1 前言
   随着计算机、通信及仪器技术的不断发展和相互结合，虚拟仪器也得到了进一步发展。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发挥。仪器的输入、输出、数据处理分析、结果显示都能由计算机完成，它还能实现一些在普通仪器上无法实现的功能。虚拟仪器不但功能多样、测量准确，而且界面友好、操作简易，它比物理实体式设备集成起来要方便、灵活。它是在通用计算机上加上一组软件和硬件，使得使用者在操作这台计算机时，就像是在操作一台他自己设计的专用的传统电子仪器。
   虚拟仪器技术的出现彻底打破了传统仪器由厂家定义，用户无法改变的模式。给用户一个充分发挥自己才能和想像力的空间。用户可以根据自己的要求，设计自己的仪器系统，满足多种多样的应用需求。本文利用电子仿真软件EWB作为工作平台对仪器放大电路的性能指标进行了测试和分析。

2 EWB电子电路仿真软件介绍

   EWB的全称是Electronics Workbench，它虚拟了一个可以对模、数电子电路进行模拟仿真的工作平台，具有较完善的各种元器件模型库和几种常用的分析仪器。能进行电子电路的设计，并能对电子电路进行较详细的分析，包括静、动态分析、时域与频域分析、噪声分析、失真分析和器件的线性与非线性分析，还能进行离散付里叶分析、零极点分析等多种高级分析。能将设计好的电路文件直接输出到常用的一些电子电路排版软件，如Protel等，排出印刷电路板图，为电路设计提供方便。它也是一种电子技术模拟实际训练软件，它可以完成实验室中进行的所有电子技术实验，结果与物理式方法基本一致。它基于Windows操作系统。图1是它的操作主界面。

3 应用实例
     我们知道自然界的物理信号多为非电量,为了应用电子技术对它进行处理,需要采用相应的器件将其转换为电信号,这种将非电量转换为电量的器件称之为换能器或传感器。例如,将压力信号转换为电信号的称之为压力传感器,它常用压力应变电阻实现。由于传感器的输出信号通常很微弱,在精密测量和控制系统中需要采用高精度、高性能的放大器件对它进行放大。 图2电路是由三个高性能的运放构成的，它是一个仪器或数据放大器。它具有很高的共模抑制比、极高的输入电阻、很低的输出电阻和很大的增益，其增益可调范围很大。图2中激励信号源ue、桥路电阻R3～R6和RP1构成压力传感器的信号检测电路，RP1为压力应变电阻，其电阻值随所承受的压力而变，通常正比于压力。由图2可以推导出输出电压uo为：uo=-RP1/96*（1+2000/100+RP2）*ue。输出电压uo正比于电阻RP1，随压力而变化。

3.1 测量输出电压uo与压力应变电阻RP1的关系
   运行电路，改变阻值RP1，利用示波器expand窗口的可移动指针读取输出脉冲电压uo的幅度Uom，并与理论值进行比较(uE设置为10V、100Hz、占空比为10%，运放选用OP07)。具体关系如表1所示。从表1可以看出理论值与测量值相差很小。
3.2 电路交流频率分析
   交流频率分析，即分析电路的频率特性。需要选定被分析的电路节点，在分析时，交流信号源、电容、电感等均处在交流模式，输入信号也设定为正弦波形式。若把函数信号发生器的其他信号作为输入激励信号，在进行交流频率分析时，会自动把它作为正弦信号输入。因此输出响应也是该电路交流频率的函数。交流频率分析步骤：“分析”栏（Analysis）中的“交流频率”（AC Frequency）选项，弹出一交流频率分析设置对话框图。在话框中，确定需分析的节点（这里选择输出点uo）、分析的起始频率（FSTART）、扫描频率（SWEEP TYPE）、终点频率（FSTOP）、显示点数（NUMBER POINTS）和纵向尺寸（VERTICAL SCALE）。按“仿真”（SIMULATE）键，即可显示成幅频特性波形。按Esc键，将停止仿真的运行。交流分析的结果见图3，图3(a)为幅频特性;图3(b)为相频特性。如果用波特图仪连至电路的输入端和被测节点，同样也可以获得交流频率特性,这里设置的是起始频率为1Hz,截止频率为10MHz,uo处的频率特性。从图3中可以看出放大器在频率上幅频特性和相频特性稳定，性能高。

3.3 电路瞬态分析
   所谓瞬态分析（Transient Analysis），是指对所选定的电路节点的时域响应。即观察该节点在整个显示周期中每一时刻的电压波形。在进行瞬态分析时，直流电源保持常数，交流信号源随着时间而改变，电容和电感都是能量储存模式元件。在对选定的节点作瞬态分析时，需根据“分析”栏（Analysis）对话框要求进行选择，一般可先对该节点作“直流工作点分析”(Calculate DC Operating point) , 这样直流分析的结果就可以作为瞬态分析的初始条件。


