| 标题 | Proteus软件在基本放大电路分析中的应用 |
| 范文 | 宋向前 王健 赵振江 王临茹 摘要：针对电子技术中基本放大电路枯燥难懂、实验不方便、不易理解等问题，引入了Proteus仿真软件对电路进行分析。Proteus仿真软件克服了实验条件、实验时空的限制、仿真效果好，有助于对放大电路的分析与理解。 关键词：放大电路；电子技术；Proteus 中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：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 电子技术是很多工科专业的专业基础，因此掌握好电子技术的相关内容非常重要。但电子技术特别是模拟电子技术的内容均比较难教难学，这就要求将电子技术实验引入课堂，帮助学生直观生动地理解所学的内容。但传统的实验箱实验并不适合在课堂教学中使用，因此采用电子电路仿真软件代替真实实验箱就非常有必要。另外，学生在课外接触真实仪器仪表的机会比较少，在做真实实验前往往需要花费大量时间进行实验介绍，导致实验时间减少，实验效果大打折扣[1]。为此，在实验之前布置学生使用仿真软件进行仿真实验，再到实验室实施真实的实验，就能做到心中有数、目的明确，有利于增强实验的效果[2]。本文以基本放大电路的分析为例说明Proteus软件的典型应用。 1 Proteus软件 Proteus软件是电路分析与实物仿真软件，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，实现了单电路组成的系统仿真功能。当电路连接完成无误后，直接运行仿真按钮，即可实现声、光、动等单片机仿真和SPICE电路仿真的结合，具有仿真逼真的效果，以检验电路硬件及软件设计的对错，非常直观。Proteus实现了从原理图设计到PCB设计，再到电路板完整的流程。可见，整个电路从设计到实际电路制作完成，通过Proteus一款软件即可完美实现。并且，它的仿真结果与实际误差很小，缩短了设计周期，降低了生产成本，提高了设计成功率。 由于Proteus软件优秀的综合功能，也为了与后续课程《单片机原理》有效衔接，在电子技术课堂教学中引入该软件进行演示教学和实验教学，将枯燥的电路分析变得生动直观，提高课堂教学效果[3]。同时，也布置课后作业，要求学生完成电路的绘制和分析，得到实验数据和分析结果，有效巩固和加深对理论知识的理解。 2 仿真放大电路分析 图1所示电路为分压式偏置共发射极放大电路，可以根据温度的变化自动调节基极电流IB ，以削弱温度对集电极电流IC 的影响，使静态工作点基本稳定。仿真电路中将相应的电流表和电压表接入，方便测量静态工作点和输入、输出交流信号有效值。此外，接入了一台四通道的示波器，A通道接入输入信号、B通道接入输出信号。 在模拟电子中，示波器是必不可少的测量仪表，作为初学者要熟练使用示波器需要更多的实践操作，如图2所示的Proteus示波器界面非常具有立体感、与真实的示波器操作基本相同，有利于示波器的教学、方便学生尽快掌握示波器的使用。 为了理解放大电路的电压放大作用，首先要对其进行静态分析和动态分析。由于仿真软件的仿真效果极为接近实际情况，运行仿真软件的过程就相当于将电子电路实验搬入课堂，能有效地吸引学生的注意力、提高学生学习的兴趣、有助于学生理解放大电路的静态分析和动态分析的内涵。设定信号源的幅值为5 mV，频率f为1000 Hz，调节RV1电阻，改变基极B的静态电位VB，从而改变静态工作点及输出信号，经过测量得到数据如表1所示。由表1可知，三极管的电流放大倍数 β 约为100。 2.1 放大电路三极管输入特性分析 通过表1中的数据，将三极管的静态输入电压UBE和基极电流IB的数据绘制出如图3所示关系曲线图。从图3可以看出，三极管的输入特性曲线与二极管极为相似，UBE在0.77V之前，IB非常小；UBE在0.77V之后，IB的增长非常快，其与UBE的关系呈现出一条很陡的近拟直线。 2.2 静态值对输出信号的影响 通过表1中的数据，还可以将三极管的静态输入电压UBE和输出信号有效值UO的数据绘制出如图4所示关系曲线图，从图中可以看出，UBE在0.69V之前，放大电路几乎不放大，输出信号UO非常小；UBE在0.69V之后，UO的增越来越快；但当UBE在约0.784V之后，输出信号UO下降非常快。通过查看示波器中输出信号的波形图可以发现，UBE在约0.784V之前的波形图不失真，正常波形图如图5左图所示；而在UBE为0.787V时的输出信号波形图如图5右图所示，波形出现了下半周期被削平的现象，即饱和失真。此时输入信号有效值为3.54mV，输出信号有效约UO为462mV，放大倍数Au值的大小约为130，放大倍数下降了。 可见，电路仿真得到的电压放大倍数与理论估算得到的电压放大倍数非常接近，也进一步验证了理论估算公式及估算法的可行性。 2.3 信号频率对输出信号的影响 将频率f改为100Hz时，可以发现放大倍数明显下降了，并且输出信号与输入信号的相位差不再是典型的反相关系，如图6所示。这说明由于频率下降导致电容的容抗变大了，电容一方面对信号有衰减作用，一方面有改变信号相位的作用。通过实验可知，如果放大信号的频率太低，用估算公式估算出来放大倍数会出现较大的误差。输入信号频率f与输出信号有效值UO的对应关系如表2所示，频率越低，放大倍数越低。进一步得到的曲线图如图7所示，可见两者的关系呈现出指数规律这一结论在教材以及课堂教学中通常不提及，通过实验把这一现象直观清晰地展现出来，引起学生们的进一步思考。实际上当频率大到一定程度时输出信号又会呈现下降的趋势，但仿真软件在一般计算机上仿真时不容易成功。 3 結论 Proteus软件是电路分析与实物仿真软件，可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，实现单电路组成的系统仿真功能。模拟电子技术的内容均比较难教难学，在课堂教学中引入仿真软件进行演示教学和实验教学，将枯燥的电路分析变得生动直观，提高课堂教学效果。在电子技术课后学生自行完成仿真实验，有助于巩固和加深对理论知识的理解。在实验之前布置学生使用仿真软件进行仿真实验，再到实验室实施真实的实验，就能做到心中有数、目的明确，有利于增强实验的效果。 参考文献： [1] 朱高峰，张艳蕾.Proteus仿真软件在电子实验教学中的应用[J].中国现代教育装备，2018（4）：5-6. [2] 汪岚.基于Proteus 仿真的《模拟电子技术》实验教学新方法[J].荆楚理工学院学报，2015（6）：14-15. [3] 宋国杰.基于Proteus 的模拟电子技术课程仿真教学[J].中国现代教育装备，2016（5）：108-110. [通联编辑：王力] |
| 随便看 |
|
科学优质学术资源、百科知识分享平台，免费提供知识科普、生活经验分享、中外学术论文、各类范文、学术文献、教学资料、学术期刊、会议、报纸、杂志、工具书等各类资源检索、在线阅读和软件app下载服务。