Cadence软件在《模拟电子》仿真教学的应用
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摘 要：论文主要针对应用型本科《模拟电子》课程的教学进行仿真教学，即采用电子电路软件Cadence Or CAD进行电路单元教学的设计和仿真，并结合《模拟电子》中的教学难点——基于分压式工作点稳定电路单元的教学进行设计和应用，并通过3个步骤，理论分析、电路仿真和实验验证的有机结合开展教学，无论是理论分析还是实验实践，都可以通过软件实时动态的观察和应用到电路的运行和结果显示，有利于知识点的步骤分解和结果总结，从而进一步推动Cadence Or CAD软件在《模拟电子》教学中的应用。
关键词：仿真教学 模拟电路 分压式工作点
中图分类号：G252 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2019）12（c）-0104-02
随着计算机以及高性能设计软件的普及，在模拟电路设计与教学得到广泛应用。模拟电路课，一方面是电子信息、电气工程类专业本科生的重要专业基础课程，非常重要;另一方面致学生的模拟电路设计与制作跟企业要求差距甚远，而应用型本科的主要目标是培养应用型电子技术人才，但当前的模拟电路教学效果还不太好，教学方式比较单调[1]。
Cadence Or CAD是一种被广泛使用的电路CAD软件，它不仅能方便地进行电路的辅助设计，还具有较强的电路仿真功能，它的PSpice模块可以对设计的电路进行基本性能仿真，利用虚拟仪器模拟物理测试仪器显示电路的各种参数和信号波形，从而在课堂教学、实验教学、课程设计等方面具有较好的辅助作用[2]。
该文提出采用Or CAD PSpice模块对模拟电路中基于分压式工作点稳定电路进行演示，结合理论教学与实验验证，使学生可以从电路仿真与实验中较好地理解模拟电路的基本原理，掌握模拟电路相关知识点以及软件设计水平[3]。
1 仿真教学在模拟电路中的实施
仿真教学的具体过程是先进行电路原理的讲解，然后利用Or Cad PSpice模块对电路进行仿真，让学生直观地观察到电路的工作点、增益、频率特性、失真等电路参数和信号波形，然后再构建出物理电路进行实验验证，并进行理论、仿真、电路测试结果的对比[4]。以基于分压式工作点稳定电路的教学为例，先讲解原理，再用Or CAD PSpice进行电路仿真演示，然后进行物理电路实验，通过改变电路参数观察电路输出波形的变化，并与理论结果进行对照，增强学生对电路的理解，电路参数和电路性能的关系，极大地激发学生兴趣[5]。
1.1 理论讲解
分压式工作点稳定电路简要介绍电路组成与工作原理，详细讲解静态动态分析与计算。
（1）静态分析与计算。该电路UBQ由Vcc经Rb1和Rb2分压得到，可以认为基本不受温度变化影响，比较稳定，通过发射极电流的负反馈作用，牵制集电极电流的变化，一般取IR=（5～10）IBQ，且UBQ=（5～10）UBEQ。
（2）动态分析与计算。输入的交流信号Vi通过电容Cb耦合进入晶体管基极，输出的交流信号Vo由集电极经电容 Cc耦合到负载电阻RL上。发射极旁路电容Ce的作用是降低发射极电阻对交流放大倍数的损耗。
（3）Q1β为60时相关数据估算值，从估算过程来看，β从90变化到60，Au只是由-69变化到-64，静态工作点基本不变。
1.2 Or CAD PSpice仿真分析与演示
课堂引入Or CAD PSpice仿真，在教学过程中容易得到较多的数据，可随时查看和调整，直观形象，降低学生对教学内容的理解和掌握。演示及讲解Or CAD Pspice在分压式静态工作点稳定电路仿真的应用如下。
（1）新建Or CAD PSpice项目，选择“Analog or Mixed A/D”，建立仿真原理图文件。
（2）选择原理图元件库、放置原理图原件，对元件属性进行编辑、元件地连线等方法绘制原理图。
（3）假定以三极管Q1的Q2N2222AG 设置β为90，电源电压设为12V，对电路进行静态工作点的仿真分析。
（4）进行瞬态分析仿真交流输入输出信号波形。
（5）进行幅频相频特性分析，进行输入电阻﹑输出电阻性能指标分析等。
以三极管Q1的Q2N2222AG设置β为90，仿真结果测量的Av约61，中频相位约-179.9，输入电阻抗Ri约1.74kΩ，输出电阻抗Ro约2.86kΩ，输出结果与理论结果符合。
2 实验验证比较与分析
（1）连接电路图，实验箱采用国内某公司的RXDS-1B多功能电子技术实验箱，分压式工作点稳定电路按照连接电路图连接电路[6]。
（2）静态工作点预设，使用万用电表测量图5的VCE的电压，调整集电极与基极之间可调电阻1RP。当VCE电压为5.8～6.0V， 可调电阻1RP为13kΩ。
（3）动態指标测试。将信号发生器的信号源设为正弦波，频率调至10kHz，输出电压为500mV，再通过实验箱上1∶100分压，基极输入5mV交流信号源电压，基极直接输入10mV交流信号源电压，示波器测试输出信号波形为0.62V，推算AV的交流放大倍数约为62。选择几个频率点，进行幅频特性的测量，由数据表明仿真与实验测试的幅频特性值相符合。
（4）图形与数据比较。分析比较实验测试出来的数值﹑仿真、理论估算值得出数值三者数据，误差可以接受，仿真获取的信号波形与实验测试出来的波形大致相同，结果基本一致。
3 结语
通过基于分压式工作点稳定电路的教学为例进行发仿真教学，将理论讲解、电路仿真演示、物理电路实验及验证三者融合进行有机结合教学，有效促进学生掌握模拟电路的知识，锻炼实践动手能力，教学效果良好，并得到了广大学生和教师认可，验证了仿真教学在模拟电路中的可行性和实际意义。
参考文献
[1] 谢自美.电子线路设计.实验.测试[M].3版.武汉：华中科技大学出版社，2006：87-120.
[2] 蔡洪明，李凯.Or CAD PSpice在模拟电子技术教学应用中的实践[J].现代电子技术，2014，37（1）：131-134.
[3] 蒲永红，余粟，王维荣.Multisim辅助电工电子实验教学的探讨[J].实验室研究与探索，2013（32）：174-177.
[4] 杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].3版.北京：高等教育出版社，2006.
[5] 童诗白.模拟电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2010：284-291.
[6] 孙肖子.现代电子线路和技术实验简明教程[M].2版.北京：高等教育出版社，2009.
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