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在電子電路設計的初級階段，電子工程師為了驗證電路的功能，往往是焊接一塊試驗板或在面包板上搭接電路，然后通過(guò)測試儀器進(jìn)行分析和判斷。這種方法耗資耗時(shí)耗力，而且還受到硬件設備的制約，測量精度差。隨著(zhù)計算機技術(shù)的飛速發(fā)展，計算機輔助分析和仿真技術(shù)得到了較為廣泛的應用。加拿大Interactive Image Technologies公司在成功推出EWB(Electronics Workbench)，Multisim2001的基礎上，于2003年5月發(fā)布了Multisim7.0仿真軟件，為電路功能的全面驗證及優(yōu)化提供了快捷、高效的手段。 1 Multisim 7.0的功能特點(diǎn) Multisim7.0是一個(gè)虛擬實(shí)驗室，為使用者造就了一個(gè)集成一體化的試驗環(huán)境，他采用圖形化的輸入方式，只需進(jìn)行簡(jiǎn)單的拖放和連接操作，便可完成電路的搭建與分析。作為一個(gè)專(zhuān)業(yè)應用軟件，他具有以下特點(diǎn)： (1)豐富的元件和測試儀器 Multisim7.0提供了數千種電路元件，包括基本獨立元件(電阻、電容、三極管等)、集成電路(74及40系列芯片、DA及AD、集成運放等)、源器件(各種獨立源、受控源、時(shí)鐘信號等)、基本顯示器件(伏特表、電流表、數碼管等)和其他元器件(繼電器、電磁鐵、直流電機等)，而且還可以根據需要擴充或新建已有的元器件庫，大大方便了使用者。軟件中各元器件參數可調，并提供了理想值，這為分析電路的實(shí)際值與理論值的差異提供了依據。Multisim7.0的測試儀器包括數字萬(wàn)用表、函數發(fā)生器、多綜示波器、掃頻儀、頻率計、邏輯分析儀等，很難設想實(shí)際購置這些儀器設備所需的巨額投資。 (2)動(dòng)態(tài)可視化效果 Multisim7.0的元器件采用與實(shí)物一致的外形，使用者即便是第一次使用，也能方便地找到所需的元器件。對于測試儀器，其測量結果的顯示也與實(shí)際設備一致，能實(shí)時(shí)檢測系統的運行。另外，他的數碼管能夠發(fā)光、熔斷絲可以燒斷、蜂鳴器能夠發(fā)聲、電阻器能夠通過(guò)鍵盤(pán)隨時(shí)改變阻值，形象地表征了電路的動(dòng)態(tài)特性，體現了其“軟件即儀器”的本質(zhì)特性。 (3)多種分析功能 作為虛擬的電子工作臺，Multisim7.0提供了詳細的電路分析手段，不僅可以完成電路的瞬態(tài)分析、穩態(tài)分析、時(shí)域和頻域分析、器件的線(xiàn)性和非線(xiàn)性分析、電路的噪聲分析和失真分析等常規電路分析方法，而且還提供了離散傅里葉分析、電路零極點(diǎn)分析、交直流靈敏度分析和電路容差分析等共計27種電路分析方法，以幫助設計人員分析電路的性能。此外他還可以對被仿真電路中的元件設置各種故障，如開(kāi)路、短路和不同程度的漏電等，從而觀(guān)察到在不同故障情況條件下的電路工作狀態(tài)。 (4)兼容性好 Multisim 7.0的器件模型和分析方法都是建立在SPICE(Simulation Program With Integrated CircuitEmphasis)仿真程序的基礎上，因此他與SPICE的網(wǎng)格兼出PCB文件，這樣利用Multisim7.0一個(gè)軟件，便可完成從電路的設計分析直至印刷電路板格式文件輸出等全部設計工作，大大加快了產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)速度，提高了設計人員的工作效率。 2 Multisim 7.0用于噴油器驅動(dòng)電路設計 2.1發(fā)動(dòng)機噴油器驅動(dòng)電路設計模型 在發(fā)動(dòng)機電子控制中，噴油控制是其控制的核心，發(fā)動(dòng)機整體性能的好壞都取決于噴油質(zhì)量的高低，為了保證電控噴射系統有良好的工作性能，除了要求噴油器具有好的結構特性外，還應具有一個(gè)工作可靠的噴油器驅動(dòng)電路。