模拟电路设计原理篇1
模拟电路课程支撑的能力包括：阅读电子元器件技术文件和电原理图的能力、单元电路设计能力、电路综合设计能力、计算机辅助设计能力、编写设计文件的能力。依据能力目标的不同，可以划分不同的任务类型，并据此确定任务目标，设计任务结构。
关键词：模拟电路电路设计教学模式
以大规模集成工艺为依托的各种数字电路问世以来，由于其相对模拟电路的高可靠性和灵活性，逐渐取代了各种传统的模拟电路的应用领域。但是现实的物理世界毕竟是模拟的，因此，任何数字化系统都包含有模拟电路部分，模拟电路并没有因数字电路的兴起而被完全取代。模拟电路课程仍然是电子工程、电气工程、自动控制、通信等涉电类专业的核心课程之一。
模拟电路课程的重要性还在于无论从工程技术还是专业能力结构而言，模拟电子技术都处于较为底层的位置，通过该课程的学习获取的知识、经验、工程技术方法是顺利学习上述专业几乎所有其它专业课程的基础。
模拟电路是教学难度相对较大的课程。其学习的困难性在于，学生是第一次接触以半导体器件为核心的有源电路；模拟电路“数字化”、结构化程度低，表现出的物理现象和涉及的数学工具又较为复杂；模拟电路的工程技术方法很难实现程序化，常常需要依赖经验知识解决问题。
电路设计是电子技术人员的工作邻域和具有典型性的工作过程，模拟电路设计过程相当完整地体现了模拟电路技术应用能力的内容和要求。构建基于模拟电路设计的学习任务，依据设计工作过程组织教学活动，能够较好地实现培养模拟电子技术应用能力的教学目标。
1、工作过程、能力与任务类型
一个较完整的电子系统电路设计的工作过程，包括：技术指标分析，方案设计，单元电路设计与参数调整，电路综合联调与性能测试。通过对模拟电路设计工作内容和过程的分析，完成电路原理设计过程必须具备的、应由模拟电路课程支撑的能力包括：阅读电子元器件技术文件和电原理图的能力、单元电路设计能力、电路综合设计能力、计算机辅助设计能力、编写设计文件的能力。因此模拟电路课程的学习任务有4种类型：识读电原理图和技术资料、单元电路设计与电路综合、计算机仿真测试、编制设计文件。
单元电路设计与电路综合是基本任务，它引领其它类型任务和整个项目的实施完成。
不同类型的任务可以根据设计任务的需要和本身的复杂程度，作为单独的任务存在，与相关的设计任务共同组成学习项目，也可以作为完成设计的准备知识存在于设计任务之中。例如，反馈放大器设计可以作为一个学习项目，由识读反馈放大电路原理图、反馈放大电路性能分析、反馈放大电路设计3个关联的任务组成。
识读电原理图和阅读元器件技术文件是基本能力。电路设计，特别是在原理设计和电路结构设计时，极少原理性的创新，绝大多数是对已有电路的适用性改进和重新组合，这种改进和组合需要阅读已有的设计资料，借鉴他人的技术经验和成果；为提高电路性能，降低成本，提高工作效率，往往需要在电路中采用新出现的电子元器件，例如集成电路芯片，需要阅读生产方提供的产品规格书及典型应用电路。识读电原理图和技术文件对于形成和提高电路设计能力具有基础性的意义。
目前，电子电路计算机辅助设计（eDa）包括电子工程设计的全过程，例如系统结构模拟、电路特性分析、在系统可编程器件开发、绘制电路图和制作pCB。在电子工程设计中有着不可替代的重要作用，是电子工程技术人员必须具备的专业技术能力之一。在模拟电路课程的学习任务中，主要是指应用计算机完成电路图绘制、电路性能和参数的仿真测试与分析、编制设计文件等工作。
在电路设计的实际工作过程中，编写设计文件是重要的工作内容和不可缺少的环节。没有设计文件，无法进行初步设计完成以后的后继工作。对于学习任务而言，编写设计文件，是一个总结和提高的过程，有利于培养交流沟通能力和养成严谨的工作态度。设计文件也是判断和评价项目或任务完成情况的重要依据。
2、任务目标
(1)电路识读任务，是对针对设计任务收集技术资料（主要是可供设计参考的电路）并进行分析，属于电路设计的准备工作，任务的目的是为完成设计任务建立必要的知识储备。大致分为互相关联的3个层次：1)识别元器件符号、功能和主要技术指标。依据符号识别电路中的元器件是读图的基础，作为专业入门课程，对此应该给与一定程度的注意，要能够识别和了解符号的含义、主要器件功能和技术指标。根据电路中使用的核心器件，往往可以判断电路的功能。2)区分电路单元，判断电路功能。较复杂的电路系统都由单元电路构成，功能单一的单元电路也可以进一步分解为部分电路，例如放大器可分为输入级、中间级和输出级；稳压器可分为整流和稳压部分。对部分电路功能的分析，得出对整个系统功能的判断，并作为下一步工程估算的基础。3)指出电路的结构特点，估算分析电路技术指标。分析电路形式与结构，可以得出电路大致的技术性能指标，定性判断元器件参数对电路性能的影响。例如对放大器输入级、输出级电路形式和结构的分析，可以大致得出放大器的输入、输出特性；对中间级的分析，可以大致判断放大能力；依据级间耦合方式，可以判断放大器频率响应范围；甚至电源电压也可以据以分析放大器输出信号幅值。
(2)设计任务目标包括典型单元电路设计与电子线路综合设计，在定性分析的基础上实现定量估算，自顶向下完成初步的设计。依据设计工作过程，可以分解为以下阶段目标。1)正确理解任务要求，分析各项技术指标的含义。仔细研究任务的工程背景和要求，正确分析和理解各项技术指标的含义，分析实现任务要求的技术途径，这是完成设计的前提条件。2)设计总体框图，分配技术指标。参考与任务相同或相近的电路方案，选用能够满足技术指标要求的核心器件，完成方案论证。对于同一个任务，实现的方案可以有多个，应具备将不同方案加以分析、比较的能力，从中确定一种相对较优的方案。
依据选定的方案按照功能划分成若干个互相联系的模块，将技术指标和功能分配给各个模块。3)单元电路设计。依据模块的功能和技术指标要求，参考典型电路，确定电路结构，计算元器件参数完成单元电路的初步设计。4)仿真测试。模拟电路，比如放大器、滤波器等的参数比较繁琐，需要进行多次调整才能达到技术指标要求。要能够在计算机上对单元电路仿真测试，修改电路参数，观测性能指标，直至满足技术指标要求。5)电路联调，测试技术指标。在单元电路完成逐步设计的基础上，通常依据信号流向，逐级完成级联和调试直至全部电路调试完成，系统技术指标达到设计要求。这个过程是电路综合的过程，也可以在计算机上模拟仿真实现。
(3)仿真测试调整任务的目标是在电子电路设计过程中实现较为精确的量化分析。其作用主要表现在3个方面。[3]1)验证电路方案设计的正确性。当要求的系统功能确定之后，首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证系统方案的可行性，进而对构成系统的各单元电路结构进行模拟分析，以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性。2)电路特性的优化设计。分析恶劣温度条件下的电路特性，计算分析器件容差对电路的影响量，用于确定最佳元器件参数、电路结构以及适当的系统稳定裕度，实现电路的优化设计。3)实现电路的模拟测试。电子电路的设计过程中大量的工作是元器件参数计算、各种数据测试及特性分析。在工程估算的基础上，通过仿真测试与分析加以调整，能有效提高设计工作的效率。4)技术文件编写要求在完成电路设计的同时编写尽可能详细的符合工程标准的技术文件，包括方案设计说明、原理框图、电原理图、原理与技术说明、元器件参数计算、技术指标与特性测试数据、元器件清单等。
3、任务结构及实施
一个典型的电路设计任务由工程背景描述、任务要求、基础知识学习、设计方法与步骤、电路设计等学习单元组成。
3.1工程背景描述
工程背景描述的内容主要包括电路功能、工程应用背景、技术发展背景介绍。工程背景描述的实质是“提出问题”，工程背景描述尽可能选择具有典型性的电子工程问题为实例，解决关于学习目标的问题。
3.2任务要求
设计任务必须具备明确的工程应用背景，必须提出具体的设计要求（技术指标）。例如交流放大器设计任务，应明确提出工作频率、信号源、输出特性、输入特性、工作稳定性等要求等技术指标。提出任务要求，应依据由浅入深循序渐进的原则，从体现基本功能的一两个技术指标开始，逐步增加技术指标数量，提高设计难度。
3.3基础知识学习
基础知识学习包括任务分析、相关理论知识学习、参考方案与参考电路分析及相应的基础练习等。基础知识的学习包括理论知识、技术知识、经验知识和经验技能的学习。理论知识是重要的，因为它是能力的组成部分，同时对于学生的发展能力起到更为持续和关键的作用。在工程实践中学习和使用的理论知识才能被真正掌握并形成能力，因此应该以实现电路设计任务为依据，确定理论知识的学习内容和学习深度，力求将理论与实践、数学方法与物理概念更紧密地结合起来。
提供设计参考的电路必须是工程电路，但学习是一个循序渐进的过程，基础知识的学习会使用原理电路为学习对象，原理电路不能仅有电路结构和元器件标号，也要标注元器件主要参数，使学生在定性分析阶段就能对电路参数有直观的影像，逐步建立数量观念，这对于初次接触模拟电路的学生是十分重要的。
3.4设计方法与步骤
不同功能和结构的电路，具体的设计内容、方法与步骤各不相同。甚至同样功能的电路，技术要求不同，设计时考虑的重点、设计依据、电路结构等均有区别，但工程估算是贯穿整个设计过程始终的基本方法。
以反馈放大器为例，设计步骤如下:
选择反馈组态，选择反馈深度，选择反馈级数，确定放大级数，确定输入级、中间级、输出级的电路结构，计算电路参数，仿真测试和参数调整。容易理解，上述步骤都必定建立在必要的工程估算的基础之上。
3.5电路设计
这是学生在相对独立的情况下，完成电路设计的过程。尽量采用与前面4个学习单元及撰写设计文件交叉进行的方式实施。
不同类型的学习任务，其结构不尽相同。但区别主要是在(4)、(5)两部分。
