徐宏慶

正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇南京 211100

電子線路設(shè)計中仿真設(shè)計軟件的應(yīng)用

徐宏慶

正德職業(yè)技術(shù)學(xué)院 江蘇南京 211100

本文通過敘述Multisim和Protel 99SE軟件在電子線路設(shè)計中應(yīng)用實例，闡述了這兩種軟件在電子線路實際設(shè)計中的意義和優(yōu)勢，說明了在實際教學(xué)過程中引入這兩種軟件的必要性。這兩種軟件不僅可以改善教學(xué)效果，提高實驗教學(xué)效率，還有利于學(xué)生實際動手能力和創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。

Multisim；Protel 99SE；創(chuàng)新能力

高等職業(yè)教育為社會生產(chǎn)一線培養(yǎng)有知識、有能力的高級、專門工作者，需要著重培養(yǎng)學(xué)生實際動手、操作、設(shè)計的能力，這樣需要大量的硬件支撐。電子仿真系統(tǒng)將實際動手操作搬上了計算機，給我們搭建了實用的教學(xué)平臺。在電子線路教學(xué)中，可以大大縮短教學(xué)周期，成倍的提高教學(xué)效率，減小損耗，降低教學(xué)成本，適合大規(guī)模的組織教學(xué)，提高學(xué)生的動手能力，培養(yǎng)了學(xué)生的創(chuàng)新精神。

一、軟件概述

1.Multisim軟件

Multisim軟件是一種專門用于電路仿真和設(shè)計的EDA系統(tǒng)工具。它是介于電子線路理論設(shè)計和實際運作之間的有效的虛擬工作平臺,功能強大：不僅僅具有電路設(shè)計的功能,還能對整個電路信號及系統(tǒng)進行仿真分析。還能將由它設(shè)計的電路圖直接輸出給目前流行的電路輔助設(shè)計軟件如Protel、Orcad等用來設(shè)計電路板。該軟件可以設(shè)計、仿真、演示各種電子電路,其中包括：電工電路、模擬電路、數(shù)字電路、高頻電路等?？梢愿鶕?jù)需要設(shè)置各種電路故障并對其進行分析；另外有豐富的元件庫和虛擬測試的儀器儀表,操作方法與實物非常相似,有利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和儀器儀表操作技巧的熟練。

2.Protel 99SE軟件

Protel 99SE軟件作為當(dāng)今最為流行的EDA軟件,其完善的電路設(shè)計功能,深受電子線路設(shè)計人員以及電子愛好者的喜愛。2001年推出Protel 99SE—具有PDA功能的強大的EDA綜合設(shè)計環(huán)境,它具有原理圖設(shè)計、P C B電路板設(shè)計、層次原理圖設(shè)計、報表制作、電路仿真以及邏輯器件設(shè)計等功能。其自身強大的功能,大大提高了電子線路設(shè)計的效率,成為廣大電子線路設(shè)計工作者首選的計算機輔助電子線路設(shè)計軟件。

二、單管放大電路設(shè)計實例分析

1.搭接電路

在Multisim運行環(huán)境下，建立如圖2所示的單管放大電路，各元件參數(shù)的選擇如圖1所示。Multisim中電路元件有實際元件和虛擬元件之分，為了Protel軟件能直接利用該電路圖，注意使用實際元件。為了方便的設(shè)置靜態(tài)工作點，將R1選擇為可變電阻。為方便分析，可以為電路設(shè)置連接點序號，具體操作是：執(zhí)行命令OptionssheetProperties在彈出的對話框中選擇Circuit標(biāo)簽，在Net Names區(qū)中選中“Show All”，即可在建立電路時顯示連接點序號。

圖1

2.靜態(tài)工作點調(diào)試分析

改變電路中R1的阻值可以實現(xiàn)電路靜態(tài)工作點的調(diào)整。在Multisim中，按A鍵R1的值增加，按Shift+A使R1的值減小，根據(jù)自己設(shè)置的增減百分比，使阻值從0～100%變化。通過觀察示波器上得到的最大不失真波形，測量出電路的最佳靜態(tài)工作點。點擊SimulateAnalysesDC Operating Point(仿真分析直流工作點)命令，在彈出的對話框中進行設(shè)置。在Output標(biāo)簽中，左邊“Variables in circurt”(電路變量)下的顯示框中選擇需要分析的變量，并把它添加到右邊“Selectde variables for”(分析所選變量)顯示框中。本例中分別將R1調(diào)節(jié)到10%、40%、70%，對電路進行靜態(tài)工作點分析，得出靜態(tài)工作點參數(shù)（見表1）。

