摘 要： 電子線路是電子信息類專業(yè)的重要課程，但學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中普遍反映概念多，難以理解與掌握。本文作者利用Proteus仿真軟件，結(jié)合振幅調(diào)制和低頻功率放大器兩個(gè)具體實(shí)例，闡明了該軟件在電子線路教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中的優(yōu)勢(shì)。在學(xué)校的教學(xué)實(shí)踐中，取得了良好的效果。
　　關(guān)鍵詞： 電子線路課程 Proteus 仿真電路實(shí)驗(yàn)
　　
　　1.簡(jiǎn)介
　　電子線路課程包括低頻電子線路和高頻電子線路，是電子信息、通信工程等專業(yè)的核心基礎(chǔ)課程，主要介紹電子系統(tǒng)中的各功能電路的工作原理與分析方法，其教學(xué)目的是培養(yǎng)學(xué)生能在電子及通信相關(guān)領(lǐng)域從事產(chǎn)品設(shè)計(jì)開發(fā)、科學(xué)研究等方面的能力［１］。但是由于該課程理論性較強(qiáng)，涉及的知識(shí)點(diǎn)較多，同時(shí)課程的實(shí)踐性較強(qiáng)，電路較多且組成靈活，因此學(xué)生普遍反映較難理解和掌握。同時(shí)由于學(xué)生實(shí)驗(yàn)的時(shí)間相對(duì)較少，雖然我院開展了專業(yè)實(shí)驗(yàn)室開放和建立的大學(xué)生創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室，但學(xué)生真正走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的機(jī)會(huì)還是不多。
　　隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)（CAD）工具逐漸應(yīng)用到很多領(lǐng)域，包括電子電路的分析和設(shè)計(jì)。通過(guò)電路方真可以強(qiáng)化基本概念、基本原理，進(jìn)一步理解基本電路，并掌握基本分析方法，有利于學(xué)生掌握電路的基本構(gòu)成、作用和常用檢測(cè)方法［2］。目前常用的CAD軟件有Proteus、Protel、EWB、Multisim和PSPICE等。
　　Proteus系統(tǒng)仿真與開發(fā)平臺(tái)是由英國(guó)Labcenter公司開發(fā)的一款支持模擬、數(shù)字、單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)的完整的仿真和開發(fā)平臺(tái)，可以說(shuō)它是當(dāng)前廣泛使用的電子線路設(shè)計(jì)與仿真軟件Protel和Multisim功能的聯(lián)合和進(jìn)一步擴(kuò)展。該軟件的功能廣泛，消除了學(xué)生學(xué)習(xí)多種仿真和設(shè)計(jì)軟件的障礙，特別適合于初學(xué)者在理解基本概念時(shí)使用。使用Proteus軟件仿真電路實(shí)驗(yàn)具有系統(tǒng)資源豐富，硬件投入少，學(xué)生可以自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，和工程實(shí)踐最為接近的優(yōu)點(diǎn)，可以有效地提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，改善教學(xué)和實(shí)驗(yàn)質(zhì)量。同時(shí)由于Proteus在單片機(jī)及嵌入式系統(tǒng)仿真中的強(qiáng)大功能，可以為后續(xù)課程的學(xué)習(xí)打下良好的基礎(chǔ)。而目前Proteus主要是在單片機(jī)的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中得到廣泛使用［3］，因此本文結(jié)合幾個(gè)實(shí)際例子，主要介紹Proteus軟件在電子線路的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用。
　　2.振幅調(diào)制的Proteus仿真
　　Proteus是一款基于ProSPICE混合模型仿真器的完整的軟硬件仿真平臺(tái)，包含ISIS和ARES應(yīng)用軟件。其中ISIS是智能原理圖輸入軟件，可以直接對(duì)原理圖進(jìn)行仿真。ARES是和Protel類似的PCB布線編輯軟件。ISIS同時(shí)還支持電路仿真模式VSM（虛擬仿真模式），它提供了許多類型的模擬仿真工具，可以對(duì)設(shè)計(jì)好的電路圖直接進(jìn)行仿真，給電路設(shè)計(jì)和分析帶來(lái)的極大的方便［4］。本節(jié)就利用Proteus的虛擬儀器理解振幅調(diào)制的基本概念。
