Proteus軟件在模擬電子技術(shù)課程中的應(yīng)用

李 娜，周成虎

（河南工程學(xué)院 電氣信息工程學(xué)院，河南 鄭州 451191）

《模擬電子技術(shù)》是一門綜合性、實踐性很強的課程，因其難學(xué)而被稱為魔鬼電路.其知識量大，知識系統(tǒng)龐雜，原理分析困難，參數(shù)計算難度高，令許多學(xué)生望而生畏.為有效解決這一問題，本文以單管共射放大電路為例，介紹Proteus仿真軟件在模擬電子技術(shù)課程中的應(yīng)用，使學(xué)生加深對電路的理解和應(yīng)用，充分調(diào)動學(xué)生的積極性，達(dá)到良好的課堂教學(xué)效果.

本課程采用Proteus仿真軟件的原因有兩個：（1）后續(xù)課程《單片機原理及應(yīng)用》采用的也是Proteus仿真軟件，這樣可以保證軟件使用的一體化，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)效率，（2）Proteus仿真軟件的可視化界面比較好.

1 Proteus簡介

Proteus 軟件是世界上著名的EDA 工具(仿真軟件)，來自英國的Labcenter公司.Proteus分為ISIS（智能原理圖輸入系統(tǒng)）和ARES（高級布線編輯軟件）兩大應(yīng)用程序.ISIS中主要進(jìn)行原理圖設(shè)計和原理圖的調(diào)試，而ARES 中則進(jìn)行PCB設(shè)計、3D 模型預(yù)覽和生成制板文件.Proteus具有千種模擬和數(shù)字器件模型，多種虛擬儀器和測量工具，其開發(fā)環(huán)境如同一個綜合性電子技術(shù)實驗室.在此虛擬實驗平臺下就可實現(xiàn)無任何目標(biāo)原型下的系統(tǒng)測試、調(diào)試和驗證.

2 Proteus應(yīng)用實例

在此以單管共射放大電路為例，研究Proteus仿真軟件在模擬電子技術(shù)課程中的應(yīng)用.

圖1 單管共射放大電路

圖1為單管共射放大電路，其中VCC：提供能量，通過直流通路提供合適 Q點；C1、C2：隔直耦合電容；RB1、RB2稱為基極偏置電阻，和RE一起提供合適的偏置電流，調(diào)節(jié)RB1可以調(diào)節(jié)Q點，依靠RE穩(wěn)定Q點；RC為集電極直流負(fù)載電阻，將 △iC→△DuC，實現(xiàn)電壓放大；CE：交流旁路電容，消除 RE對電壓放大倍數(shù)的影響.

2.1 靜態(tài)工作點分析

把信號發(fā)生器的頻率調(diào)為1kHz，幅值盡可能大，反復(fù)調(diào)整圖1中Rw，直到觀察到示波器顯示的正弦波形出現(xiàn)上下頂對稱失真，減小信號幅值，波形兩頂?shù)氖д鎰偤孟?，這時靜態(tài)工作點最合適，在交流負(fù)載線的中點.保持Rw的位置不動，把信號發(fā)生器短路，直流電壓表依次接在晶體管的三個電極上進(jìn)行電位測量，如圖2所示，測得的數(shù)據(jù)如表1所示.

圖2 靜態(tài)工作點的測量

表1 單管共射放大電路靜態(tài)工作點的測量

2.2 電壓放大倍數(shù)的分析

接上信號發(fā)生器，使其輸出頻率為1kHz，有效值為10mV的一個正弦信號，接上示波器和交流毫伏表，斷開K1使放大電路空載，在Proteus中運行仿真.輸入與輸出波形如圖3所示，由圖可見輸入和輸出波形反相.各電表讀數(shù)如圖4所示.可算出源電壓放大倍數(shù)和電壓放大倍數(shù)分別為：

圖3 輸入與輸出波形

圖4 空載時電壓放大倍數(shù)的測量

合上開關(guān)K1加上負(fù)載，再次測量輸出電壓并計算源電壓放大倍數(shù)和電壓放大倍數(shù)分別為：

2.3 輸入、輸出電阻的分析

放大電路的交流通路可等效為一個二端口網(wǎng)絡(luò)，如圖5所示.放大電路的輸入端對信號源而言等效為輸入電阻Ri，輸出端對負(fù)載而言等效為一個帶內(nèi)阻的電壓源，其中電壓源的電壓等于放大電路空載時的輸出電壓Uo’，內(nèi)阻就是放大電路的輸出電阻Ro.因此，根據(jù)輸入回路計算出前面測出Ui=3.6mV，Us=9.9mV，又已知Rs=5.1k，帶入上式解得Ri=2.9k.

圖5 輸入、輸出電阻測量原理圖

2.4 通頻帶的分析

測量單管共射放大電路通頻帶的方法是，在放大電路輸入端先加一個小信號，頻率為1kHz，微調(diào)輸入信號的幅值，同時調(diào)整示波器的垂直增益，使輸出波形正好占據(jù)10格，如圖6所示.

圖6 中段頻率輸出波形的幅度

保持輸入電壓幅值不變，減小其頻率，直到輸出波形所占的格減為7格，如圖7所示，這時讀信號發(fā)生器的頻率為100Hz，即放大電路的下限頻率.同理，讀出上限頻率為145k，此放大電路的通頻帶約為145k.

圖7 截止頻率時輸出波形的幅度

該電路保持輸入電壓幅值不變，改變其輸入頻率，使其輸出電壓的幅值由原來的10格減小到7格時，即上、下限頻率所對應(yīng)的幅值，就測出了上、下限頻率和通頻帶.

3 結(jié)束語

由上述實例可見，利用Proteus仿真軟件使復(fù)雜電路的分析過程變得直觀易懂，可幫助學(xué)生更加深刻和全面地理解模擬電路的概念和原理，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.

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