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摘要：负反馈放大电路，是“模拟电子技术”课程中较为重要的教学内容，针对目前负反馈教学的现状，提出把Protues仿真软件作为辅助教学工具应用到教学中。以负反馈放大电路教学过程为案例，介绍Proteus仿真软件作为辅助教学工具在“模拟电子技术”课程教学中的应用，教学实践表明，采用计算机仿真技术进行教学，能把抽象的知识形象化、具体化，帮助学生快速理解和掌握知识点，会达到事半功倍的教学效果。
关键词：Proteus仿真软件；模拟电子技术；负反馈放大电路
作者简介：杨秀增（1974-），男，侗族，湖南怀化人，广西民族师范学院物理与信息技术系，讲师；肖丽玲（1973-），女，湖南怀化人，广西民族师范学院数学与计算机科学系，讲师。（广西 崇左 532200）
基金项目：本文系广西壮族自治区教育厅新世纪高等教育教改工程立项项目（项目编号：2011JGA132）、广西民族师范学院教育教学研究项目（项目编号：JG201012）的研究成果。
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）02-0056-02
负反馈放大电路，是“模拟电子技术”课程中较为重要的教学内容。[1-3]然而，在实际的教学过程中，由于负反馈放大电路的反馈类型较多，电路连接形式复杂，概念又比较抽象，学生学习起来枯燥无味，很难调动学生的积极性，教学效果不是很理想。如果教师在讲解知识点的同时，以仿真软件作为辅助教学工具，利用仿真软件来验证知识点，把抽象的知识形象化、具体化，帮助学生快速理解和掌握知识点，会达到事半功倍的教学效果。本文以负反馈放大电路教学过程为案例，介绍Proteus仿真软件作为辅助教学工具在“模拟电子技术”课程教学中的应用。
一、Proteus仿真软件功能及特点
Proteus是英国Labeenter electronics公司开发的电子线路和单片机系统设计与仿真软件。[4]软件由智能原理图输入系统ISIS、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：[5]
（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，Proteus的仿真是基于SPICE3F5的，因此它也能像其他的EDA软件那样进行电路分析，如模拟分析、数字分析、混合信号分析、频率分析等等。
（2）提供了虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电表、Virtual Terminal（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。
二、负反馈对放大电路的影响
1.负反馈电路工作原理
打开ISIS 7 Professional软件，在ISIS 7 Professional中绘制出实验电路，如图1所示，晶体管选用摩托罗拉公司的2N2222A三极管，信号源选用正弦函数发生器，频率设置为1kHz，幅值为1毫伏，RS为信号源的内部电阻，其阻值为1000欧姆，C1、C2和C3为耦合电容器，RL为负载，电源采用正12伏特。
2.负反馈电路静态工作点
静态工作点是指在交流信号输入为零的情况下，三极管各极上的电流和电压值。静态工作点是放大电路的基础，能有效地解决放大电路的交越失真，如果静态工作点设置不恰当，又会带来饱和失真和截止失真，因此，对放大电路的静态工作点的分析，在放大电路的设计中，具有极其重要的地位。表1列出了本负反馈放大电路静态工作点的值，在测量过程中，把信号源短接或者设置为直流源，并把Proteus软件所提供的电流探针和电压探针放入晶体管来测量即可，括号内是通过理论计算得到的理论值。
3.负反馈能提高放大电路的稳定性
负反馈能有效地提高放大电路的稳定性，这个知识点也是负反馈放大电路教学中的难点，传统的教学，纯粹是用理论推导来验证这一结论，引入仿真教学以后，可以用电路仿真的方法，测量放大电路的开环相对放大倍数变化量和闭环相对放大倍数变化量来验证这一结论。表2为负载电阻RL取值1K和10K两种情况下，开环与闭环相对放大倍数变化量。从表中明显看出，加了负反馈支路以后，虽然放大电路的放大倍数减小，但稳定性大大地得到改善。