不同类型的学习任务以“定性分析、工程估算与仿真测试调整相结合”的方法实现。
4、结语
电路设计在知识的运用上不同于单纯的电路分析与计算，依据模拟电路原理设计过程构建学习任务，组织和实施教学过程，不仅能够有效控制理论知识学习深度，促使学生较为自主地获取经验知识，并在获取知识的同时实现知识转换为技术应用能力，更有利于实现培养学生模拟电路技术应用能力的教学目标。
参考文献
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模拟电路设计原理篇2
关键词：多媒体校园网模拟电路仿真
《模拟电路》课程是电子、电气、信息类专业的一门理论性、实践性均较强的专业基础课程。在整个专业教学过程中有十分重要的地位。因为该课程具有概念多、内容多、元器件种类多、电路类型多、发展迅速、引入工程分析的观点等特点，并且内容比较抽象，给初学者带来很大困难，所以在教与学的过程中，往往出现学生学习枯燥疲惫，教师教学费时费力，难以深入的现象。
1 多媒体技术在理论教学中的作用
1.1 多媒体教学有助于突破教学难点，增强教学效果
由认识论可知，人们对客观事物的认识往往是从对事物的感性认识开始的。在模拟电路课堂教学中，很多工作原理的分析是微观现象的教学，一些微观的动态变化过程，学生由于无法观察而难于理解。就会产生畏惧厌学心理，而采用多媒体课件教学，就能有效解决这个问题。多媒体课件能够将微观现象有形化、动态化，实现抽象到形象、微观到宏观的转变，比如场效应管工作原理这一节，场效应管种类较多。参量多，工作过程比较复杂，分析它的工作原理是一个教学难点，如果仅凭几张挂图以及教师在讲台上滔滔不绝地讲解，换来的往往是学生一脸的茫然，难解其意。现在采用计算机多媒体教学，用多媒体课件替代黑板板书和挂图，将场效应管工作原理以动画的方式展现，学生就能清楚地看到管子内部结构，以及由于外加电压大小变化而出现的内部沟道的变化过程，进而清楚地理解场效应管的工作原理。多媒体教学可以直观地解释微观现象和规律，有助于突破教学难点。增强教学效果。
1.2 多媒体教学有利于突出教学重点。增加课堂知识量
模拟电路课程内容多、授课时数有限的特点决定了教师必须在课堂50分钟内合理安排教学内容，既要保证课堂知识量，又要突出教学重点内容，在课堂教学过程要用到大量的电路图，传统教学中的板书，尤其是画电路图，往往要占用较多的教学时间，造成教师不能很好把握教学过程，不能把精力和时间更多地集中在重点知识与重要分析设计方法上的讲解。利用计算机多媒体技术，能很好解决这一问题。教师可以按照授课要求利用ewB、FLaSH等软件将电路图和波形图、文字、声音及视频等制作成教学内容素材，利用powerpoint制作出多媒体课件，在多媒体教学过程中，就可以大大降低简单劳动时间，增加课堂授课知识量、突出教学重点。同时课件上添加的动作按钮、超链接等能灵活地进行幻灯片之间的切换或引用其它内容。能方便地多次重复再现主要内容，利于课堂小节。特别是对多种类型电路比较分析时，可以在FLaSH、ewB等环境中对已有电路进行修改。可根据实际需要在课堂中随时绘制、派生出各种电路，达到传统教学中所无法实现的效果，多媒体教学不但可以让教师彻底地从传统板书、绘图中解脱出来，节约大量时间，而且可以游刃有余地组织教学，突出重点知识的讲解分析，增大课堂上信息交流量。
2 网络技术在教学中的作用
在网络技术迅猛发展的今天，校园网出现并得到广泛应用。校园网系统因具有多种媒体信息处理和人机交互功能，实现了网上多媒体信息传递和多媒体信息资源共享等功能，给模拟电路课程教学提供了新的途径。在校园网上构建模拟电路课程网站和模拟电路网络课堂，利用课程网站和网络课堂辅助教学成为一种崭新的教学方式。
在校园网上构建模拟电路课程网站，不仅极大地丰富了教师教学内容，有力地支持了教师教学，而且给学生自主学习建造了一个无限广阔的平台。教师可以通过模拟电路课程网站教学大纲、课堂教学的教学计划、电子教案、典型习题解答、知识难点分析以及往年试卷等，还可以非常方便地更新课程网站，及时地修改教学计划、优化电子教案，专业发展最新动态。学生通过浏览模拟电路课程网站上的教学大纲，教学计划、电子教案、最新动态等，能深刻理解模拟电路课程学习㈠的、合理安排学习进程、随时了解专业发展最新动向。
3 计算机仿真技术在多媒体教学中的作用
3.1 计算机仿真技术引入理论教学中，有助于提高课堂教学质量
在《模拟电路》课堂教学过程中，教师对电路原理定性分析、运行结果定量计算时，很多学生都会感觉很抽象，不能深刻理解电路原理和实际功能，不能达到最佳的学习效果，这样势必影响学生学习的兴趣和信心。如果教师将计算机仿真技术运用到电路或元件的分析中，在讲解电路原理的同时使用仿真软件模拟电路的运行过程和输出曲线，通过实时改变电路元件的参数输出一系列的仿真曲线，可以使学生直观地看到各元件的作用，促进学生对电路原理和功能的理解、对各元器件在电路中的作用的充分认识，使学生更容易掌握所学的内容，从而提高课堂教学质量。
3.2 计算机仿真技术辅助实践教学，有助于提高实验成功率
模拟电路设计原理篇3
关键词：模拟电子技术课程设计proteus仿真
中图分类号：G642文献标识码：aDoi：10.3969/j.issn.1672-8181.2013.17.094
模拟电子技术课程设计是在我院经过多年教学实践，结合自动化、电气工程及其自动化、电子信息和通信工程专业的培养目标，旨在提高学生的实践技能和创新能力的综合实践教学环节[1]，是学好模拟电子技术课程的重要教学环节，同时，给学生提供一个自主创新的平台，锻炼了学生自主分析问题，解决问题能力，培养学生理论联系实际的能力、设计的能力、综合应用的能力、动手的能力等。
电路设计仿真软件以其强大的仿真能力，便于学生学习与应用，是提高学生设计电路水平的有效方法[2-4]。proteus的仿真是基于SpiCe3F5的，能够进行模拟分析、数字分析、混合信号分析、频率分析等相关电路分析[5]，在模拟电子技术试验课程设计中引入proteus仿真软件，利于提高学生动手能力和创新能力，弥补教学资源不足，提高课堂教学的实效性。
1proteus软件特点
proteus是英国Labeenterelectronics公司开发的电子线路和单片机系统设计与仿真软件。软件由智能原理图输入系统iSiSi（intelligentSchematicinputSystem）、虚拟系统模型VSm、高级布线编辑软件aReS三大部分组成。
proteus具备如下主要特点[6]：
①可以仿真、分析各种模拟器件和集成电路，其最大的特点是可以支持许多型号的单片机仿真，该软件的单片机仿真库里有51系列、piC系列、aVR系列、摩托罗拉的68mHll系列等。
②提供了虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电表、Virtualterminal（使用电脑的键盘和显示器通过串口与外部的单片机系统通讯）等虚拟仪器仪表供选择用。
③能够进行SCH（原理图）与pCB（印制板）的设计。
④能和Keil、matLaB等软件整合使用，以求达到更好的仿真效果。
2proteus在课程设计中的应用
课程设计要求学生利用提供的主要元件：iCL8038、μa741和电位器（由于经费有限）设计出符合要求的函数发生器电路。锻炼学生利用分立元件和集成元件进行模拟电路设计的能力；提高学生综合运用所学的理论知识独立分析和解决实际问题的能力；掌握proteus仿真、pCB设计、制作实物和安装调试。
函数发生器电路具体要求如下：
①电路能输出正弦波、方波和三角波三种波形；
②输出信号的频率要求可调；
③输出波形的幅度可调。
根据设计要求，该电路主要由波形产生、频率调节和幅度调节等部分组成，总电路原理图如图1所示。下面简单说明各单元电路的设计与调试方法。
2.1波形产生电路的设计
iCL8038是一种能产生三种波形信号的集成芯片。搭配一些调节电路就能产生一定频段的低失真的正弦波、三角波、矩形波等信号。
iCL8038的主要特点[7]：
①可同时输出任意的三角波、矩形波和正弦波等；
②频率可调范围：0.001Hz～300kHz；
③输出矩形波的占空比范围：2%～98%；
④输出正弦波的失真正：小于1%；
⑤低温度漂移：50ppm/℃；
⑥输出三角波的非线性线性度：小于0.05%；
⑦输出波形的频率和占空比还可以由电流或电阻控制；
⑧采用单电源供电时，电压范围是10～30V；采用双电源时，电压可在±5～±15V范围内选取。
2.2频率和失真调节电路设计
利用iCL8038集成芯片管脚8频率调节功能，设置合适的滑动变阻器RV1和电容C1，来对三种波形频率进行调节；同时利用管脚1和12线性度调节功能，选用合适的滑动变阻器RV2和RV3来进行失真调节。
2.3幅度调节电路设计
利用iCL8038集成芯片管脚4和5，虽然可以进行一定的波形幅度调节，但是调节幅度范围较小，所以采用在波形产生后，接一个通用集成运放μa741，来进行幅度的调节。μa741采用反相比例运算电路，选择合适电阻R7和滑动变阻器RV5，可以得出电路的放大比例为：RV5/R7。只要R7和RV5的阻值选择合适，就可以得出不同的放大比例，满足幅度调节的要求。
2.4proteus仿真
利用proteus提供的虚拟示波器，可得电路的仿真结果如图2。
2.5pCB设计
利用proteus的SCH（原理图）和pCB（印制板）设计功能，设计的布线图如图3。
2.6安装与调试
利用以上proteus软件进行的原理图设计、仿真和pCB设计，组织学生亲自动手制作实物。由于proteus软件强大的功能，使得学生课程设计工作事半功倍，锻炼了学生的独立思考能力，实践动手能力和团队协作能力。
3结束语
