基于EWB文氏电桥振荡电路的仿真

　　随着计算机技术和电子技术的发展， 各种EDA 软件不断涌现出来， 逐渐进入到电子设计的各个领域。目前和电子电路相关的EDA 软件种类繁多， 一些EDA仿真软件在理论教学、实验及电路设计方面发挥了很好的作用， 成为不可缺少的使用工具和开发手段。EWB仿真软件是常用的EDA 软件之一， 它常用于教学中。

　　在教学中， 利用EWB 仿真软件， 可以建立起了一种类似于真实实验室工作台的虚拟平台， 逼真地模拟各种元器件和仪器仪表， 从而不需要任何真实的元器件和仪表， 就可以完成多种电路实验， 不仅可以作为现行的实验一种补充， 还可以作为复杂的电子系统的设计、仿真与验证的手段。

　　1  EWB 的特点

　　电子工作平台（ Elect ronics WorkBench, EWB） 是Interact ive Imag e Technolog ies 公司在20 世纪90 年代初推出的EDA 软件， 是一种在电子技术界广为应用的虚拟电子工作台电路仿真软件， 被誉为"计算机里的电子实验室"。相对其他EDA 软件而言， 它是个小巧易用的软件， 其特点有：

　　（ 1） 操作界面友好、直观， 从原理图的输入到电路的仿真测试都可以轻而易举地完成。

　　（ 2） 提供了相当广泛的元器件库， 从无源器件到有源器件， 从模拟器件到数字器件， 从分立元件到集成电路应有尽有。

　　（ 3） 虚拟电子仪表设备齐全， 包含万用表、示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器等， 仪器的控制面板外形和操作方式与实物相似， 便于操作， 可以实时显示测量结果。

　　（ 4） 提供多种分析功能， 包括直流分析、交流分析、瞬态分析、温度扫描、参数扫描、传递函数分析等， 利用这些分析功能， 用户不仅可以了解电路的工作状态， 还可以测量电路的稳定性和灵敏度。

　　2  仿真步骤

　　EWB 利用计算机强大的计算功能来完成对电路的仿真和分析， 使用者在电子工作台上创建了一个电路图后， 启动电子工作台的电源开关或选择了分析方法， 就可以从示波器等虚拟仪器（ 或分析显示图） 看到仿真结果。

　　使用EWB 对电路进行设计和实验仿真的基本步骤是：

　　（ 1） 用虚拟器件在工作区建立电路；

　　（ 2） 选定元件的模式、参数值和标号；

　　（ 3） 连接信号源等虚拟仪器， 设置测量仪器参数；

　　（ 4） 选择分析功能和参数；

　　（ 5） 激活电路进行仿真；

　　（ 6） 保存电路图和仿真结果。

　　3  文氏电桥振荡器的仿真实例

　　下面以文氏电桥振荡器来说明电子电路的仿真：

　　（ 1） 建立文氏电桥振荡器的仿真电路。打开工作界面， 在工作区抓取元器件及设置参数， 连接示波器并设置参数， 连接电路。电路图如图1 所示。

图1  文氏电桥振荡器电路图 

　　从图1 中可以看出， 电路满足起振的相位条件； 其中， R1 = 12. 3 k , R f= 25 k , 使得Au= （ 1+ Rf / R1 ） >3, 满足起振的振幅条件， 能够起振。

　　（ 2） 观察文氏电桥振荡器的起振过程， 观察电路产生的正弦波， 读出周期， 计算振荡频率。

　　打开仿真开关， 双击示波器， 观察结果如图2 所示。

图2  文氏电桥振荡器的输出波形

　　从图2 中可以看出， 该正弦波几乎没有失真， 周期为1 ms, 由此可计算出频率为1 Hz。

　　（ 3） 将Rf 的阻值由25 k 变为35 k , 观察文氏电桥振荡器的输出波形。打开Rf 的属性窗口， 使其值为35 k , 启动仿真开关， 观察结果如图3 所示。

图3  文氏电桥振荡器的输出波形失真

　　从图3 中看出， 输出波形明显失真， 这是因为放大倍数增大引起的， 并且观察结果起振时间明显缩短。

　　（ 4） 将Rf 的阻值继续增大变为65 k , 观察文氏电桥振荡器的输出波形。打开Rf 的属性窗口， 使其值为65 k , 启动仿真开关， 观察结果如图4 所示。

　　从图4 中看出， 输出波形失真更为严重， 几乎变为方波。

　　由此可以很容易理解， 在文氏电桥振荡器的稳幅环节中， Rf 经常采用采用具有负温度系数的反馈电阻， 使起振时， Rf 阻值较大， 使得放大器的放大倍数较大易于起振； 而当振荡建立达到一定振荡幅度时， 放大倍数逐渐减小， 而是振荡幅度稳定， 以免产生失真； 但如果当放大倍数一直增大或过大时， 振荡电路输出波形变为方波。

图4 文氏电桥振荡器的输出波形严重失真

　　4  结语

　　用EWB 进行仿真电路实验， 它不需要任何真实的元器件和仪表， 各元器件参数修改方便， 可以完成多种电路实验， 弥补了硬件资源的不足， 实验过程非常接近实际操作的效果。