王 劍,朱 濤,李 冬

Protel 99SE電路仿真在電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用

王 劍,朱 濤,李 冬

(周口師范學(xué)院物理與電子工程系,河南周口466001)

闡述了Protel 99SE電路仿真的特點(diǎn),舉例說(shuō)明Protel 99SE電路仿真的實(shí)現(xiàn)過(guò)程和在電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用.

Protel 99SE;電路仿真;實(shí)驗(yàn)教學(xué)

在高校電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)過(guò)程中,電路的連接、調(diào)試等環(huán)節(jié)是實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)的難點(diǎn)和重點(diǎn),如果學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的理解有偏差,在實(shí)際操作過(guò)程中極容易損壞元器件.另外,實(shí)驗(yàn)室設(shè)備及性能的局限性也限制了實(shí)驗(yàn)開(kāi)展的范圍.如果將Protel 99SE電路仿真引入到實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,利用計(jì)算機(jī)先期進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn),不僅可以節(jié)約時(shí)間,使學(xué)生熟練掌握各種儀器基本功能和電路參數(shù)的測(cè)試方法,也可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(kāi)展更多的設(shè)計(jì)類實(shí)驗(yàn),增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新能力的培養(yǎng).

1 Protel 99SE仿真的特點(diǎn)

1.1 強(qiáng)大的分析功能

Protel 99SE中的仿真組件Advanced SIM99是一個(gè)功能強(qiáng)大、支持模擬數(shù)字混合信號(hào)仿真的電路仿真器,能提供連續(xù)的模擬信號(hào)和離散的數(shù)字信號(hào)仿真,用戶可以分析電路各方面的性能. Protel 99SE所支持的仿真類型有靜態(tài)工作點(diǎn)分析(Operating Point)、直流掃描分析(DC Sweep)、溫度掃描分析(Temperature Sweep)、參數(shù)掃描分析(Parameter Sweep)、傳輸函數(shù)分析(Transfer Function)、瞬態(tài)分析(Transient)、傅里葉分析(Fourier)、交流小信號(hào)分析(AC Small Signal)、噪聲分析(Noise)、蒙特·卡羅分析(Monte Carlo)等[1].

1.2 龐大的仿真模型庫(kù)

作為一款優(yōu)秀的EDA軟件,Protel 99SE提供了20多個(gè)模擬和數(shù)字器件仿真元件庫(kù),在Design Explorer 99SEackslash Libraryackslash Sch路徑下的仿真庫(kù)Sim.ddb中,共包含5 800多個(gè)常用的元器件.這些器件庫(kù)囊括了常用的電阻、電容、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.同時(shí)Protel 99SE還提供了一個(gè)開(kāi)放的庫(kù)維護(hù)環(huán)境,用戶可以方便地修改原有器件模型或創(chuàng)建新器件模型.

1.3 豐富的仿真信號(hào)源

Protel 99SE提供了豐富的信號(hào)源,其中包括基本信號(hào)源、直流源 (VSRC/ISRC)、正弦源(VSIN/ISIN)、脈沖源(VEXP/IPULSE)、指數(shù)源(VEXP/IEXP)、單頻調(diào)頻源(VPWL/IPWL)、分段線性源(VSFFM/ISFFM);同時(shí)還提供了齊備的線性和非線性受控源,這些受控源包括多項(xiàng)式電壓源(BVSRC)、多項(xiàng)式電流源(BISRC)、電壓控制電壓源(ESRC)、電壓控制電流源(GSRC)、電流控制電壓源(HSRC)等.

2 Protel 99SE仿真的實(shí)現(xiàn)(以整流穩(wěn)壓電路為例)

2.1 Protel 99SE電路仿真的基本步驟

Protel 99SE電路仿真的基本流程如圖1所示.值得注意的是,繪制原理圖后必須執(zhí)行電氣法則測(cè)試(ERC)和加入信號(hào)源.

