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 6.3 瞬态分析(Transient Analysis)

瞬态分析,也称为时域暂态分析,是指电路中某一节点的时域响应,即该节点在整个显示周期中每一时刻的电压波形。在进行瞬态分析时,直流电源保持常数,交流信号源随着时间而改变,电容和电感都是能量储存模式元件。瞬态分析对话框和各参数说明如图6.3.1和表6.3.1所示。


表 6.3.1  瞬态分析参数说明

第六章 EWB的基本分析方法

  6.1 直流(静态)工作点分析(DC Operating Point Analysis)
  6.2 交流频率分析(AC Frequency Analysis)
  6.3 瞬态分析(Transient Analysis)
  6.4 傅立叶分析(Fourier Analysis)

  6.1 直流(静态)工作点分析(DC Operating Point Analysis)

  EWB软件对电路有六种基本分析方法,分别为直流静态工作点分析、交流频率分析、瞬态分析、傅立叶分析、嘈声分析、失真分析,另有参数扫描分析、温度扫描分析、零—极点分析、传递函数分析、直流和交流灵敏度分析、蒙特卡罗分析、最差情况分析等七种高级分析功能。本章只简单为大家介绍直流静态工作点分析、交流频率分析、瞬态分析、傅立叶分析四种基本分析方法。

6.1  直流(静态)工作点分析(DC Operating Point Analysis)

      在进行直流(静态)工作点分析时,电路中的交流源将被置为零,电感短路,电容开路,电路中的数字元器件将被视为高阻接地。这种分析方法对模拟电路非常适用。下面以一道例题来做讲解。

例:图6.1.1所示为一单管共射放大电路,求各个节点直流电压。

分析步骤:

  (1)打开一个新文件,在电子工作区上创建如图6.1.1(a)所示电路。选择菜单栏Circuit(电路)中的Schematic Options(作图选项),选定Show Node选项为选中状态,则电路中的节点标志显示在电路中,如图5.1.1(b)所示。

  (2)选择菜单栏Analysis(分析)中的DC Operating Point Analysis(直流工作点分析)选项,则软件会自动把电路中所有的节点电压数值和电源支路的电流数值显示在菜单栏Analysis(分析)中的Display Graph(显示图)中。

  (3)选择菜单栏Analysis(分析)中的Display Graph(显示图),或单击工具栏图标中的分析图快捷按钮,可看到分析结果,如图6.1.2所示。在进行直流工作点分析时,电路中的数字元器件将被视为高阻接地。

  由图6.1.2可知各节点电压值:

           V1= 5.0153V,      V2=12 V,

           V3=824.48118V,    V4=0V,

           V5= 0V,

  电源支路的电流数值:I = -7.05455mA。


  6.2 交流频率分析(AC Frequency Analysis)

   交流频率分析,即分析电路中某一节点的频率特性。分析时,电路中的直流源将自动置零,交流信号源、电容、电感等均处于交流模式,输入信号也设定为正弦波形式。无论输入是何交流信号,在进行交流频率分析时,会自动把它作为正弦信号输入。因此,输出响应也是该电路的交流频率的函数。

如图6.2.1所示,同样为一单管共射放大电路,求节点1的交流频率特性,即节点1的幅频特性和相频特性。

     分析步骤:

  (1)创建如图6.2.1所示电路,确定输入信号的幅度为5V、相位为0,选择菜单栏Analysis(分析)中的AC frequency(交流频率),则弹出图6.2.2所示对话框,其各参数说明如表6.2.1所示。

`

表 6.2.1

交流频率分析

缺省设置

含义和设置要求

扫描起始频率

1Hz

起始频率

扫描终止频率

10GHz

终止频率

扫描形式

10倍

10倍/线性/8倍

显示点数

100

对线性而言,起始至终止间的点数

垂直刻度

Log(对数)

线性/对数/十进制

被分析节点

 

被分析的节点

  (2)选择需分析的电路节点1,确定分析的起始频率(Start Frequency)、终点频率(End frequency)、扫描方式(Sweep type)、显示点数(Number of points)、垂直尺度(Vertical scale)。

  (3)点击Simulate(仿真)按钮,可得到如图6.2.3所示节点1的幅频特性和相频特性波形。

参数

缺省设置

含义和设置要求

设为零

不选

如果从零初始状态起始则选择此项

用户定义

不选

用户定义的初始状态进行分析

计算静态工作点

如果从静态工作点起始分析,则选择此项

起始时间

0秒

瞬态分析的终止时间,必须大于起始时间,而小于终止时间

终止时间

0.001秒

瞬态分析的终止时间必须大于起始时间

自动产生步进时间

自动选择一个较合理的或最大的时间步进时间

最小点数

100点

自起始至终止之间模拟输出的点数

列印的步进时间

(1E-05)秒

输出的时间间隔

最大的步进时间

(1E-05)秒

模拟的最大步进时间

模拟分析的节点数

 

观看电路分析结果的节点数

图6.3.2所示微分电路,试分析输入信号选择矩形波时该电路输出节点1的瞬态波形。


分析步骤:

  (1)创建进行分析的电路如图6.3.2所示,选择菜单栏Analysis(分析)中的Transient(瞬态分析)。根据对话框的要求,设置参数。

  (2)点击Simulate(仿真)按钮,得到如图6.3.3所示节点1的瞬态波形(矩形波为输入波形)。


  注意:在对选定的节点做瞬态分析时,可以以直流分析的结果作为瞬态分析的初始条件。瞬态分析也可以通过连接示波器来实现。瞬态分析的优点是通过设置,可以更好、更仔细地观察起始波形的变化情况.

 


  6.4 傅立叶分析(Fourier Analysis)

   傅立叶分析方法用于分析估计时域信号的直流、基频和谐波分量,即离散傅立叶变换。这个分析将电压波形从时域变换到频域,求出它的频域变化规律。 EWB会自动地进行时域分析以得到傅立叶分析的结果。在进行傅立叶分析时,必须首先在对话栏里选择一个输出节点即输出分量,分析从这个节点获得的电压波形。分析还需要一个基频,一般将电路中的交流激励源的频率设定为基频,若在电路中有几个交流源时,那么基频将是这些频率的最小公因数。比如有一个 10.5KHz和一个7KHz的交流激励信号,那么基频就是0.5Hz.傅立叶分析对话框和各参数说明如图6.4.1和表6.4.1所示。

6.4.1 傅立叶分析参数说明

参数

缺省值

含义和设置要求

输出变数

电路中的节点

所要观看电路中的节点的分析结果

基频

1Hz

使用交流电源的频率或最小公因数的频率求谐波

谐波数

9

计算基频的谐波数

垂直刻度

线性

线性/对数/分贝

相角显示

 

分析相角对频率的图形

线上输出

 

分析结果振幅大小线图取代棒状图

例:电路原理图如图6.4.2所示,傅立叶分析的基频选择为1kHz,而电路的输入信号源的频率为1kHz。求节点6的傅立叶变换波形。

分析步骤:

  (1)       在EWB上创建需进行分析的电路图;

  (2)       选定“分析(Analysis)”栏中的“傅立叶分析(Fourier)”项;

  (3)       确定被分析的电路节点;

  (4)       根据图6.4.1所示对话框的要求,设置参数;

  (5)       按“仿真(Simulate)”键,即可在如图6.4.3上获得被分析节点6的离散傅立叶变换的波形,按“ESC”键将停止仿真的运行。


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