因此，要求在該電路的設計中有足夠的功率輸出以保證噴油器的正常工作;有快速的響應特性，以保證發(fā)動(dòng)機在高速時(shí)也能正確放大噴射的脈沖信號;驅動(dòng)電路也應該具有良好的開(kāi)關(guān)特性，以減少?lài)娪推鏖_(kāi)啟與關(guān)閉所需要的時(shí)間。因為噴油器每次的最大噴油時(shí)間較短，在其驅動(dòng)電路上，應力求在噴油器開(kāi)啟期間適當加大電流，使噴油器中的電磁線(xiàn)圈迅速勵磁，將噴油器快速開(kāi)啟;在噴油器打開(kāi)之后，只提供保持電流即可，這樣有助于噴油器迅速關(guān)閉，還可節省耗電。圖1是一種實(shí)用的噴油器驅動(dòng)電路方案。 由單片機發(fā)出的噴油脈沖，分別送入單穩態(tài)電路和功放管Q2，單穩態(tài)電路輸出窄的開(kāi)啟脈沖，經(jīng)波形變換后進(jìn)入功放管Q1，這2個(gè)功放管均工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)。當單穩態(tài)電路輸出的窄脈沖使功放管Q1導通而處于飽和狀態(tài)時(shí)，相當于電阻R5短路，這時(shí)電源提供噴油器的開(kāi)啟電流。通過(guò)調節R1C1即可得到適當的噴油開(kāi)啟脈沖寬度。當單穩態(tài)電路提供的噴油開(kāi)啟脈沖消失時(shí)，功放管Q1截止，這時(shí)電源通過(guò)R5向噴油器提供保持電流，直到噴油脈沖消失時(shí)，功率管Q2也由飽和狀態(tài)變?yōu)榻刂�，噴油器關(guān)閉，噴油結束。 2.2仿真的實(shí)現及結果分析 利用Multisim7.0進(jìn)行仿真時(shí)，從元件庫中選擇所需的器件拖放到工作區，雙擊器件可進(jìn)行參數設定，拖動(dòng)引腳可進(jìn)行連線(xiàn)操作，圖2為噴油器驅動(dòng)電路仿真電路圖。 在設計中，為了與實(shí)際情況一致，采用了頻率30 Hz，占空比10%的方波模擬控制信號，其代表的發(fā)動(dòng)機轉速為1 800 Rpm，噴油脈寬為3.3 Ms.R1C1回路和電壓比較器A1構成了單穩態(tài)觸發(fā)器，輸出窄的開(kāi)啟脈沖。比較器的負相輸入端通過(guò)R2和R3的分壓固定在2.5 V，當噴油脈沖到來(lái)時(shí)，由于電容C1上的電壓不突變，所以A點(diǎn)得到5 V的電壓，比較器輸出高電平，隨著(zhù)噴油脈沖對電容的充電，A點(diǎn)電壓不斷下降，當低于2.5 V時(shí)，比較器發(fā)生翻轉，輸出低電平。根據所需開(kāi)啟脈沖寬度，可得到R1C1的參數大小，本設計中輸出的脈寬為1 Ms.比較器輸出的開(kāi)啟脈沖，經(jīng)過(guò)三極管Q3后，變?yōu)?2 V的反相脈沖，配合PNP型功放管Q1來(lái)驅動(dòng)由L1和R6構成的噴油器。由于噴油器為感性負載，為了避免電流消失時(shí)產(chǎn)生的反相電動(dòng)勢對電路造成損壞，并聯(lián)了二極管D1來(lái)進(jìn)行保護。 Multisim7.0仿真軟件的強大功能不僅體現在電路的方便設計上，更體現在他能夠對電路的工作情況進(jìn)行監測與分析，利用靜態(tài)分析工具，可以得到各測試點(diǎn)的靜態(tài)電壓，為了取得電路的瞬態(tài)特性，可以利用多路示波器進(jìn)行觀(guān)測，圖3為同一時(shí)刻采集到的不同位置的電壓波形。 從圖3中可以看出，噴油器上得到了先高后低的電壓，達到了驅動(dòng)電路的設計要求，如果調節R1C1參數，開(kāi)啟脈沖會(huì )隨之發(fā)生相應變化。示波器得到的電壓波形，還可以保存為數據格式，方便進(jìn)一步的處理。 3結語(yǔ) 在本設計中，許多器件采用了標準模型，所以得到的波形也比較理想，在實(shí)際應用中，還應考慮抗干擾和器件選擇等問(wèn)題，但使用Multisim7.0仿真軟件無(wú)疑對電路的正確性和可行性進(jìn)行了驗證，為電路的實(shí)際開(kāi)發(fā)奠定了良好的基礎。 |