4.负反馈扩展放大电路的频率带宽
引入负反馈支路到放大电路中，可扩展放大电路的频率带宽，这个知识点是负反馈放大电路教学中较为重要的内容，也是教学的难点。在教学的过程中，学生往往对放大电路的频率带宽概念不是很理解，如果直接用理论推导方式教学法传授这个知识点的话，教学效果不尽人意，课后，学生对本知识点理解不透，仍处于一知半解状态。为了达到教学目的，增强教学效果，可结合仿真技术进行教学。首先采用仿真手段，仿真出不同频率输入信号的放大倍数，得出幅值都相同的不同频率的输入信号，放大倍数不一样这一结论，再导入频率带宽的概念，最后利用Proteus软件直观地测出本放大电路在开环和闭环两情况下的频率特性曲线图，如图2所示，其中，图2（a）为放大电路开环频率响应曲线，从图中可以看出，其下限频率fL=573Hz，上限频率fH=1.43MHz，通频带fbw=fH-fL=1.429427Hz，图2（b）为放大器闭环情况下的频率响应曲线；图2（b）为放大电路闭环频率响应曲线，从图中可以看出，其下限频率fL=530Hz，上限频率fH=3.52MHz，通频带fbw=fH-fL=3.52MHz，从图中可以明显看出，放大电路引入负反馈后，虽然放大电路的增益下降了，但其通频带得到了较大幅度的扩展。
5.负反馈改变放大电路的输入和输出电阻
放大电路的输入电阻越大，进入放大电路的信号电压值越大，因此，对于放大电路来说，输入电阻越大越好，串联负反馈能有效地提高放大电路的输入电阻，可采用仿真法来验证。把Proteus中的交流电压表（AC VOLTMETER）串联到放大电路的信号输入端和把交流电流表（AC AMMETER）并联到信号输入端，测量出放大电路开环输入电阻和闭环输入电阻测量情况为：开环时，Ui=1.38mV，Ii=0.03μA，因此，Ri=Ui /Ii=34.5kΩ；闭环时，Uif=1.38mV，Iif=0.04μA，因此，Rif=Uif / Iif=36kΩ。
对于一个放大电路而言，输出电阻越小，越有利于信号输出，因此，输出电阻越小越好，电压负反馈能减小输出电阻。在开环状态下，UO=41.1mV，U0C=249mV，则RO=（U0C/UO-1）RL=5.0kΩ，在闭环状态下，UOf=16.4mV，U0Cf=24mV，则ROf=（U0C/UO-1）RL=0.46kΩ。从以上可以看出，引入了电压负反馈之后，放大电路的输出电阻大幅度地减小。
6.负反馈改善放大电路的非线性失真
晶体管是非线性元器件，当信号在晶体管中被放大时，放大器输出信号与输入信号未成线性关系，产生了波形畸变，叫非线性失真。放大器的非线性失真大小可用失真分析仪来测量。在Proteus中提供了专门非线性分析工具（Distortion Analysis），设计者可利用这个工具分析放大电路非线性失真情况，用二次谐波失真曲线和三次谐波失真曲线来表示，如图3所示，其中，图3（a）为反馈支路处于开环状态下的非线性失真曲线，从图中可以看出，三次谐波失真高达54.5dB，二次谐波失真高达30.6dB，图3（b）为反馈支路处于闭环状态下的非线性失真曲线，从图中可以看出，三次谐波失真只到26.5dB，二次谐波失真只有8.4dB，因此，引入负反馈以后，放大电路的非线性失真得到明显地改善。
三、结论
Proteus是英国Labeenter electronics公司开发电子线路和单片机系统设计与仿真软件，本文以负反馈放大电路教学过程为例，介绍Proteus仿真软件作为辅助教学工具在教学中的应用。教学实践表明，采用计算机仿真技术进行教学，能把抽象的知识形象化、具体化，帮助学生快速理解和掌握知识点，会达到事半功倍的教学效果，有助于培养学生的实践能力、创新能力和创新意识。
参考文献：
[1]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,
2006.
[2]牛燕炜.基于Multisim 7的负反馈放大电路的研究[J].电子工程师,
2007,33(6).
[3谢嘉奎.电子线路:非线性部分(第四版)[M].北京:高等教育出版社,
2003.
