Protel99SE仿真在模擬電路中的應(yīng)用

1 Protel99SF仿真功能特點(diǎn)

1.1 分析功能強(qiáng)大

Protel99SE仿真器具有9種仿真項(xiàng)目.包括仿真點(diǎn)分析(Operaling Point)，瞬態(tài)傅里葉分析(Transient Fourier)，交流小信號(hào)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(duì)畫框可以方便地進(jìn)行設(shè)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(fù)雜的手工輸入只需用戶點(diǎn)點(diǎn)鼠標(biāo)，然后再輸入幾個(gè)與分析類型有關(guān)的參數(shù)即可。其特點(diǎn)有：(1)無需手工編寫電路網(wǎng)絡(luò)表文件;(2)通過對(duì)話框完成電路分析和參數(shù)設(shè)置;(3)方便直觀地觀察波形信號(hào)。

1.3 信號(hào)源的種類豐富

信號(hào)源在電路仿真中是必不可少的。仿真之前，用戶要為設(shè)計(jì)電路加入激勵(lì)源，才能使電路工作，進(jìn)行相關(guān)的性能仿真。因此，為了得到準(zhǔn)確的分析結(jié)果，需選用精確的信號(hào)源模型來激勵(lì)電路。Protel99SE提供了豐富的信號(hào)源，包括基本信號(hào)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(shí)還提供了齊備的線性和非線性受控源包括簡(jiǎn)單的線性或基于電壓、電流的復(fù)雜數(shù)學(xué)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(gòu)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(biāo)準(zhǔn)Spice模型，提供了20多個(gè)模擬和數(shù)字器件仿真元件庫共包含5800多個(gè)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(jié)晶體管、晶振和變壓器等分立元器件，同時(shí)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(yùn)算放大器、比較器和數(shù)/模轉(zhuǎn)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(shí)例

2.1 交流小信號(hào)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(shè)置好元器件參數(shù)，選擇正弦仿真激勵(lì)源作為輸入，設(shè)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(jìn)行仿真設(shè)置，分析方法為交流小信號(hào)分析，交流分析的起始頻率為1HZ，結(jié)束頻率為10MHZ，輸出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)設(shè)為OUT，最后執(zhí)行Simulate命令得到輸出結(jié)果。輸出結(jié)果如圖2所示。

求該電路的放大倍數(shù)：?jiǎn)螕鬘ew按鈕，在該窗口先選擇out信號(hào)。然后選擇除號(hào)，再在選擇in信號(hào)，單擊Create按鈕關(guān)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(diǎn)，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(xiàng)分析相當(dāng)于使用多蹤示渡器來直接測(cè)量(觀察)各點(diǎn)信號(hào)的波形，在仿真軟件中利用“仿真”菜單下的“設(shè)置”命令，進(jìn)行相關(guān)設(shè)置之后選擇瞬態(tài)特性分析就能得到圖4所示的仿真結(jié)果。

由以上分析結(jié)果可以看出：當(dāng)Vin=10mV時(shí)，Vout=1.25V。因此總結(jié)出輸出電壓足輸入電壓的125倍，說明此電路對(duì)輸入信號(hào)具備放大作用;同時(shí)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(diǎn)對(duì)輸出波形的影響：如果電路中的靜態(tài)工作點(diǎn)改變，對(duì)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(dá)到改變靜態(tài)工作點(diǎn)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(shè)置好仿真參數(shù)運(yùn)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(fù)半周。出現(xiàn)失真是因?yàn)楦淖兓鶚O偏置電阻使靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)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(jié)束語

本文討論了采用Protel99SE仿真器，對(duì)模擬電子教學(xué)中的實(shí)用電路進(jìn)行了仿真分析，得到了與理論分析相吻合的結(jié)果，驗(yàn)證了理論分析的正確性，說明電子線路設(shè)計(jì)與仿真軟件可以在軟件環(huán)境下完成電路設(shè)計(jì)、參數(shù)的設(shè)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(shù)基礎(chǔ)課程的教學(xué)注入了新的活力，同時(shí)已經(jīng)成為電子工程師進(jìn)行電路設(shè)計(jì)不可或缺的工具。