Proteus在设计型电子实验的应用论文

Proteus在设计型电子实验的应用论文

　　摘要：本文以单管共射放大电路为例，详细介绍了用Proteus进行设计型电子实验的仿真应用实践过程。实现了以产出为导向的OBE理念教学，提高了学生实践创新能力。实践表明：将Proteus应用于设计型电子实验教学，是一种提高设计型实验效率、培养卓越工程师的有效方法。

　　关键词：设计型实验；Proteus仿真；单管共射放大电路；创新能力

　　一、引言

　　电子实验是理论知识的重要补充，其综合设计型实验更能锻炼学生的多方面素质和创新能力[1]。但学生在初设计电路时，常思虑不周，所用元件参数、规格等不合要求，甚至出现短路、断路及其他事故。若用这样的电路直接进行实验，常会对元件、设备造成很大伤害[2]。因此必须探索有效的方法改善现状。Proteus仿真软件具有丰富的元件库和强大的虚拟测试仪器、仪表，工作界面形象、直观，便于直接观察、测试、显示电路中各点电压、电流波形和参数[3]。若将Proteus应用于电子设计型实验，则既能提高学生的基础实验设计效率，也可以缓解电子元件、设备不足带来的困境。在电路中若设置故障，采用OBE理念教学，通过故障分析及排除，来加强学生独立分析问题、排除电路故障、解决问题的能力[4]，并提高其创新设计能力。

　　二、单管共射放大电路设计实例

　　（一）电路工作状况及性能要求

　　设计的单管共射放大电路如图1所示。各组成部分及作用如下：电源UCC与RB1、RB2的作用是使发射结正偏，并提供大小合适的IB；UCC为电路提供能量，并保证集电结反偏；这时晶体管工作在放大区，满足iC=b*iB。RC将晶体管的电流变化转变为电压变化。C1、C2为耦合电容，隔离输入、输出与放大电路直流的联系，同时使交流信号顺利输入与输出。电路工作状况：ui=0时，为静态工作状态，各电压、电流均为直流。ui≠0时，电路为动态工作状态，各电压、电流波形如图2所示。ui、uo为交流信号，而uBE、iB、iC、uCE均为交直流混合信号。电路性能要求：电压放大倍数Au≥30，输入电阻Ri＞1kΩ，输出电阻Ro＜3kΩ，下限截止频率fL＜100Hz，上限截止频率fH＞100kHz，电路稳定性好。

　　（二）构建仿真模型

　　根据Q点的U和I选择RB1和RB2，由fL、fH选择C1=100μF、C2=100μF，并由IB=40~60μA的工作状态确定RE和CE。在Proteus中选择所需元件，建立单管共射放大电路仿真模型如图3所示。以晶体管2N5551为核心元件，已知参数为：UCC=+12V，RL=2.4kΩ，ui=6~18mV，RS=10kΩ。设ui为6mV、1kHz的交流正弦信号，进行仿真，可得图4所示ui、uo仿真波形。其中幅值小的信号是ui，幅值大的信号是uo。

　　（三）确定仿真方案及数据分析

　　调节RB1，建立合适的Q，参数分别为IB=50μA，IC=6.12mA，UCE=6.2V。输入ui幅值为6mV时，改变其频率，可得f=100Hz时，uo=195mV，Au=uo/ui=32.5；f=1kHz时，uo=210mV，Au=35；f=10kHz时，uo=210mV，Au=35；f=100kHz时，uo=180mV，Au=30；得到的波形为正弦波。由此可知，设计的电路在额定输入下的Au均大于30，且较稳定，在fL=100Hz处的Au=32.5和在fH=100kHz处的Au=30，也满足设计要求。

　　（四）电路故障对Au影响的仿真分析

　　当ui=110mV，fs=1kHz时，设置四种故障，分别是Q过低、Q过高、CE开路、RL是否接入。测试的数据计入表1。分析表1可知：Q过低时，Au明显下降，仅为2.4，Uo波形发生截止失真；Q过高时，Uo波形出现明显饱和失真，但Au下降得没有截止失真厉害；而在CE开路时，输出很小，仅为40mV，这是由于RE上的交流压降使输出减小过多，大大降低了Au。接入RL，则比RL开路时输出减小很多，只有710mV，Au=6.5。

　　三、结论

　　通过设计电子实验电路、构建仿真模型及确定元件参数，到最后的数据波形及结果分析，可以得出：利用Proteus进行电子设计型实验，能方便地调节电路参数，直观观察电参量波形，测试电路的特征参数，满足电路性能要求。对电路的故障分析及排除，有助于提高学生独立思考及判断能力。应用Proteus，学生可分析、研究各种电子电路，不受场地、环境、设备限制，充分发挥其主观能动性，进一步加强了学生分析问题、解决问题的能力，培养了学生自主创新精神，提高了自主创新设计能力，为培养卓越工程师打下扎实的基础。

　　参考文献：

　　[1]张海丹,鲍虎,张树森.模拟电路多参数灵敏度分析[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版),2013,32(09):1278-1281.

　　[2]令狐昌伟.电子电路故障预测难点与发展趋势[J].科技信息,2013,09(25):257

　　[3]王雅楠.远程网络虚拟电子实验平台的设计与实现[D].西北师范大学,2014.

　　[4]顾佩华,胡文龙.基于“学习产出”(OBE)的工程教育模式———汕头大学的实践与探索[J].高等工程教育研究,2014,(01):27-37.

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