魏选平，齐世举，姚敏立，张周生

（第二炮兵工程学院，陕西 西安，710025）

1 引言

随着现代信息技术的迅猛发展，测量仪器和测试技术发生了巨大的变化。人们曾为测量仪器从模拟化、数字化到智能化的进步而欣喜，也为自动测试技术的日新月异的发展所鼓舞，当今虚拟仪器技术的出现又使得测量仪器步入了高科技的殿堂。虚拟实验室是基于虚拟原技术的计算机虚拟实验室，虚拟电子工作台属于其中的一类。其基本思想是用软件的方法来虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，实现软件即仪器、软件即元器件，从而实现电子设计自动化。由于电子虚拟平台具有功能强、仪器全、元器件全等特点，因而可实现传统方式无法达到的功能。例如：复杂数字系统的逻辑分析，由于逻辑分析仪价格昂贵、使用复杂，使得分析工作颇为艰难，而在虚拟实验室里则是轻而易举之事。从根本上克服了由于实验室的仪器和仪表在品种、规格、数量上的限制，可以实现验证型、测试型设计型、纠错型和创新型等实验和实践，工程实用性强。虚拟仪器将计算机资源与仪器硬件、数字信号处理技术相结合，把仪器厂家定义仪器功能的方式转变为由用户自己定义仪器功能。用户可根据测试的需要，自己设计所需要的仪器系统，利用一种或多种功能的通用模块，调用不同功能的软件模块，组成不同的仪器功能。在虚拟仪器中，计算机成为仪器的一部分，它的功能可以得到充分的发挥。

2 EWB软件的特点

在电子电路的设计中，EWB提供了集成电路到电路系统的设计和仿真工具，在计算机上完成电路的功能设计、逻辑设计、性能分析和时序测试等实验。利用计算机高性能的计算、存储和图形处理能力，软件仿真实验不受仪器仪表及元器件的限制，无需任何实际的电子元件。常见的有美国公司的电路仿真工具PSPICE语言和加拿大公司研制开发、基于PC平台的电子设计软件Electronics Workbench（简称EWB55）。这些软件提供了一个操作简便且与实际很相似的虚拟实验平台，内容丰富，功能较强，可在电路设计中应用虚拟技术来完成各种电路的实际运行和演示。EWB提供4种模拟虚拟仪器：数字万用表、函数信号发生器、示波器和波特图仪，以及3种数字虚拟仪器：数字信号发生器、逻辑分析仪和逻辑转换仪。EWB提供多种仿真分析方法，可根据仿真电路、仿真目的和要求来选择。这些仿真分析方法主要为：直流工作点分析、瞬态分析、失真分析、参数扫描分析、交直流灵敏度分析以及传递函数分析等。EWB对电路进行仿真分析由以下几个步骤进行：

1）建立原始电路图，选择仿真分析仪器；

2）选择仿真分析方法；

3）进行仿真参数设置；

4）启动仿真，并将仿真结果用示波器，以波形形式或分析显示图以数字表格、波形形式、曲线形式输出。

EWB软件的仿真功能十分强大，能够近似地仿真出真实电路的结果。而且，它能够像在实验室桌面那样提供示波器、信号发生器、扫频仪、逻辑分析仪、数字信号发生器、逻辑转换器以及万用表等设计、检测与维护比备的仪器、仪表工具。该软件的器件库中则包含了许多国内外大公司的晶体管元器件、集成电路和数字门电路芯片。器件库没有的元器件，还可以由外部模块导入。通过虚拟实验可以使实验者在有限的时间里做出更多的实验，加深对实际实验的理解。

3 利用EWB进行小信号放大器电路设计

设计一小信号放大器电路，要求是增益大、灵敏度高、失真度小以及低通截止频率不低于1 MHz。这个设计实验可采用三级放大器串联实现。

第一级是对称差分放大器，其特点是对差模信号和共模信号具有完全不同的放大效果，用差分放大器作为初级，有利于有效地抑制共模信号的干扰，而且其输入电阻大，输出电阻小，有利于小信号的有效传输。因此，在探测仪器中的放大环节多数采用差分对放大器，如图1所示。

图1 对称差分放大器

先测量一级放大器的输出阻抗，根据匹配要求设计第二级放大器，如图2所示。采用负反馈共发极放大器作为中间级，其特点是结构简单，稳定性好。

第三级 （输出级）采用OTL功放，如图3所示。其特点是增益大，可以输出有推动能力的大电流。

最后，将三部分连接起来，考虑到工作区的显示范围有限，另外也为了便于分步检测连接后的效果，可使用EWB中创建子电路功能，将三部分分别作成模块，如图4所示。

图中3个方框即三级放大器，示波器中显示的是第一级和第三级的输出波形。检测时发现，放大器增益满足要求，失真度及频带宽也合格，但由于输出阻抗不够大，总增益与负载大小有关，当负载为3 K欧姆时增益为1000倍，即60 dB。初级单端输入是双端输入时增益的一半。

4 结束语

由上可见，应用EWB软件，可方便地在计算机上设计电路，并进行仿真。通过改变电路参数，可以观察不同的电路参数对电路特性的影响，使用虚拟仪器可以观察各实验点的波形及整个电路的实验结果，一个方案不成功可刷新重来，反复多次后可选择出最佳的设计方案。由于该软件具有丰富的元件库和仪器库，可以充分发挥每个设计者的想象力和创造力，大胆地进行设计尝试，不必担心元器件会毁坏，这样的设计可以随心所欲、花样叠出。若电路设计有误，通过仿真，软件会做出警告或提示，当设计方案正确无误后，再按此方案搭接实际的电路。用EWB软件设计电子电路改变了传统的、基于电路板的设计方法，从而可以大大缩短设计时间，节约开发费用，提高效率。实践证明：EWB软件是人们设计电子电路的有效工具。

[1] 李正生，陆燕.信号与系统EDA仿真实验指导书 [M].西安：二炮工程学院出版社，2001.

[2] 张昱，周绮敏.信号与系统实验教程 [M].北京：人民邮电出版社，2005.

[3] 管致中，夏恭恪.信号与系统 （第三版）[M].北京：高等教育出版社，2005.