摘 要： 討論了傳統(tǒng)模擬電子技術(shù)教學(xué)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的現(xiàn)狀，以雙極性結(jié)型晶體共射極放大器為例子，對(duì)OrCAD PSpice仿真技術(shù)在模擬教學(xué)中的應(yīng)用進(jìn)行了探討?；贠rCAD PSpice仿真技術(shù)在很多方面能彌補(bǔ)傳統(tǒng)教學(xué)的不足，指出先進(jìn)的模擬電路仿真技術(shù)對(duì)于模擬電子教學(xué)具有重要意義。

關(guān)鍵詞： OrCAD PSpice； 仿真； 模擬電子技術(shù)； 模擬電子教學(xué)

中圖分類(lèi)號(hào)： TN710?34； TP302.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）01?0131?04

0 引 言

計(jì)算機(jī)模擬設(shè)計(jì)方法的運(yùn)用使得模擬電路的設(shè)計(jì)已經(jīng)發(fā)生了巨大的變化。計(jì)算機(jī)特別是高性能軟件的普及，使電路模擬器得到廣泛的應(yīng)用。在模擬電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，要求電路設(shè)計(jì)工程師能夠采用最新、最適合的模擬電子器件進(jìn)行電路設(shè)計(jì)。眾所周知，模擬技術(shù)所涉及的知識(shí)面更寬，要想從眾多的模擬電路中挑選出最適合的器件，不僅需要有豐富的經(jīng)驗(yàn)，更需要具備最新的模擬器件知識(shí)。一方面，模擬電子技術(shù)是電氣、電子信息類(lèi)和部分非電專(zhuān)業(yè)本科生電子技術(shù)方面的重要基礎(chǔ)課程，應(yīng)該予以充分的重視與加強(qiáng)；另一方面，現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的落后導(dǎo)致學(xué)生無(wú)法接觸最新的模擬電子器件從而與現(xiàn)代模擬電子電路設(shè)計(jì)脫節(jié)。OrCAD是世界上使用最廣泛的EDA軟件，它的最大特點(diǎn)是匯集了模擬與數(shù)字電路混合仿真等功能，其電路仿真元器件庫(kù)更達(dá)到8 500個(gè)，收入了幾乎所有的通用型電子元器件模塊。此外，OrCAD軟件還可以根據(jù)模擬電子器件生產(chǎn)廠家給出的最新集成電路的SPICE模型自行設(shè)計(jì)新的電路仿真元件，便于電子設(shè)計(jì)工程師跟蹤最新的模擬電子器件的發(fā)展。基于這些優(yōu)點(diǎn)，本文提出采用OrCAD PSpice設(shè)計(jì)部分模擬電子技術(shù)實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生不但能夠從實(shí)驗(yàn)中了解模擬電路的基本原理，也能夠掌握這種應(yīng)用最廣泛的模擬電路設(shè)計(jì)工具。通過(guò)與以往設(shè)計(jì)的模擬電路實(shí)驗(yàn)對(duì)比，可以看到采用OrCAD軟件進(jìn)行模擬電路實(shí)驗(yàn)即能兼顧基礎(chǔ)教學(xué)實(shí)驗(yàn)，又為學(xué)生將來(lái)成為模擬電路設(shè)計(jì)工程師奠定了必要的技術(shù)基礎(chǔ)。

1 模擬電子技術(shù)教學(xué)現(xiàn)狀

由于模擬電子技術(shù)的教學(xué)需要一定的電路分析知識(shí)作為基礎(chǔ)，很多新的知識(shí)點(diǎn)、概念、器件和分析方法被引用，增加了學(xué)習(xí)的困難。傳統(tǒng)的教學(xué)模式受到了很大的挑戰(zhàn)，課堂上老師要在有限的時(shí)間內(nèi)講授大量的知識(shí)點(diǎn)；課下同學(xué)們需要進(jìn)行很多的計(jì)算，普遍反映對(duì)重要知識(shí)點(diǎn)掌握不深，教學(xué)效果很難令人滿意。實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面，問(wèn)題也十分突出。實(shí)驗(yàn)課上，一方面，學(xué)生機(jī)械地完成實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)中的實(shí)驗(yàn)要求和測(cè)試表格，做不到對(duì)理論的理解和鞏固[1?5]。另一方面，學(xué)生人數(shù)增多，實(shí)驗(yàn)儀器不足，導(dǎo)致多人共用一套儀器，最后學(xué)生掌握知識(shí)的效果欠佳。更有，受多方因素的影響，實(shí)驗(yàn)室設(shè)備不能及時(shí)更新，不能緊跟先進(jìn)技術(shù)發(fā)展的步調(diào)，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)內(nèi)容局限，實(shí)驗(yàn)教學(xué)缺乏生機(jī)，學(xué)生興趣不高，技能達(dá)不到現(xiàn)代應(yīng)用的要求。

