2.1电路搭建与瞬时现象仿真

好，我们今天开始讲解

电路搭建与瞬时现象仿真

也就仿真软件的知识

那么无论我们多么

精心地去设计实验板

我们实际上只能实现

很有限的几个电路知识

对于 EE 专业的学生来说

我们是有大量成熟的

仿真软件可以使用的

它非常好用

可以大大提高学习的效率和兴趣

那么最流行的三种仿真软件是

Multism TINA Protues

其中 Protues 多用于单片机仿真

而 Multism 和 TINA 基本功能接近

TINA-TI 是一个免费仿真软件

由德州仪器和 DesignSoft 公司共同开发的

我们所以选择这种免费仿真软件

它专门用于模拟电路仿真

它跟全功能版的 TINA

主要区别就在这

关于软件的学习方法

我认为依靠视频教程

去全面的学习任何仿真软件的功能

都是不明智的

因为软件的使用

更多的是基于规定

软件本身规定你就得这么干

先点什么再点什么就会有什么效果

而不像我们讲解的其他知识

是规律，是道理

那么规律性的东西

讲道理讲得越多

读者是可以越来越明事理的

但是对于我暂时用不到的规定

讲得越多

那么读者只会更糊涂

所以本着少而精的原则

我们仅针对于本课程中

用得到的有限的几个

TINA 仿真功能进行讲解

便于将来你只要知道有这个功能

将来还可以反过头来

再去翻这个功能到底怎么回事

本节讲三个小节的内容

先说搭建运放缓冲器电路

在1.1.1节

那么如图所示

是一个运放过程的缓冲器电路

根据缓冲器原理

虚短，两个输入端电压相等

输出接到输入

所以输入等于输出

那么搭建这个电路

涉及到五种元件

放大器，信号源，电源

负载，还有探头

我们使用元件的时候

如果可以的话

尽量不选理想元件

比如说我们选制造商模型里面

我们在运算放大器里面

就可以找到我们实际用的

运算放大器 UA741

这样仿真出来的更接近实际

那么发生源

发生源也就是我们通常说的信号源

仿真软件中的发生源非常丰富

其中电压发生器最常用

它实际上就是对应

我们普通的信号发生器

那么受控源呢

就是我们所说的四种受控源

压控电压源，压控电流源

流控电压源和流控电流源

我们双击电压发生器

就可以得到它的编辑

我们首先呢

可以编辑它的直流偏移

默认的呢

这种信号出来都是纯交流的

正负相等

我们可以加直流偏移

信号源是不是有内阻

默认是没有内阻的

然后选择波形种类

选完以后

可以在波形比如方波里面

我们继续点波形种类

里面的设置

那么设置

你可以选正弦波

脉冲

三角波， 梯形波

选完以后在这个地方

就会出现相应的波形的示意图

根据信号的不同

可以设置项目不同

一般我们肯定是要设幅值和频率的

需要提一点的是

TINA-TI 里面不能选方波占空比

也就是这项里面没有占空比选项

这是个缺陷

我们将来会用别的方法去弥补它

这一项 Signal

这项是灰的不能选

这是任意波信号发生器的意思

在 TINA-TI 里面这个功能是没有的

那么全功能版本的TINA

是有信号编辑器功能的

在这里写上你要信号什么样

可以编辑任意信号发生器

供电 电池

我们可以选择

在这个电池，比如说这里是 -VCC

我们可以拿线直接连到这

也可以更常用的

用上跨接线

就是我把 VCC 这个点

这个跨接点的电位

定义成 VCC

我在任何时候点上 VCC

就可以当成电源来用

这个用跨接线更常用

省得电路凌乱

负载电容

我们对于电容

选理想电容就可以了

虽然我们在这个电容里

双击它的属性里面

是可以设置它的

等效串联电阻，等效串联电感

这些参数的

但是我们在仿真时候

其实就把它当理想电容

我们就算要考察

它的串联等效电阻的影响

我们外面直接加一个

等效串联电阻就可以了

这样更直观

那么仪表，探针探头

里面有特别多种

电压 电流 功率 电阻

我们比较常用这个电位探头

它相当于是测量某一点的对地

电位是多少

我们仿真的时候

从这一点就可以得到

电位的瞬时值

可以得到它的波动值

瞬时现象分析

位于书本的1.1.4节

瞬时现象分析是 TINA 中

我们用的最多的一个功能

它等同于示波器

我们在瞬时现象里面

需要设置起始时间和终止时间

我们这里设了0到100毫秒

那么起始时间的设定原则是什么呢

就是说对于周期信号

你肯定要设的这个时间

能够显示出一个完整的周期

至少一个

