电子线路设计中仿真设计软件的应用

徐宏庆

正德职业技术学院 江苏南京 211100

电子线路设计中仿真设计软件的应用

徐宏庆

正德职业技术学院 江苏南京 211100

本文通过叙述Multisim和Protel 99SE软件在电子线路设计中应用实例，阐述了这两种软件在电子线路实际设计中的意义和优势，说明了在实际教学过程中引入这两种软件的必要性。这两种软件不仅可以改善教学效果，提高实验教学效率，还有利于学生实际动手能力和创新能力的培养。

Multisim；Protel 99SE；创新能力

高等职业教育为社会生产一线培养有知识、有能力的高级、专门工作者，需要着重培养学生实际动手、操作、设计的能力，这样需要大量的硬件支撑。电子仿真系统将实际动手操作搬上了计算机，给我们搭建了实用的教学平台。在电子线路教学中，可以大大缩短教学周期，成倍的提高教学效率，减小损耗，降低教学成本，适合大规模的组织教学，提高学生的动手能力，培养了学生的创新精神。

一、软件概述

1.Multisim软件

Multisim软件是一种专门用于电路仿真和设计的EDA系统工具。它是介于电子线路理论设计和实际运作之间的有效的虚拟工作平台,功能强大：不仅仅具有电路设计的功能,还能对整个电路信号及系统进行仿真分析。还能将由它设计的电路图直接输出给目前流行的电路辅助设计软件如Protel、Orcad等用来设计电路板。该软件可以设计、仿真、演示各种电子电路,其中包括：电工电路、模拟电路、数字电路、高频电路等。可以根据需要设置各种电路故障并对其进行分析；另外有丰富的元件库和虚拟测试的仪器仪表,操作方法与实物非常相似,有利于学生的学习和仪器仪表操作技巧的熟练。

2.Protel 99SE软件

Protel 99SE软件作为当今最为流行的EDA软件,其完善的电路设计功能,深受电子线路设计人员以及电子爱好者的喜爱。2001年推出Protel 99SE—具有PDA功能的强大的EDA综合设计环境,它具有原理图设计、P C B电路板设计、层次原理图设计、报表制作、电路仿真以及逻辑器件设计等功能。其自身强大的功能,大大提高了电子线路设计的效率,成为广大电子线路设计工作者首选的计算机辅助电子线路设计软件。

二、单管放大电路设计实例分析

1.搭接电路

在Multisim运行环境下，建立如图2所示的单管放大电路，各元件参数的选择如图1所示。Multisim中电路元件有实际元件和虚拟元件之分，为了Protel软件能直接利用该电路图，注意使用实际元件。为了方便的设置静态工作点，将R1选择为可变电阻。为方便分析，可以为电路设置连接点序号，具体操作是：执行命令OptionssheetProperties在弹出的对话框中选择Circuit标签，在Net Names区中选中“Show All”，即可在建立电路时显示连接点序号。

图1

2.静态工作点调试分析

改变电路中R1的阻值可以实现电路静态工作点的调整。在Multisim中，按A键R1的值增加，按Shift+A使R1的值减小，根据自己设置的增减百分比，使阻值从0～100%变化。通过观察示波器上得到的最大不失真波形，测量出电路的最佳静态工作点。点击SimulateAnalysesDC Operating Point(仿真分析直流工作点)命令，在弹出的对话框中进行设置。在Output标签中，左边“Variables in circurt”(电路变量)下的显示框中选择需要分析的变量，并把它添加到右边“Selectde variables for”(分析所选变量)显示框中。本例中分别将R1调节到10%、40%、70%，对电路进行静态工作点分析，得出静态工作点参数（见表1）。

表1

3.交流分量的分析

从上面静态工作的参数分析可以知道，大概R1在40%的时候，静态工作点比较理想。就以此情况下的工作点做交流分析。

(1)交流分量的分析

在运行情况下，我们可以通过点击XSC1(示波器)进行参数的测量与分析。在弹出的示波器屏幕上，可以找到两个游标轴1和2。移动游标1指到A通道的波峰上；移动游标2指到B通道的波峰上，从示波器的显示可以看出，此时T1、T2分别为28.036mV和-1.934V，A通道峰值即输入电压幅值为28.036mV，B通道输出电压幅值为-1.934V，负号表示输入输出信号间的相位相差180°从而我们可以进行一下分析：第一，可以得出信号的周期(频率)为1KHz，输入与输出信号反相，可以得出该电路是反相放大电路；第二，电路的放大倍数可以直接由AU=U0/UI=69，具体如图2所示。

