proteus仿真軟件在模擬電路教學(xué)中的應(yīng)用

摘 要：本文提出采用proteus軟件來仿真分析模擬電路課程中的電路，并結(jié)合具體的電路實(shí)例，闡述proteus軟件從設(shè)計到仿真的基本步驟和應(yīng)用，希望將學(xué)習(xí)者從模擬電路課程教學(xué)中枯燥的學(xué)習(xí)和繁雜的實(shí)驗(yàn)中解放出來。

關(guān)鍵詞：proteus仿真；模擬電路；實(shí)驗(yàn)仿真；單管放大電路

中圖分類號：G642 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

Proteus仿真軟件是著名的EDA工具，它不僅具有模擬電路、數(shù)字電路、數(shù)/?；旌想娐返脑O(shè)計仿真平臺，還提供了功能強(qiáng)大的單片機(jī)和嵌入式系統(tǒng)仿真平臺；軟件不僅自帶了各種畫面逼真的虛擬儀器，還可進(jìn)行簡單的PCB板電路設(shè)計。選擇該軟件進(jìn)行模擬電路的仿真實(shí)驗(yàn)具有較強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)意義。

眾所周知，模擬電路在電類專業(yè)基礎(chǔ)課程中占據(jù)極其重要的地位，但因概念及理論較為抽象，較難于掌握。而課程中諸如基本放大電路、反饋電路、運(yùn)放電路和振蕩電路等經(jīng)典電路的分析與計算均需要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證，若采用傳統(tǒng)的方法在實(shí)驗(yàn)室通過搭接電路和連接儀器設(shè)備的方法來完成，不僅效率低下還有可能因人為因素導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)出錯得出錯誤結(jié)果。若采用proteus軟件進(jìn)行虛擬仿真，設(shè)計者可迅速得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，并能根據(jù)設(shè)計者需要隨意改變電路連接和元件參數(shù)，以獲得不同的驗(yàn)證效果。若將其運(yùn)用在課堂教學(xué)中進(jìn)行現(xiàn)場模擬仿真，將獲得良好的教學(xué)效果。

1 用Proteus進(jìn)行電路設(shè)計與仿真

1.1電原理圖繪制與設(shè)計

在進(jìn)行電路仿真之前，先要將需要仿真的電路圖用Proteus繪出。Proteus提供了豐富的元件庫可供使用者選擇，在此我們以單管放大電路的電原理圖的繪制與仿真為例進(jìn)行講解。首先用鼠標(biāo)左鍵單擊繪圖工具欄中的按鈕，在彈出的的窗口中，單擊字母“P”模樣的按鈕，并在右側(cè)的窗口中輸入需要查找元件的關(guān)鍵詞，選擇好后直接單擊“OK”即可將元件添加到左側(cè)對象選擇窗口中。按照同樣的方法將電路中所有的元件添加到編輯區(qū)后，采用合理的布局方式，并通過點(diǎn)擊鼠標(biāo)左鍵來連接電路中的各個元件，連接好的電路的各個部分。為了便于在后面的仿真實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行分析，最好將電路中的關(guān)鍵點(diǎn)固定電阻改為可調(diào)電阻，比如將基極偏置電阻設(shè)置為可調(diào)式，這樣，當(dāng)我們要分析偏置電阻對靜態(tài)工作點(diǎn)的影響時，就可通過調(diào)節(jié)可調(diào)電阻值來觀察其波形輸出和失真變化情況。此外，Proteus還提供了多達(dá)十余種的信號激勵源，并可對信號激勵源的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，以滿足用戶的設(shè)計仿真要求。

1.2電路仿真

1.2.1 虛擬儀器的選擇

Proteus為使用者提供了多種虛擬儀器，單擊工具箱中的虛擬儀器按鈕，即可調(diào)出虛擬儀器的列表，如圖所示。這些虛擬儀器的面板與普通常用的儀器實(shí)物的面板沒有太大區(qū)別，按照通常的使用方法操作就可以了。在本例中我們選擇虛擬示波器來觀察集電極輸出端的波形變化。單擊示波器按鈕將其放置到圖中合適位置，該示波器提供有“A、B、C、D”四個通道，能同時觀察4路信號的波形。選擇其中的“A、B”通道連接到電路的信號輸入輸出端。此外，Proteus還提供了電壓和電流探針，用鼠標(biāo)左鍵點(diǎn)擊圖中的和按鈕，將其放置在需要測量的節(jié)點(diǎn)上，即可方便的監(jiān)測電路中任何節(jié)點(diǎn)中的電壓和電流數(shù)值變化情況。

