Proteus的虚拟仿真工具

Proteus仿真工具模拟电路实验仿真模拟电路常用器件与仪器1.模拟电路常用器件(1)三极管如何在Proteus的浩瀚元件库中找到自己想要的三极管元件呢？打开Proteus的元件拾取对话框，在类别“Category”中的“Transistors”子类就是三极管，单击“Transistors”，出现如图4-1中所示的元件。这些元件和我们平时常用的国产三极管的型号不太一致，比如常用的国产高频小功率管3DG6对应于2N5551，替换的原则是双方的管型一致，另外参数也要一样(当然根据设计需求允许有误差)，元件替换对应也可以在网上查找。如果只是一般的原理仿真，可以直接输入“NPN”或“PNP”来拾取通用元件即可。如果用到场效应管，则可以在对应的子类中查找。如图4-1中右侧所示。图4-1三极管元件拾取对话框(2)二极管二极管的种类很多，包括整流桥、整流二极管、肖特基二极管、开关二极管、隧道二极管、变容二极管和稳压二极管。打开Proteus的元件拾取对话框，选中“Category”中的“Diodes”，出现如图4-2所示的对话框，一般来说，选取子类“Sub-category”中的“Generic”通用器件即可，图4-2右边给出通用器件的查寻结果，可以单击来看看需要使用哪种元件。图4-2二极管元件拾取对话框(3)电阻电阻的分类为“Resistors”，子类有0.6W和2W金属膜电阻、3W、7W和10W绕线电阻、通用电阻、热电阻(NTC)、排阻(ResistorPacks)、可变电阻(Variables)及家用高压系列加热电阻丝。常用电阻可直接输入通用电阻“RES”拾取即可，然后再修改参数。这里我们主要说一下比较常用的可变电阻。直接输入“POT”或“POT-”可找到四个或三个相关元件。“POT”为一般滑动变阻器，触头不能拉动，需选中后打开元件属性对话框，修改“STATE”来改变触头的位置，“STATE”的初始值为5，触头位于中间，改为10后，触头位于最上，如图4-3所示。由于调整不方便，一般不使用此元件，而使用下面的几个滑动变阻器。图4-3滑动变阻器元件属性对话框“POT-HG”滑动变阻器的好处是可以直接用鼠标来改变触头位置，精确度和调整的最小单位为阻值的1%，比如一个1kΩ的电阻，精确到10Ω，而一个100kΩ的电阻只能精确到1kΩ，所以，当电阻较大时，考虑把它分成两部分串联，一部分为较大阻值的固定电阻，另一部分为较小阻值的滑动电阻，这样比较科学。(4)电容模拟电路中常用的电容为极性电容，即电解电容。其实无极性电容和电解电容在使用时没什么区别，只不过当电容值较大时，一般在1μF以上时，要做成电解电容。放大电路中的耦合电容一般为10~100μF，为电解电容，特别注意的是，电解电容的正极性端的直流电位一定要高于负极性端才能正常工作，否则会出现意外现象。常用的无极性电容的名称为“CAP”，极性电容为“CAP-ELEC”，还有一个可动画演示充放电电荷的电容为“CAPACITOR”。极性电容“CAP-ELEC”的原理图符号正端不带填充，负端方框中填充有斜纹。使用时可直接输入名字拾取即可。(5)电感和变压器电感和变压器同属电感“Inductors”这一分类，只不过在子类中，又分为通用电感、表面安装技术(SMT)电感和变压器。一般来说，使用电感时直接拾取“INDUCTOR”元件，使用变压器时，要看原、副边的抽头数而定。打开元件拾取对话框，选取“Inductors”大类下的子类“Transformers”，如图4-4所示，在右侧显示出变压器可选元件。常用的是前四种，名称前缀为“TRAN-”，也可以直接输入这个前缀来搜寻变压器。为了帮助大家记忆变压器的名称，以第一个变压器“TRAN-1P2S”为例来说明它的含义。“TRAN”是变压器的英文“TRANSFORMER”的缩写，“P”是原边“PRIMARY”的意思，“S”是副边“SECONDORY”的意思。而后面三个变压器都是饱和变压器，如“TRSAT2P2S2B”即SaturatedTransformerwithsecondaryandbiaswindings，意思是具有副边和偏置线圈的饱和变压器。图4-4变压器拾取对话框变压器在调用时，由于对称按钮可能处于选中状态，原、副边绕组的位置就颠倒了，使用时要注意，尤其是原边和副边绕组数目相同的变压器，这涉及到原、副边的匝比是升压或降压变压器的问题。变压器的匝比是通过改变原、副边的电感值来实现的。