宋瑾　蘇州大學(xué)文正學(xué)院蘇州　215104

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Altium Designer的仿真技術(shù)在《模擬電路》課程中的應(yīng)用

宋瑾蘇州大學(xué)文正學(xué)院蘇州215104

【文章摘要】

Altium Designer軟件是高校普遍學(xué)習(xí)應(yīng)用的一個(gè)軟件，將它的仿真技術(shù)與《模擬電路》的教學(xué)結(jié)合起來(lái)，既可以提高學(xué)生分析理論問(wèn)題的興趣，又可以加強(qiáng)學(xué)生對(duì)實(shí)際問(wèn)題的掌控，還可以促使學(xué)生更好的使用軟件。本文以《模擬電路》課程中的實(shí)例講述了結(jié)合仿真技術(shù)教學(xué)的優(yōu)勢(shì)。

【關(guān)鍵詞】

Altium Designer；仿真；模擬電路

0　引言

《模擬電路》這門課程是電類相關(guān)專業(yè)本科生在電子技術(shù)方面的一門必修基礎(chǔ)課程，它知識(shí)點(diǎn)多，有很強(qiáng)的理論性;它應(yīng)用范圍廣，有很強(qiáng)的實(shí)踐性，在本科教學(xué)中起著重要的作用。然而這門課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)同樣的不容易，教師難于講解如此眾多且繁雜的知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生難于接受抽象且枯燥的理論分析。多年來(lái)，很多高校致力于進(jìn)行《模擬電路》課程的教學(xué)改革，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)電路進(jìn)行分析、設(shè)計(jì)和調(diào)試已成為當(dāng)今高校輔助教學(xué)的一種趨勢(shì)。在講解具體電路時(shí)，把書本上的電路用仿真軟件繪制出來(lái)，參數(shù)計(jì)算的抽象結(jié)果用仿真軟件得出實(shí)際的波形，波形還能隨著參數(shù)的改變而改變，直觀得看出變化和趨勢(shì)，比光有計(jì)算數(shù)據(jù)清楚易懂得多了，大大提高了教學(xué)和學(xué)習(xí)的效率。

1　Altium Designer簡(jiǎn)介

Altium Designer系統(tǒng)是Altium公司于2006年年初推出的一種電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Designer Automation,EDA）設(shè)計(jì)軟件。其前身Protel系列軟件是我國(guó)使用最早的電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化軟件，Altium Designer作為新一代的板卡級(jí)設(shè)計(jì)軟件，是業(yè)界首例將設(shè)計(jì)流程、集成化PCB設(shè)計(jì)、可編程FPGA設(shè)計(jì)和基于處理器設(shè)計(jì)的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，具有將設(shè)計(jì)方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K產(chǎn)品所需的全部功能。

Altium Designer將原理圖編輯、PCB的繪制及打印等功能有機(jī)地結(jié)合在一起，形成了一個(gè)集成的開發(fā)環(huán)境，能最大限度的完成客戶的設(shè)計(jì)要求，最終生成PCB文件直接應(yīng)用到印制電路板的生產(chǎn)中。

Altium Designer強(qiáng)大的PCB設(shè)計(jì)功能總所周知，然而它也擁有混合電路仿真工具，在電路原理圖設(shè)計(jì)階段實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)模混合信號(hào)電路的功能設(shè)計(jì)仿真，既解決了測(cè)試分析、節(jié)約成本等問(wèn)題，又由于其一體化的設(shè)計(jì)環(huán)境，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)流程，避免來(lái)回切換軟件重復(fù)操作。Altium Designer在繪制原理圖時(shí)選用帶有仿真模型的元器件，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)?；旌闲盘?hào)電路的功能進(jìn)行仿真分析，從而實(shí)現(xiàn)原理圖、仿真、PCB設(shè)計(jì)一條龍?jiān)O(shè)計(jì)。

將Altium Designer的仿真技術(shù)應(yīng)用到《模擬電路》課程的教學(xué)中，既可以形象化電路的教學(xué)內(nèi)容，又可以為后續(xù)電路設(shè)計(jì)相關(guān)課程做個(gè)鋪墊。本文以《模擬電路》教學(xué)中的具體內(nèi)容為例，詳細(xì)說(shuō)明Atlium Designer軟件的仿真技術(shù)在其中的應(yīng)用。

