Protel99SE仿真在模擬電路中的應用

1 Protel99SF仿真功能特點

1.1 分析功能強大

Protel99SE仿真器具有9種仿真項目.包括仿真點分析(Operaling Point)，瞬態(tài)傅里葉分析(Transient Fourier)，交流小信號分析(AC Small Signal)，直流掃描分析(DC Sweep)，噪聲分析(Noise)，傳遞函數(shù)分析(Transfer Function)，溫度掃描分析(Temperature Sweep)，參數(shù)掃描分析(Parameter Sweep)，蒙特卡羅分折(Montel Carlo)在每種仿真分析類型中部提供了一組參數(shù)，通過對畫框可以方便地進行設置。

1.2 操作界面友好

Protel99SE具有十分友好的操作環(huán)境，其仿真環(huán)境也是如此。該仿真環(huán)境不需復雜的手工輸入只需用戶點點鼠標，然后再輸入幾個與分析類型有關的參數(shù)即可。其特點有：(1)無需手工編寫電路網(wǎng)絡表文件;(2)通過對話框完成電路分析和參數(shù)設置;(3)方便直觀地觀察波形信號。

1.3 信號源的種類豐富

信號源在電路仿真中是必不可少的。仿真之前，用戶要為設計電路加入激勵源，才能使電路工作，進行相關的性能仿真。因此，為了得到準確的分析結果，需選用精確的信號源模型來激勵電路。Protel99SE提供了豐富的信號源，包括基本信號源、直流源、正弦源、脈沖源、指數(shù)源、單頻調(diào)頻源、分段線性源，同時還提供了齊備的線性和非線性受控源包括簡單的線性或基于電壓、電流的復雜數(shù)學函數(shù)。這些受控源以“黑匣子”方式定義了電路的行為。受控源模型可以將電壓、電流控制器件引入到電路中，從而構成電路的宏模型。

1.4 仿直器件模型庫中的模型齊全

Protel99SE支持所有標準Spice模型，提供了20多個模擬和數(shù)字器件仿真元件庫共包含5800多個常用元器件。這些器件庫囊括了常用的二極管、三極管、MOS管、單結晶體管、晶振和變壓器等分立元器件，同時還有大量的數(shù)字器件和其他集成電路器件，如74系列、CMOS系列、運算放大器、比較器和數(shù)/模轉換器等。這些常用器件可以滿足一般用戶的需求。

2 單管放大電路的仿真實例

2.1 交流小信號分析

第一步利用Protel99SE中的仿真原件庫sim.ddb建立如圖1所示的電路原理圖并設置好元器件參數(shù)，選擇正弦仿真激勵源作為輸入，設定電壓幅值(AC Magnitude)字段內(nèi)容為5mV，然后執(zhí)行菜單Simulate/sel up進行仿真設置，分析方法為交流小信號分析，交流分析的起始頻率為1HZ，結束頻率為10MHZ，輸出網(wǎng)絡節(jié)點設為OUT，最后執(zhí)行Simulate命令得到輸出結果。輸出結果如圖2所示。

求該電路的放大倍數(shù)：單擊New按鈕，在該窗口先選擇out信號。然后選擇除號，再在選擇in信號，單擊Create按鈕關閉該窗口，屏幕就顯示如圖3所示的放大倍數(shù)曲線。從圖中可以看出中頻放大倍數(shù)為97.4尋找放大倍數(shù)的0.707倍數(shù)點，可以找到上下限頻率。

2.2 瞬態(tài)特性分析

(1)利用瞬態(tài)分析觀察輸入輸出波形：該項分析相當于使用多蹤示渡器來直接測量(觀察)各點信號的波形，在仿真軟件中利用“仿真”菜單下的“設置”命令，進行相關設置之后選擇瞬態(tài)特性分析就能得到圖4所示的仿真結果。

由以上分析結果可以看出：當Vin=10mV時，Vout=1.25V。因此總結出輸出電壓足輸入電壓的125倍，說明此電路對輸入信號具備放大作用;同時從波形圖中發(fā)現(xiàn)輸出波形與輸入波形反相，且沒有失真。

(2)觀察靜態(tài)工作點對輸出波形的影響：如果電路中的靜態(tài)工作點改變，對輸出有無影響呢?我們通過改變基極偏置電阻RB(RB=R1∥R2)來達到改變靜態(tài)工作點的目的。如果將電路中的R2電阻由原來的5K增大到10K，三極管的狀態(tài)有何變化?輸出波形有什么影響?在仿真原理圖中將電阻R2的阻值改為10K，設置好仿真參數(shù)運行后就得到如圖5所示的輸入輸出波形。

由圖5可以判斷輸出波形有失真，而且是發(fā)生在波形的負半周。出現(xiàn)失真是因為改變基極偏置電阻使靜態(tài)工作點進入飽和區(qū)而引起的失真，因此上述失真稱為“飽和”失真。

3 結束語

本文討論了采用Protel99SE仿真器，對模擬電子教學中的實用電路進行了仿真分析，得到了與理論分析相吻合的結果，驗證了理論分析的正確性，說明電子線路設計與仿真軟件可以在軟件環(huán)境下完成電路設計、參數(shù)的設置、調(diào)整、尋優(yōu)，以及波形處理、掃描分祈等一系列功能，給電子技術基礎課程的教學注入了新的活力，同時已經(jīng)成為電子工程師進行電路設計不可或缺的工具。