Protel 99SE电路仿真在电子实验教学中的应用

王 剑,朱 涛,李 冬

Protel 99SE电路仿真在电子实验教学中的应用

王 剑,朱 涛,李 冬

(周口师范学院物理与电子工程系,河南周口466001)

阐述了Protel 99SE电路仿真的特点,举例说明Protel 99SE电路仿真的实现过程和在电子实验教学中的应用.

Protel 99SE;电路仿真;实验教学

在高校电子实验教学过程中,电路的连接、调试等环节是实验环节的难点和重点,如果学生对实验设计的理解有偏差,在实际操作过程中极容易损坏元器件.另外,实验室设备及性能的局限性也限制了实验开展的范围.如果将Protel 99SE电路仿真引入到实验教学中,利用计算机先期进行仿真实验,不仅可以节约时间,使学生熟练掌握各种仪器基本功能和电路参数的测试方法,也可避免元件和仪器的损坏.另外,还可以利用电路仿真不受实验设备条件限制的优势,开展更多的设计类实验,增强学生创新能力的培养.

1 Protel 99SE仿真的特点

1.1 强大的分析功能

Protel 99SE中的仿真组件Advanced SIM99是一个功能强大、支持模拟数字混合信号仿真的电路仿真器,能提供连续的模拟信号和离散的数字信号仿真,用户可以分析电路各方面的性能. Protel 99SE所支持的仿真类型有静态工作点分析(Operating Point)、直流扫描分析(DC Sweep)、温度扫描分析(Temperature Sweep)、参数扫描分析(Parameter Sweep)、传输函数分析(Transfer Function)、瞬态分析(Transient)、傅里叶分析(Fourier)、交流小信号分析(AC Small Signal)、噪声分析(Noise)、蒙特·卡罗分析(Monte Carlo)等[1].

1.2 庞大的仿真模型库

作为一款优秀的EDA软件,Protel 99SE提供了20多个模拟和数字器件仿真元件库,在Design Explorer 99SEackslash Libraryackslash Sch路径下的仿真库Sim.ddb中,共包含5 800多个常用的元器件.这些器件库囊括了常用的电阻、电容、二极管、三极管、MOS管、单结晶体管、晶振和变压器等分立元器件,同时还有大量的数字器件和其他集成电路器件,如74系列、CMOS系列、运算放大器、比较器和数/模转换器等.同时Protel 99SE还提供了一个开放的库维护环境,用户可以方便地修改原有器件模型或创建新器件模型.

1.3 丰富的仿真信号源

Protel 99SE提供了丰富的信号源,其中包括基本信号源、直流源 (VSRC/ISRC)、正弦源(VSIN/ISIN)、脉冲源(VEXP/IPULSE)、指数源(VEXP/IEXP)、单频调频源(VPWL/IPWL)、分段线性源(VSFFM/ISFFM);同时还提供了齐备的线性和非线性受控源,这些受控源包括多项式电压源(BVSRC)、多项式电流源(BISRC)、电压控制电压源(ESRC)、电压控制电流源(GSRC)、电流控制电压源(HSRC)等.

2 Protel 99SE仿真的实现(以整流稳压电路为例)

2.1 Protel 99SE电路仿真的基本步骤

Protel 99SE电路仿真的基本流程如图1所示.值得注意的是,绘制原理图后必须执行电气法则测试(ERC)和加入信号源.

2.2 整流稳压电路原理图及仿真参数设置

图2所示为一整流稳压电路原理图,在此实例中,一正弦波信号经过10∶1的变压器变压、全波整流桥的整流以及电容滤波等一系列的变化后,得到一个相当稳定的低压直流信号.该电路中定义了一个有效值为125 V,频率为50 Hz的正弦波激励源.同时,在需要显示波形的几处添加了IN,A,B, OU T四个网络标号,用于显示输入波形、输出波形和过程波形.

Protel 99SE仿真设置视具体的电路而定,在此例中,采用如图3所示的仿真设置项对电路进行瞬态分析(Transient)[2].

2.3 整流稳压电路仿真结果输出

电路仿真结果分别以“.Nsx”和“.Sdf”的文件形式输出.其中,“.Nsx”文件以原理图的 SPICE模式表示,设计者可借助该文件更好地了解源文件;“.Sdf”为输出波形的显示,通过波形编辑器将“.Sdf”文件显示为一系列的输入、输出、过程波形.

图3 整流稳压电路的仿真设置

整流稳压电路仿真运行后可以在波形编辑器中看到输入波形为20 ms,幅值为170 V的正弦波信号(节点IN的波形,图4所示),经过变压后得到节点A处的信号波形(图5所示),经过全波整流后得到节点B处的信号波形(图6所示),经过稳压等环节得到输出波形(节点OU T处的信号波形,图7所示)的一系列变化.波形编辑器也可实现多波形显示,设计者可将选择的波形显示在同一窗口,如图8所示,这便于信号间的比较.

图8 输入、输出和过程波形多波形显示

通过上例可以看出,Protel 99SE仿真提供了电路仿真波形编辑器,可以对仿真结果进行观察和分析,能够让学生通过仿真结果来判断电路图设计是否合理,从而指导电路的设计和实验验证.

3 结束语

Protel 99SE仿真的引入,对于电子实验教学的作用显而易见,学生在实验前进行仿真操作,获得电路的输出结果和各种波形,通过对这些结果的分析,就可得知电路的功能和技术指标,既能激发学生的学习兴趣,又能在实际操作中做到有的放矢.应当指出的是,电路仿真与实际电路非理想模型必然存在差异,电路仿真只能起到辅助作用,绝对替代不了实际操作,两者只有相辅相成,相互结合,才能达到最佳的教学效果.

[1]王廷才.电子线路CAD Protel99使用指南[M].北京:机械工业出版社,2003:344-346.

[2]赵晶.Protel99高级应用[M].北京:人民邮电出版社, 2002:428-433.

The application of Protel 99SE circuit emulation in electronic circuit experiment teaching

WANGJian,ZHU Tao,LI Dong
(Department of Physics and Electronic Engineering,Zhoukou Normal University,Zhoukou 466001,China)

This paper expounded the characters of Protel 99SE circuit emulation,and illustrated the process of using Protel 99SE circuit emulation and application of Protel 99SE circuit emulation in the electronic circuit experiment teaching with examples.

Protel 99SE;circuit emulation;experiment teaching

O411

A

1671-9476(2010)05-0062-03

2010-04-24

王 剑(1975-),男,河南商水人,助教,研究方向:理论物理.