Altium Designer的仿真技术在《模拟电路》课程中的应用.docx

Altium Designer 的仿真技术在模拟电路课程中的应用宋瑾【摘 要】 Altium Designer 软件是高校普遍学习应用的一个软件，将它的仿真技 术与模拟电路的教学结合起来，既可以提高学生分析理论问题的兴趣，又可以 加强学生对实际问题的掌控，还可以促使学生更好的使用软件。本文以模拟电路 课程中的实例讲述了结合仿真技术教学的优势。【期刊名称】 电子制作【年(卷),期】 2016(000)006【总页数】 2 页(P10-11)【关键词】 Altium Designer;仿真;模拟电路【作 者】 宋瑾【作者单位】 苏州大学文正学院苏州 215104【正文语种】 中 文【文章摘要】Altium Designer 软件是高校普遍学习应用的一个软件，将它的仿真技术与模拟 电路的教学结合起来，既可以提高学生分析理论问题的兴趣，又可以加强学生对 实际问题的掌控，还可以促使学生更好的使用软件。本文以模拟电路课程中的 实例讲述了结合仿真技术教学的优势。Altium Designer ；仿真；模拟电路模拟电路这门课程是电类相关专业本科生在电子技术方面的一门必修基础课程，它知识点多，有很强的理论性;它应用范围广，有很强的实践性，在本科教学中起 着重要的作用。然而这门课程的教学和学习同样的不容易，教师难于讲解如此众多 且繁杂的知识点，学生难于接受抽象且枯燥的理论分析。多年来，很多高校致力于 进行模拟电路课程的教学改革，随着计算机的发展，利用计算机仿真技术对电 路进行分析、设计和调试已成为当今高校辅助教学的一种趋势。在讲解具体电路时， 把书本上的电路用仿真软件绘制出来，参数计算的抽象结果用仿真软件得出实际的 波形，波形还能随着参数的改变而改变，直观得看出变化和趋势，比光有计算数据 清楚易懂得多了，大大提高了教学和学习的效率。Altium Designer 系统是 Altium 公司于 2006 年年初推出的一种电子设计自动化 ( Electronic Designer Automation,EDA)设计软件。其前身 Protel 系列软件是 我国使用最早的电子设计自动化软件， Altium Designer 作为新一代的板卡级设计 软件，是业界首例将设计流程、集成化 PCB 设计、可编程 FPGA 设计和基于处理 器设计的嵌入式软件开发功能整合在一起的产品，具有将设计方案从概念转变为最 终产品所需的全部功能。Altium Designer 将原理图编辑、 PCB 的绘制及打印等功能有机地结合在一起， 形成了一个集成的开发环境，能最大限度的完成客户的设计要求，最终生成 PCB 文件直接应用到印制电路板的生产中。Altium Designer 强大的 PCB 设计功能总所周知，然而它也拥有混合电路仿真工 具，在电路原理图设计阶段实现对数模混合信号电路的功能设计仿真，既解决了测 试分析、节约成本等问题，又由于其一体化的设计环境，简化了设计流程，避免来 回切换软件重复操作。 Altium Designer 在绘制原理图时选用带有仿真模型的元器 件，可以实现对数模混合信号电路的功能进行仿真分析，从而实现原理图、仿真、 PCB 设计一条龙设计。将 Altium Designer 的仿真技术应用到模拟电路课程的教学中，既可以形象化电路的教学内容，又可以为后续电路设计相关课程做个铺垫。本文以模拟电路 教学中的具体内容为例，详细说明 Atlium Designer 软件的仿真技术在其中的应 用。模拟电路课程中单管共射放大电路是构成其他模拟电路的基本单元，把它理解 清楚分析透彻有助于对后面复杂电路的学习。然而光在纸上画图，用数学公式计算 得出抽象的数据，学生只能强记，没有感性的认识，就不能深刻的理解。借助于 Altium Designer 的仿真技术我们可以让电路动起来，让数据活起来，达到事半功 倍的效果。电路如图 1 所示。2.1 静态分析在双极结型晶体管所组成的放大电路中，设置合适的静态工作点是必不可少的，我 们通常需要进行静态工作点的计算，分析静态工作点设置是否合理，是否稳定。运 用 Altium Designer 的仿真技术，选用静态工作点分析(Operating Point Analysis )，可以得出静态工作点如图 2 所示。根据电路，理论计算为：测量值与理论值基本相符。2.2 动态分析衡量放大器性能优劣的重要指标之一是放大倍数(增益)。运用 Atlium Designer 仿真技术中的瞬态分析( Transient Analysis )即可以测试放大电路的输入输出波 形，功能类似于示波器，从而得出增益，如图 3 所示，输入信号vin 的峰值为 9.9627mv ，输出信号 vout 的峰值为 188.57mv ，增益即为 18.9。根据电路分析，理论计算为：与测试基本相符。在这个电路中， R4 和 R5 一起组成射极偏置电阻，在静态时，它们的作用是用于 产生负反馈，维持电路静态工作点的稳定。仿真分析时可以很方便比较有旁路电容C3 和去掉旁路电容 C3 时的输出波形，如图 4 所示。图 4 上部波形为有 C3 时的 输出 vout 波形，图 4 下部波形为去掉 C3 后的输出 vout 波形，明显看出去除 C3 后输出幅度减小了，影响了增益。因此 C3 的作用是既能维持静态工作点的稳定， 又不影响增益。那为什么不给 R5 也加一个旁路电容呢?因为如图 1 所示电路的增 益公式为。在这个公式里仅是电阻的比值，温度稳定性好。Altium Designer 仿真技术中的参数扫描分析( Parameter Sweep)可以现场修 改电路中的一个或两个参数，给出相应的结果，有助于判断器件的作用和参数的确 定。例如修改 R5 的参数，扫描从 10 至 100，步长为 10，同时观察它的输 出波形如图 5 所示。随着 R5 数值的增大，输出波形的幅值逐渐减小，即增益将越 来越小。 R4 旁有旁路电容，若修改 R4 的参数，扫描从 200 至 1.5K，步长为 100，观察输出波形意义不大，我们可以观察静态工作点 Vc 的电位，得出图 6 的结论。根据结论选择 R4 为 1K 比较合适。在模拟电路教学中借助仿真技术，使教学达到事半功倍的效果。这样不仅增加 了课堂的效率，还提高了学生的学习积极性。热情甚至还延伸至课堂外，有些学生 有兴趣自己动手仿真，对难以理解的东西可以自己琢磨，教学质量大大提高。本文介绍了 Altium Designer 的仿真技术与模拟电路相结合进行教学，以具 体实例运用软件中提供的丰富的仿真模型搭建电路，采用软件中多样的仿真分析方 式模拟各种实际现象，帮助学生理解，增强了教学效果。【相关文献】1郭映.仿真软件在模拟电路教学中的应用J.科技信息2穆秀春,李娜,訾鸿.从 Protel 到 Altium DesignerM.北京：电子工业出版社,2011. 3高敬鹏,武超群,王臣业.Altium Designer 原理图与 PCB 设计教程M.北京：机械工业出版 社,2015.