2　Altium Designer仿真技術(shù)的應(yīng)用

《模擬電路》課程中單管共射放大電路是構(gòu)成其他模擬電路的基本單元，把它理解清楚分析透徹有助于對(duì)后面復(fù)雜電路的學(xué)習(xí)。然而光在紙上畫圖，用數(shù)學(xué)公式計(jì)算得出抽象的數(shù)據(jù)，學(xué)生只能強(qiáng)記，沒有感性的認(rèn)識(shí)，就不能深刻的理解。借助于Altium Designer的仿真技術(shù)我們可以讓電路動(dòng)起來(lái)，讓數(shù)據(jù)活起來(lái)，達(dá)到事半功倍的效果。電路如圖1所示。

圖1　單管共射放大電路

2.1靜態(tài)分析

在雙極結(jié)型晶體管所組成的放大電路中，設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)是必不可少的，我們通常需要進(jìn)行靜態(tài)工作點(diǎn)的計(jì)算，分析靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置是否合理，是否穩(wěn)定。運(yùn)用Altium Designer的仿真技術(shù)，選用靜態(tài)工作點(diǎn)分析（Operating Point Analysis），可以得出靜態(tài)工作點(diǎn)如圖2所示。

根據(jù)電路，理論計(jì)算為：

測(cè)量值與理論值基本相符。

圖2　靜態(tài)工作點(diǎn)分析結(jié)果

2.2動(dòng)態(tài)分析

衡量放大器性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一是放大倍數(shù)（增益）。運(yùn)用Atlium Designer仿真技術(shù)中的瞬態(tài)分析（Transient Analysis）即可以測(cè)試放大電路的輸入輸出波形，功能類似于示波器，從而得出增益，如圖3所示，輸入信號(hào)vin的峰值為9.9627mv，輸出信號(hào)vout的峰值為188.57mv，增益即為18.9。

圖3　瞬態(tài)分析結(jié)果

與測(cè)試基本相符。

圖4　有無(wú)C3時(shí)的仿真結(jié)果

Altium Designer仿真技術(shù)中的參數(shù)掃描分析（Parameter Sweep）可以現(xiàn)場(chǎng)修改電路中的一個(gè)或兩個(gè)參數(shù)，給出相應(yīng)的結(jié)果，有助于判斷器件的作用和參數(shù)的確定。例如修改R5的參數(shù)，掃描從10Ω至100Ω，步長(zhǎng)為10Ω，同時(shí)觀察它的輸出波形如圖5所示。隨著R5數(shù)值的增大，輸出波形的幅值逐漸減小，即增益將越來(lái)越小。R4旁有旁路電容，若修改R4的參數(shù)，掃描從200Ω至1.5KΩ，步長(zhǎng)為100Ω，觀察輸出波形意義不大，我們可以觀察靜態(tài)工作點(diǎn)Vc的電位，得出圖6的結(jié)論。根據(jù)結(jié)論選擇R4為1KΩ比較合適。

圖5　改變R5參數(shù)的結(jié)果

圖6　改變R4參數(shù)的結(jié)果

3　教學(xué)效果及評(píng)價(jià)

在《模擬電路》教學(xué)中借助仿真技術(shù)，使教學(xué)達(dá)到事半功倍的效果。這樣不僅增加了課堂的效率，還提高了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。熱情甚至還延伸至課堂外，有些學(xué)生有興趣自己動(dòng)手仿真，對(duì)難以理解的東西可以自己琢磨，教學(xué)質(zhì)量大大提高。

4　結(jié)論

本文介紹了Altium Designer的仿真技術(shù)與《模擬電路》相結(jié)合進(jìn)行教學(xué)，以具體實(shí)例運(yùn)用軟件中提供的豐富的仿真模型搭建電路，采用軟件中多樣的仿真分析方式模擬各種實(shí)際現(xiàn)象，幫助學(xué)生理解，增強(qiáng)了教學(xué)效果。

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