模拟电子技术课程设计是针对学生学完数字电子技术课程和模拟电子技术课程后，开设的综合实践课程，目的在于提高学生对前序课程的理解能力和应用能力，锻炼学生动手能力和自主学习能力。结果表明，利用proteus软件具有的特点，学生在设计电路时，可以多方位思考问题，在教学元器件短缺、经费有限的条件下，充分利用现有资源，设计出符合要求的电路。不仅有利学生进一步学习模拟电子技术课程和数字电子技术课程，而且有利于提高学生解决实际问题的能力和创新能力。最终达到提高学生对已有专业知识的应用能力和培养学生创新意识的目的，并为后续专业课的学习打下牢固的基础。
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模拟电路设计原理篇4
关键词：multisim；差分放大电路；仿真分析；差模信号；共模信号
中图分类号：tn707文献标识码：B文章编号：1004-373X(2009)04-014-02
analysisofDifferentialamplifierCircuitSimulationBasedonmultisim
XionGXujun
(LanzhouCityCollege,Lanzhou,730070,China)
abstract：Featuresofmultisim8softwareanddifferentialamplifierforthesimulationanalysisareintroduced,researchonhowtoenlargedifferentialmodesignalandrestraincommonmodesignal.thesimulationresultscalculatedinlinewiththetheoreticalanalysis,intheclassroomteachingofelectronictechnologytosimulatemoreimage,flexibleandclosertoactualprojects,tohelpstudentsunderstandtheory,abettergraspoftheknowledgeacquiredbythepurposeithasgreatsignificancetoenhancestudentspracticalabilityandanalysisofissuesandproblem-solvingabilitie.
Keywords：multisim;differentialamplifier;simulationanalysis;differentialmodesignal;commonmodesignal
差分放大电路利用电路参数的对称性和负反馈作用，有效地稳定静态工作点，以放大差模信号抑制共模信号为显著特征，广泛应用于直接耦合电路和测量电路的输入级。但是差分放大电路结构复杂、分析繁琐，特别是其对差模输入和共模输入信号有不同的分析方法，难以理解，因而一直是模拟电子技术中的难点［1,2］。multisim作为著名的电路设计与仿真软件,它不需要真实电路环境的介入,具有仿真速度快、精度高、准确、形象等优点。因此,multisim被许多高校引入到电子电路实验的辅助教学中,形成虚拟实验和虚拟实验室。通过对实际电子电路的仿真分析,对于缩短设计周期、节省设计费用、提高设计质量具有重要意义。
1multisim8软件的特点
multisim是加拿大iit(interactiveimagetechnologies)公司在ewB(electronicsworkbench)基础上推出的电子电路仿真设计软件,multisim现有版本为multisim2001，multisim7和较新版本multisim8。它具有这样一些特点:
(1)系统高度集成，界面直观，操作方便。将电路原理图的创建、电路的仿真分析和分析结果的输出都集成在一起。采用直观的图形界面创建电路：在计算机屏幕上模仿真实验室的工作台，绘制电路图需要的元器件、电路仿真需要的测试仪器均可直接从屏幕上选取。操作方法简单易学。
(2)支持模拟电路、数字电路以及模拟/数字混合电路的设计仿真。既可以分别对模拟电子系统和数字电子系统进行仿真，也可以对数字电路和模拟电路混合在一起的电子系统进行仿真分析。
(3)电路分析手段完备,除了可以用多种常用测试仪表（如示波器、数字万用表、波特图仪等）对电路进行测试以外，还提供多种电路分析方法，包括静态工作点分析、瞬态分析、傅里叶分析等。
(4)提供多种输入/输出接口,可以输入由pSpice等其他电路仿真软件所创建的Spice网表文件，并自动形成相应的电路原理图，也可以把multisim环境下创建的电路原理图文件输出给protel等常见的印刷电路软件pCB进行印刷电路设计［3,4］。
2差分放大电路仿真分析
运行multisim8，在绘图编辑器中选择信号源、直流电源、三极管、电阻，创建双端输入双端输出差分放大电路（双入双出差分放大电路）如图1所示，标出电路中的结点编号。
该次仿真中，采用虚拟直流电压源和虚拟晶体管，差分输入信号采用一对峰值为5mV、频率为1kHz的虚拟正弦波信号源。设置虚拟晶体管的模型参数BF=150，RB=300Ω［5］。
图1双入双出差分放大电路
2.1差模放大性能仿真分析
2.1.1直流分析
直流分析实际上就是确定静态工作点。选择Simulate菜单中的analysis命令,然后选择DCoperatingpoint子命令,分析结果如图2所示。
用静态工作点分析方法得UBeQ1=UBeQ2=0.69V，UCeQ1=UCeQ2=V3-V28.94V，与题中理论计算结果完全相同。
2.1.2差模放大倍数分析
加差模信号ui1,ui2，分别接入电路的左右输入端，电阻R1作为输出负载，则电路的接法属于双入双出。将四通道示波器XSC1的3个通道分别接在信号源ui1和负载R1两端，如图1所示［6,7］。运行并双击示波器图标XSC1，调整各通道显示比例，得差分放大电路的输入/输出波形如图3所示。
用示波器观察和测量输入电压和输出电压值，差模信号单边电压V1-3.597mV(5mV/Div),单边输出交流幅值约为170.124mV(500mV/Div),所以双入双出差分放大电路的差模放大倍数au-170.124/3.597=-47，与单管共射的放大倍数相同，即差分放大电路对差模信号具有很强的放大能力。
仿真结果与题中理论计算结果相同。
2.2共模抑制特性仿真分析
2.2.1共模放大倍数分析
在图1中，将信号源ui2的方向反过来，即加上共模信号，运行并双击示波器图标XSC1，调整a，B通道显示比例，可得如图4所示波形［4］。
由图4波形可知,在峰-峰14mV(有效值为5mV)的共模信号作用下,输出的峰值极小,峰-峰值为13mV,因此单边共模放大倍数小于1。且uc1和uc2大小相等，极性相同。所以，在参数对称且双端输出时，共模放大倍数等于0，说明差分放大电路对共模信号具有很强的抑制能力。显然，仿真结果与理论分析结果一致。
图2差分放大电路静态工作点
图3双入双出差分放大电路输入输出波形
图4差分放大电路共模信号输入输出波形
2.2.2共模抑制比分析
选择Simulate菜单中的analysis命令，然后选择transientanalysis子命令，选择结点3，4作为输出，单击Simulate按钮；选择Simulate菜单中的后处理器postprocessor子命令，在expression列表框中编辑“V（＄4）-V（＄3）”，然后打开Graph选项卡，可画出差分放大电路共模输入双端输出波形，见图5。可见，波形属于噪声信号，且幅值极小，可忽略不计。因此，差分放大电路双端输出时，其共模抑制比KCmR趋于无穷大。
如果再将图1所示的电路中发射极电阻R2改为恒流源，重复前面步骤，再分析共模特性，可得出结论：具有恒流源的差分放大电路的共模抑制比KCmR更高［6,8］。
3结语
应用multisim8软件对差分放大电路进行仿真分析,结果表明仿真与理论分析和计算结果一致,应用multisim进行虚拟电子技术实验可以十分方便快捷地获取实验数据,突破了在传统实验中硬件设备条件的限制,大大提高了实验的深度和广度。利用仿真可以使枯燥的电路变得有趣,复杂的波形变得形象生动,并且不受场地(可以在教室、宿舍),不受时间(课内、课外)的限制,通过教师演示和学生动手设计、调试,不但可以使学生更好地掌握所学的知识,同时提高了学生的动手能力、分析问题和解决问题的能力［9，10］。
图5差分放大电路共模输入双端输出波形
参考文献
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模拟电路设计原理篇5
关键词螺旋Ct成像呼吸门控装置数字化模拟化伪影
前言
Ct成像是利用X射线照射人体后X射线信号衰减强弱的不同经重建成像的一种影像技术。早期Ct由于成像速度太慢，在腹部应用受到限制。近年来，随着螺旋Ct的速度加快、排数增多，成像质量明显加强，但是伪影现象一直没有消失，导致临床医师在诊断疾病时误诊的几率增加。我院采用东芝aquilion螺旋Ct，由于采用模拟信号处理方法处理收集到的门控信号，致使处理速度较慢；并且门控信号无法量化，主机处理迟钝，经常会导致伪影更加明显[1]。针对以上缺陷，设计以单片机为处理核心的嵌入式系统，把门控信号的处理转化为数字化处理；利用模拟Gating软件以便于进一步的研究开发，直接提高主机的处理速度，使得伪影的干扰降到最低[2]。
1呼吸门控装置设计的总体方案及其实现和验证
1.1总体方案
呼吸门控装置设计的整体包括以下几个部分：模拟信号采集、模拟信号放大、模数转换、数据传输（单片机-pC）。呼吸门控装置主要靠呼吸带采集呼吸波，实现模拟信号的采集，经模拟电路的处理实现模拟信号的放大，经过模数转换为数字信号，然后经由单片机传输到pC机进行处理[3]。
