Protel99SE仿真在模拟电路中的应用

1 Protel99SF仿真功能特点

1.1 分析功能强大

Protel99SE仿真器具有9种仿真项目.包括仿真点分析(Operaling Point)，瞬态傅里叶分析(Transient Fourier)，交流小信号分析(AC Small Signal)，直流扫描分析(DC Sweep)，噪声分析(Noise)，传递函数分析(Transfer Function)，温度扫描分析(Temperature Sweep)，参数扫描分析(Parameter Sweep)，蒙特卡罗分折(Montel Carlo)在每种仿真分析类型中部提供了一组参数，通过对画框可以方便地进行设置。

1.2 操作界面友好

Protel99SE具有十分友好的操作环境，其仿真环境也是如此。该仿真环境不需复杂的手工输入只需用户点点鼠标，然后再输入几个与分析类型有关的参数即可。其特点有：(1)无需手工编写电路网络表文件;(2)通过对话框完成电路分析和参数设置;(3)方便直观地观察波形信号。

1.3 信号源的种类丰富

信号源在电路仿真中是必不可少的。仿真之前，用户要为设计电路加入激励源，才能使电路工作，进行相关的性能仿真。因此，为了得到准确的分析结果，需选用精确的信号源模型来激励电路。Protel99SE提供了丰富的信号源，包括基本信号源、直流源、正弦源、脉冲源、指数源、单频调频源、分段线性源，同时还提供了齐备的线性和非线性受控源包括简单的线性或基于电压、电流的复杂数学函数。这些受控源以“黑匣子”方式定义了电路的行为。受控源模型可以将电压、电流控制器件引入到电路中，从而构成电路的宏模型。

1.4 仿直器件模型库中的模型齐全

Protel99SE支持所有标准Spice模型，提供了20多个模拟和数字器件仿真元件库共包含5800多个常用元器件。这些器件库囊括了常用的二极管、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。这些常用器件可以满足一般用户的需求。

2 单管放大电路的仿真实例

2.1 交流小信号分析

第一步利用Protel99SE中的仿真原件库sim.ddb建立如图1所示的电路原理图并设置好元器件参数，选择正弦仿真激励源作为输入，设定电压幅值(AC Magnitude)字段内容为5mV，然后执行菜单Simulate/sel up进行仿真设置，分析方法为交流小信号分析，交流分析的起始频率为1HZ，结束频率为10MHZ，输出网络节点设为OUT，最后执行Simulate命令得到输出结果。输出结果如图2所示。

求该电路的放大倍数：单击New按钮，在该窗口先选择out信号。然后选择除号，再在选择in信号，单击Create按钮关闭该窗口，屏幕就显示如图3所示的放大倍数曲线。从图中可以看出中频放大倍数为97.4寻找放大倍数的0.707倍数点，可以找到上下限频率。

2.2 瞬态特性分析

(1)利用瞬态分析观察输入输出波形：该项分析相当于使用多踪示渡器来直接测量(观察)各点信号的波形，在仿真软件中利用“仿真”菜单下的“设置”命令，进行相关设置之后选择瞬态特性分析就能得到图4所示的仿真结果。

由以上分析结果可以看出：当Vin=10mV时，Vout=1.25V。因此总结出输出电压足输入电压的125倍，说明此电路对输入信号具备放大作用;同时从波形图中发现输出波形与输入波形反相，且没有失真。

(2)观察静态工作点对输出波形的影响：如果电路中的静态工作点改变，对输出有无影响呢?我们通过改变基极偏置电阻RB(RB=R1∥R2)来达到改变静态工作点的目的。如果将电路中的R2电阻由原来的5K增大到10K，三极管的状态有何变化?输出波形有什么影响?在仿真原理图中将电阻R2的阻值改为10K，设置好仿真参数运行后就得到如图5所示的输入输出波形。

由图5可以判断输出波形有失真，而且是发生在波形的负半周。出现失真是因为改变基极偏置电阻使静态工作点进入饱和区而引起的失真，因此上述失真称为“饱和”失真。

3 结束语

本文讨论了采用Protel99SE仿真器，对模拟电子教学中的实用电路进行了仿真分析，得到了与理论分析相吻合的结果，验证了理论分析的正确性，说明电子线路设计与仿真软件可以在软件环境下完成电路设计、参数的设置、调整、寻优，以及波形处理、扫描分祈等一系列功能，给电子技术基础课程的教学注入了新的活力，同时已经成为电子工程师进行电路设计不可或缺的工具。