电路中的谐波失真和内部调制失真.电路 中有1个交流源时，失真分析检测电路中指定节点上2次/ 3次谐波的复数值。输出波形显示了2次/3次谐波关于 频率的失真情况。,参数扫描分析 WorkBenc
7、h按设定的范围、间隔改变元件参数，分别进行 时域/频域分析，并以图形形式输出。 设计电路时为了使电路的性能达到最佳，我们对元件进行 参数扫描分析，观察不同参数时电路的时域/频域响应， 进行比较，确定元件参数。 另外，也可对信号源进行参数扫描，观察比较不同幅度、 频率信号激励下的响应。,界面菜单介绍Analysis .5,温度扫描分析 研究不同温度条件下的电路特性（主要考虑电阻/半导体 器件的温度特性）。 在弹出的对话框中，可以设定温度范围，输出节点， 扫描类型（Linear/Decade/Octave)，扫描分析类型 （DC/Transient/AC）。,零/极点分析 可以求解交流小信号电路中
8、极点、零点的个数、数值， 对于检测电路的稳定性十分有用（稳定电路具有负实部 的极点）。 在对话框中可以设定分析类型（电压增益、跨导、输出 阻抗、输入阻抗），选择输出/输入节点等。,界面菜单介绍Analysis .6,传递函数分析 求解在直流小信号状态下电路中一个输入源与两点间输出电压/输出电流之间的传递函数，并可计算输入、输出阻抗。 在对话框中可以设定输出电压的节点和其参考点，输出电流的支路，输入源。,灵敏度分析 研究某元件参数发生变化对电路节点电压、支路电流、 频域性能的影响程度。 设某元件参数值为x，电路节点电压（或支路电流、 频域性能）视为x的函数Y(x)，则定义函数Y对参数x 的灵敏度
9、： Sxy=Y/x。 在对话框中可以设定分析变量、分析类型（直流/交流灵敏度）、分析元件。,Windows 子菜单改变窗口的 排列，Description子菜单项用以 打开描述窗口，描述窗口中可以 填写，保存电路的描述信息。,WorkBench提供了丰富的 帮助信息，通过Help子菜 单可以方便的获取所需的 帮助和关于WorkBench 本身的信息。,界面菜单介绍Windows、Help,右图是开关键和暂停键，用于仿真过程中 对电路的运行状态进行控制。,工具栏,器件仪器选择栏如上图所示，它包括了常用的百余种 模拟、数字元器件、IC及电路模块、仪器等。 点击按钮，出现下拉菜单，菜单中显示库中的选
10、项，鼠标 在某元件按钮上停留即可显示对应元件仪器的名称,如下图。 WorkBench中的元器件 采用国际标准符号， 使用中的注意事项请 参见元件仪器的使用。,器件仪器选择栏,编辑窗口是我们进行电路图输入、修改的区域，其上端 的蓝色标题栏中显示编辑文件的名称(未命名时,WorkBench 自动命名为Untilted)。窗口的右边和下边是滚动条，可以 改变所视区域。 窗口空白处单击鼠标右键出现如图1所示的快捷菜单.其中， Schematic Options选项和菜单Circuit 下的Schematic Options 功能相同,单击后出现的对话框有三个标签项，如图2。 使用网格时，电路中元器件
11、只能放在网点上，排布整齐。,编辑窗口1,图1,图2,鼠标置于某元件上时，鼠标变为手形，并在下部状态栏的 中段显示该元件的序号和类型。此时可进行如下操作： 1、左键单击（也可用左键拖拽框取），则该元件变为红色， 再用左键拖拽可以改变元件的位置，用菜单或工具栏相关 按钮可对元件进行删除、复制、旋转等操作 。 2、双击左键，弹出图1所示菜单，可以对选定元件进行命名 型号、连接错误（某管脚短路/断路）、显示内容进行设置。 3、单击右键弹出如图2快捷菜单，可进行删除、复制、剪切、 旋转操作，点击Component Preporties 则和双击左键相同。,编辑窗口2,图2,图1,当鼠标放在元器件的引脚上
12、时，元器件相应引脚上出现黑点，此时拖拽左键可以实现连线操作，在所要连接处（元器件引脚、节点、连线） 出现黑点时释放左键，即可完成 连线，WorkBench会自动选择合 理的走线线路。 当鼠标放在连线上时，左键 进行拖拽操作可以对连线 进行调整（如图1），双击 左键弹出对话框（如图2） 可以对连线的颜色、所连接 节点颜色、初始电压等进行 设定。,编辑窗口3,图1,图2,状态栏位于WorkBench窗口的底部如上图，其中显示了 各种状态信息，当第一项为Ready时表明前一仿真分析已 完成，可以进行新的仿真分析。,Analysis Graphs 是我们观察分析 结果的重要窗口，它可以打开或 将结果保
