本章要点：
电路仿真的基本原理
EWB电路仿真分析的参数设置方法和分析结果的查看方法
EWB的6种基本分析方法
EWB电路仿真分析实例
前面的两章主要是介绍EWB软件的操作方法，本章将介绍如何用EWB软件提供的分析方法进行电路仿真分析。
EWB提供的分析工具可以对模拟、数字或混合电路进行电路性能的仿真和分析。EWB的分析方法和元器件库的模型均是建立在SPICE(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis)软件的基础上的。创建一个电路图，并按下电源开关后，就可以从示波器等测试仪器上读得电路中的被测数据。实际上这些数据是该软件通过计算用户所创建的电路数学模型而求得的数值解。在电路中的每个元器件都有预设的数学模型，因此，这些元器件模型的精度就决定了电路仿真结果的精度。
EWB软件对电路有6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、傅里叶分析、噪声分析、失真分析。另外，还有7种高级分析功能：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。本书只为大家介绍6种基本分析方法，介绍这些基本分析方法的作用、如何建立分析过程、分析工具对话框的使用、测试结果的分析等内容。
12.1概述
12.1.1电路仿真的基本原理
虚拟电子工作台是通过计算机软件仿真的方法，对电子线路进行搭建和模拟运行。整个运行过程可分成4个步骤：数据输入、参数设置、电路分析和数据输出。
1.数据输入
将用户创建的电路结构、元器件数据读入，选择分析方法。
2.参数设置
程序会检查输入数据的结构和性质，以及电路中的阐述内容，对参数进行设置。
3.电路分析
对输入信号进行分析是电路进行仿真和分析的关键，占据CPU工作的大部分时间。通过电路数学模型的计算分析，形成电路的数值解，并将所得数据送至输出级。
4.数据输出
从测试仪器，如示波器等上获得仿真运行的结果，也可以通过执行菜单AnalysisDisplayGraph，观察测量、分析所得的波形图。
12.1.2电路分析的参数设置
EWB可以根据用户对电路分析的要求，设置不同参数进行仿真，仿真的效果与用户设置的分析任选项参数有关。下面主要介绍分析任选项的参数含义和设置方法。
选择菜单AnalysisAnalysisoptions，弹出Analysisoptions对话框，如图12-1所示。
对话框中共有5个选项卡：Global(总体分析选项)、DC(直流分析选项)、Transient(瞬态分析选项)、Device(器件分析选项)和Instruments(仪器分析选项)。各个选项的设置内容和要求见表12-1。读者可根据实际需要对其中的参数进行设置和调整，一般情况下使用默认设置。
12.1.3分析显示图
EWB的分析结果的显示有两种方法：一是仪器的面板显示，一是分析图显示。本小节主要讲授显示分析图(DisplayGraphs)。
在执行电路分析操作后，屏幕会弹出分析显示图，电路分析的结果均显示在分析显示图中。该图也可以通过调用菜单AnalysisDisplayGraphs或者单击工具栏图标得到。
例如对如图12-2(a)所示的反相放大电路仿真分析后得到了如图12-2(b)所示的分析图。该分析图中可以存放多种数据，通过鼠标单击所需的电路分析选项卡即可打开相应的分析图。
分析图中工具栏的命令按钮解释如图12-3所示。
：Createanewdocument，即新建一个分析项目。
：Editproperties，分析图属性设置，可以设置显示图的标题、栅格、坐标及波形的颜色、粗细等。
：Showorhidethegrid，显示或隐藏栅格，便于观察读数。
：Showorhidethetracelegend，显示或隐藏当前波形的对应颜色。
：Showorhidethecursors，显示或隐藏读数轴，屏幕出现波形的读数，此时拖动读数轴可以读出所需的数值，很方便读数记录。
12.2EWB的基本分析方法
12.2.1直流(静态)工作点分析
根据模拟电子技术的相关知识，读者已知道：在进行直流静态工作点分析(DCOperatingPointAnalysis)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。直流工作点分析对模拟电路非常适用。
下面以如图12-4(a)所示的共发射极放大电路为对象，进行直流工作点分析。
1.创建电路
单击EWB的菜单FileNew，建立一个新文件。在电路工作区上创建如图12-4(a)所示的电路。
2.显示节点
单击菜单CircuitSchematicOptions，选中ShowNode选项，将电路中的节点编号显示在电路中。
3.直流工作点分析
选择菜单AnalysisDCOperatingPointAnalysis进行直流工作点分析，EWB软件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DisplayGraph(显示图)中。
4.观察显示图
选择菜单AnalysisDisplayGraph，或单击工具栏图标按钮，可看到分析结果，如图12-4(b)所示。利用显示图可以读出各节点的直流电压值和各分支的电流值。
12.2.2交流频率分析
交流频率分析(ACFrequencyAnalysis)是指分析电路中某一节点的频率特性。在频率特性分析时，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。
而且，无论输入是何种交流信号，都自动把它作为正弦信号输入，所以输出响应也是该电路的正弦交流频率的函数。
下面仍以如图12-4(a)所示的共发射极放大电路为对象，对节点5和7的幅频特性和相频特性进行交流频率分析。
分析步骤如下：
(1)创建电路：