表1

3.交流分量的分析

從上面靜態(tài)工作的參數(shù)分析可以知道，大概R1在40%的時候，靜態(tài)工作點比較理想。就以此情況下的工作點做交流分析。

(1)交流分量的分析

在運行情況下，我們可以通過點擊XSC1(示波器)進行參數(shù)的測量與分析。在彈出的示波器屏幕上，可以找到兩個游標(biāo)軸1和2。移動游標(biāo)1指到A通道的波峰上；移動游標(biāo)2指到B通道的波峰上，從示波器的顯示可以看出，此時T1、T2分別為28.036mV和-1.934V，A通道峰值即輸入電壓幅值為28.036mV，B通道輸出電壓幅值為-1.934V，負(fù)號表示輸入輸出信號間的相位相差180°從而我們可以進行一下分析：第一，可以得出信號的周期(頻率)為1KHz，輸入與輸出信號反相，可以得出該電路是反相放大電路；第二，電路的放大倍數(shù)可以直接由AU=U0/UI=69，具體如圖2所示。

圖2

(2)電路的頻率特性分析

點擊虛擬儀器頻率特性分析儀如圖接好，點擊XBP1，在彈出的屏幕上可以看到，由于耦合電容和晶體管結(jié)電容的影響，在頻率很低和很高時，電路放大倍數(shù)會按一定的規(guī)律下降，借助游標(biāo)得到中頻段(平坦波形處)的電壓放大倍數(shù)為37.023db，此時所對應(yīng)的頻率為2.887KHz。再用游標(biāo)分別找到低頻端和高頻端電壓放大倍數(shù)下降到3db時所對應(yīng)的頻率點，分別記錄下限頻率51.479Hz和上限頻率11.743MHz，則可以直接得到電路的通頻帶BW=11.743MHz～51.479Hz，（如圖3所示）。

圖3

4.導(dǎo)出網(wǎng)絡(luò)表

以上就是完成對單管放大電路的設(shè)計和仿真，接下來可以進行電路板制作，這里我們可以選用比較流行的Protel 99SE軟件。在這個方面，Multisim很好的與Protel 99SE兼容。具體操作如下：點擊菜單欄上Transfer，選擇Transfer to other PCB layout，彈出對話框（如圖4所示）。

圖4

注意保存類型的選擇，在此我們選擇P r o t e l PCB(*.NET)，填寫文件名，存盤即可。這樣就生成網(wǎng)絡(luò)表，網(wǎng)絡(luò)表是連接電路圖與PCB板之間的橋梁。下面的任務(wù)就是根據(jù)網(wǎng)絡(luò)表進行PCB板制作了。

5.網(wǎng)絡(luò)表修改

首先在Protel 99SE中打開前面生成的網(wǎng)絡(luò)表，如圖5所示。在網(wǎng)絡(luò)表中，每個中括號內(nèi)的內(nèi)容是各個元件的參數(shù)。第一行是元件的編號；第二行是元件的封裝；第三行是元件參數(shù)值。由于生成的網(wǎng)絡(luò)表是在Multisim 8.0中生成的，封裝與Protel 99SE中的不一致，需要將其修改成Protel 99SE中適用的封裝。方法是：將第二行元件封裝直接修改成Protel 99SE中有的封裝，然后存盤即可。

圖5 生成的網(wǎng)絡(luò)表

6.PCB制版

將修改好的網(wǎng)絡(luò)表加載到PCB文件中去。在沒有錯誤的情況下，元件的封裝就加載到設(shè)計好的電路板中去了。然后對電路元件封裝進行布局。布局完成后，對電路板的布線的層設(shè)置，具體可在Design/ rule/routing layer中設(shè)置。就本例而言，電路板比較簡單，設(shè)置為單面板就可以了。還可以對電路走線規(guī)則進行設(shè)置，因項目不同而不同。一系列的設(shè)置完成后，最后布線完成即可。最終電路板PCB板圖如圖6所示。最后執(zhí)行file/export導(dǎo)出PCB板文件，就可以送出去加工了。

圖6 PCB文件

三、結(jié)束語

以上通過單管共射放大電路簡單的實例，系統(tǒng)地介紹了這兩種軟件的使用，在電子線路課中引入這兩種軟件，可以提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，增強學(xué)生的動手操作能力。在教學(xué)過程中，教師應(yīng)該多找些實際案例，在實際訓(xùn)練中提高學(xué)生的能力。真正做到“以就業(yè)為導(dǎo)向，以服務(wù)為宗旨”的職業(yè)教育理念，讓學(xué)生具備熟練的職業(yè)技能，在走上職業(yè)崗位之后具有可持續(xù)發(fā)展的能力，具備一定的理論基礎(chǔ)，成為企業(yè)的操作型高技能人才。

[1]張瑾，張偉，張立寶.電路設(shè)計與制版Protel 99SE入門與提高[M].北京：人民郵電出版社，2007

[2]趙小陽，聶典. Multisim 8計算機仿真在電子電路設(shè)計中的應(yīng)用[M].江蘇：南京理工大學(xué)出版社，2003

[3]趙麗.Multisim技術(shù)在電子實驗中的應(yīng)用[J].中國教育技術(shù)裝備，2008，9

[4]郭勇.EDA技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：機械工業(yè)出版社，2005

[5]趙明富，李立軍.EDA技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：北京大學(xué)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

徐宏慶，本科，實驗師。