13、存为.gra后缀的文件。 利用它可以方便的察看、保存 分析结果，并把结果以位图形式 供图形处理软件使用。,状态栏,Analysis Graphs,信号源库介绍,WorkBench 提供了较为齐全的元器件、仪器和控制模块。 地、电池、直流电流源、交流电压源、交流电流源、电压控制电压源、电压控制电流源、电流控制电压源、电流控制电流源、Vcc电压源、Vdd电压源、脉冲源、AM源、FM源、压控正弦波、压控三角波、压控方波、分段式线性源、压控分段线性源、FSK源、非线性相关源。下面对使用时需要注意的常用元器件、仪器进行说明。,信号源库实例,图1,使用分段线性源可以产生任意要求的信号，使用前 先按格式写出
14、信号各点时间与幅度的对应关系， 存为.txt文件，使用时双击该元件填入相应的文件名。 实例如下： 在Notepad记事本中输入： 0 0 5 15 5 0 输出波形如图1所示。,基本器件库 电位器可以用控制键（默认为R）改变滑动头位置，实现变阻。其中百分比表示滑动头左侧电阻占总电阻的百分比， 按下控制键可以增加百分比，Shift+控制键减小百分比， 其总阻值、控制键、增减大小均可在对话框中设置。 可变 电容/电感类似。 开关为单刀双置开关，可设置控制键（默认为空格）进行 控制。注意区别理想变压器和非线性变压器。,基本器件库,二极管库,二极管库器件依次为： 普通二极管、稳压二极管、LED发光管、
15、桥堆、肖特基二极管、单向可控硅、双向可控硅、三端双向可控硅。每种类型都有若干种型号，如理想型、motorola、zetex、philips等，还可以自己定义。使用时,先选取类型，然后双击元件，在弹出的属性对话框中选取型号、进行相关设置。,三极管库,三极管库元件依次为： NPN型晶体三极管、PNP型晶体三极管、N沟道结型场效应管、P沟道结型场效应管、三端耗尽型N沟道场效应管、三端耗尽型P沟道场效应管、四端耗尽型N沟道场效应管、四端耗尽型P沟道场效应管、四端增强型N沟道场效应管、四端增强型P沟道场效应管、N沟道砷化钾FET、 P沟道砷化钾FET。,模拟集成电路库,模拟集成电路库中元件依次为： 三端
16、运算放大器，五端运算放大器、七端运算放大器、九端运算放大器、电压比较器、锁相环。,混合集成电路库,混合集成电路库中元件依次为： 8位A/D转换器、8位电流型D/A转换器、8位电压型D/A转换器、单稳态触发器、555时基电路。,数字IC库 库中包括了较为完整的 74XX、74XXX、4XXX系列的IC。 如果已知IC型号，可直接在此选择器件，先选择所需IC所属的系列、再在弹出的对话框（如下图）中选择型号；使用该库元件时，若对该元件逻辑关系不清楚可以点击 “?” 按钮察看该元件的真值表。 如果已知IC的逻辑功能，而不知具体型号，则必须 在逻辑门库/触发器库中选择IC（下页）。,数字IC库,逻辑门元
17、件库,逻辑门电路库中元件依次为： 与门、或门、非门、或非门、与非门、异或门、异或非门(同或门)、三态缓冲器、缓冲器、施密特门、与门、或门、与非门、或非门、非门、异或门、同或门、缓冲器。 （不需电源） 其中第二行按钮可以根据功能来选取相应的TTL或CMOS器件。,数字器件库,数字器件库中的元器件依次为： 半加器、全加器、RS触发器、JK触发器、D触发器、D触发器(带异步复位/置位端)、多路选择器电路、译码器、编码器、算术运算电路、计数器电路、移位寄存器、触发器。 其中第二行按钮可以根据功能来选取相应的TTL或CMOS器件。,指示器件库,指示器件库中的元件依次为： 电压表、电流表、灯泡、彩色指示器
18、、数码显示器、带译码数码显示器、蜂鸣器、条形光柱、带译码条形光柱。指示器件库中的电压、电流指示器可以方便直观的显示节点电压、支路电流，应用广泛（使用个数无限制、在电路中双击后可以选择DC/AC)。其中有两种七段数码管，前者是基本型，后者是加过译码器的，直接输入数字对应的BCD码即可显示。蜂鸣器满足发声条件时，计算机机箱内的喇叭会发声。,控制器件库,控制器件库中元件依次为： 电压微分器、电压积分器、电压增益模块、传递函数模块、乘法器、除法器、三端电压加法器、电压限幅器、电压控制限幅器、电流控制限幅器、电压滞回模块、电压变化率模块。,其它器件库,其它器件库中的元件依次为： 保险丝、数据写入器、SP
