Cadence軟件在《模擬電子》仿真教學的應用

彭忠全 朱昌洪 梁曉萍

摘 ?要：論文主要針對應用型本科《模擬電子》課程的教學進行仿真教學，即采用電子電路軟件Cadence Or CAD進行電路單元教學的設計和仿真，并結合《模擬電子》中的教學難點——基于分壓式工作點穩定電路單元的教學進行設計和應用，并通過3個步驟，理論分析、電路仿真和實驗驗證的有機結合開展教學，無論是理論分析還是實驗實踐，都可以通過軟件實時動態的觀察和應用到電路的運行和結果顯示，有利于知識點的步驟分解和結果總結，從而進一步推動Cadence Or CAD軟件在《模擬電子》教學中的應用。

關鍵詞：仿真教學 ?模擬電路 ?分壓式工作點

中圖分類號：G252 ? 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2019）12（c）-0104-02

隨著計算機以及高性能設計軟件的普及，在模擬電路設計與教學得到廣泛應用。模擬電路課，一方面是電子信息、電氣工程類專業本科生的重要專業基礎課程，非常重要;另一方面致學生的模擬電路設計與制作跟企業要求差距甚遠，而應用型本科的主要目標是培養應用型電子技術人才，但當前的模擬電路教學效果還不太好，教學方式比較單調[1]。

Cadence Or CAD是一種被廣泛使用的電路CAD軟件，它不僅能方便地進行電路的輔助設計，還具有較強的電路仿真功能，它的PSpice模塊可以對設計的電路進行基本性能仿真，利用虛擬儀器模擬物理測試儀器顯示電路的各種參數和信號波形，從而在課堂教學、實驗教學、課程設計等方面具有較好的輔助作用[2]。

該文提出采用Or CAD PSpice模塊對模擬電路中基于分壓式工作點穩定電路進行演示，結合理論教學與實驗驗證，使學生可以從電路仿真與實驗中較好地理解模擬電路的基本原理，掌握模擬電路相關知識點以及軟件設計水平[3]。

1 ?仿真教學在模擬電路中的實施

仿真教學的具體過程是先進行電路原理的講解，然后利用Or Cad PSpice模塊對電路進行仿真，讓學生直觀地觀察到電路的工作點、增益、頻率特性、失真等電路參數和信號波形，然后再構建出物理電路進行實驗驗證，并進行理論、仿真、電路測試結果的對比[4]。以基于分壓式工作點穩定電路的教學為例，先講解原理，再用Or CAD PSpice進行電路仿真演示，然后進行物理電路實驗，通過改變電路參數觀察電路輸出波形的變化，并與理論結果進行對照，增強學生對電路的理解，電路參數和電路性能的關系，極大地激發學生興趣[5]。

1.1 理論講解

分壓式工作點穩定電路簡要介紹電路組成與工作原理，詳細講解靜態動態分析與計算。

（1）靜態分析與計算。該電路UBQ由Vcc經Rb1和Rb2分壓得到，可以認為基本不受溫度變化影響，比較穩定，通過發射極電流的負反饋作用，牽制集電極電流的變化，一般取IR=（5～10）IBQ，且UBQ=（5～10）UBEQ。

（2）動態分析與計算。輸入的交流信號Vi通過電容Cb耦合進入晶體管基極，輸出的交流信號Vo由集電極經電容 Cc耦合到負載電阻RL上。發射極旁路電容Ce的作用是降低發射極電阻對交流放大倍數的損耗。

（3）Q1β為60時相關數據估算值，從估算過程來看，β從90變化到60，Au只是由-69變化到-64，靜態工作點基本不變。

1.2 Or CAD PSpice仿真分析與演示

課堂引入Or CAD PSpice仿真，在教學過程中容易得到較多的數據，可隨時查看和調整，直觀形象，降低學生對教學內容的理解和掌握。演示及講解Or CAD Pspice在分壓式靜態工作點穩定電路仿真的應用如下。

（1）新建Or CAD PSpice項目，選擇“Analog or Mixed A/D”，建立仿真原理圖文件。

（2）選擇原理圖元件庫、放置原理圖原件，對元件屬性進行編輯、元件地連線等方法繪制原理圖。

（3）假定以三極管Q1的Q2N2222AG 設置β為90，電源電壓設為12V，對電路進行靜態工作點的仿真分析。

（4）進行瞬態分析仿真交流輸入輸出信號波形。

（5）進行幅頻相頻特性分析，進行輸入電阻﹑輸出電阻性能指標分析等。

以三極管Q1的Q2N2222AG設置β為90，仿真結果測量的Av約61，中頻相位約-179.9，輸入電阻抗Ri約1.74kΩ，輸出電阻抗Ro約2.86kΩ，輸出結果與理論結果符合。

2 ?實驗驗證比較與分析

（1）連接電路圖，實驗箱采用國內某公司的RXDS-1B多功能電子技術實驗箱，分壓式工作點穩定電路按照連接電路圖連接電路[6]。

（2）靜態工作點預設，使用萬用電表測量圖5的VCE的電壓，調整集電極與基極之間可調電阻1RP。當VCE電壓為5.8～6.0V， 可調電阻1RP為13kΩ。

（3）動態指標測試。將信號發生器的信號源設為正弦波，頻率調至10kHz，輸出電壓為500mV，再通過實驗箱上1∶100分壓，基極輸入5mV交流信號源電壓，基極直接輸入10mV交流信號源電壓，示波器測試輸出信號波形為0.62V，推算AV的交流放大倍數約為62。選擇幾個頻率點，進行幅頻特性的測量，由數據表明仿真與實驗測試的幅頻特性值相符合。

（4）圖形與數據比較。分析比較實驗測試出來的數值﹑仿真、理論估算值得出數值三者數據，誤差可以接受，仿真獲取的信號波形與實驗測試出來的波形大致相同，結果基本一致。

3 ?結語

通過基于分壓式工作點穩定電路的教學為例進行發仿真教學，將理論講解、電路仿真演示、物理電路實驗及驗證三者融合進行有機結合教學，有效促進學生掌握模擬電路的知識，鍛煉實踐動手能力，教學效果良好，并得到了廣大學生和教師認可，驗證了仿真教學在模擬電路中的可行性和實際意義。

參考文獻

[1] 謝自美.電子線路設計.實驗.測試[M].3版.武漢：華中科技大學出版社，2006：87-120.

[2] 蔡洪明，李凱.Or CAD PSpice在模擬電子技術教學應用中的實踐[J].現代電子技術，2014，37（1）：131-134.

[3] 蒲永紅，余粟，王維榮.Multisim輔助電工電子實驗教學的探討[J].實驗室研究與探索，2013（32）：174-177.

[4] 楊素行.模擬電子技術基礎簡明教程[M].3版.北京：高等教育出版社，2006.

[5] 童詩白.模擬電子技術基礎[M].北京：高等教育出版社，2010：284-291.

[6] 孫肖子.現代電子線路和技術實驗簡明教程[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.