(2)选择菜单AnalysisACfrequency，弹出如图12-5(a)所示的对话框，其各参数说明如表12-2所示：
12.2.3瞬态分析
瞬态分析(TransientAnalysis)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。EWB把电路响应作为时间函数计算，每个输入周期被分为几个时间段，周期中的每一个点都进行直流分析。节点电压波形的解是由整个周期上各个时间点的电压值所决定的。
在进行瞬态分析时，直流电源保持常数。交流信号随着时间而改变，是一个时间函数。
电容和电感都是能量储存模式元器件，是暂态函数。
瞬态分析对话框如图12-6(a)所示，各参数说明如表12-3所示。在对选定的节点做瞬态分析前，先设置初始条件，如选择“直流工作点分析”，这样直流分析的结果可以作为瞬态分析的初始条件。
下面仍以如图12-4(a)所示的共发射极放大电路为对象，分析节点5和7的瞬态波形。
分析步骤如下：
(1)创建要分析的电路，如图12-4(a)所示。
(2)选择菜单AnalysisTransient，弹出如图12-6(a)所示的对话框。
(3)根据实际需要在TransientAnalysis对话框中设置分析参数。
(4)单击Simulate(仿真)按钮，即可在显示图上获得被分析节点的瞬态波形，得到如图12-6(b)所示的节点5和7的瞬态分析图。
瞬态分析的结果即电路中该节点的电压波形图，该波形图也可以用示波器来观察。但采用瞬态分析方法，可以通过设置更详细地观察波形起始部分的变化情况。
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。瞬态分析的波形也可以通过连接示波器来观察。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。
12.2.4傅里叶分析
单击菜单AnalysisFourier即可进行傅里叶分析(FourierAnalysis)。
傅里叶分析方法用于分析时域信号的直流分量、基频分量和谐波分量，即离散傅里叶变换。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里叶分析的结果。
在进行傅里叶分析时，必须首先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大公因数。例如：有一个8.5kHz和一个3kHz的交流激励信号，则基频为0.5kHz。
傅里叶分析对话框和各参数说明如图12-7和表12-4所示。
下面以如图12-8(a)所示的电路为对象进行傅里叶分析。傅里叶分析的基频选择为1kHz，电路的输入信号源的频率为1kHz。求节点6的傅里叶变换波形。具体分析步骤如下：
(1)创建如图12-8(a)所示的反相比例电路：
(2)单击EWB菜单AnalysisFourier：
(3)确定被分析的电路节点：
(4)根据如图12-7所示的傅里叶分析参数设置对话框的要求，设置参数：
(5)单击Simulate(仿真)按钮，即可在如图12-8(b)所示的分析图中获得被分析节点6的离散傅里叶变换的波形，按ESC键将停止仿真的运行。
在傅里叶分析中也可以显示被分析节点的幅频特性和相频特性，显示的形式可以是离散条形，也可以是连续的曲线型(选中连续曲线型输出选项)，默认设置为离散型。如图12-9(a)所示对Fourier分析对话框中的Displayphase和Outputaslinegraph做选择设置，得到如图12-9(b)所示的连续型幅频曲线和相频曲线。
12.2.5噪声分析
电路中的电阻和半导体器件在工作时都会产生噪声，EWB中的噪声分析(NoiseAnalysis)就是用于检测分析电路输出信号中噪声功率的幅度大小，计算和分析电阻或晶体管噪声对电路的影响。在分析时，假定电路中各噪声源是互不相关的，它们的值是不规则的，因此它们的数值可以独立计算。总的噪声等于各噪声源对于特定输出节点噪声均方根之和(即用有效值表示)。
该分析方法主要用于小信号电路的噪声分析，元器件噪声模型采用SPICE模型。噪声分析完成后，在显示图中产生的是输出噪声谱和输入噪声功率谱，单位为V2/Hz。
下面仍以图12-8(a)的电路为分析对象进行噪声分析，具体步骤如下：
(1)创建要分析的电路，如图12-8(a)所示：
(2)单击菜单AnalysisNoise，屏幕弹出NoiseAnalysis对话框，如图12-10(a)所示，其中设置内容的含义参见表12-5：
(3)设置对话框的参数，确定被分析的电路节点和输入噪声源，设置为输入噪声源为V1，输出节点为1，参考节点为0：
(4)单击Simulate(仿真)按钮，即可在显示图上获得被分析节点的噪声分布曲线图，如图12-10(b)所示。
12.2.6失真分析
失真分析(AnalysisDistortion)主要用于分析小信号模拟电路的谐波失真和内部调制失真，失真分析元器件的噪声模型采用SPICE模型。若电路中有一个交流信号源，该分析能确定电路中每一个节点的二次谐波和三次谐波的复变值：若电路中有两个交流信号源，该分析能确定电路变量在三个不同频率处的复变值，其中包括和频、差频及二倍频与另一个频率的差值。
该分析方法采用的是多维的Volterra分析法和多维的Taylor级数来描述工作点处的非线性，主要用于观察在瞬态分析中无法看到的、比较小的失真。
下面以如图12-4(a)所示的共发射极放大电路为对象进行失真分析，具体步骤如下：
(1)创建电路：
(2)失真分析，单击EWB菜单AnalysisDistortion，屏幕弹出DistortionAnalysis对话框，如图12-11(a)所示，其中设置内容的含义参见表12-6。
(3)参数设置，确定被分析的电路节点和输入信号源，根据对话框的要求，设置分析参数。