[4]乔建华,李临生,田启川.Proteus在单片机教学中的应用分析[J].电气电子教学学报,2008,3(3):70-73．
[5]代启化.基于Proteus的电路设计与仿真[J].现代电子技术,2006,(19):
82-84．
（责任编辑：孙晴）
关键词：Proteus仿真软件；模拟电子技术；负反馈放大电路
作者简介：杨秀增（1974-），男，侗族，湖南怀化人，广西民族师范学院物理与信息技术系，讲师；肖丽玲（1973-），女，湖南怀化人，广西民族师范学院数学与计算机科学系，讲师。（广西 崇左 532200）
基金项目：本文系广西壮族自治区教育厅新世纪高等教育教改工程立项项目（项目编号：2011JGA132）、广西民族师范学院教育教学研究项目（项目编号：JG201012）的研究成果。
中图分类号：G642.421 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2012）02-0056-02
负反馈放大电路，是“模拟电子技术”课程中较为重要的教学内容。[1-3]然而，在实际的教学过程中，由于负反馈放大电路的反馈类型较多，电路连接形式复杂，概念又比较抽象，学生学习起来枯燥无味，很难调动学生的积极性，教学效果不是很理想。如果教师在讲解知识点的同时，以仿真软件作为辅助教学工具，利用仿真软件来验证知识点，把抽象的知识形象化、具体化，帮助学生快速理解和掌握知识点，会达到事半功倍的教学效果。本文以负反馈放大电路教学过程为案例，介绍Proteus仿真软件作为辅助教学工具在“模拟电子技术”课程教学中的应用。
一、Proteus仿真软件功能及特点
Proteus是英国Labeenter electronics公司开发的电子线路和单片机系统设计与仿真软件。[4]软件由智能原理图输入系统ISIS、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：[5]
（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，Proteus的仿真是基于SPICE3F5的，因此它也能像其他的EDA软件那样进行电路分析，如模拟分析、数字分析、混合信号分析、频率分析等等。
（2）提供了虚拟示波器、逻辑分析仪、信号发生器、计数器、电表、Virtual Terminal（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。
二、负反馈对放大电路的影响
1.负反馈电路工作原理
打开ISIS 7 Professional软件，在ISIS 7 Professional中绘制出实验电路，如图1所示，晶体管选用摩托罗拉公司的2N2222A三极管，信号源选用正弦函数发生器，频率设置为1kHz，幅值为1毫伏，RS为信号源的内部电阻，其阻值为1000欧姆，C1、C2和C3为耦合电容器，RL为负载，电源采用正12伏特。
2.负反馈电路静态工作点
静态工作点是指在交流信号输入为零的情况下，三极管各极上的电流和电压值。静态工作点是放大电路的基础，能有效地解决放大电路的交越失真，如果静态工作点设置不恰当，又会带来饱和失真和截止失真，因此，对放大电路的静态工作点的分析，在放大电路的设计中，具有极其重要的地位。表1列出了本负反馈放大电路静态工作点的值，在测量过程中，把信号源短接或者设置为直流源，并把Proteus软件所提供的电流探针和电压探针放入晶体管来测量即可，括号内是通过理论计算得到的理论值。
3.负反馈能提高放大电路的稳定性
负反馈能有效地提高放大电路的稳定性，这个知识点也是负反馈放大电路教学中的难点，传统的教学，纯粹是用理论推导来验证这一结论，引入仿真教学以后，可以用电路仿真的方法，测量放大电路的开环相对放大倍数变化量和闭环相对放大倍数变化量来验证这一结论。表2为负载电阻RL取值1K和10K两种情况下，开环与闭环相对放大倍数变化量。从表中明显看出，加了负反馈支路以后，虽然放大电路的放大倍数减小，但稳定性大大地得到改善。
4.负反馈扩展放大电路的频率带宽
