OrCAD PSpice在模拟电子技术教学应用中的实践

摘 要： 讨论了传统模拟电子技术教学和实验设计的现状，以双极性结型晶体共射极放大器为例子，对OrCAD PSpice仿真技术在模拟教学中的应用进行了探讨。基于OrCAD PSpice仿真技术在很多方面能弥补传统教学的不足，指出先进的模拟电路仿真技术对于模拟电子教学具有重要意义。

关键词： OrCAD PSpice； 仿真； 模拟电子技术； 模拟电子教学

中图分类号： TN710?34； TP302.1 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2014）01?0131?04

0 引 言

计算机模拟设计方法的运用使得模拟电路的设计已经发生了巨大的变化。计算机特别是高性能软件的普及，使电路模拟器得到广泛的应用。在模拟电路设计领域，要求电路设计工程师能够采用最新、最适合的模拟电子器件进行电路设计。众所周知，模拟技术所涉及的知识面更宽，要想从众多的模拟电路中挑选出最适合的器件，不仅需要有丰富的经验，更需要具备最新的模拟器件知识。一方面，模拟电子技术是电气、电子信息类和部分非电专业本科生电子技术方面的重要基础课程，应该予以充分的重视与加强；另一方面，现有实验条件的落后导致学生无法接触最新的模拟电子器件从而与现代模拟电子电路设计脱节。OrCAD是世界上使用最广泛的EDA软件，它的最大特点是汇集了模拟与数字电路混合仿真等功能，其电路仿真元器件库更达到8 500个，收入了几乎所有的通用型电子元器件模块。此外，OrCAD软件还可以根据模拟电子器件生产厂家给出的最新集成电路的SPICE模型自行设计新的电路仿真元件，便于电子设计工程师跟踪最新的模拟电子器件的发展。基于这些优点，本文提出采用OrCAD PSpice设计部分模拟电子技术实验，使学生不但能够从实验中了解模拟电路的基本原理，也能够掌握这种应用最广泛的模拟电路设计工具。通过与以往设计的模拟电路实验对比，可以看到采用OrCAD软件进行模拟电路实验即能兼顾基础教学实验，又为学生将来成为模拟电路设计工程师奠定了必要的技术基础。

1 模拟电子技术教学现状

由于模拟电子技术的教学需要一定的电路分析知识作为基础，很多新的知识点、概念、器件和分析方法被引用，增加了学习的困难。传统的教学模式受到了很大的挑战，课堂上老师要在有限的时间内讲授大量的知识点；课下同学们需要进行很多的计算，普遍反映对重要知识点掌握不深，教学效果很难令人满意。实验教学方面，问题也十分突出。实验课上，一方面，学生机械地完成实验指导书中的实验要求和测试表格，做不到对理论的理解和巩固[1?5]。另一方面，学生人数增多，实验仪器不足，导致多人共用一套仪器，最后学生掌握知识的效果欠佳。更有，受多方因素的影响，实验室设备不能及时更新，不能紧跟先进技术发展的步调，导致实验内容局限，实验教学缺乏生机，学生兴趣不高，技能达不到现代应用的要求。

因此，采取适应的教学改革，把先进的模拟电路设计技术应用到基础教学环节，帮助学生理解掌握各种元器件、电路的原理和性能并与技术进步相互适应就显得极其重要。由于理论性、实践性、应用性强的特点，先进仿真分析的引用可以使教学和实验设计更加直观、更加生动，也能够突破现有实验条件的局限，带动学生的积极性，提高其掌握知识的深度和宽度。

2 模拟电子技术OrCAD PSpice仿真方法的应

用探讨

OrCAD PSpice具有强大的电路分析及仿真能力，这在模拟电路设计领域优势凸显。如果将OrCAD引入教学环节，就可能从学生接触模拟电路时就逐步习惯于设计之初首先进行性能分析。下面以双极性结型晶体共射极放大器教学为例[6]，结合传统课堂教学，阐述模拟电子OrCAD PSpice仿真技术方法的应用。

2.1 传统教学

2.1.1 计算直流偏压点

通过计算直流偏压点，保证晶体管在适当的放大区内工作，调整偏压点位置，使其位于放大区的中心处。直流偏压点靠5个电阻器来建立，[R2]和[R3]形成电阻分压，提供基极合适的直流电压。[R5]和[R6]提供偏压，也提供一条负反馈路径，使放大器更稳定。[R4]是负载电阻，负责将流入Q1的电流转换成电压信号后输出。

假设Q2N2222的[β]约为178，且[βac=βdc，]计算直流特性结果如下：

[Vb=Vcc×R2（R2+R3）=1.75 V]

[Ve=Vb-Vbe=1.75-0.7=1.05 V][Ic≈Ie=Ve（R5+R6）=1.12 mA]

[Vc=Vcc-Ic×Re=5.26 V]

2.1.2 计算交流特性

输入的交流信号经过电容[C1]耦合进入晶体管基极，输出的交流信号由集电极经电容[C2]耦合到负载电阻上。发射机旁路电容[C3]减少发射集电阻对放大倍数的损耗。

BJT的交流射极电阻为：

[Re=25 mVIe=25 mV1.12 mA=22.32 Ω]

交流基极等效电阻：

[Rb≈βac×（Re+R5）=178×496.32=87.6 kΩ]

输入等效电阻为：

[Rin=R3∥R2∥Rb=7.53 kΩ]

交流集电极电阻为：

[Rc=Rc∥R1=4.27 kΩ]

电压增益为：[AV=Rc（Re+R5）=8.67]

2.2 OrCAD PSpice仿真技术方法的应用

在传统的教学中，主要通过计算得出放大电路的静态工作点，然后确定三极管的工作区域，该方法需要学生花时间记忆繁琐的计算公式，而忽略电路本身的特性，得到的计算结果需要时间，并引入误差。而OrCAD PSpice仿真技术的应用，可以在教学过程中非常准确地得到各种分析数据，方便随时查看和调整，可以使学生对教学内容的理解和掌握更加直观容易。下面阐述OrCAD PSpice仿真技术在教学中分析验证双极性结型晶体管BJT共射极放大器的时域与频域特性的应用。