2.2 整流穩(wěn)壓電路原理圖及仿真參數(shù)設(shè)置

圖2所示為一整流穩(wěn)壓電路原理圖,在此實(shí)例中,一正弦波信號(hào)經(jīng)過(guò)10∶1的變壓器變壓、全波整流橋的整流以及電容濾波等一系列的變化后,得到一個(gè)相當(dāng)穩(wěn)定的低壓直流信號(hào).該電路中定義了一個(gè)有效值為125 V,頻率為50 Hz的正弦波激勵(lì)源.同時(shí),在需要顯示波形的幾處添加了IN,A,B, OU T四個(gè)網(wǎng)絡(luò)標(biāo)號(hào),用于顯示輸入波形、輸出波形和過(guò)程波形.

Protel 99SE仿真設(shè)置視具體的電路而定,在此例中,采用如圖3所示的仿真設(shè)置項(xiàng)對(duì)電路進(jìn)行瞬態(tài)分析(Transient)[2].

2.3 整流穩(wěn)壓電路仿真結(jié)果輸出

電路仿真結(jié)果分別以“.Nsx”和“.Sdf”的文件形式輸出.其中,“.Nsx”文件以原理圖的 SPICE模式表示,設(shè)計(jì)者可借助該文件更好地了解源文件;“.Sdf”為輸出波形的顯示,通過(guò)波形編輯器將“.Sdf”文件顯示為一系列的輸入、輸出、過(guò)程波形.

圖3 整流穩(wěn)壓電路的仿真設(shè)置

整流穩(wěn)壓電路仿真運(yùn)行后可以在波形編輯器中看到輸入波形為20 ms,幅值為170 V的正弦波信號(hào)(節(jié)點(diǎn)IN的波形,圖4所示),經(jīng)過(guò)變壓后得到節(jié)點(diǎn)A處的信號(hào)波形(圖5所示),經(jīng)過(guò)全波整流后得到節(jié)點(diǎn)B處的信號(hào)波形(圖6所示),經(jīng)過(guò)穩(wěn)壓等環(huán)節(jié)得到輸出波形(節(jié)點(diǎn)OU T處的信號(hào)波形,圖7所示)的一系列變化.波形編輯器也可實(shí)現(xiàn)多波形顯示,設(shè)計(jì)者可將選擇的波形顯示在同一窗口,如圖8所示,這便于信號(hào)間的比較.

圖8 輸入、輸出和過(guò)程波形多波形顯示

通過(guò)上例可以看出,Protel 99SE仿真提供了電路仿真波形編輯器,可以對(duì)仿真結(jié)果進(jìn)行觀察和分析,能夠讓學(xué)生通過(guò)仿真結(jié)果來(lái)判斷電路圖設(shè)計(jì)是否合理,從而指導(dǎo)電路的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證.

3 結(jié)束語(yǔ)

Protel 99SE仿真的引入,對(duì)于電子實(shí)驗(yàn)教學(xué)的作用顯而易見(jiàn),學(xué)生在實(shí)驗(yàn)前進(jìn)行仿真操作,獲得電路的輸出結(jié)果和各種波形,通過(guò)對(duì)這些結(jié)果的分析,就可得知電路的功能和技術(shù)指標(biāo),既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又能在實(shí)際操作中做到有的放矢.應(yīng)當(dāng)指出的是,電路仿真與實(shí)際電路非理想模型必然存在差異,電路仿真只能起到輔助作用,絕對(duì)替代不了實(shí)際操作,兩者只有相輔相成,相互結(jié)合,才能達(dá)到最佳的教學(xué)效果.

[1]王廷才.電子線路CAD Protel99使用指南[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2003:344-346.

[2]趙晶.Protel99高級(jí)應(yīng)用[M].北京:人民郵電出版社, 2002:428-433.

The application of Protel 99SE circuit emulation in electronic circuit experiment teaching

WANGJian,ZHU Tao,LI Dong
(Department of Physics and Electronic Engineering,Zhoukou Normal University,Zhoukou 466001,China)

This paper expounded the characters of Protel 99SE circuit emulation,and illustrated the process of using Protel 99SE circuit emulation and application of Protel 99SE circuit emulation in the electronic circuit experiment teaching with examples.

Protel 99SE;circuit emulation;experiment teaching

O411

A

1671-9476(2010)05-0062-03

2010-04-24

王 劍(1975-),男,河南商水人,助教,研究方向:理論物理.