原呼吸门控装置只能对模拟信号进行处理，新设计的呼吸门控装置增加一套以单片机为处理核心的嵌入式系统。新设计的电路板主要是对所采集并处理过的呼吸信号进行模数转换；附加串口输出模块，把转换后的数字信号通过串口输出到计算机；在观察被测者呼吸波形的同时，通过计算机设定一个阈值，把控制信号传输给主机。由于该模块采用at89C52单片机处理软件和aDC0848数模转换芯片，较之以前采用直接处理模拟信号的门控装置，处理速度和精度有很大改善，从而提高精确性，间接地提高成像速度[3]。
1.2实现与验证
对于制作的呼吸门控装置，利用multisim10软件对各部分模拟电路进行仿真，得到预期效果。利用单片机原理设计出单片机控制模块（见图1），把呼吸信号转变成数字信号，进而将数字信号通过串口传入计算机[4]，可通过键盘设置阈值从而达到抑制伪影的效果[5]。这样的改进使得操作更简单，并且与原来相比速度更快，图2与图3分别是利用Gating软件模拟测试腹部与胸部的呼吸信号结果。当呼吸信号低于阈值时，输出信号为高电平，当呼吸信号高于阈值时，输出信号为低电平[5]。
实验结果证明，当呼吸过高时呼吸门控装置会产生一个低电平，呼吸低时会产生高电平，成功抑制呼吸对图像质量的影响。
2电路仿真应用
本设计呼吸门控装置的模拟硬件整体电路主要包括：前置放大电路、滤波电路、后级放大电路和电平提升电路（见图4）。D1、D2和D3、D4两两反向连接，分别组成两级放大电路前的保护电路，起到保护aD620和Lm358的作用[6]。本电路整体放大倍数可由可变电阻R12调节[4]。
该电路实现模拟信号的放大，完成模数转换前的准备，对于微弱的模拟信号采集起到关键的作用，为主机处理数字信号奠定基础，节省采集模拟信号时间，从而提高成像速度[4]。
3单片机控制模块电路
控制模块电路主要对所采集、处理过的呼吸信号进行模数转换（见图1），再而把转换后的数字信号通过串口输出到计算机，在观察被测者呼吸波形的同时，可以通过计算机设定一个阈值，把控制信号传输给主机[7]。
呼吸门控装置使用at89C52控制aD转换和串口输出等模块。图1中p1连接计算机，J1连接主机处理器。从aDC0848的CH1口输入模拟输出的呼吸信号，有源晶振U5只接at89C52的XtaL1脚，XtaL2悬空。另外，为保证单片机与计算机的正确通信，它们之间必须有一个电平转换电路，也就是对串口电平和ttL电平进行双向转换[8]。本电路采用maX232电平转换芯片连接方式。
4呼吸门控功能测试
呼吸门控装置的压力传感器为一呼吸带[9]。它可以用于人体胸部或腹部呼吸运动波形的检测。具有灵敏度高、低频响应好、与人体无直接电接触、扁平带式、适合于佩戴使用、能真实地反应呼吸波形等优点。
呼吸带包括3个部分：压电传感器、松紧带、电缆（见图5）。呼吸带产生的原始信号须经采集器处理，才能输入计算机，用于分析[10]。
模拟电路设计原理篇6
关键词：电子应用；电子电路；仿真技术
1电子电路仿真技术
1.1电子电路仿真技术的内涵
电子电路仿真技术就是在电子电路设计的过程中，设计人员利用计算机仿真技术对电子电路的工作状态，采用数字化的形式将其呈现出来，从而能够真实的、准确的模拟出电子电路的工作状态，能有效的帮助电路设计人员来分析电路的功能与基本特征。从工作原理上分析，电子电路仿真技术就是利用数字模拟的方法对电子电路中的各个元器件与模块进行组合测试，分析新设计的电路工作状态，并将其应用于电子电路的开发与设计中。电子电路仿真技术通过对设计的电子电路进行集成化的建模模拟，可以对电子电路的设计进行全局统筹管理，在电子电路的测试还是在研发上，都具有优势，由于电子电路的设计需要集自动化、电气、机电于一体的工作模式，为了控制产品设计的达标和质量的准确性，利用模拟仿真技术对其进行调整是十分有必要的。
1.2常见的电子电路仿真软件及功能
（1）orCaDpSpice软件。该软件是一种针对元件级别的电子电路仿真软件，主要是采用Spice通用语言进行编写，可以根据实际需要开发模块，具有较强的移植性，在电子电路设计中具有较好的性能。该软件主要由电路仿真、元器件编辑以及原理图编辑等模块构成，利用电路元件模型编程设计，可以对元器件的真实特性进行模拟，在模拟时，可以利用电路方程进行计算，分析电子电路的细节特性，orCaDpSpice软件的主要功能是用于复杂电路的特性分析，能对元件级别的电子电路进行模拟，还能对数模混合的电子电路进行仿真模拟，在电子电路设计时，该软件能够提高电路的集成效果。orCaDpSpice软件的缺点是不适合电路功率比较大的电子电路，对分析计算时间比较长的电路分析也缺乏灵敏性，对于仿真收敛性差的电子电路也不能有效的模拟。（2）Saber软件。该软件是功能比较强大，适应比较强的电子电路仿真软件，可以应用于电力电子、机械、光电等不同类型电路的模拟仿真，而且还具有兼容混合仿真的功能，能从不同的层面分析电子电路的测试与特性，它能对原理图的电路进行输入性的模拟仿真，对电路中的复杂数据进行可视化分析与建模，该软件的主要缺点是操作比较复杂，而且模拟仿真的原理图效率较低。
2电子电路仿真技术在电子电路设计开发中的应用
2.1促进集成电路的开发与设计
电子电路是集成电路的设计的关键，电子产品的不断更新与发展，对集成电路的性能也提出了新的要求，只有不断创新集成电路的设计，才能提高集成电路的性能，利用电子电路仿真技术可以有效地对电子电路进行设计，并可以对复杂的集成电路性能进行分析，从而能方便的将集成电路进行压缩，从而形成芯片级的集成电路，这样不仅有利于电子产品的开发，还能增强电子产品的可靠性、安全性、稳定性及美观性，还能提高电子产品的芯片性能与工作效率，利用仿真技术对集成电路的性能、参数等分析计算，利用仿真电路的虚拟化测试，优化电子电路的设计方案，以不断的优化集成电路的性能。因此，在集成电路的开发与设计，需要灵活的运用芯片系统思想进行常开发，不断利用仿真技术对电子电路的性能进行分析计算，来验证芯片性能，分析其是否满足电子产品的要求，同时可以利用仿真模拟技术对集成电路进行不断的完善与改进，从而保障电路设计的准确性，从而不断的促进电子电路的发展。
2.2优化电子电路的设计方案
在电子电路设计的过程中，需要综合考虑电子电路器件的性能，如温度敏感性等，一旦电子元器件外界的稳定发生变化，或者环境发生改变，外界的温度就会对电子元器件产生一定的影响，从而影响整个电路的稳定性，利用仿真软件对电子电路的长时间运行状态进行模拟，及时发现电子电路运行中存在的问题，及时调整电子电路的设计方案，才能总体提高电子电路的性能，从而能够提高电子产品的稳定性，将电子电路仿真技术应用于电子应用开发中，对电路运行的每一个细节进行模拟，达到总体优化电路的设计方案。采用电子电路仿真技术可以对不同温度状态下的电路特征情况进行分析，便于为设计人员提出电路的设计方案，进而整体改善电子电路元器件的温度敏感性，打的优化电路设计的目标。
2.3提供新的电子开发方式
电子电路新技术的发展，为人们提供了更为优质的电子系列服务，在开发新的电子产品时，需要注重电子电路的创新设计，才能提高电子系列产品的开发效率，采用仿真技术可以快速的多电子电路的相关功能、参数等进行设计分析，达到优化电子电路的目的。在传统的电子应用开发工程中，由于元器件比较复杂，电路受到多种因素的影响，导致电子电路设计与开发的时间过长，技术也比较漫长，在仿真技术发展的情况下，利用模拟仿真可以对电子电路的设计进行调整，也就提供了新的电子电路开发方式，利用模拟仿真技术还可以对电子电路的环境进行模拟、实验与调试，改善了电子产品的设计效果，极大地优化了电子产品调整效果，采用电子电路仿真技术，使得电子产品的开发呈现出多元化的发展趋势，也为电子产品的开发提供新的思路。
2.4有效验证电路设计的功能
对于电子电路的开发设计只是电子产品开发的第一步，如何有效的验证电子电路的功能是否满足要求，保证电子电路功能、参数的稳定，成为电子产品开发的关键，这就需要采用仿真技术对电子电路的功能进行模拟，对电路的功能进行多重验证，以保证电子电路应用的稳定性、合理性、科学性与安全性。电子电路的设计人员可以将仿真技术的模拟分析功能与电路设计的可行性结合在一起，全面对设计的电路进行检测分析，通过模拟仿真的参数来分析电路存的误差，以及电路在运行的过程中，与实际预期不符合的情况，从而能有效的降低电路功能的误差，或者存在着不能使用的情况，真正实现对电子产品的电路设计的功能进行验证，同时在一定程度上还能提高电子产品的功能能。
2.5在电子电路的虚拟测试中的应用
电子电路的设计要能合理根据各个电器元件的功能，详细地对各个参数进行设计，才能保证电子电路的高精密性的要求，如果电路的稳定性不强，精密性不高，就会影响着电子电路的稳定性，利用仿真软件的功能，可以对电子电路的运行情况进行虚拟性的测试，从而能够对电子电路的功能、参数进行有效的设计，提高电路的稳定性。因此，在进行电子产品开发与应用时，针对电子产品应用的环境，保证电子产品在恶劣的环境中能够发挥稳定的功能，就需要设计特色的环境，对电子电路的运用进行进行分析，采用仿真技能，可以展开特殊环境在电路运行状态的模拟分析，测试电路运行的极限值，保证电路在高温、高压情况下参数、特性保持稳定，通过仿真技术的虚拟测试，及时发现电路中的问题，可以提高电子产品应用的稳定性与安全性。
3结束语
电子电路仿真技术在电子电路开发中的应用，可以快速的、有效的对电子电路的性能进行模拟测试，便于设计者能快速、准确地发现电路设计中存在的问题，提高了电子电路的设计效率，也为电子电路的稳定性、安全性等提供了基础，从而也能够有效的促进电子产品向集成化的方向发展，使得电子产品的应用能够为人们提供更优质的服务。
参考文献
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[2]蒋昌太.电子电路仿真技术在电子应用开发中的运用[J].电子世界,2019(24):173-174.
