Proteus軟件在基本放大電路分析中的應(yīng)用

宋向前　王健　趙振江　王臨茹

摘要：針對電子技術(shù)中基本放大電路枯燥難懂、實驗不方便、不易理解等問題，引入了Proteus仿真軟件對電路進行分析。Proteus仿真軟件克服了實驗條件、實驗時空的限制、仿真效果好，有助于對放大電路的分析與理解。

關(guān)鍵詞：放大電路；電子技術(shù)；Proteus

中圖分類號：TP391 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2018）27-0225-03

Application of Proteus Software in Amplifying Circuit Analysis

SONG Xiang-qian， WANG Jian， ZHAO Zhen-jiang， WANG Lin-ru

（School of Marine and Eletromechanial Engineering， Taizhou University， Taizhou 225300， China）

Abstract： In view of the fact that the basic amplifier circuit in electronic technology is hard to understand， inconvenient to experiment and difficult to understand， the Proteus simulation software is introduced to analyze the circuit. The Proteus simulation software overcomes the limitations of experimental conditions， experimental time and space， and the simulation effect is good， which helps to analyze and understand the amplification circuit.

Key words：Amplifying circuit； electronic technology；Proteus

電子技術(shù)是很多工科專業(yè)的專業(yè)基礎(chǔ)，因此掌握好電子技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容非常重要。但電子技術(shù)特別是模擬電子技術(shù)的內(nèi)容均比較難教難學(xué)，這就要求將電子技術(shù)實驗引入課堂，幫助學(xué)生直觀生動地理解所學(xué)的內(nèi)容。但傳統(tǒng)的實驗箱實驗并不適合在課堂教學(xué)中使用，因此采用電子電路仿真軟件代替真實實驗箱就非常有必要。另外，學(xué)生在課外接觸真實儀器儀表的機會比較少，在做真實實驗前往往需要花費大量時間進行實驗介紹，導(dǎo)致實驗時間減少，實驗效果大打折扣[1]。為此，在實驗之前布置學(xué)生使用仿真軟件進行仿真實驗，再到實驗室實施真實的實驗，就能做到心中有數(shù)、目的明確，有利于增強實驗的效果[2]。本文以基本放大電路的分析為例說明Proteus軟件的典型應(yīng)用。

1 Proteus軟件

Proteus軟件是電路分析與實物仿真軟件，可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，實現(xiàn)了單電路組成的系統(tǒng)仿真功能。當(dāng)電路連接完成無誤后，直接運行仿真按鈕，即可實現(xiàn)聲、光、動等單片機仿真和SPICE電路仿真的結(jié)合，具有仿真逼真的效果，以檢驗電路硬件及軟件設(shè)計的對錯，非常直觀。Proteus實現(xiàn)了從原理圖設(shè)計到PCB設(shè)計，再到電路板完整的流程?？梢?，整個電路從設(shè)計到實際電路制作完成，通過Proteus一款軟件即可完美實現(xiàn)。并且，它的仿真結(jié)果與實際誤差很小，縮短了設(shè)計周期，降低了生產(chǎn)成本，提高了設(shè)計成功率。

由于Proteus軟件優(yōu)秀的綜合功能，也為了與后續(xù)課程《單片機原理》有效銜接，在電子技術(shù)課堂教學(xué)中引入該軟件進行演示教學(xué)和實驗教學(xué)，將枯燥的電路分析變得生動直觀，提高課堂教學(xué)效果[3]。同時，也布置課后作業(yè)，要求學(xué)生完成電路的繪制和分析，得到實驗數(shù)據(jù)和分析結(jié)果，有效鞏固和加深對理論知識的理解。

2 仿真放大電路分析

圖1所示電路為分壓式偏置共發(fā)射極放大電路，可以根據(jù)溫度的變化自動調(diào)節(jié)基極電流IB ，以削弱溫度對集電極電流IC 的影響，使靜態(tài)工作點基本穩(wěn)定。仿真電路中將相應(yīng)的電流表和電壓表接入，方便測量靜態(tài)工作點和輸入、輸出交流信號有效值。此外，接入了一臺四通道的示波器，A通道接入輸入信號、B通道接入輸出信號。

在模擬電子中，示波器是必不可少的測量儀表，作為初學(xué)者要熟練使用示波器需要更多的實踐操作，如圖2所示的Proteus示波器界面非常具有立體感、與真實的示波器操作基本相同，有利于示波器的教學(xué)、方便學(xué)生盡快掌握示波器的使用。