引入负反馈支路到放大电路中，可扩展放大电路的频率带宽，这个知识点是负反馈放大电路教学中较为重要的内容，也是教学的难点。在教学的过程中，学生往往对放大电路的频率带宽概念不是很理解，如果直接用理论推导方式教学法传授这个知识点的话，教学效果不尽人意，课后，学生对本知识点理解不透，仍处于一知半解状态。为了达到教学目的，增强教学效果，可结合仿真技术进行教学。首先采用仿真手段，仿真出不同频率输入信号的放大倍数，得出幅值都相同的不同频率的输入信号，放大倍数不一样这一结论，再导入频率带宽的概念，最后利用Proteus软件直观地测出本放大电路在开环和闭环两情况下的频率特性曲线图，如图2所示，其中，图2（a）为放大电路开环频率响应曲线，从图中可以看出，其下限频率fL=573Hz，上限频率fH=1.43MHz，通频带fbw=fH-fL=1.429427Hz，图2（b）为放大器闭环情况下的频率响应曲线；图2（b）为放大电路闭环频率响应曲线，从图中可以看出，其下限频率fL=530Hz，上限频率fH=3.52MHz，通频带fbw=fH-fL=3.52MHz，从图中可以明显看出，放大电路引入负反馈后，虽然放大电路的增益下降了，但其通频带得到了较大幅度的扩展。
5.负反馈改变放大电路的输入和输出电阻
放大电路的输入电阻越大，进入放大电路的信号电压值越大，因此，对于放大电路来说，输入电阻越大越好，串联负反馈能有效地提高放大电路的输入电阻，可采用仿真法来验证。把Proteus中的交流电压表（AC VOLTMETER）串联到放大电路的信号输入端和把交流电流表（AC AMMETER）并联到信号输入端，测量出放大电路开环输入电阻和闭环输入电阻测量情况为：开环时，Ui=1.38mV，Ii=0.03μA，因此，Ri=Ui /Ii=34.5kΩ；闭环时，Uif=1.38mV，Iif=0.04μA，因此，Rif=Uif / Iif=36kΩ。
对于一个放大电路而言，输出电阻越小，越有利于信号输出，因此，输出电阻越小越好，电压负反馈能减小输出电阻。在开环状态下，UO=41.1mV，U0C=249mV，则RO=（U0C/UO-1）RL=5.0kΩ，在闭环状态下，UOf=16.4mV，U0Cf=24mV，则ROf=（U0C/UO-1）RL=0.46kΩ。从以上可以看出，引入了电压负反馈之后，放大电路的输出电阻大幅度地减小。
6.负反馈改善放大电路的非线性失真
晶体管是非线性元器件，当信号在晶体管中被放大时，放大器输出信号与输入信号未成线性关系，产生了波形畸变，叫非线性失真。放大器的非线性失真大小可用失真分析仪来测量。在Proteus中提供了专门非线性分析工具（Distortion Analysis），设计者可利用这个工具分析放大电路非线性失真情况，用二次谐波失真曲线和三次谐波失真曲线来表示，如图3所示，其中，图3（a）为反馈支路处于开环状态下的非线性失真曲线，从图中可以看出，三次谐波失真高达54.5dB，二次谐波失真高达30.6dB，图3（b）为反馈支路处于闭环状态下的非线性失真曲线，从图中可以看出，三次谐波失真只到26.5dB，二次谐波失真只有8.4dB，因此，引入负反馈以后，放大电路的非线性失真得到明显地改善。
三、结论
Proteus是英国Labeenter electronics公司开发电子线路和单片机系统设计与仿真软件，本文以负反馈放大电路教学过程为例，介绍Proteus仿真软件作为辅助教学工具在教学中的应用。教学实践表明，采用计算机仿真技术进行教学，能把抽象的知识形象化、具体化，帮助学生快速理解和掌握知识点，会达到事半功倍的教学效果，有助于培养学生的实践能力、创新能力和创新意识。
参考文献：
[1]杨素行.模拟电子技术基础简明教程[M].北京:高等教育出版社,
2006.
[2]牛燕炜.基于Multisim 7的负反馈放大电路的研究[J].电子工程师,
2007,33(6).
[3谢嘉奎.电子线路:非线性部分(第四版)[M].北京:高等教育出版社,
2003.
[4]乔建华,李临生,田启川.Proteus在单片机教学中的应用分析[J].电气电子教学学报,2008,3(3):70-73．
[5]代启化.基于Proteus的电路设计与仿真[J].现代电子技术,2006,(19):
82-84．
（责任编辑：孙晴）