秦萬春

摘 要：隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，EDA軟件得到越來越廣泛的應(yīng)用。Protel是當(dāng)前流行的CAD仿真軟件，不僅用于電路設(shè)計(jì)，而且可以在電子教學(xué)中得到廣泛應(yīng)用。運(yùn)用Protel 99SE電路仿真功能，在電子教學(xué)過程中對(duì)電路進(jìn)行實(shí)時(shí)分析，將抽象問題簡(jiǎn)單化，可以取得良好的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：Protel 99SE；電子教學(xué)；仿真；應(yīng)用

傳統(tǒng)電子教學(xué)主要以教師教授為主，缺乏生動(dòng)性，對(duì)電子器件、電路特性曲線、輸入輸出波形、頻率特性分析時(shí)，往往都是通過手工板書畫圖，不僅效率低，精確度也差。利用CAI課件輔助教學(xué)或示教板課堂演示，效果也并不盡如人意。教師在教學(xué)中，普遍遇到抽象復(fù)雜及實(shí)驗(yàn)條件有限等諸多難題，學(xué)生普遍覺得電子類課程難學(xué)，使教學(xué)效果大打折扣。利用Protel 99SE的仿真功能，通過驗(yàn)證型、測(cè)試型和創(chuàng)新型等不同形式的仿真訓(xùn)練，不但可以彌補(bǔ)課堂教學(xué)不足，而且可以有效培養(yǎng)和提高學(xué)生綜合分析問題、排除故障和開發(fā)創(chuàng)新的能力。

一、Protel 99SE仿真器的功能與應(yīng)用

Protel 99SE是基于Windows 98、2000、XP環(huán)境的電路原理圖輔助設(shè)計(jì)與繪制軟件，其功能包括電路原理圖設(shè)計(jì)、印制電路板設(shè)計(jì)、電路圖仿真等。人們對(duì)它的理解往往偏向于前兩個(gè)方面，而忽略了它還具有很強(qiáng)的電路仿真功能。在電子教學(xué)中可利用其完善的仿真功能實(shí)現(xiàn)諸多應(yīng)用：①用Protel 99SE＼Library＼Sch＼Sim.ddb仿真庫提供的元件，在完成原理圖編輯后即可實(shí)現(xiàn)仿真操作。②有多達(dá)5800種仿真元件和大量數(shù)學(xué)模型元件，可對(duì)模擬電路、數(shù)字電路、高頻電路等進(jìn)行仿真分析。③提供多種仿真分析方式，如：靜態(tài)工作點(diǎn)分析、瞬態(tài)特性和交流小信號(hào)分析等。④仿真結(jié)果以多種圖形方式輸出。

二、應(yīng)用舉例

Protel 99SE軟件內(nèi)嵌了與PSPICE仿真軟件兼容的電路仿真功能，在電子教學(xué)中，應(yīng)用它對(duì)電路做信號(hào)分析，能準(zhǔn)確地查看和分析電路性能指標(biāo)，從不同角度觀察分析結(jié)果。

（1）單管放大電路。單管放大電路輸出頻率特性和放大倍數(shù)是電子教學(xué)的重點(diǎn)。為更好地理解和掌握，可以利用Protel 99SE仿真器中的交流小信號(hào)分析工具對(duì)電路進(jìn)行仿真，得出電壓頻率特性和電路放大倍數(shù)曲線。

第一步，利用Protel 99SE中的仿真元件庫sim.ddb建立電路圖并設(shè)置好元器件參數(shù)。選擇正弦仿真激勵(lì)源作為輸入，執(zhí)行Simulate/Set up進(jìn)行仿真設(shè)置，分析方法為交流小信號(hào)分析，起始頻率為1HZ，結(jié)束頻率為10MHZ。輸出網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)為OUT。最后執(zhí)行Simulate命令得到輸出結(jié)果，使用View/Scaling菜單將X軸的標(biāo)尺改為對(duì)數(shù)，就得到了明顯的輸出頻率特性曲線。

第二步，求該電路放大倍數(shù)。單擊New按鈕選擇輸出（out）信號(hào)除以輸入信號(hào)（in），再單擊Create得到放大倍數(shù)曲線?？梢钥闯鲋蓄l放大倍數(shù)為97.5，同時(shí)移動(dòng)標(biāo)尺可以找到放大倍數(shù)曲線的0.707倍數(shù)點(diǎn)，求出上下限頻率和通頻帶。

（2）共發(fā)射極放大電路。點(diǎn)擊共發(fā)射放大電路仿真的Transient Analysis標(biāo)簽，可以看出：當(dāng)Rw為不同值，也就是靜態(tài)工作點(diǎn)不同時(shí)，具有不同的輸出波形。其中in為輸入頻率lkHz、幅值l00mA的正弦信號(hào)，out為放大后輸出波形，輸入與輸出波形反相。對(duì)照靜態(tài)工作點(diǎn)，當(dāng)Rw=0.03×l00kΩ靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置太高時(shí)，三極管處于飽和狀態(tài)，輸出波形出現(xiàn)失真；當(dāng)Rw=0.8×100kΩ靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置太低時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出波形也出現(xiàn)失真；當(dāng)Rw0.1×100kΩ靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置合適時(shí)，輸出波形為正常的正弦波形，可以比較準(zhǔn)確讀出輸出電壓值，得出電壓放大倍數(shù)Au≈13，這和理論值十分接近。通過比較學(xué)生可以直觀地看出只有選擇合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，才能使三極管正常工作，從而得到準(zhǔn)確的放大信號(hào)。

（3）數(shù)字電路。用Protel 99SE繪制用74LS160構(gòu)成的六進(jìn)制計(jì)數(shù)器電路，輸入時(shí)鐘脈沖頻率為lkHz、幅值為5V，進(jìn)行仿真分析設(shè)置，把時(shí)鐘脈沖輸出端co及74LS160的輸出放在有效信號(hào)列表中，按下Run analyses即可顯示各個(gè)波形。從仿真分析中可看出，在011變?yōu)?00時(shí)74LS160復(fù)位了，此電路顯然不能實(shí)現(xiàn)六進(jìn)制計(jì)數(shù)，問題可能是計(jì)數(shù)輸出在011變?yōu)?00的那一瞬間Q3和Q2都為l，產(chǎn)生了一個(gè)低電平的毛刺，導(dǎo)致74LS160不在正確的時(shí)候復(fù)位。對(duì)這個(gè)電路進(jìn)行修改，在74LS160的Q3輸出端到74LS00的輸入端之間加上兩個(gè)非門74LS04作為緩沖，然后再仿真分析，問題就迎刃而解了。

結(jié)束語：實(shí)踐證明，將Protel 99SE電路仿真引入到電子教學(xué)中，具有很高的實(shí)用價(jià)值。不僅可以使學(xué)生熟練掌握各種儀器的使用和電路參數(shù)測(cè)試的方法等實(shí)用技能，也可以避免元件和儀器的損壞。另外，還可以利用電路仿真不受實(shí)驗(yàn)設(shè)備條件限制的優(yōu)勢(shì)，開展更多的設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn)，使電子課堂更加生動(dòng)有趣。

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（河南省汝州高級(jí)技工學(xué)校）