proteus仿真軟件在模擬電路教學中的應用

摘 要：本文提出采用proteus軟件來仿真分析模擬電路課程中的電路，并結合具體的電路實例，闡述proteus軟件從設計到仿真的基本步驟和應用，希望將學習者從模擬電路課程教學中枯燥的學習和繁雜的實驗中解放出來。

關鍵詞：proteus仿真；模擬電路；實驗仿真；單管放大電路

中圖分類號：G642 文獻標識碼：A 文章編號：1673-9795（2013）06（b）-0000-00

Proteus仿真軟件是著名的EDA工具，它不僅具有模擬電路、數字電路、數/模混合電路的設計仿真平臺，還提供了功能強大的單片機和嵌入式系統仿真平臺；軟件不僅自帶了各種畫面逼真的虛擬儀器，還可進行簡單的PCB板電路設計。選擇該軟件進行模擬電路的仿真實驗具有較強的現實意義。

眾所周知，模擬電路在電類專業基礎課程中占據極其重要的地位，但因概念及理論較為抽象，較難于掌握。而課程中諸如基本放大電路、反饋電路、運放電路和振蕩電路等經典電路的分析與計算均需要通過實驗來驗證，若采用傳統的方法在實驗室通過搭接電路和連接儀器設備的方法來完成，不僅效率低下還有可能因人為因素導致實驗出錯得出錯誤結果。若采用proteus軟件進行虛擬仿真，設計者可迅速得到實驗結果，并能根據設計者需要隨意改變電路連接和元件參數，以獲得不同的驗證效果。若將其運用在課堂教學中進行現場模擬仿真，將獲得良好的教學效果。

1 用Proteus進行電路設計與仿真

1.1電原理圖繪制與設計

在進行電路仿真之前，先要將需要仿真的電路圖用Proteus繪出。Proteus提供了豐富的元件庫可供使用者選擇，在此我們以單管放大電路的電原理圖的繪制與仿真為例進行講解。首先用鼠標左鍵單擊繪圖工具欄中的按鈕，在彈出的的窗口中，單擊字母“P”模樣的按鈕，并在右側的窗口中輸入需要查找元件的關鍵詞，選擇好后直接單擊“OK”即可將元件添加到左側對象選擇窗口中。按照同樣的方法將電路中所有的元件添加到編輯區后，采用合理的布局方式，并通過點擊鼠標左鍵來連接電路中的各個元件，連接好的電路的各個部分。為了便于在后面的仿真實驗中進行分析，最好將電路中的關鍵點固定電阻改為可調電阻，比如將基極偏置電阻設置為可調式，這樣，當我們要分析偏置電阻對靜態工作點的影響時，就可通過調節可調電阻值來觀察其波形輸出和失真變化情況。此外，Proteus還提供了多達十余種的信號激勵源，并可對信號激勵源的各種參數進行設置，以滿足用戶的設計仿真要求。

1.2電路仿真

1.2.1 虛擬儀器的選擇

Proteus為使用者提供了多種虛擬儀器，單擊工具箱中的虛擬儀器按鈕，即可調出虛擬儀器的列表，如圖所示。這些虛擬儀器的面板與普通常用的儀器實物的面板沒有太大區別，按照通常的使用方法操作就可以了。在本例中我們選擇虛擬示波器來觀察集電極輸出端的波形變化。單擊示波器按鈕將其放置到圖中合適位置，該示波器提供有“A、B、C、D”四個通道，能同時觀察4路信號的波形。選擇其中的“A、B”通道連接到電路的信號輸入輸出端。此外，Proteus還提供了電壓和電流探針，用鼠標左鍵點擊圖中的和按鈕，將其放置在需要測量的節點上，即可方便的監測電路中任何節點中的電壓和電流數值變化情況。

1.2.2 仿真運行及虛擬儀器設置

放置好虛擬儀器后就可以直接進行仿真運行了，點擊界面左下角的按鈕，就可以看到示波器的運行界面了。現以通道A為例進行簡單的講解，面板中的“Position”旋鈕用來調整波形的垂直位移，下面的旋鈕用來調整波形的幅度顯示比例，外面的黃色箭頭是粗調，里面的黃色小箭頭是細調，當讀刻度時，應把里層的箭頭順時針調到最右端。四個通道的對應旋鈕使用方法一樣。在“Horizontal”下方的兩個旋鈕分別用來調整波形的水平位移和掃描頻率。當用鼠標單擊黑色的波形顯示區域后，也可以通過滾動鼠標滑輪來調整掃描頻率，其他旋鈕可保持原位不動。可見，儀器的面板很簡潔，甚至比實際的儀器使用起來更快捷方便，同時不用擔心會出現儀器故障。如果儀器界面被關閉了，可通過執行菜單命令“Debug/Reset Popup Windows”來將其打開。

1.3 分析仿真結果

將示波器面板上的相關旋鈕設置在合適的位置后，就可以觀測輸出波形了。為了合理分析單管放大電路靜態工作點的設置情況，形象解釋什么是飽和失真和截止失真現象，在仿真運行狀態下，我們不斷調整三極管基極上偏置電阻阻值，就可以明顯觀測到輸出波形從正常的正弦波到出現飽和失真的整個過程。在分析計算靜態工作點的取值時，我們亦可通過上下調整可調電阻的阻值，并讀取當出現飽和失真和截止失真時可調電阻的電阻值，可快速的計算出靜態工作點。可以看出，Proteus的這種動態下的現場分析是多么具體形象、方便快捷。

2結語

可見，將proteus仿真軟件引入教學，可以在課堂上完成從理論到電路設計再到仿真的一整套完整的實驗驗證過程。同時可以讓學生更直觀的看到電路的構成、信號的產生和變化等過程。這對于培養學生對于抽象理論分析的形象化、把理性知識上升到感性知識、培養學生的實踐動手能力和創新思維等綜合素質等有著積極的作用。此外，對于學校優化教學資源、降低教學成本，提高教學效率同樣具有積極的作用。但是需要指出的是，虛擬仿真畢竟是一種基于軟件的虛擬實驗，其運行環境是一種理想的、無外界環境干擾因素的環境。而在實際的環境中，我們要面對電磁干擾、線路連接、阻抗匹配甚至是儀器設備故障等諸多復雜因素，這些因素是仿真軟件不能模擬的，而怎樣去解決這些實際問題也是培養學生綜合素質的重要途徑。因此，在真正的實驗教學中，在完成虛擬仿真后，我們還是要通過實際的搭接電路、連接儀器儀表來最終完成電路設計的驗證實驗。

參考文獻

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[2] 候麗敏，閆鍵.通信電子線路課程教學中集成電路的仿真與教學[J].電氣電子教學學報，2005，5：27-29.