打开“TRAN-2P2S”变压器的元件属性对话框，如图4-5所示，原边和副边的电感值都是1H，即变比n为1:1。如果我们想使它成为n=10:1的降压变压器，可以改变原边电感，也可改变副边电感，还可以两者同时改变，但要保证，即原、副边电压比值等于原边电感与副边电感的平方比。改变原、副边的电感值分别为100H和1H(也可以为1H和0.01H)，即原副边电压比为10:1，此变压器为降压变压器，如图4-6所示。图4-5变压器属性对话框图4-6修改变压器变比变压器变比设定后，在原边加一个交流源“ALTERNATOR”，使它为幅值100V，频率为50Hz，同时在原边加一个交流电压表，在副边也加一交流电压表，运行仿真，显示原边电压有效值为70.7V，副边电压有效值为7.07V，变压为10:1。如图4-7所示。ACVolts+70.7ACVolts+7.07TR1TRAN-2P2S图4-7变压器变比仿真BAT11.5VB112V图4-8交、直流电源(6)交、直流电源直流电源通常有单电池“CELL”和电池组“BATTERY”两种，可任意改变其值。单相交流电源为“ALTERNATOR”，可改变其幅值(半波峰值)和频率。如图4-8所示。交、直流电源也可以通过点击Generator图标，选择相关的交直流信号源。2.模拟电路仿真中的常用仪器模拟电路中常用的仿真仪器主要有交流电压表、交流电流表、直流电压表、直流电流表、信号发生器、示波器等。单击工具栏中的虚拟仪器图标，如图4-9所示，在对象选择区出现所有的虚拟仪器名称列表，其中“OSCILLOSCOPE”、“SIGNALGENERATOR”、“DCVOLTMETER”、“DCAMMETER”、“ACVOLTMETER”、“ACAMMETER”分别为示波器、信号发生器、直流电压表、直流电流表、交流电压表和交流电流表。交、直流电压表和交、直流电流表的量程都可以设定，比如可以设定一个交流电压表为毫伏表，如图4-9所示，只需改变元件属性中的“DisplayRange”为“Millivolts”即可。图4-9交流毫伏表的量程设定(1)示波器Proteus的虚拟示波器能完成四个通道(A、B、C、D)的波形显示与测量。待测的四个输入信号分别与示波器的四个通道相接，信号的另一端应接地。在前面的例子中我们已经熟悉了示波器的原理图符号，下面介绍仿真运行后示波器界面各部分旋钮的功能。图4-10是示波器仿真运行后的界面。图4-10示波器运行仿真后的界面以通道A为例，“Position”旋钮用来调整波形的垂直位移，下面的旋钮用来调整波形的幅度显示比例，外面的黄色箭头是粗调，里面的黄色小箭头是细调，当读刻度时，应把里层的箭头顺时针调到最右端。四个通道的对应旋钮使用方法一样。在“Horizontal”下方的两个旋钮分别用来调整波形的水平位移和扫描频率。当用鼠标单击黑色的波形显示区域后，也可以通过滚动鼠标滑轮来调整扫描频率。其他旋钮可保持原位不动。在运行过程中如果关闭掉示波器，需要从主菜单【Debug】中选取最下面【VSMOscilloscope】来重现。在模拟电路中，单管共射放大器及负反馈是非常重要的内容，这两个实验通常合并在一块电路板中来做。接下来我们讨论单管共射放大器的静态工作点及动态参数的调试与测量，最后来观察两级放大电路中负反馈带来的影响。1.单管共射放大电路静态工作点的调试单管共射放大器的电路如图4-12所示。4.1.2单管共射放大器图4-12单管共射放大器实验电路图实验内容：1.将ui信号发生器调到f=1kHz，幅值为5mv，设置静态工作点（调节RP直到输出波形不失真），记录此时的IB、IC、Vce2.改变输入信号幅值，使其分别为10mv、20mv、30mv输出将出现不同程度的非线性失真，用示波器观察这3种情况的波形，当输入30mv时，输出严重失真，说明共发射极放大电路仅适用于小信号放大。3.测量放大电路的放大倍数、输入电阻和输出电阻（幅值为5mv）1）电压放大倍数：AU=uo/ui从示波器的输入输出波形可求出电压放大倍数2）输入电阻：Ri=Ui/Ii在输入端串接一个电阻R=5.1k，在输入回路中接入AC电压表和AC电流表3）输出电阻：Ro=Uo/Io将负载开路，信号源短路，在输出端加电压Uo（1v，1kHz）在输出回路中接入AC电压表和AC电流表（可参考课本P81、82图）作业将以上仿真数据，波形图等用word文档上交，格式可参考“仿真结果.doc”，每位同学以姓名和学号命名建文件夹，同时将仿真电路图和word文档一并放在文件夹中上交。