模拟电路设计原理篇7
关键词：a/D转换器；地平面；噪声；模拟信号；参考信号
中图分类号：tp344文献标识码：a文章编号：1004373X(2008)1602503
StudyontheapplicationofHighperformancea/DConverter
HUZhihong,JianGYong
(Collegeofelectronicinformationengineering,ZhengzhouUniversityofLightindustry,Zhengzhou,450002,China)
abstract：thedesignofperipheralcircuitsforhighperformancea/Dconverterisdifficultanditsprecisionpropertyisreducedinelectroniccircuit,inordertofullytakethehighperformancea/Dconverter,themultiinputpropertiesofinterferencesourceina/Dconverterisanalyzed.accordingtodesignexperience,somepracticablemeasuresareproposedtosolvetheactualproblemduringitsapplicationinthispaper,suchasthegrounddesign,thepowersupply,theanaloginput,thecontrolsignal,thedataoutput,andsoon.thesemeasureshavecertainpreferencevaluetodesigners
Keywords：a/Dconverter;groundplanes;noise;analogsignal;referencesignal
a/D转换器作为模拟信号和数字信号的桥梁在信号处理系统中的作用是不言而喻，一个高性能的数字系统不但要求有好的算法，同时也要求高质量的输入信号，现代数字系统对a/D的转换精度和转换速度都有较高的要求。目前半导体厂家的a/D产品已经能够满足设计的要求，昂贵的价格也在逐年下降，高速高精度a/D正在逐步进入通用设计。
采用高性能的a/D转换器件并不意味着就有高质量的转换结果，与a/D器件指标同等重要的还有a/D电路的设计［1］。由于高速高精度a/D在各个方面有着苛刻的要求，为保证其性能，设计就显得尤为重要，本文对高性能a/D应用中的常见问题进行了分析，对这些问题提出了应对方法并总结了一些设计经验，在高性能a/D转换器的应用方面做了一些探讨。
1a/D转换器的多输入特性
模拟信号输入端是被测信号进入a/D的通道，由于它是a/D的源端信号，而且普遍认为干扰信号是通过输入端子传播的，所以设计人员在此往往花费了大量精力，试图从这里解决a/D精度降低的问题，但事实表明，单纯解决好这一点似乎并不能达到预期结果，设计人员习惯性认为模拟输入信号是重点，简单地以为干扰信号只能通过输入端子进入芯片，这些观点是片面的。事实上a/D转换器除了模拟信号输入端之外，还有很多输入端子，而且这些端子都有可能导致转换结果出现偏差，比如地线、电源供电端、参考电源端，它们都是事实上的信号输入端，设计中应当防止噪声从这些端子进入芯片内部［2］。a/D转换器除了输入端之外还有大量的输出端子，在设计中它们往往被忽视。如果当所有输入端子处理得当后a/D转换精度仍然不够，这时就应该检查输出端子的电路是否合理，因为干扰信号完全可能从这些所谓的输出端子耦合进入a/D转换器内部。接地方式、供电电源、参考电源、模拟信号驱动电路、a/D转换器时钟信号、a/D读控制信号、片选信号以及数据输出总线中的任何一个处理不当都会降低a/D的性能，所以全面设计是保证a/D转换器高速转换性能的第一步。
2地线设计
在电子线路的设计中，地线的重要性不言而喻，地线在电路中的作用就像地基于高楼的作用，地线处理不好，无论a/D的性能多高都不会达到理想效果，电子线路期望稳定而无杂波的地线［3］。采用地平面是解决这个问题的最好方法，用整块的铜箔做地线，这在多层电路板中比较容易实现，但在双面板中存在一定难度。不管哪种电路板，通行原则是使a/D的各个地线端之间、模拟信号驱动端和其地线端之间、不同供电电源和其地线端之间的连接阻抗尽可能小。分离数字电路和模拟电路是电子线路设计的常用方法，为此模拟和数字地平面应当割裂开来［4］。对于多层电路板，可以将模拟和数字地平面分配在不同的层上；对于双面板，可以将数字地平面和模拟地平面分离成独立的两个地平面，任何有可能产生噪声的电路原则上放置在数字地线平面，与a/D转换器相连的所有地线、旁路电容、以及a/D转换器的数字地线端都连接到模拟地平面，最后通过单点法将模拟地平面和数字地平面连接起来。
a/D转换器一般用2个电源供电，即芯片的DVCC和aVCC端子，前者是芯片的数字部分供电端，后者是模拟部分供电端，当芯片工作时数字信号的电流会流经模拟系统，这时应该注意让数字部分电流流经模拟地平面的路径最短。在单片a/D转换器的系统中，这一点容易做到，只需将这个连接点放在a/D转换器的数字地端即可，即用DGnD作为数字地平面和模拟地平面地连接节点。但在多个a/D转换器的系统中，坚持这个原则意味着数字地平面和模拟地平面具有多个连接点，这就违背了数字地平面和模拟地平面单点连接的原则。正确的解决方法是先将所有芯片的数字地端连接到数字地平面，所有的模拟地端连接到模拟地平面，再选择一个合适的地方作为数字地平面和模拟地平面的连接点，如可选择供电电源的地线点作为这个连接点，无论什么情况，数字地平面和模拟地平面只能有一个连接点是必须遵循的原则，此外还需要做到数字电路的电流流经模拟地平面的路径尽可能短。
3供电电源和参考输入
稳定而无杂波的供电环境是a/D可靠工作的保障，这要求供给a/D的电源质量要高［5］，包括DVCC和aVCC两个供电电源，此外还要在临近a/D的地方设计滤波电路，目的是让电源的交流成份以尽可能短的路径返回，旁路电容是常用的滤波电路，交流成份从电源供电端出来，经过旁路电容，最后通过地平面返回。
旁路电容通常安放在靠近a/D转换器的地方，在布线时让旁路电容尽可能地靠近a/D供电端。为了有效地发挥旁路电容的作用，应尽可能减小a/D转换器和旁路电容之间的连接阻抗，电容的等效串联阻抗也要求尽可能小，通常用10μF的钽贴片并联0.1μF瓷片电容来作滤波电路，如果10μF电容的等效串联阻抗较小，可以去掉0.1μF瓷片电容。为了达到良好的效果，旁路电容焊接引线长度以及旁路电容距a/D转换器的引线要尽可能短，尽可能粗［6］。a/D转换器的模拟参考端为a/D转换器提供基准，为了获得可靠的转换结果，必须让模拟参考端远离噪声。当a/D转换器开始转换后，a/D内部从参考端取电提供给转换电路，这就导致输入参考电压的抖动，所以在参考端安装旁路电容是很重要的。和电源旁路设计一样，用钽贴片电容和瓷片贴片电容的组合就能达到良好的效果。设计中按a/D转换速率选择电容的大小，布线时应使旁路电容尽可能靠近模拟参考输入端，而且让流经的电流回路阻抗尽可能小。
4模拟信号输入
一个高性能的a/D转换器必须选用与之配套的运放来驱动其模拟信号输入端。通常电流反馈型运放的直流精度较低，不如电压反馈型好，然而它在避免失真和驱动能力上性能较好，适合高速交流信号采样的场合。电压型反馈运放有较高的精度，适合直流高精度或有混合信号采样的场合。低速运算放大器在抗噪和精度方面较好，但不适合高速采样［7，8］。
很多新型a/D转换器的采样频率比较高，这种转换器特别适合捕捉高频输入信号，但当这类a/D转换器用分时方式采集多通道低速信号时，就有可能捕捉到全带宽范围类的输入信号，其中包括耦合到输入端的噪声信号。为了消除噪声影响，应当在a/D转换器模拟量输入端加装滤波器滤除掉宽带噪声，只让期望的信号通过。