图2

(2)电路的频率特性分析

点击虚拟仪器频率特性分析仪如图接好，点击XBP1，在弹出的屏幕上可以看到，由于耦合电容和晶体管结电容的影响，在频率很低和很高时，电路放大倍数会按一定的规律下降，借助游标得到中频段(平坦波形处)的电压放大倍数为37.023db，此时所对应的频率为2.887KHz。再用游标分别找到低频端和高频端电压放大倍数下降到3db时所对应的频率点，分别记录下限频率51.479Hz和上限频率11.743MHz，则可以直接得到电路的通频带BW=11.743MHz～51.479Hz，（如图3所示）。

图3

4.导出网络表

以上就是完成对单管放大电路的设计和仿真，接下来可以进行电路板制作，这里我们可以选用比较流行的Protel 99SE软件。在这个方面，Multisim很好的与Protel 99SE兼容。具体操作如下：点击菜单栏上Transfer，选择Transfer to other PCB layout，弹出对话框（如图4所示）。

图4

注意保存类型的选择，在此我们选择P r o t e l PCB(*.NET)，填写文件名，存盘即可。这样就生成网络表，网络表是连接电路图与PCB板之间的桥梁。下面的任务就是根据网络表进行PCB板制作了。

5.网络表修改

首先在Protel 99SE中打开前面生成的网络表，如图5所示。在网络表中，每个中括号内的内容是各个元件的参数。第一行是元件的编号；第二行是元件的封装；第三行是元件参数值。由于生成的网络表是在Multisim 8.0中生成的，封装与Protel 99SE中的不一致，需要将其修改成Protel 99SE中适用的封装。方法是：将第二行元件封装直接修改成Protel 99SE中有的封装，然后存盘即可。

图5 生成的网络表

6.PCB制版

将修改好的网络表加载到PCB文件中去。在没有错误的情况下，元件的封装就加载到设计好的电路板中去了。然后对电路元件封装进行布局。布局完成后，对电路板的布线的层设置，具体可在Design/ rule/routing layer中设置。就本例而言，电路板比较简单，设置为单面板就可以了。还可以对电路走线规则进行设置，因项目不同而不同。一系列的设置完成后，最后布线完成即可。最终电路板PCB板图如图6所示。最后执行file/export导出PCB板文件，就可以送出去加工了。

图6 PCB文件

三、结束语

以上通过单管共射放大电路简单的实例，系统地介绍了这两种软件的使用，在电子线路课中引入这两种软件，可以提高学生学习的兴趣，增强学生的动手操作能力。在教学过程中，教师应该多找些实际案例，在实际训练中提高学生的能力。真正做到“以就业为导向，以服务为宗旨”的职业教育理念，让学生具备熟练的职业技能，在走上职业岗位之后具有可持续发展的能力，具备一定的理论基础，成为企业的操作型高技能人才。

[1]张瑾，张伟，张立宝.电路设计与制版Protel 99SE入门与提高[M].北京：人民邮电出版社，2007

[2]赵小阳，聂典. Multisim 8计算机仿真在电子电路设计中的应用[M].江苏：南京理工大学出版社，2003

[3]赵丽.Multisim技术在电子实验中的应用[J].中国教育技术装备，2008，9

[4]郭勇.EDA技术基础[M].北京：机械工业出版社，2005

[5]赵明富，李立军.EDA技术基础[M].北京：北京大学出版社，2007

Design of electronic circuit simulation design software

Xu Hongqing
Zhengde college，Nanjing，211100，China

This paper describes Multisim and Protel 99SE software design of electronic circuit application examples, described both the actual electronic circuit design software in the significance and advantages described in the introduction of the actual teaching process, the need for both software to improve teaching effectiveness, improve the efficiency of experimental teaching is beneficial to the students the practical ability and creative ability.

Multisim；Protel 99SE；innovation

book=50,ebook=470

2009-10-12

徐宏庆，本科，实验师。