因此，采取適應(yīng)的教學(xué)改革，把先進(jìn)的模擬電路設(shè)計(jì)技術(shù)應(yīng)用到基礎(chǔ)教學(xué)環(huán)節(jié)，幫助學(xué)生理解掌握各種元器件、電路的原理和性能并與技術(shù)進(jìn)步相互適應(yīng)就顯得極其重要。由于理論性、實(shí)踐性、應(yīng)用性強(qiáng)的特點(diǎn)，先進(jìn)仿真分析的引用可以使教學(xué)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)更加直觀、更加生動(dòng)，也能夠突破現(xiàn)有實(shí)驗(yàn)條件的局限，帶動(dòng)學(xué)生的積極性，提高其掌握知識(shí)的深度和寬度。

2 模擬電子技術(shù)OrCAD PSpice仿真方法的應(yīng)

用探討

OrCAD PSpice具有強(qiáng)大的電路分析及仿真能力，這在模擬電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域優(yōu)勢(shì)凸顯。如果將OrCAD引入教學(xué)環(huán)節(jié)，就可能從學(xué)生接觸模擬電路時(shí)就逐步習(xí)慣于設(shè)計(jì)之初首先進(jìn)行性能分析。下面以雙極性結(jié)型晶體共射極放大器教學(xué)為例[6]，結(jié)合傳統(tǒng)課堂教學(xué)，闡述模擬電子OrCAD PSpice仿真技術(shù)方法的應(yīng)用。

2.1 傳統(tǒng)教學(xué)

2.1.1 計(jì)算直流偏壓點(diǎn)

通過(guò)計(jì)算直流偏壓點(diǎn)，保證晶體管在適當(dāng)?shù)姆糯髤^(qū)內(nèi)工作，調(diào)整偏壓點(diǎn)位置，使其位于放大區(qū)的中心處。直流偏壓點(diǎn)靠5個(gè)電阻器來(lái)建立，[R2]和[R3]形成電阻分壓，提供基極合適的直流電壓。[R5]和[R6]提供偏壓，也提供一條負(fù)反饋路徑，使放大器更穩(wěn)定。[R4]是負(fù)載電阻，負(fù)責(zé)將流入Q1的電流轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)后輸出。

假設(shè)Q2N2222的[β]約為178，且[βac=βdc，]計(jì)算直流特性結(jié)果如下：

[Vb=Vcc×R2（R2+R3）=1.75 V]

[Ve=Vb-Vbe=1.75-0.7=1.05 V][Ic≈Ie=Ve（R5+R6）=1.12 mA]

[Vc=Vcc-Ic×Re=5.26 V]

2.1.2 計(jì)算交流特性

輸入的交流信號(hào)經(jīng)過(guò)電容[C1]耦合進(jìn)入晶體管基極，輸出的交流信號(hào)由集電極經(jīng)電容[C2]耦合到負(fù)載電阻上。發(fā)射機(jī)旁路電容[C3]減少發(fā)射集電阻對(duì)放大倍數(shù)的損耗。

BJT的交流射極電阻為：

[Re=25 mVIe=25 mV1.12 mA=22.32 Ω]

交流基極等效電阻：

[Rb≈βac×（Re+R5）=178×496.32=87.6 kΩ]

輸入等效電阻為：

[Rin=R3∥R2∥Rb=7.53 kΩ]

交流集電極電阻為：

[Rc=Rc∥R1=4.27 kΩ]

電壓增益為：[AV=Rc（Re+R5）=8.67]

2.2 OrCAD PSpice仿真技術(shù)方法的應(yīng)用

在傳統(tǒng)的教學(xué)中，主要通過(guò)計(jì)算得出放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，然后確定三極管的工作區(qū)域，該方法需要學(xué)生花時(shí)間記憶繁瑣的計(jì)算公式，而忽略電路本身的特性，得到的計(jì)算結(jié)果需要時(shí)間，并引入誤差。而OrCAD PSpice仿真技術(shù)的應(yīng)用，可以在教學(xué)過(guò)程中非常準(zhǔn)確地得到各種分析數(shù)據(jù)，方便隨時(shí)查看和調(diào)整，可以使學(xué)生對(duì)教學(xué)內(nèi)容的理解和掌握更加直觀容易。下面闡述OrCAD PSpice仿真技術(shù)在教學(xué)中分析驗(yàn)證雙極性結(jié)型晶體管BJT共射極放大器的時(shí)域與頻域特性的應(yīng)用。