绝大多数a/D芯片都集成有采样保持电路。实际测量发现，在每次采样期间模拟信号输入端都会出现很小的瞬态电流波动，发生该现象的原因是由于在采样时刻a/D芯片内采样电容被切换到输入模拟信号，采样电容充放电的冲击造成了瞬态电流的波动。如果输入模拟信号的驱动能力远远大于a/D采样电容充放电对信号的冲击，这个问题就可以解决，具体实施有2个办法，第一：选择快速强输出放大器来驱动a/D转换器，这要求a/D的高频特性和驱动能力要好；第二：在a/D的模拟信号输入端加装一个RC滤波电路，要求滤波电路的电容大于采样电容的容值。具体做法如图1示，在a/D的模拟量输入端对模拟地并联一个电容，在模拟信号驱动端和a/D之间的连线上串连一个较小的电阻，依据被测模拟信号的带宽选择恰当的参数可以有效地减小采样时的瞬态电流波动。注意电容和电阻值不能太大，否则会严重影响被测信号的高频部分。
5控制信号
a/D转换器的控制信号间接影响转换结果，与供电端、模拟信号输入端、参考端相比控制端信号的影响容易被忽视，但对于高性能转换器来说，差距就在细微之处。控制信号包括a/D转换启动端、读取控制端、片选端和转换忙指示端。
a/D转换器的工作是分阶段进行，启动端接收到有效启动信号后，内部采样电路工作，采样完成后进行转换，转换完毕后发出转换完成信号。对于高精度a/D，在采样和转换期间最为敏感，采样信号存储在采样电容上，在此期间没有任何驱动源驱动采样电容，很小的干扰都会导致采样电容上电荷的变化，这期间进入a/D的扰动往往是精度下降的一个重要因素。
分析可知当启动转换后，模拟信号的输入通道被采样电路切断，与外界相连的有供电电源端、参考端，剩下的就是这些控制信号，所以在a/D启动后切忌改变外部的控制信号。即使设计原理避免了a/D转换期间控制信号的改变，但事实上存在一些潜在改变的因素，比如振铃波问题，如图2所示。当高速信号在非均匀导线上传输时，在介质改变的地方就会发生反射，在电子线路中，反射发生在芯片与pCB导线相连的地方，反复反射的结果就产生了振铃波。假如上升沿启动a/D转换，a/D芯片在见到上升沿后开始采样并启动转换，这时紧随上升沿的振铃波就会从启动端进入a/D内部，导致转换精度下降。解决方法是对启动控制信号线做阻抗匹配处理，让振铃波尽快衰减下来［911］。
与启动端的处理相同，读取控制端、片选端和转换忙指示端在a/D转换期间信号不应产生变化，如有可能最好都做阻抗匹配处理。
两次转换之间间隔时间是影响转换结果的另外一个因素。应用中定时采样居多，如果转换间隔不稳定，意味着用一个周期变换信号控制a/D转换器，相应模拟输入信号采样点也是不等间隔的，采样得到的值并不是我们预期采样值。在这种情况下，输入模拟信号的频率越高、幅值越大，转换间隔失调造成的测量误差就越大。为了避免这种情况出现，启动转换电路应选择驱动能力强、漂移小的元件。
6数据总线输出
通常认为，a/D的数据输出线没有关注的必要性，事实上噪声的耦合并不因为线路是输出类型而停止。a/D的数据输出线通常挂接在处理器的总线上，而总线上的传输信号相对复杂，对处于转换中的a/D来说是一个噪声源。如果数据总线的信号质量较高就没有处理的必要，如果信号质量较低或在a/D转换器件总线操作频繁，建议进行阻抗匹配设计或附加一级缓冲器解决。
7结语
以上几点是在进行高性能a/D设计时遇到问题的分析和总结，文中参照多方资料提出的一些切实可行的解决方法，经过实践验证，基本上能够解决高速高精度a/D设计中的一些常见问题。在实际的应用时，不同的场合有些问题反映的较为突出，有些问题相对次要，需要权衡电路的成本和性能再做决定，同时建议设计人员足够重视a/D生产厂家提供的技术资料。
参考文献
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模拟电路设计原理篇8
关键词：开发自制；模拟电路；实验系统；实验项目
1开发自制实验系统的必要性
实验教学体系和内容在工科高校人才培养中占有重要地位，为了适应国家对创新型人才培养的要求，实验仪器设备必须满足实验教学体系和教学内容变化的要求，而目前市面上配套的实验设备价格较贵，不能满足我们对实验各个层次的要求以及学生个性化发展需求，因此开发先进自制配套的仪器设备对高校来说显得尤为重要。
我校电气信息类教师对电子技术实验越来越重视，不断探索开发新的实验项目，改进实验内容，提升实验层次。结合我校部级电工电子实验教学示范中心建设和山东省高等学校教学改革项目“电工电子创新性实验项目的开发与教学模式研究（2009227）”工作，我校在电工电子实验的教学理论和实验项目建设以及实验教学仪器开发、实验管理制度和信息化平台建设等方面做了大量工作，构建了“研究性、自主性、开放性”三位一体的电工电子实验教学模式，将实验项目分为基础、新技术、综合三个层次。学校鼓励青年教师自制实验仪器设备，给予了大力支持。笔者承担了自制50套模拟电路系统的任务，根据自制实验仪器的任务要求，经过1年多的设计和反复调试，模拟电路系统成功应用于电气信息类及相关专业本科生的实验教学中，每年完成2万多小时的实验教学，而且效果良好，受到师生们的好评。
2模拟电路实验系统的设计和平面分布图
基于实验项目基础、新技术和综合三个层次的要求，我们开发的模拟电路实验系统采用模块化设计。在设计过程中，实验系统既要完成模拟电子技术的所有基础实验，还要添加新技术模块以及新的实验手段，提高实验的层次。实验箱中的实验电路按模块设计，模块中的基本实验电路，外接其他元件或与其他模块电路组合，完成不同的实验要求。每个实验的电路原理图和大部分元器件在实验板表面一目了然，学生可根据设计好的原理图搭建电路，提高学生的独立思维能力和动手能力；实验箱还配有Cypress公司的在线可编程模拟器件，为师生提供了学习模拟器件新技术的实验平台。同时，实验箱还设有音频信号输入口，为连接虚拟信号分析仪做了准备。
该实验箱主要包括以下模块：
（1）电源模块：工频赫兹的交流额定电压输入，输出直流电压±12V和+5V，电流i≥0.2a，还设有双路直流信号源，均可输出-0.5V～+0.5V，-5V～+5V，而且连续可调。
（2）分立元件电路包括双路跟踪直流稳压电源，分立元件放大电路，集成运放电路，差分放大电路，功放模块，场效应管电路，集成稳压模块，电位器组，电阻、电容和二、三极管等，pSoC（片上可编程系统），音频信号输入口以及面包板扩展区等。
实验箱上各个模块都是独立的，没有共地，实验中需要经过连线实现共地。多数模块是分立元件，学生做实验时可灵活连线，自由搭建电路，但是实验中需要认真分清各个模块，以免连接错误，损坏设备。
3模拟电路实验系统支持的实验项目
本实验系统可以完成模拟电子技术全部基本实验，如单级放大电路、负反馈放大电路、差动放大电路、双路跟踪直流稳压电源、电压比较器、运算放大电路和振荡器等实验，还增加了在线可编程模拟电路的新技术模块，可支持数控放大器、电压比较器、pwm控制LeD灯和滤波器等实验。实验系统中预留和虚拟信号分析仪配套的接口。图2为虚拟信号分析卡外观图及模拟电路实验系统中的配套接口，很多实验可以用虚拟信号分析提供测试波形，并进行信号的分析和处理。图3为虚拟信号分析仪与实验系统以及测试仪器配套使用的连接关系图。利用该实验系统开出的实验内容和手段丰富，提高了实验层次，能够激励学生学习更多先进的知识，掌握更多的实验方法。此外，利用面包板另备一些元器件，即可实现其他模拟电路综合实验，例如：温度监测及控制电路，噪声监测器，交流电压欠、过压保护电路的设计等。
4实验系统的使用效果及体会
实验电路连接非常灵活，每个实验的电路原理图都印刷在实验板表面，增加学生的感性认识。学生可根据自己设计的实验电路图搭建电路，锻炼了学生的独立思考能力和动手能力，展现了个性。同时增加了新技术模块和新技术实验手段，推动了实验课程体系及实验内容的改革。实验系统自使用以来受到师生的肯定，因实验系统由教师制作，锻炼了青年教师的动手能力和实验调试能力，方便了维修，同时也促进了实验教学示范中心的建设。在2012年年底的部级电工电子实验教学示范中心验收时，我校自制实验设备作为一个亮点和特色展示给评委专家，得到了一致好评。
参考文献
[1]杨宏，李国辉.走自制实验设备之路促进实验教学改革[J].实验技术与管理，2013（1）：225-227.