    瞬态分析步骤：在电子工作台上创建需进行分析的电路，选定“分析”栏中的“瞬态分析”(Transient)项，弹出一对话框根据对话框的要求，设置参数。按“仿真”(Simulate) 键，即可在显示图获得被分析节点的瞬态波形。按Esc键，将停止仿真的运行。瞬态分析的结果，即电路中该节点的电压波形图。也可以使用示波器，把它连至需观察的节点uo上，打开电源开关，得到相同的波形。但采用瞬态分析方法，可以通过设置，更仔细地观察到波形起始部分的变化情况。输出的瞬态波形见图4。
3.4 噪声分析

   噪声分析用于检测电子线路输出信号的噪声功率幅度，用于计算、分析电阻或晶体管的噪声对电路影响。在分析时，假定电路中各噪声源是互不相关的，因此它们的数值可以分开各自计算。总的噪声是各噪声在该节点的和（用有效值表示）。举例来说，在噪声分析对话框中把Ｖ1作为输入源，把Ｎ1作为输出节点，则电路中的各噪声源在Ｎ1处形成的输出噪声，等于该值除以Ｖ1至Ｎ1的增益获得的等效输入噪声，再把它作为信号输入一个假定没有噪声的电路，即获得在Ｎ1点处的输出噪声。

噪声分析步骤：
1）在电子工作台上创建需进行分析的电路，选定Analysis栏中的“噪声（Noise）分析”项，弹出对话框。
2) 确定被分析的电路节点、输入噪声源。
3) 根据对话框的要求，设置参数。
4) 按“仿真”（Simulate）键，即可在显示图获得被分析节点的噪声分析曲线。按Esc键，将停止仿真的运行。
   噪声分析曲线见图5，图中信号源为100Hz、10V的正弦波，
3.5 最坏情况分析
   最坏情况分析是一种统计分析方法。它可以使你观察到在件参数变化时，电路特性变化的最坏可能性。适合于对模拟电路、直流和小信号电路进行分析。在电路分析时，首先进行标称值的分析，然后进行交流或直流灵敏度分析，在计算出每个参数对输出波形的灵敏度后，就可以获得最坏情况分析的结果。分析波形如图6所示。

   最坏情况分析的步骤：
1) 确定需分析的电路和被分析的节点（这里选择输出点uo）。
2) 选择“分析”项中的“最坏情况分析”栏。弹出最坏情况分析参数设置对话框，会出现最坏情况分析选项表。
3) 修改参数设置对话框的内容。
4) 按“Simulate”键开始运行,按Esc键停止分析。
3.6 蒙特卡罗分析
    蒙特卡罗分析（Monte Carlo Analysis）是一种统计分析，用于研究元件参数变化怎样影响电路性能。它执行几次仿真，每次仿真时，元件参数根据你在对话框中设置的参误差和分布类型随机地变化。用这样分析的结果，预测电路在批量生产时的成品率和生产成本。在进行分析时，它首先进行电路的标称数值分析。本分析方法提供了两种分布类型：一种是均匀分布，元件值在其容差的范围内以相等的概率出现，是一种线性的分布形式。另一种是正态高斯分布，分布概率P(x) 为

式中u :标称参数值; x：独立变量;á：标准偏差（SD）值。
σ＝误差百分比·标称值／１００。
   蒙特卡罗方法分析步骤：
1) 分析电路和需分析的输出节点。
2) 选择“分析”项中“蒙特卡罗(Monte Carlo) ”分析栏，弹出蒙特卡罗分析参数设置对话框。
3) 修改参数设置对话框的内容。
4) 按“Simulate”键开始运行、按Esc键停止分析。
   若选择在瞬态分析或交流频率分析，可以通过设置的对话框观察和修改分析的参数。在分析时，数字器件将视为高阻接地。输出Uo节点蒙特卡罗分析结果见图7。
3.7 温度扫描分析
   采用温度扫描分析,可以同时观察到在不同温度条件下的电路特性,相当于该元件每次取不同的温度数值进行多次仿真。可以通过“温度扫描分析”对话框，选择被分析元件温度的其始值、终值和增量值。在进行其他分析的时候，电路的仿真温度默认设定为27℃。
    温度扫描分析步骤：

1) 确定电路被分析的节点和元件。
2) 选择“分析”项中的“温度扫描栏”。弹出温度扫描参数设置对话框。
3) 修改对话框中的分析参数设置。
4) 按“Simulate”键开始运行，按Esc键停止分析。
   在参数扫描选择对话框中，若选择瞬态分析或交流分析选项，可以按“Set Transient Options”键。或按“Set AC Options”键，将打开另一个对话框，可以观察和修改被分析的参数。
   温度扫描分析输出的是各种曲线，采用线性扫描方式，或十进制扫描方式，或者是倍频方式。
   本分析电路的工作温度：从1℃上升到100℃。输出uo节点波形如图8所示。
4 结束语
    现代信息技术的迅猛发展，犹如滚滚长江东流水，冲击着国民经济的各个领域，也引起了测量仪器和测试技术的巨大变革。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进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虚拟实验室中的一类。其基本思想是用软件的方法虚拟电子与电工元器件，虚拟电子与电工仪器和仪表，即实现“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、元器件全等优点，因而可实现传统方式无法达到的功能，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。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、创新型等多种的实验和实践。工程实用性强。