Altium Designer的仿真技術(shù)在《模擬電路》課程中的應(yīng)用

宋瑾　蘇州大學(xué)文正學(xué)院蘇州　215104

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Altium Designer的仿真技術(shù)在《模擬電路》課程中的應(yīng)用

宋瑾蘇州大學(xué)文正學(xué)院蘇州215104

【文章摘要】

Altium Designer軟件是高校普遍學(xué)習(xí)應(yīng)用的一個軟件，將它的仿真技術(shù)與《模擬電路》的教學(xué)結(jié)合起來，既可以提高學(xué)生分析理論問題的興趣，又可以加強學(xué)生對實際問題的掌控，還可以促使學(xué)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(jié)合仿真技術(shù)教學(xué)的優(yōu)勢。

【關(guān)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(guān)專業(yè)本科生在電子技術(shù)方面的一門必修基礎(chǔ)課程，它知識點多，有很強的理論性;它應(yīng)用范圍廣，有很強的實踐性，在本科教學(xué)中起著重要的作用。然而這門課程的教學(xué)和學(xué)習(xí)同樣的不容易，教師難于講解如此眾多且繁雜的知識點，學(xué)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(xué)改革，隨著計算機的發(fā)展，利用計算機仿真技術(shù)對電路進行分析、設(shè)計和調(diào)試已成為當(dāng)今高校輔助教學(xué)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(shù)計算的抽象結(jié)果用仿真軟件得出實際的波形，波形還能隨著參數(shù)的改變而改變，直觀得看出變化和趨勢，比光有計算數(shù)據(jù)清楚易懂得多了，大大提高了教學(xué)和學(xué)習(xí)的效率。

1　Altium Designer簡介

Altium Designer系統(tǒng)是Altium公司于2006年年初推出的一種電子設(shè)計自動化（Electronic Designer Automation,EDA）設(shè)計軟件。其前身Protel系列軟件是我國使用最早的電子設(shè)計自動化軟件，Altium Designer作為新一代的板卡級設(shè)計軟件，是業(yè)界首例將設(shè)計流程、集成化PCB設(shè)計、可編程FPGA設(shè)計和基于處理器設(shè)計的嵌入式軟件開發(fā)功能整合在一起的產(chǎn)品，具有將設(shè)計方案從概念轉(zhuǎn)變?yōu)樽罱K產(chǎn)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(jié)合在一起，形成了一個集成的開發(fā)環(huán)境，能最大限度的完成客戶的設(shè)計要求，最終生成PCB文件直接應(yīng)用到印制電路板的生產(chǎn)中。

Altium Designer強大的PCB設(shè)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(shè)計階段實現(xiàn)對數(shù)?；旌闲盘栯娐返墓δ茉O(shè)計仿真，既解決了測試分析、節(jié)約成本等問題，又由于其一體化的設(shè)計環(huán)境，簡化了設(shè)計流程，避免來回切換軟件重復(fù)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(xiàn)對數(shù)?；旌闲盘栯娐返墓δ苓M行仿真分析，從而實現(xiàn)原理圖、仿真、PCB設(shè)計一條龍設(shè)計。

將Altium Designer的仿真技術(shù)應(yīng)用到《模擬電路》課程的教學(xué)中，既可以形象化電路的教學(xué)內(nèi)容，又可以為后續(xù)電路設(shè)計相關(guān)課程做個鋪墊。本文以《模擬電路》教學(xué)中的具體內(nèi)容為例，詳細(xì)說明Atlium Designer軟件的仿真技術(shù)在其中的應(yīng)用。

2　Altium Designer仿真技術(shù)的應(yīng)用

《模擬電路》課程中單管共射放大電路是構(gòu)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(fù)雜電路的學(xué)習(xí)。然而光在紙上畫圖，用數(shù)學(xué)公式計算得出抽象的數(shù)據(jù)，學(xué)生只能強記，沒有感性的認(rèn)識，就不能深刻的理解。借助于Altium Designer的仿真技術(shù)我們可以讓電路動起來，讓數(shù)據(jù)活起來，達(dá)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(tài)分析

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

根據(jù)電路，理論計算為：

測量值與理論值基本相符。

圖2　靜態(tài)工作點分析結(jié)果

2.2動態(tài)分析

衡量放大器性能優(yōu)劣的重要指標(biāo)之一是放大倍數(shù)（增益）。運用Atlium Designer仿真技術(shù)中的瞬態(tài)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(tài)分析結(jié)果

與測試基本相符。

圖4　有無C3時的仿真結(jié)果

Altium Designer仿真技術(shù)中的參數(shù)掃描分析（Parameter Sweep）可以現(xiàn)場修改電路中的一個或兩個參數(shù)，給出相應(yīng)的結(jié)果，有助于判斷器件的作用和參數(shù)的確定。例如修改R5的參數(shù)，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(shù)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(shù)，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(tài)工作點Vc的電位，得出圖6的結(jié)論。根據(jù)結(jié)論選擇R4為1KΩ比較合適。

圖5　改變R5參數(shù)的結(jié)果

圖6　改變R4參數(shù)的結(jié)果

3　教學(xué)效果及評價

在《模擬電路》教學(xué)中借助仿真技術(shù)，使教學(xué)達(dá)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(xué)生的學(xué)習(xí)積極性。熱情甚至還延伸至課堂外，有些學(xué)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(xué)質(zhì)量大大提高。

4　結(jié)論

本文介紹了Altium Designer的仿真技術(shù)與《模擬電路》相結(jié)合進行教學(xué)，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(xiàn)象，幫助學(xué)生理解，增強了教學(xué)效果。

【參考文獻(xiàn)】

[1]郭映.仿真軟件在模擬電路教學(xué)中的應(yīng)用[J].科技信息

[2]穆秀春,李娜,訾鴻.從Protel到Altium Designer[M].北京：電子工業(yè)出版社,2011.

[3]高敬鵬,武超群,王臣業(yè).Altium Designer原理圖與PCB設(shè)計教程[M].北京：機械工業(yè)出版社,2015.