Altium Designer的仿真技术在《模拟电路》课程中的应用

2016-06-18宋瑾苏州大学文正学院苏州215104

电子制作 2016年6期

宋瑾　苏州大学文正学院苏州　215104

宋瑾苏州大学文正学院苏州215104

【文章摘要】

Altium Designer软件是高校普遍学习应用的一个软件，将它的仿真技术与《模拟电路》的教学结合起来，既可以提高学生分析理论问题的兴趣，又可以加强学生对实际问题的掌控，还可以促使学生更好的使用软件。本文以《模拟电路》课程中的实例讲述了结合仿真技术教学的优势。

【关键词】

Altium Designer；仿真；模拟电路

0　引言

《模拟电路》这门课程是电类相关专业本科生在电子技术方面的一门必修基础课程，它知识点多，有很强的理论性;它应用范围广，有很强的实践性，在本科教学中起着重要的作用。然而这门课程的教学和学习同样的不容易，教师难于讲解如此众多且繁杂的知识点，学生难于接受抽象且枯燥的理论分析。多年来，很多高校致力于进行《模拟电路》课程的教学改革，随着计算机的发展，利用计算机仿真技术对电路进行分析、设计和调试已成为当今高校辅助教学的一种趋势。在讲解具体电路时，把书本上的电路用仿真软件绘制出来，参数计算的抽象结果用仿真软件得出实际的波形，波形还能随着参数的改变而改变，直观得看出变化和趋势，比光有计算数据清楚易懂得多了，大大提高了教学和学习的效率。

1　Altium Designer简介

Altium Designer系统是Altium公司于2006年年初推出的一种电子设计自动化（Electronic Designer Automation,EDA）设计软件。其前身Protel系列软件是我国使用最早的电子设计自动化软件，Altium Designer作为新一代的板卡级设计软件，是业界首例将设计流程、集成化PCB设计、可编程FPGA设计和基于处理器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，具有将设计方案从概念转变为最终产品所需的全部功能。

Altium Designer将原理图编辑、PCB的绘制及打印等功能有机地结合在一起，形成了一个集成的开发环境，能最大限度的完成客户的设计要求，最终生成PCB文件直接应用到印制电路板的生产中。

Altium Designer强大的PCB设计功能总所周知，然而它也拥有混合电路仿真工具，在电路原理图设计阶段实现对数模混合信号电路的功能设计仿真，既解决了测试分析、节约成本等问题，又由于其一体化的设计环境，简化了设计流程，避免来回切换软件重复操作。Altium Designer在绘制原理图时选用带有仿真模型的元器件，可以实现对数模混合信号电路的功能进行仿真分析，从而实现原理图、仿真、PCB设计一条龙设计。

将Altium Designer的仿真技术应用到《模拟电路》课程的教学中，既可以形象化电路的教学内容，又可以为后续电路设计相关课程做个铺垫。本文以《模拟电路》教学中的具体内容为例，详细说明Atlium Designer软件的仿真技术在其中的应用。

2　Altium Designer仿真技术的应用

《模拟电路》课程中单管共射放大电路是构成其他模拟电路的基本单元，把它理解清楚分析透彻有助于对后面复杂电路的学习。然而光在纸上画图，用数学公式计算得出抽象的数据，学生只能强记，没有感性的认识，就不能深刻的理解。借助于Altium Designer的仿真技术我们可以让电路动起来，让数据活起来，达到事半功倍的效果。电路如图1所示。

图1　单管共射放大电路

2.1静态分析

在双极结型晶体管所组成的放大电路中，设置合适的静态工作点是必不可少的，我们通常需要进行静态工作点的计算，分析静态工作点设置是否合理，是否稳定。运用Altium Designer的仿真技术，选用静态工作点分析（Operating Point Analysis），可以得出静态工作点如图2所示。

根据电路，理论计算为：

测量值与理论值基本相符。

图2　静态工作点分析结果

2.2动态分析

衡量放大器性能优劣的重要指标之一是放大倍数（增益）。运用Atlium Designer仿真技术中的瞬态分析（Transient Analysis）即可以测试放大电路的输入输出波形，功能类似于示波器，从而得出增益，如图3所示，输入信号vin的峰值为9.9627mv，输出信号vout的峰值为188.57mv，增益即为18.9。

图3　瞬态分析结果

与测试基本相符。

图4　有无C3时的仿真结果

Altium Designer仿真技术中的参数扫描分析（Parameter Sweep）可以现场修改电路中的一个或两个参数，给出相应的结果，有助于判断器件的作用和参数的确定。例如修改R5的参数，扫描从10Ω至100Ω，步长为10Ω，同时观察它的输出波形如图5所示。随着R5数值的增大，输出波形的幅值逐渐减小，即增益将越来越小。R4旁有旁路电容，若修改R4的参数，扫描从200Ω至1.5KΩ，步长为100Ω，观察输出波形意义不大，我们可以观察静态工作点Vc的电位，得出图6的结论。根据结论选择R4为1KΩ比较合适。