模拟电路设计原理篇9
关键词：multisim仿真软件；数字电路；电子技术实验教学
作者简介：郑宽磊（1981-），男，湖北仙桃人，武汉工程大学电气信息学院，讲师；陈柳（1979-），女，湖北丹江口人，武汉工程大学电气信息学院，讲师。（湖北武汉430205）
中图分类号：G642.423文献标识码：a文章编号：1007-0079（2014）08-0166-02
随着电子技术和计算机技术的迅猛发展，社会对高校工科电子类专业学生的创新思维和实践能力的要求越来越高。尤其对“数字电子技术”这门理论性和实践性都很强的电子类专业重要专业基础课而言，其对学生实践能力的要求尤其高。实验教学是该课程的重要环节，通过理论联系实际能够有效地训练、提高学生的动手能力。传统的纯硬件实物电路实验教学由于存在诸多弊病，不少学校已经着手改革这种实验教学模式，采用仿真设计与硬件实物电路相结合的实验教学模式，将虚拟电子仿真软件multisim应用于电子技术的实验教学中，为学生提供更加灵活方便的实验环境，以此激发学生的创造性，提高学生的综合动手能力和创新设计能力。
一、multisim软件的特点
multisim是一个原理电路设计、电路功能测试的虚拟仿真软件，是美国国家仪器公司（ni，nationalinstruments）电子线路仿真软件ewB（electronicsworkbench，虚拟电子工作台）的升级版。[1]它界面友好，简单直观，软件易学易用。它将原理图的创建、电路的测试分析、结果的图表显示等全部集成到同一个电路窗口中。可以仿真模拟电路、数字电路和模数混合电路，具有和真实环境一致的可视化界面，整个操作界面就像一个实验工作台，与实际操作几乎相同，深受广大教师、科研人员及电子设计工作者的喜爱。multisim的基本特点有：
1.采用直观的电路图输入方式
绘制电路图所需元器件以及仿真所需仪器仪表均是由软件方法虚拟，可直接从图形界面的工作平台上选取，实现了“软件即元器件”、“软件即仪器”。
2.提供丰富的元器件库
同时用户也可以根据从生产厂商产品使用手册中查到的元器件参数新建或扩充已有的元器件库，因此也很方便地在工程设计中使用。
3.强大的虚拟仪器功能[2]
不仅提供有一般实验用的通用仪器，如万用表、函数信号发生器、双踪示波器、直流电源等，而且还有一般实验室少有或没有的仪器，如波特图仪、字信号发生器、逻辑分析仪、逻辑转换器等。并且所有仪器都与实物相似，所有仪器都可以多台同时调用，为电路的仿真提供了强大的保证。
4.完整的分析方法
提供了电路瞬态和稳态分析、时域和频域分析、器件线性和非线性分析等十几种电路仿真分析方法，这些分析方法基本能满足一般电路分析设计的要求。
二、数字电路的设计性实验举例
一般来说，对一个设计性实验电路进行设计和仿真前，首先需要对电路的工作原理有初步了解，明确实现该实验电路所描述逻辑功能所需要的模块电路、每个模块的具体功能，以及模块之间的信号传输关系等等，了解这些后根据参数指标选择适当的元器件通过multisim软件完成各模块电路初步设计，然后经过仿真观察分析，边选择边测试，边修改边比对，不断从仿真的测试现象中分析判断，直到设计出符合要求的电路。该实验电路要求设计一个在时钟脉冲控制下实现8位并行数据输入到串行输出的转换电路，具体来说分两步来实现：
1.绘制电路原理图
整个电路分为三个功能模块：LmC555定时器构成多谐振荡器产生时钟脉冲模块、4位二进制加法计数器74LS163构成的计数器模块以及数据选择器74LS151构成的并转串电路模块。电路设计采用模块设计的方法分块设计。
第一个模块，可根据其设计指标要求，选择数字模拟混合型的中规模集成电路LmC555定时器，在其配上标称电阻R1=4.7K、R2=5.1K、标称电容C1=0.1μF构造一个多谐振荡器产生时钟脉冲信号，[2]根据理论公式t=0.7（R1+2R2）C1计算其振荡频率约为1KHz。
第二个模块，要求在时钟脉冲控制下将8位并行输入的数据串行输出，控制8位数据的脉冲信号很明显是以8个时钟脉冲为一个循环周期，因此可以设计一个8进制的计数器，可选计数器很多，这里选择一款常用4位二进制同步加法计数器，其输出端QDQCQBQa的状态从0000～1111可以看成两组，分别为0000～0111和1000～1111，只需取其低三位QCQBQa作为输出时即可构成一个8进制的加法计数器。将555定时器所产生的时钟脉冲信号送入到74LS163芯片的时钟脉冲输入端，则其低三位QCQBQa计数从000～111共8种计数状态输出到下一个模块中。
第三个模块，要实现8位并行数据输入到串行输出的转换，选用八选一的数据选择器74LS151显然是最合适的，将第二个模块74LS163输出的低三位QCQBQa分别与数据选择器74LS151的3个地址输入端（通道选择信号）CBa相连，即可实现整个电路是在时钟脉冲控制下，计数器的低三位QCQBQa循环产生从000～111这8种状态，74LS151的地址输入端CBa在接收到这循环的8种状态后，可以将8个并行输入的数据通道上的数据从D0～D7（10100010）依次送到151的输出端Y，实现了在时钟脉冲控制下，将8位并行数据输入转换为串行输出。
以上三个模块的分步设计完成后，整个电路原理图的设计就完成了。有了原理图，利用multisim丰富的元器件资源就可以很快找到所需器件，排放好元器件后对各元器件进行连接，修改必要的元器件参数及属性，并标注相应元器件标签，电路原理图如图1所示，即完成了原理图绘制。
2.完成电路的仿真分析
multisim软件提供了充足的虚拟仪器对电路进行仿真分析，在数字电路仿真设计中常用到示波器、逻辑分析仪、字信号发生器和逻辑转换器等等。本实验可以分两部分仿真：第一个模块部分，为加深对555定时器构成的多谐振荡器的原理的理解和学习，这里可以用双踪示波器观察555定时器的充放电电容C1两端波形，以及其输出的脉冲方波信号波形，示波器仿真波形图如图2所示。由图可见，方波信号的频率约为1ms，周期约为1KHz，充电时间大于放电时间，仿真波形与理论分析及公式计算一致。
第二个模块计数器和第三个模块数据选择器，可以使用逻辑分析仪对计数器的时序波形和数据选择器串行输出的波形一起观测，逻辑分析仪仿真时序图如图3所示，设定数据选择器74LS151的8位并行数据输入端D0～D7=10100010。由图3可知，在时钟脉冲作用下，计数器74LS163的低三位QCQBQa循环计数产生000～111这8种状态，假设计数初始状态为000时，即151的通道选择信号CBa=000，此时D0被选通，151的输出Y=D0=1，来一个Cp脉冲上升沿后，计数状态加1变为001，CBa=001，此时D1被选通，151的输出Y=D1=0。同理，依次第7个脉冲到来后，计数状态变111时，此时D7被选通，151输出Y=D7=0，由仿真时序图可以明显看出151的八位并行输入的数据10100010在时钟脉冲控制下，来一个时钟脉冲上升沿送出一位数，8位并行输入的数据一个接一个的串行送出来，当第7个脉冲到来时8位数据全部送出来，实现了数据并行输入到串行输出的转换。
通过multisim软件平台仿真设计的并转串电路满足设计要求，接下来按照仿真连线在实验箱或者面包板上进行接线，采用这种先仿真后硬件实物电路相结合的实验教学模式可极大地节省试验时间，提高实验效率。
三、multisim应用于数字电子技术实验教学的优点
与基于multisim仿真软件的这种虚拟电路设计方法不同，学生在进行传统的纯硬件实物实验时，这种设计性实验一般都需要事先大量查找资料，理解原理，按照电路指标要求估算元器件的具体参数，画出粗略的硬件电路图，在面包板或者实验箱上直接搭建硬件实物电路，同时也只能用实验室有限的示波器、频率计和万用表等仪器仪表进行观察分析，实际操作中这样的设计性实验连线一般较多，若所选用芯片不合适，电路设计本身就存在问题，或者哪个芯片有问题，又或者哪一根线不通，有时候很难检查出具体问题，即便检查出来可能硬件电路设计也要推到重来，那么在四个学时内实验结果很难做出，通过本校最近几年数字电子技术设计性实验开设的情况观察发现，不少学生往往会为了完成实验任务直接照搬其他同学的电路设计或者要求老师直接给出可行的电路图，然后只是机械按照硬件电路图连线，最后实验结果是出来了，但大多这样的学生即便实验做完了，可电路工作原理却完全不懂，根本达不到通过开设设计性实验锻炼学生实际动手能力、培养他们分析问题和解决问题能力的目的。
相反，如果先用仿真软件仿真，学生只需在了解基本原理后就可以选择元器件在仿真软件工作平台上直接搭建电路，可以大胆实践任意选择芯片而不必理会材料消耗、实验室经费不足或是元器件损坏和老化等故障问题，可以把元件的所有可能的连接方式全部试验并通过仿真分析把所有可能的结果直观呈现出来，通过在计算机上反复地实验，不断实时得到不同的实验结果仿真观察和对比分析，选择符合要求的元器件，设计出满意的仿真电路，然后再在实验箱或面包板上搭建硬件实物电路，通过实物电路验证最后的实验结果。这种虚拟电路的仿真设计方法给了学生更大的创造自由度和设计空间，同时也节省了实验时间，让学生可以把更多的时间用在电路的具体设计、仿真、纠错和创新等方面，帮助学生更快、更好地理解和掌握数字电路的基本概念和基本原理，弥补传统数字电路实验教学纯硬件实物实验的诸多不足，大大提高了学生的学习兴趣，锻炼了他们综合分析和设计的能力、排除故障的能力，培养了他们创新的能力和应用开发的能力。
四、结束语
从以上设计和仿真分析过程可以看到，利用multisim仿真软件可以为数字电路实验教学的改革带来极大的帮助。将multisim仿真软件引入到数字电子技术实验教学中起到了打通理论教学与实践教学的桥梁作用，通过这种先仿真后实物硬件电路相结合的实验教学模式不仅可以使学生能更好地掌握电子技术的基本理论和技能，还能够充分发挥学生学习的主观能动性，最终达到提高学生实践能力和培养创新思维的目的。[4]但虚拟仿真也有其局限性，仿真软件设计的虚拟电路仍需实物电路的验证，因而在进行电子技术实验时除了需要将“虚拟”与“实物”相结合，还需遵循“理论导入，虚实结合，仿真设计，实物验证”的实验步骤。此外，multisim仿真软件还可以用在电工电子类课堂教学、电子技术课程设计以及毕业设计等方面，对提高学生实际动手能力和培养科技创新意识都有积极的促进作用。
参考文献：
[1]黄智伟.基于nimultisim的电子电路计算机仿真设计与分析[m].北京：电子工业出版社，2011.
