Altium Designer的仿真技術在《模擬電路》課程中的應用

宋瑾　蘇州大學文正學院蘇州　215104

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Altium Designer的仿真技術在《模擬電路》課程中的應用

宋瑾蘇州大學文正學院蘇州215104

【文章摘要】

Altium Designer軟件是高校普遍學習應用的一個軟件，將它的仿真技術與《模擬電路》的教學結合起來，既可以提高學生分析理論問題的興趣，又可以加強學生對實際問題的掌控，還可以促使學生更好的使用軟件。本文以《模擬電路》課程中的實例講述了結合仿真技術教學的優勢。

【關鍵詞】

Altium Designer；仿真；模擬電路

0　引言

《模擬電路》這門課程是電類相關專業本科生在電子技術方面的一門必修基礎課程，它知識點多，有很強的理論性;它應用范圍廣，有很強的實踐性，在本科教學中起著重要的作用。然而這門課程的教學和學習同樣的不容易，教師難于講解如此眾多且繁雜的知識點，學生難于接受抽象且枯燥的理論分析。多年來，很多高校致力于進行《模擬電路》課程的教學改革，隨著計算機的發展，利用計算機仿真技術對電路進行分析、設計和調試已成為當今高校輔助教學的一種趨勢。在講解具體電路時，把書本上的電路用仿真軟件繪制出來，參數計算的抽象結果用仿真軟件得出實際的波形，波形還能隨著參數的改變而改變，直觀得看出變化和趨勢，比光有計算數據清楚易懂得多了，大大提高了教學和學習的效率。

1　Altium Designer簡介

Altium Designer系統是Altium公司于2006年年初推出的一種電子設計自動化（Electronic Designer Automation,EDA）設計軟件。其前身Protel系列軟件是我國使用最早的電子設計自動化軟件，Altium Designer作為新一代的板卡級設計軟件，是業界首例將設計流程、集成化PCB設計、可編程FPGA設計和基于處理器設計的嵌入式軟件開發功能整合在一起的產品，具有將設計方案從概念轉變為最終產品所需的全部功能。

Altium Designer將原理圖編輯、PCB的繪制及打印等功能有機地結合在一起，形成了一個集成的開發環境，能最大限度的完成客戶的設計要求，最終生成PCB文件直接應用到印制電路板的生產中。

Altium Designer強大的PCB設計功能總所周知，然而它也擁有混合電路仿真工具，在電路原理圖設計階段實現對數?；旌闲盘栯娐返墓δ茉O計仿真，既解決了測試分析、節約成本等問題，又由于其一體化的設計環境，簡化了設計流程，避免來回切換軟件重復操作。Altium Designer在繪制原理圖時選用帶有仿真模型的元器件，可以實現對數模混合信號電路的功能進行仿真分析，從而實現原理圖、仿真、PCB設計一條龍設計。

將Altium Designer的仿真技術應用到《模擬電路》課程的教學中，既可以形象化電路的教學內容，又可以為后續電路設計相關課程做個鋪墊。本文以《模擬電路》教學中的具體內容為例，詳細說明Atlium Designer軟件的仿真技術在其中的應用。

2　Altium Designer仿真技術的應用

《模擬電路》課程中單管共射放大電路是構成其他模擬電路的基本單元，把它理解清楚分析透徹有助于對后面復雜電路的學習。然而光在紙上畫圖，用數學公式計算得出抽象的數據，學生只能強記，沒有感性的認識，就不能深刻的理解。借助于Altium Designer的仿真技術我們可以讓電路動起來，讓數據活起來，達到事半功倍的效果。電路如圖1所示。

圖1　單管共射放大電路

2.1靜態分析

在雙極結型晶體管所組成的放大電路中，設置合適的靜態工作點是必不可少的，我們通常需要進行靜態工作點的計算，分析靜態工作點設置是否合理，是否穩定。運用Altium Designer的仿真技術，選用靜態工作點分析（Operating Point Analysis），可以得出靜態工作點如圖2所示。

根據電路，理論計算為：

測量值與理論值基本相符。

圖2　靜態工作點分析結果

2.2動態分析

衡量放大器性能優劣的重要指標之一是放大倍數（增益）。運用Atlium Designer仿真技術中的瞬態分析（Transient Analysis）即可以測試放大電路的輸入輸出波形，功能類似于示波器，從而得出增益，如圖3所示，輸入信號vin的峰值為9.9627mv，輸出信號vout的峰值為188.57mv，增益即為18.9。

圖3　瞬態分析結果

與測試基本相符。

圖4　有無C3時的仿真結果

Altium Designer仿真技術中的參數掃描分析（Parameter Sweep）可以現場修改電路中的一個或兩個參數，給出相應的結果，有助于判斷器件的作用和參數的確定。例如修改R5的參數，掃描從10Ω至100Ω，步長為10Ω，同時觀察它的輸出波形如圖5所示。隨著R5數值的增大，輸出波形的幅值逐漸減小，即增益將越來越小。R4旁有旁路電容，若修改R4的參數，掃描從200Ω至1.5KΩ，步長為100Ω，觀察輸出波形意義不大，我們可以觀察靜態工作點Vc的電位，得出圖6的結論。根據結論選擇R4為1KΩ比較合適。

圖5　改變R5參數的結果

圖6　改變R4參數的結果

3　教學效果及評價

在《模擬電路》教學中借助仿真技術，使教學達到事半功倍的效果。這樣不僅增加了課堂的效率，還提高了學生的學習積極性。熱情甚至還延伸至課堂外，有些學生有興趣自己動手仿真，對難以理解的東西可以自己琢磨，教學質量大大提高。

4　結論

本文介紹了Altium Designer的仿真技術與《模擬電路》相結合進行教學，以具體實例運用軟件中提供的豐富的仿真模型搭建電路，采用軟件中多樣的仿真分析方式模擬各種實際現象，幫助學生理解，增強了教學效果。

【參考文獻】

[1]郭映.仿真軟件在模擬電路教學中的應用[J].科技信息

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