Protel99SE仿真在模擬電路中的應用

1 Protel99SF仿真功能特點(diǎn)

1.1 分析功能強大

Protel99SE仿真器具有9種仿真項目.包括仿真點(diǎn)分析(Operaling Point)，瞬態(tài)傅里葉分析(Transient Fourier)，交流小信號分析(AC Small Signal)，直流掃描分析(DC Sweep)，噪聲分析(Noise)，傳遞函數分析(Transfer Function)，溫度掃描分析(Temperature Sweep)，參數掃描分析(Parameter Sweep)，蒙特卡羅分折(Montel Carlo)在每種仿真分析類(lèi)型中部提供了一組參數，通過(guò)對畫(huà)框可以方便地進(jìn)行設置。

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)境不需復雜的手工輸入只需用戶(hù)點(diǎn)點(diǎn)鼠標，然后再輸入幾個(gè)與分析類(lèi)型有關(guān)的參數即可。其特點(diǎn)有：(1)無(wú)需手工編寫(xiě)電路網(wǎng)絡(luò )表文件;(2)通過(guò)對話(huà)框完成電路分析和參數設置;(3)方便直觀(guān)地觀(guān)察波形信號。

1.3 信號源的種類(lèi)豐富

信號源在電路仿真中是必不可少的。仿真之前，用戶(hù)要為設計電路加入激勵源，才能使電路工作，進(jìn)行相關(guān)的性能仿真。因此，為了得到準確的分析結果，需選用精確的信號源模型來(lái)激勵電路。Protel99SE提供了豐富的信號源，包括基本信號源、直流源、正弦源、脈沖源、指數源、單頻調頻源、分段線(xiàn)性源，同時(shí)還提供了齊備的線(xiàn)性和非線(xiàn)性受控源包括簡(jiǎn)單的線(xiàn)性或基于電壓、電流的復雜數學(xué)函數。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支持所有標準Spice模型，提供了20多個(gè)模擬和數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、單結晶體管、晶振和變壓器等分立元器件，同時(shí)還有大量的數字器件和其他集成電路器件，如74系列、CMOS系列、運算放大器、比較器和數/模轉換器等。這些常用器件可以滿(mǎn)足一般用戶(hù)的需求。

2 單管放大電路的仿真實(shí)例

2.1 交流小信號分析

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置好元器件參數，選擇正弦仿真激勵源作為輸入，設定電壓幅值(AC Magnitude)字段內容為5mV，然后執行菜單Simulate/sel up進(jìn)行仿真設置，分析方法為交流小信號分析，交流分析的起始頻率為1HZ，結束頻率為10MHZ，輸出網(wǎng)絡(luò )節點(diǎn)設為OUT，最后執行Simulate命令得到輸出結果。輸出結果如圖2所示。

求該電路的放大倍數：?jiǎn)螕鬘ew按鈕，在該窗口先選擇out信號。然后選擇除號，再在選擇in信號，單擊Create按鈕關(guān)閉該窗口，屏幕就顯示如圖3所示的放大倍數曲線(xiàn)。從圖中可以看出中頻放大倍數為97.4尋找放大倍數的0.707倍數點(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(guān)察輸入輸出波形：該項分析相當于使用多蹤示渡器來(lái)直接測量(觀(guān)察)各點(diǎn)信號的波形，在仿真軟件中利用“仿真”菜單下的“設置”命令，進(jìn)行相關(guān)設置之后選擇瞬態(tài)特性分析就能得到圖4所示的仿真結果。

由以上分析結果可以看出：當Vin=10mV時(shí)，Vout=1.25V。因此總結出輸出電壓足輸入電壓的125倍，說(shuō)明此電路對輸入信號具備放大作用;同時(shí)從波形圖中發(fā)現輸出波形與輸入波形反相，且沒(méi)有失真。

(2)觀(guān)察靜態(tài)工作點(diǎn)對輸出波形的影響：如果電路中的靜態(tài)工作點(diǎn)改變，對輸出有無(wú)影響呢?我們通過(guò)改變基極偏置電阻RB(RB=R1∥R2)來(lái)達到改變靜態(tài)工作點(diǎn)的目的。如果將電路中的R2電阻由原來(lái)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，設置好仿真參數運行后就得到如圖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)生在波形的負半周。出現失真是因為改變基極偏置電阻使靜態(tài)工作點(diǎn)進(jìn)入飽和區而引起的失真，因此上述失真稱(chēng)為“飽和”失真。

3 結束語(yǔ)

本文討論了采用Protel99SE仿真器，對模擬電子教學(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果，驗證了理論分析的正確性，說(shuō)明電子線(xiàn)路設計與仿真軟件可以在軟件環(huán)境下完成電路設計、參數的設置、調整、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)行電路設計不可或缺的工具。