[2]郭文川.multisim在电子类课程教学中的实践[J].中国电力教育，2006，（4）：351-357.
模拟电路设计原理篇10
关键词：模拟电子技术；数字电子技术；优势；对比
中图分类号：tn79+2文献标识码：a
收录日期：2014年5月13日
随着电子技术的不断发展，对于电路技术的应用也不断增加，在很多领域中，电子技术都有着广泛的应用。此外，尤其是在计算机技术领域以及工业领域中，实践的技术结合，让现代工业和电子行业有了巨大的进步。在实际的电子技术使用过程中，针对不同的应用领域，其使用的技术也有所不同。电子技术中，以模拟电子技术和数字电子技术为主流，两者有着较大的差别，因此在优势对比方面，也会比较明显。本文将重点分析两者在不同领域的应用优势，并对两者的优势进行对比分析。
一、模拟电子技术分析与应用
电子技术一般主要应用于电路中，电路的放大器，反馈期以及后期的电流增益等等。这些电子技术是以基本的元器件为基础的，从而实现电路所需功能。在自然界中，一般以模拟和数字两种方式来作为基础的分析方向。模拟实际上就是连续的，而数字则是不连续。模拟电子技术，实际上就是针对连续的电子信号进行处理的。在模拟电子技术使用的领域中，其使用范围最为广泛，在电路以及工业控制设备中，模拟电子技术都有所应用。但是，模拟电路一般造价相对较低，使用的技术也会比较娴熟，其传输的效果还是有一定的差异。由于容易受到噪声的影响，对于信号的接收效果也是产生了一定的影响。
二、数字电子技术分析与应用
数字电子技术一般应用于对于精度要求较高的设备中，数字电子技术是一种相对技术，即通过抽样定理，对模拟信号进行抽样，从而形成相对精度较高的电子信号。在数字电视中，使用的就是数字电子技术，可以将信号的传播精度有效提高，并且在传输的过程中，可以减少噪声对于信号的影响。在加密过程中，由于数字信号可以使用较高级的加密系统，因此对于信号传递的安全性，数字电子技术有一定的保障。数字电视的推广，实际上就是由于信号传播一般都要使用译码和解码的过程，而收到噪声影响的越少的信号，其还原和解码的过程就越简单。因此，数字信号的优势也非常明显。在实际生活中，目前市场上使用的数字电视就是采用的数字信号进行传输的，数字电视的效果更好，画面更清晰，原因也就是因为数字信号的优势体现。
三、模拟电子技术与数字电子技术对比分析
电子技术通常会与计算机技术进行结合，从而实现电子技术的多功能性。在电路领域中，数字电子技术与模拟电子技术才会真正可以进行优势对比，从而根据不同的电路实现不同的功能。一般情况下，电路以信号为主导，信号的形式在一定程度上决定了使用怎样的电子技术。
（一）信号形式与电路形式对电子技术的主导作用。在电路工程中，信号的形式在很大程度上决定了采用怎样的电子技术。或者是根据电路的要求，进行相应的技术匹配。模拟电路中，一般采用的是模拟电子信号，从而根据模拟电路的特点，进行模拟电子技术的相关技术标准进行设计。例如需要设计增益与放大器的电子电路中，模拟电路就会更加适合。此外，在电路的精度要求方面，会相对比较明显。模拟电路一般造价相对较低，使用的技术也会比较娴熟，但是其传输的效果还是有一定的差异。由于容易受到噪声的影响，对于信号的接收效果也是产生了一定的影响。因此，即便模拟信号有一定的缺陷，但是依然有较大的市场占有率。原因就在于其原理相对简单，并且造价较低，在一些低端的应用中比较适合。而数字电子技术一般适合采用高端的电子电路中，尤其是对信号传播的精度要求高的电路中，一般都要采用数字电子技术。数字电子电路的设计比较高端，对于信号的传播效率以及接收效果要求也比较高。但是，数字电子电路的造价相对较高。所以，一般都会在比较高端的设备中使用。因此，不同的电子技术对应不同的信号形式，模拟电子技术一般就针对模拟信号进行使用，数字电子技术一般就会针对数字信号进行使用。电路形式方面，则会根据电路的要求以及其复杂程度和精度进行相应的使用。高精度就代表这高造价，而数字电子技术可以实现高精度，但是要考虑市场造价。而模拟电子技术虽然存在一定不足，但是由于电路要求相对简单，而造价也有一定的优势，因此才会依然有很大的市场。总之，要依据电路的形式以及信号的传播要求，进行相应的电子技术选择。
（二）模拟电子技术与数字电子技术之间的优势对比。模拟电子技术适用于模拟信号的设计与使用，由于模拟信号也可以称之为连续信号，在自然界中是普遍存在的。也可以认为模拟电子是绝对存在的，而数字电子则是相对存在的。利用通信工程中的抽样定理可以了解，抽样定理实际上就是针对模拟连续信号进行的定点抽样，然后形成的数字信号。从高等数学微分与积分的角度分析，可以证明连续信号是绝对的，但是抽样后的数字信号则是相对的。由于模拟信号是自然存在的，因此在通常的电路使用中，一般都会使用模拟信号，模拟信号的使用范围广，并且在使用的过程中造价相对较低，对于电路的设计也不是非常苛刻。但是，模拟信号由于是自然存在信号，相对而言在加密过程中就存在一定的不足。此外，由于在自然界中是存在噪声的，因此模拟信号在传播的过程中非常容易收到噪声的影响，而且在传播的过程中容易出现损耗。因此，在模拟电子电路的设计中，通常要设计放大器。放大器进行增益处理以后，噪声并不能很好的过滤，从而造成了接收端的接收信息的准确性相对较低，并且接收的效果也不是十分好。从实际的案例中分析，电视信号的接收就是非常常用的案例，一般的电视信号就是采用的模拟电信号。因此，对于电视的效果而言，也存在一定的不足。有时候电视的效果不佳，或者是存在一定的失真，就是模拟信号在传输的过程中，出现了噪声的混杂。而数字电子技术，一般是将原有的模拟信号进行抽样处理，从而生成数字信号。数字信号虽然是相对存在，但是在优势方面比较突出。数字信号可以进行高精度的加密，这样就可以避免噪声的影响，同时也保证了信号传播的安全性。此外，在数字信号的传输过程中，由于数字信号的精度更高，所以在接收端的接收效果也会更好。此外，数字信号的损耗和衰减也相对较低，因此，在使用的过程中，可以减少放大器的使用。数字电子信号的优势还在于数字信号的解码相对简单容易，并且在还原的过程中也相对方便。由于信号传播一般都要使用译码和解码的过程，而收到噪声影响的越少的信号，其还原和解码的过程就越简单。因此，数字信号的优势也非常明显。在实际生活中，目前市场上使用的数字电视就是采用的数字信号进行传输的，数字电视的效果更好，画面更清晰，原因也就是因为数字信号的优势体现。
四、结语
在信号处理与电子电路应用中，模拟电子技术以及数字电子技术实际上可以认为是针对不同的信号的应用技术。模拟信号是连续信号，在自然界中普遍存在，而数字信号则是通过抽样定理进行抽样所获得的信号，针对数字信号即可使用数字电子技术。在两者的对比中，一般情况下，模拟电子技术的使用会相对方便，由于是客观存在，在较为低端的电路设备中，一般会采用模拟电子技术，由于造价相对低廉，原理也比较简单，在增益与放大的过程中，对信号的误差率要求相对较低。而在比较精端的电路设备中，通常要使用数字电子技术，利用抽样定理，提高信号的精准度，从而保证电子电路的高精度运行。总之，两者在不同的领域有不同的应用优势。
主要参考文献：