1.2.2 仿真運(yùn)行及虛擬儀器設(shè)置

放置好虛擬儀器后就可以直接進(jìn)行仿真運(yùn)行了，點(diǎn)擊界面左下角的按鈕，就可以看到示波器的運(yùn)行界面了。現(xiàn)以通道A為例進(jìn)行簡單的講解，面板中的“Position”旋鈕用來調(diào)整波形的垂直位移，下面的旋鈕用來調(diào)整波形的幅度顯示比例，外面的黃色箭頭是粗調(diào)，里面的黃色小箭頭是細(xì)調(diào)，當(dāng)讀刻度時，應(yīng)把里層的箭頭順時針調(diào)到最右端。四個通道的對應(yīng)旋鈕使用方法一樣。在“Horizontal”下方的兩個旋鈕分別用來調(diào)整波形的水平位移和掃描頻率。當(dāng)用鼠標(biāo)單擊黑色的波形顯示區(qū)域后，也可以通過滾動鼠標(biāo)滑輪來調(diào)整掃描頻率，其他旋鈕可保持原位不動。可見，儀器的面板很簡潔，甚至比實(shí)際的儀器使用起來更快捷方便，同時不用擔(dān)心會出現(xiàn)儀器故障。如果儀器界面被關(guān)閉了，可通過執(zhí)行菜單命令“Debug/Reset Popup Windows”來將其打開。

1.3 分析仿真結(jié)果

將示波器面板上的相關(guān)旋鈕設(shè)置在合適的位置后，就可以觀測輸出波形了。為了合理分析單管放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置情況，形象解釋什么是飽和失真和截止失真現(xiàn)象，在仿真運(yùn)行狀態(tài)下，我們不斷調(diào)整三極管基極上偏置電阻阻值，就可以明顯觀測到輸出波形從正常的正弦波到出現(xiàn)飽和失真的整個過程。在分析計算靜態(tài)工作點(diǎn)的取值時，我們亦可通過上下調(diào)整可調(diào)電阻的阻值，并讀取當(dāng)出現(xiàn)飽和失真和截止失真時可調(diào)電阻的電阻值，可快速的計算出靜態(tài)工作點(diǎn)。可以看出，Proteus的這種動態(tài)下的現(xiàn)場分析是多么具體形象、方便快捷。

2結(jié)語

可見，將proteus仿真軟件引入教學(xué)，可以在課堂上完成從理論到電路設(shè)計再到仿真的一整套完整的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證過程。同時可以讓學(xué)生更直觀的看到電路的構(gòu)成、信號的產(chǎn)生和變化等過程。這對于培養(yǎng)學(xué)生對于抽象理論分析的形象化、把理性知識上升到感性知識、培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐動手能力和創(chuàng)新思維等綜合素質(zhì)等有著積極的作用。此外，對于學(xué)校優(yōu)化教學(xué)資源、降低教學(xué)成本，提高教學(xué)效率同樣具有積極的作用。但是需要指出的是，虛擬仿真畢竟是一種基于軟件的虛擬實(shí)驗(yàn)，其運(yùn)行環(huán)境是一種理想的、無外界環(huán)境干擾因素的環(huán)境。而在實(shí)際的環(huán)境中，我們要面對電磁干擾、線路連接、阻抗匹配甚至是儀器設(shè)備故障等諸多復(fù)雜因素，這些因素是仿真軟件不能模擬的，而怎樣去解決這些實(shí)際問題也是培養(yǎng)學(xué)生綜合素質(zhì)的重要途徑。因此，在真正的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，在完成虛擬仿真后，我們還是要通過實(shí)際的搭接電路、連接儀器儀表來最終完成電路設(shè)計的驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。

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