OrCAD PSpice在模擬電子技術教學應用中的實踐

摘 要： 討論了傳統模擬電子技術教學和實驗設計的現狀，以雙極性結型晶體共射極放大器為例子，對OrCAD PSpice仿真技術在模擬教學中的應用進行了探討?；贠rCAD PSpice仿真技術在很多方面能彌補傳統教學的不足，指出先進的模擬電路仿真技術對于模擬電子教學具有重要意義。

關鍵詞： OrCAD PSpice； 仿真； 模擬電子技術； 模擬電子教學

中圖分類號： TN710?34； TP302.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2014）01?0131?04

0 引 言

計算機模擬設計方法的運用使得模擬電路的設計已經發生了巨大的變化。計算機特別是高性能軟件的普及，使電路模擬器得到廣泛的應用。在模擬電路設計領域，要求電路設計工程師能夠采用最新、最適合的模擬電子器件進行電路設計。眾所周知，模擬技術所涉及的知識面更寬，要想從眾多的模擬電路中挑選出最適合的器件，不僅需要有豐富的經驗，更需要具備最新的模擬器件知識。一方面，模擬電子技術是電氣、電子信息類和部分非電專業本科生電子技術方面的重要基礎課程，應該予以充分的重視與加強；另一方面，現有實驗條件的落后導致學生無法接觸最新的模擬電子器件從而與現代模擬電子電路設計脫節。OrCAD是世界上使用最廣泛的EDA軟件，它的最大特點是匯集了模擬與數字電路混合仿真等功能，其電路仿真元器件庫更達到8 500個，收入了幾乎所有的通用型電子元器件模塊。此外，OrCAD軟件還可以根據模擬電子器件生產廠家給出的最新集成電路的SPICE模型自行設計新的電路仿真元件，便于電子設計工程師跟蹤最新的模擬電子器件的發展?；谶@些優點，本文提出采用OrCAD PSpice設計部分模擬電子技術實驗，使學生不但能夠從實驗中了解模擬電路的基本原理，也能夠掌握這種應用最廣泛的模擬電路設計工具。通過與以往設計的模擬電路實驗對比，可以看到采用OrCAD軟件進行模擬電路實驗即能兼顧基礎教學實驗，又為學生將來成為模擬電路設計工程師奠定了必要的技術基礎。

1 模擬電子技術教學現狀

由于模擬電子技術的教學需要一定的電路分析知識作為基礎，很多新的知識點、概念、器件和分析方法被引用，增加了學習的困難。傳統的教學模式受到了很大的挑戰，課堂上老師要在有限的時間內講授大量的知識點；課下同學們需要進行很多的計算，普遍反映對重要知識點掌握不深，教學效果很難令人滿意。實驗教學方面，問題也十分突出。實驗課上，一方面，學生機械地完成實驗指導書中的實驗要求和測試表格，做不到對理論的理解和鞏固[1?5]。另一方面，學生人數增多，實驗儀器不足，導致多人共用一套儀器，最后學生掌握知識的效果欠佳。更有，受多方因素的影響，實驗室設備不能及時更新，不能緊跟先進技術發展的步調，導致實驗內容局限，實驗教學缺乏生機，學生興趣不高，技能達不到現代應用的要求。

因此，采取適應的教學改革，把先進的模擬電路設計技術應用到基礎教學環節，幫助學生理解掌握各種元器件、電路的原理和性能并與技術進步相互適應就顯得極其重要。由于理論性、實踐性、應用性強的特點，先進仿真分析的引用可以使教學和實驗設計更加直觀、更加生動，也能夠突破現有實驗條件的局限，帶動學生的積極性，提高其掌握知識的深度和寬度。

2 模擬電子技術OrCAD PSpice仿真方法的應

用探討

OrCAD PSpice具有強大的電路分析及仿真能力，這在模擬電路設計領域優勢凸顯。如果將OrCAD引入教學環節，就可能從學生接觸模擬電路時就逐步習慣于設計之初首先進行性能分析。下面以雙極性結型晶體共射極放大器教學為例[6]，結合傳統課堂教學，闡述模擬電子OrCAD PSpice仿真技術方法的應用。

2.1 傳統教學

2.1.1 計算直流偏壓點

通過計算直流偏壓點，保證晶體管在適當的放大區內工作，調整偏壓點位置，使其位于放大區的中心處。直流偏壓點靠5個電阻器來建立，[R2]和[R3]形成電阻分壓，提供基極合適的直流電壓。[R5]和[R6]提供偏壓，也提供一條負反饋路徑，使放大器更穩定。[R4]是負載電阻，負責將流入Q1的電流轉換成電壓信號后輸出。

假設Q2N2222的[β]約為178，且[βac=βdc，]計算直流特性結果如下：

[Vb=Vcc×R2（R2+R3）=1.75 V]

[Ve=Vb-Vbe=1.75-0.7=1.05 V][Ic≈Ie=Ve（R5+R6）=1.12 mA]

[Vc=Vcc-Ic×Re=5.26 V]

2.1.2 計算交流特性

輸入的交流信號經過電容[C1]耦合進入晶體管基極，輸出的交流信號由集電極經電容[C2]耦合到負載電阻上。發射機旁路電容[C3]減少發射集電阻對放大倍數的損耗。

BJT的交流射極電阻為：

[Re=25 mVIe=25 mV1.12 mA=22.32 Ω]

交流基極等效電阻：

[Rb≈βac×（Re+R5）=178×496.32=87.6 kΩ]

輸入等效電阻為：

[Rin=R3∥R2∥Rb=7.53 kΩ]

交流集電極電阻為：

[Rc=Rc∥R1=4.27 kΩ]

電壓增益為：[AV=Rc（Re+R5）=8.67]

2.2 OrCAD PSpice仿真技術方法的應用

在傳統的教學中，主要通過計算得出放大電路的靜態工作點，然后確定三極管的工作區域，該方法需要學生花時間記憶繁瑣的計算公式，而忽略電路本身的特性，得到的計算結果需要時間，并引入誤差。而OrCAD PSpice仿真技術的應用，可以在教學過程中非常準確地得到各種分析數據，方便隨時查看和調整，可以使學生對教學內容的理解和掌握更加直觀容易。下面闡述OrCAD PSpice仿真技術在教學中分析驗證雙極性結型晶體管BJT共射極放大器的時域與頻域特性的應用。