　　在Proteus ISIS編輯區(qū)內(nèi)放置虛擬信號(hào)發(fā)生器和示波器。Proteus的虛擬信號(hào)發(fā)生器可以產(chǎn)生方波、鋸齒波、三角波和正弦波，輸出頻率范圍在0—12 MHz，輸出幅值在0—12 V。并且還具有調(diào)幅波和調(diào)頻波輸出功能。
　　我們?cè)贏M端口接入一個(gè)0.2 V、100 Hz的交流信號(hào)，由信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生一個(gè)幅度為1 V、頻率為1 KHz的載波信號(hào)，則信號(hào)發(fā)生器“+”端口輸出該調(diào)幅信號(hào)，模擬示波器上顯示的調(diào)幅波波形如圖1所示。
　　3.低頻功率放大器的Proteus仿真
　　本節(jié)要討論的低頻功率放大器是一個(gè)OTL電路，5V單電源供電，輸出端接一個(gè)1000uF的大電容，通過(guò)充放電，做負(fù)電源使用。在Proteus ISIS編輯區(qū)內(nèi)編輯如圖2所示的電路原理圖。其中R5和C3組成的自舉電路抬高A點(diǎn)的電位。本節(jié)主要調(diào)試和觀察交越失真波形、測(cè)量最大不失真輸出電壓及計(jì)算最大輸出效率。
　　3.1觀察交越失真波形
　　按照?qǐng)D2所示連接電路，并在電路中放入直流電壓表和直流毫安表。調(diào)節(jié)RV1，使A點(diǎn)的直流電位為電源電壓的一半，即2.5 V。再調(diào)節(jié)RV2使毫安表的讀數(shù)在5—10 mA之間。這樣兩個(gè)管子的VCE都為2.5 V。
　　圖2中的RV2和D1是專門用來(lái)消除輸出波形的交越失真的。現(xiàn)在我們調(diào)節(jié)RV2，使得Q2和Q3兩基極簡(jiǎn)電壓減小，從而輸出波形出現(xiàn)交越失真。首先斷開C1與地之間的短路線，接交流信號(hào)發(fā)生器，在C2后接示波器，并在輸出負(fù)載兩端加入交流毫伏表，用來(lái)測(cè)量輸出信號(hào)的有效值。
　　運(yùn)行仿真，使信號(hào)發(fā)生器頻率為1KHz，調(diào)節(jié)其幅度，觀察示波器上的波形使其不出現(xiàn)上下頂失真。輸入波形和輸出波形如圖3所示，其中上方為輸出信號(hào)波形，下方為輸入信號(hào)波形。接下來(lái)把RV2往下調(diào)，直到輸出波形出現(xiàn)交越失真為止，如圖4所示。
　　3.2 最大不失真輸出電壓及輸出效率
　　繼續(xù)調(diào)節(jié)滑動(dòng)變阻器RV2，使其值變大，直到交越失真消失為止。然后加大輸入信號(hào)的幅值，是輸出波形出現(xiàn)上下頂失真。調(diào)節(jié)RV1，使失真消失，減小輸入信號(hào)幅度，觀察失真是否對(duì)稱。如此反復(fù)調(diào)節(jié)RV1和輸入信號(hào)幅度，直到輸出波形上下頂?shù)牟ㄐ问д鎰倓偼瑫r(shí)消失。這時(shí)的工作點(diǎn)最為合適。
　　在交流電壓表上讀出的輸出電壓的有效值，即為最大輸出電壓U＝418 mV。則最大不失真功率為：
　　P==≈21.84 mW.
　　輸出效率等于最大不失真時(shí)，負(fù)載輸出功率與電源提供功率的比值。我們可以讀出直流電源的電流為7.79 mA，電壓為5 V，則功率為：
　　P＝5×7.79=38.95 mW.
　　則電路的效率η為：
　　η＝×100%=×100%≈56%.
　　4.結(jié)語(yǔ)
　　利用Proteus軟件仿真電子線路和實(shí)驗(yàn)，不但彌補(bǔ)了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中存在的設(shè)備緊張、更新速度慢、元器件損耗大等不足，而且能夠大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣［５］。本文通過(guò)調(diào)幅信號(hào)和低頻功率放大器兩個(gè)具體的例子，說(shuō)明了Proteus軟件的巨大優(yōu)勢(shì)。
　　
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　　本項(xiàng)目受安徽省高等學(xué)校省級(jí)教學(xué)質(zhì)量與教學(xué)改革工程重點(diǎn)項(xiàng)目（20100163），安徽大學(xué)質(zhì)量工程建設(shè)項(xiàng)目（XJ2009026，XJ2009022），安徽大學(xué)通信工程校級(jí)特色專業(yè)建設(shè)項(xiàng)目支持。
　　 注：“本文中所涉及到的圖表、公式、注解等請(qǐng)以PDF格式閱讀”