那么对于非周期信号

你就要想想

你是想看它的建立过程

你就得把时间设在前面

如果你是想看稳定以后的

波形是什么样

那么你就得把显示的周期

不从0开始

设在后面稳定以后的一个时间断

在我们这个例子里面

信号源是1 kHz

所以我设2 毫秒

去看它两个周期

那么点确定以后

我们就得到了瞬时现象仿真输出

等同于示波器波形

那么绿色的

这个地方方波

是输入信号

棕色的是输出电压

我们看到

发生了明显的振铃

我们可以点击视图

分离曲线

我们把两个波形

纵轴分开来

粘在一块不好看

输入 输出

我们修改坐标轴

这个坐标乱

我们把它修改一下

我们可以修改坐标的精度

上下限，还有标尺

我们注意

我们通常都不勾选圆轴比例

这样的话

你上下限就可以任意设置

我们视情况增加坐标的精度

就是坐标轴的精度是几位

小数点后是几位有效数字

这里我们就保持两位精度就可以了

记号，这里有个记号

增加记号实际上就可以增加

我们图表的网格线

我们在这里把上下限取整

设成-250毫伏到250毫伏之间

记号改成3

以便于把中间那根0横轴显示出来

设完以后

我们会看到

输出波形坐标轴正负250

中间0这根虚线也显示出来了

我们讲使用 TINA-TI 来改进电路

位于书本的1.1.5节

那么接纯电容负载

一定会带来振铃现象

这我们后面的运放稳定性章节会讲

那么消除振铃的方法呢

就是给负载串联个电阻

串联一个小电阻就可以改变

纯容性负载这种情况

但是串了一个非常大的电阻

无疑是会很大的改变电路的特性

那么串多小

我们就足以改变电路负载呢

仿真软件就可以帮助我们来设

我们串1欧姆负载以后

我们可以看到

振铃现象没有以前那么严重

以前是这么振的

那么我们把它继续增大

把它加到3欧姆

重新绘制

结果发现振铃进一步缓解

我们串联8欧姆以后

振铃现象消失

几乎没了

我们把它分离曲线

看得更仔细点

确实

现在这个缓冲器效果就很好了

那么我们可以看到

通过仿真软件

我们并不需要去实际搭建一个电路

去拿实际元件去试

我们就能够不仅定性

而且甚至能够定量地

去分析电路改进电路

这就是仿真电路的意义

好这节课就到这里

好，我们今天开始讲解

电路搭建与瞬时现象仿真

也就仿真软件的知识

那么无论我们多么

精心地去设计实验板

我们实际上只能实现

很有限的几个电路知识

对于 EE 专业的学生来说

我们是有大量成熟的

仿真软件可以使用的

它非常好用

可以大大提高学习的效率和兴趣

那么最流行的三种仿真软件是

Multism TINA Protues

其中 Protues 多用于单片机仿真

而 Multism 和 TINA 基本功能接近

TINA-TI 是一个免费仿真软件

由德州仪器和 DesignSoft 公司共同开发的

我们所以选择这种免费仿真软件

它专门用于模拟电路仿真

它跟全功能版的 TINA

主要区别就在这

关于软件的学习方法

我认为依靠视频教程

去全面的学习任何仿真软件的功能

都是不明智的

因为软件的使用

更多的是基于规定

软件本身规定你就得这么干

先点什么再点什么就会有什么效果

而不像我们讲解的其他知识

是规律，是道理

那么规律性的东西

讲道理讲得越多

读者是可以越来越明事理的

但是对于我暂时用不到的规定

讲得越多

那么读者只会更糊涂

所以本着少而精的原则

我们仅针对于本课程中

用得到的有限的几个

TINA 仿真功能进行讲解

便于将来你只要知道有这个功能

将来还可以反过头来

再去翻这个功能到底怎么回事

本节讲三个小节的内容

先说搭建运放缓冲器电路

在1.1.1节

那么如图所示

是一个运放过程的缓冲器电路

根据缓冲器原理

虚短，两个输入端电压相等

输出接到输入

所以输入等于输出

那么搭建这个电路

涉及到五种元件

放大器，信号源，电源

负载，还有探头

我们使用元件的时候

如果可以的话

尽量不选理想元件

比如说我们选制造商模型里面

我们在运算放大器里面

就可以找到我们实际用的

运算放大器 UA741

这样仿真出来的更接近实际

那么发生源

发生源也就是我们通常说的信号源

仿真软件中的发生源非常丰富

其中电压发生器最常用

它实际上就是对应

我们普通的信号发生器

那么受控源呢

就是我们所说的四种受控源

压控电压源，压控电流源

流控电压源和流控电流源

我们双击电压发生器