19、ICE子电路、有损耗传输线、无损耗传输线、晶体、直流电机、真空电子三极管、开关电源升压模块、开关电源降压模块、开关电源升降压模块。,仪器库,仪器库中仪器依次为： 数字万用表、函数信号发生器、示波器、波特图仪、码字发生器、逻辑分析仪、逻辑转换仪。使用时，把仪器从菜单中拖出，适当连线即可；需要调节仪器时，左键双击仪器在弹出的仪器面板中进行相关调整即可。,仪器的使用,Work Bench 5.0的仪器库中有种仪器，每种仪器只有一台。 连接电路时，仪器以图标的方式显示，当需要观察、测试数据或波形以及设置仪器参数时，可以双击仪器图标打开仪器面板视图。 连接仪器时，只需要将输入输出端连接到相应节点即可，仪
20、器图标的各个端口和仪器面板的端口在相对位置上是一致的,数字万用表,数字万用表同我们平常使用的万用表一样，主要完成交直流电压、电流和电阻的测量。 测量电阻时，必须使电子工作台处于Activate状态。 点击万用表面板中的“Settings”可对万用表的内部参数进行设置。 Ammeter resistance用于设置与电流表串联的内阻。 Volmeter resistance用于设置 与电压表并联的内阻。 Ohmmeter current用于设置 测量电阻时的电流大小。 Decibel standard用于设置分 贝的标准。,函数信号发生器,函数信号发生器用来产生正弦波、方波、三角波。 函数信号发
21、生器的“+”、“”端子输出极性相反，幅度相等的信号，“Common”端必须和公共地相连。,示波器,示波器是用来观察信号波形并可测量信号幅度、频率、周期等参数的仪器。 当点击面板中的“Expand”按钮后，可以将面板转至扩展模式，进行观察和测量。 同信号源一样，必须将“Common”端和公共地相连后才能显示波形和测量。,示波器的面板,示波器的扩展模式,示波器的设置,示波器的设置： “Analysis”/“Analysis Option”/“Instruments” 中关于示波器的选项： 1.“Pause after each screen”：选中该项后，显示完一屏后，分析会自动暂停。如果要继续分
22、析，可单击“Pause”或按“F9”。 2.“Generate rime step automatically”：选中该项则仿真中自动产生时间步长，否则按照自定的“Minimum number of time points”(最小时间点数) 和“Maximum time step”(最大时间步长)进行仿真 3.“Initial Conditions”初始状态。,示波器的设置示例,最小时间点数=1000,最小时间点数=50,波特图仪,波特图仪类似于实验室的频率特性测试仪（或扫频仪），用于测试电路、系统的幅频和相频特性。 使用时将IV+、IV-、OV+、OV-分别接到电路输入、输出端口的正端和负端
23、。 使用波特仪时，必须在电路的输入端口接入信号源！,字信号发生器,字信号发生器可以产生16位同步逻辑信号，通常用来对数字电路进行测试。 在字信号发生器的信号编辑区最多可以编辑1024条字信号。 点击“Pattern”按钮可以对信号编辑区的内容进行保存/打开/清除以及几种特殊编码的生成。,逻辑分析仪,逻辑分析仪可以同步记录和显示16路逻辑信号，可用于对数字逻辑信号的高速采集和时序分析。与实用的逻辑分析仪相比，主要是缺少了其状态分析功能。,逻辑转换仪,逻辑转换仪 逻辑转换仪可以对简单的组合逻辑电路 进行分析、设计，实际中是不存在这样 的仪器的。 逻辑表达式转换为电路的结果 往往不是最简便、最合理的
24、。 图标如图1，面板如图2。,图2,图1,逻辑转换仪,逻辑转换仪的主要功能有： 1.将逻辑电路转换成真值表； 2.将真值表转换成逻辑表达式； 3.将真值表转换成简化表达式； 4.将逻辑表达式转换成真值表； 5.将表达式转换成逻辑电路； 6.将逻辑表达式转换成与非门逻辑电路。,逻辑转换仪,基本操作,Workbench的基本操作主要包括： 对元器件的操作； 对导线的操作； 对仪器的操作； 进行电路仿真分析。,元器件的操作,放置元件时，首先在元器件选取工具栏中选中元件库，然后单击该元件的图标，将该元件拖至电路工作区。即可完成该元件的放置。如果该元件包含多个元件，例如741xx元件，则还需进一步选择该