為了理解放大電路的電壓放大作用，首先要對其進行靜態(tài)分析和動態(tài)分析。由于仿真軟件的仿真效果極為接近實際情況，運行仿真軟件的過程就相當(dāng)于將電子電路實驗搬入課堂，能有效地吸引學(xué)生的注意力、提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣、有助于學(xué)生理解放大電路的靜態(tài)分析和動態(tài)分析的內(nèi)涵。設(shè)定信號源的幅值為5 mV，頻率f為1000 Hz，調(diào)節(jié)RV1電阻，改變基極B的靜態(tài)電位VB，從而改變靜態(tài)工作點及輸出信號，經(jīng)過測量得到數(shù)據(jù)如表1所示。由表1可知，三極管的電流放大倍數(shù) β 約為100。

2.1 放大電路三極管輸入特性分析

通過表1中的數(shù)據(jù)，將三極管的靜態(tài)輸入電壓UBE和基極電流IB的數(shù)據(jù)繪制出如圖3所示關(guān)系曲線圖。從圖3可以看出，三極管的輸入特性曲線與二極管極為相似，UBE在0.77V之前，IB非常小；UBE在0.77V之后，IB的增長非?？欤渑cUBE的關(guān)系呈現(xiàn)出一條很陡的近擬直線。

2.2 靜態(tài)值對輸出信號的影響

通過表1中的數(shù)據(jù)，還可以將三極管的靜態(tài)輸入電壓UBE和輸出信號有效值UO的數(shù)據(jù)繪制出如圖4所示關(guān)系曲線圖，從圖中可以看出，UBE在0.69V之前，放大電路幾乎不放大，輸出信號UO非常小；UBE在0.69V之后，UO的增越來越快；但當(dāng)UBE在約0.784V之后，輸出信號UO下降非常快。通過查看示波器中輸出信號的波形圖可以發(fā)現(xiàn)，UBE在約0.784V之前的波形圖不失真，正常波形圖如圖5左圖所示；而在UBE為0.787V時的輸出信號波形圖如圖5右圖所示，波形出現(xiàn)了下半周期被削平的現(xiàn)象，即飽和失真。此時輸入信號有效值為3.54mV，輸出信號有效約UO為462mV，放大倍數(shù)Au值的大小約為130，放大倍數(shù)下降了。

可見，電路仿真得到的電壓放大倍數(shù)與理論估算得到的電壓放大倍數(shù)非常接近，也進一步驗證了理論估算公式及估算法的可行性。

2.3 信號頻率對輸出信號的影響

將頻率f改為100Hz時，可以發(fā)現(xiàn)放大倍數(shù)明顯下降了，并且輸出信號與輸入信號的相位差不再是典型的反相關(guān)系，如圖6所示。這說明由于頻率下降導(dǎo)致電容的容抗變大了，電容一方面對信號有衰減作用，一方面有改變信號相位的作用。通過實驗可知，如果放大信號的頻率太低，用估算公式估算出來放大倍數(shù)會出現(xiàn)較大的誤差。輸入信號頻率f與輸出信號有效值UO的對應(yīng)關(guān)系如表2所示，頻率越低，放大倍數(shù)越低。進一步得到的曲線圖如圖7所示，可見兩者的關(guān)系呈現(xiàn)出指數(shù)規(guī)律這一結(jié)論在教材以及課堂教學(xué)中通常不提及，通過實驗把這一現(xiàn)象直觀清晰地展現(xiàn)出來，引起學(xué)生們的進一步思考。實際上當(dāng)頻率大到一定程度時輸出信號又會呈現(xiàn)下降的趨勢，但仿真軟件在一般計算機上仿真時不容易成功。

3 結(jié)論

Proteus軟件是電路分析與實物仿真軟件，可以仿真、分析各種模擬器件和集成電路，實現(xiàn)單電路組成的系統(tǒng)仿真功能。模擬電子技術(shù)的內(nèi)容均比較難教難學(xué)，在課堂教學(xué)中引入仿真軟件進行演示教學(xué)和實驗教學(xué)，將枯燥的電路分析變得生動直觀，提高課堂教學(xué)效果。在電子技術(shù)課后學(xué)生自行完成仿真實驗，有助于鞏固和加深對理論知識的理解。在實驗之前布置學(xué)生使用仿真軟件進行仿真實驗，再到實驗室實施真實的實驗，就能做到心中有數(shù)、目的明確，有利于增強實驗的效果。

參考文獻：

[1] 朱高峰，張艷蕾.Proteus仿真軟件在電子實驗教學(xué)中的應(yīng)用[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2018（4）：5-6.

[2] 汪嵐.基于Proteus 仿真的《模擬電子技術(shù)》實驗教學(xué)新方法[J].荊楚理工學(xué)院學(xué)報，2015（6）：14-15.

[3] 宋國杰.基于Proteus 的模擬電子技術(shù)課程仿真教學(xué)[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2016（5）：108-110.

[通聯(lián)編輯：王力]