就可以得到它的编辑

我们首先呢

可以编辑它的直流偏移

默认的呢

这种信号出来都是纯交流的

正负相等

我们可以加直流偏移

信号源是不是有内阻

默认是没有内阻的

然后选择波形种类

选完以后

可以在波形比如方波里面

我们继续点波形种类

里面的设置

那么设置

你可以选正弦波

脉冲

三角波， 梯形波

选完以后在这个地方

就会出现相应的波形的示意图

根据信号的不同

可以设置项目不同

一般我们肯定是要设幅值和频率的

需要提一点的是

TINA-TI 里面不能选方波占空比

也就是这项里面没有占空比选项

这是个缺陷

我们将来会用别的方法去弥补它

这一项 Signal

这项是灰的不能选

这是任意波信号发生器的意思

在 TINA-TI 里面这个功能是没有的

那么全功能版本的TINA

是有信号编辑器功能的

在这里写上你要信号什么样

可以编辑任意信号发生器

供电 电池

我们可以选择

在这个电池，比如说这里是 -VCC

我们可以拿线直接连到这

也可以更常用的

用上跨接线

就是我把 VCC 这个点

这个跨接点的电位

定义成 VCC

我在任何时候点上 VCC

就可以当成电源来用

这个用跨接线更常用

省得电路凌乱

负载电容

我们对于电容

选理想电容就可以了

虽然我们在这个电容里

双击它的属性里面

是可以设置它的

等效串联电阻，等效串联电感

这些参数的

但是我们在仿真时候

其实就把它当理想电容

我们就算要考察

它的串联等效电阻的影响

我们外面直接加一个

等效串联电阻就可以了

这样更直观

那么仪表，探针探头

里面有特别多种

电压 电流 功率 电阻

我们比较常用这个电位探头

它相当于是测量某一点的对地

电位是多少

我们仿真的时候

从这一点就可以得到

电位的瞬时值

可以得到它的波动值

瞬时现象分析

位于书本的1.1.4节

瞬时现象分析是 TINA 中

我们用的最多的一个功能

它等同于示波器

我们在瞬时现象里面

需要设置起始时间和终止时间

我们这里设了0到100毫秒

那么起始时间的设定原则是什么呢

就是说对于周期信号

你肯定要设的这个时间

能够显示出一个完整的周期

至少一个

那么对于非周期信号

你就要想想

你是想看它的建立过程

你就得把时间设在前面

如果你是想看稳定以后的

波形是什么样

那么你就得把显示的周期

不从0开始

设在后面稳定以后的一个时间断

在我们这个例子里面

信号源是1 kHz

所以我设2 毫秒

去看它两个周期

那么点确定以后

我们就得到了瞬时现象仿真输出

等同于示波器波形

那么绿色的

这个地方方波

是输入信号

棕色的是输出电压

我们看到

发生了明显的振铃

我们可以点击视图

分离曲线

我们把两个波形

纵轴分开来

粘在一块不好看

输入 输出

我们修改坐标轴

这个坐标乱

我们把它修改一下

我们可以修改坐标的精度

上下限，还有标尺

我们注意

我们通常都不勾选圆轴比例

这样的话

你上下限就可以任意设置

我们视情况增加坐标的精度

就是坐标轴的精度是几位

小数点后是几位有效数字

这里我们就保持两位精度就可以了

记号，这里有个记号

增加记号实际上就可以增加

我们图表的网格线

我们在这里把上下限取整

设成-250毫伏到250毫伏之间

记号改成3

以便于把中间那根0横轴显示出来

设完以后

我们会看到

输出波形坐标轴正负250

中间0这根虚线也显示出来了

我们讲使用 TINA-TI 来改进电路

位于书本的1.1.5节

那么接纯电容负载

一定会带来振铃现象

这我们后面的运放稳定性章节会讲

那么消除振铃的方法呢

就是给负载串联个电阻

串联一个小电阻就可以改变

纯容性负载这种情况

但是串了一个非常大的电阻

无疑是会很大的改变电路的特性

那么串多小

我们就足以改变电路负载呢

仿真软件就可以帮助我们来设

我们串1欧姆负载以后

我们可以看到

振铃现象没有以前那么严重

以前是这么振的

那么我们把它继续增大

把它加到3欧姆

重新绘制

结果发现振铃进一步缓解

我们串联8欧姆以后

振铃现象消失

几乎没了

我们把它分离曲线

看得更仔细点

确实

现在这个缓冲器效果就很好了

那么我们可以看到

通过仿真软件

我们并不需要去实际搭建一个电路

去拿实际元件去试

我们就能够不仅定性

而且甚至能够定量地

去分析电路改进电路

这就是仿真电路的意义

好这节课就到这里