25、器件的型号。 移动元件时，将鼠标移至该元件上，待鼠标指针变成手时，即可用鼠标完成移动元器件的功能。同时可以完成旋转和翻转等功能。 双击该元件的图标即可对该元件进行参数设置。,导线的操作,当需要连接导线时，首先将鼠标指向元器件的端点使其出现一个小圆点，按下鼠标左键即可拖出一根导线；拖着导线并使其指向另一个元件的端点或另一根导线上，待出现小圆点时，释放鼠标左键即可完成连接。 用鼠标点击某根导线，当导线变黑后，按del键可删除这根导线。 如果在某根导线上放置元件，则此元件将自动插入电路中。 可以双击导线节点来设计导线节点的标识、编号以及颜色。,子电路的使用,定义子电路的方法： 1.选中所要定义子电路
26、的外延； 2.单击工具栏上生成子电路的按钮； 3.引出输入输出端口。 调用子电路的方法：点击定义元件即可调用字电路。 子电路只能在本电路中调用。变通的方法是在Workbench 的根目录的Default.ewb电路中建立子电路，则以后每次新建文件，自定义元件都会自动出现。,利用Workbench进行仿真实验,利用Workbench进行电路仿真/分析时，首先要绘制电路图/连接电路。 进行电路分析时，先标注好要进行分析的节点，然后进行分析。 然后将所需测量仪器连接好。 将电路激活，从仪器上观察和测试结果。,例一数字电路设计实例,例二模拟电路设计实例,分析菜单的使用,Workbench共有13中分析
27、方法，我们可以根据需要进行选择。 点击Analysis /Analysis Options 菜单，可以设置Workbench进行仿真时的一些参数，参数的设置，不同的设置，得到不同的仿真结果。,交流频率分析,交流频率分析即对电路进行频率响应分析： 标注好需要分析的节点； 点击Analysis/AC Frequency菜单，打开相应的对话框； 在Nodes for analysis中加入所要分析的节点； 设置好起始/终止频率FSTART、FSTOP； 点击Simulate进行分析； 点击Display Graphs察看分析结果。,例四交流频率分析实例,傅立叶分析,傅立叶分析即分析一个时域信号的直流
28、分量、基波分量和谐波分量的幅度和相位： 标注好需要分析的节点； 点击Analysis/Fourier菜单，打开相应的对话框； 在Output node 中选中所要分析的节点； 设置好基波频率(Fundamental frequency)和基波和谐波(Number of harmonics)的个数； 点击Simulate进行分析； 点击Display Graphs察看分析结果。,例五傅立叶分析实例,Output node=2 Fundamental frequency=50Hz Number of Harmonics=10,进行傅利叶分析时，需要对三个 重要参数进行设定，如图1。 当电路中有两个
29、不同频率的交流 信号源时基频应设置为两者频 率的最小公因数。 傅利叶分析所达到的最高频率为： 基频谐波次数。 实际分析时，相邻谱线之间的间距可以是基频的1/3或1/4 对AM、DBS调制信号进行分析时，如果载波、调制信号的 频率相差较大，无法分析得到有意义的频谱图。 如果对乘法器的输出信号直接进行傅利叶分析，WorkBench 会发生内部错误。,傅利叶分析中的问题,Workbench使用注意事项,每个电路都必须有一个公共地； 如果不能进行电路分析，可以在Circuit/Restriction菜单中对Analyses选项进行设置； 需要注意，有些连线看似连接上，但是实际上没有连好； 有些电路仿真可以通过，但是实际电路不易实现或不可能实现。即仿真永远不能替代具体电路。 数字电路中引脚悬空相当于接地。 理想电压/电流源的选用影响系统频率特性。,例六和实际不符的电路实例,例七克拉拔振荡器在仿真中的异常,克拉拔振荡器电路如图1， 进行仿真时，示波器的输 出波形如图2所示，振荡 幅度达到上百伏，这在 实际中显然是 不可能发生的。,西安电子科技大学综合开发应用实验室,End,