Protel 99 SE电路仿真及应用

重庆电子工程职业学院 王 静

Protel 99 SE电路仿真及应用

重庆电子工程职业学院 王 静

随着电子新产品日新月异的高速发展，设计电子新产品的方法也在不断更新，为了摆脱传统的电路搭板实验，用仿真软件在计算机上进行电路仿真设计是其有效方法之一。本文通过一个实例介绍Protel 99 SE软件的电路仿真功能，用以抛砖引玉，以让读者多一条途径设计电路，让每个电子新产品都是最优化设计，提高电子产品的可靠性与质量，缩短电子新产品的开发周期，提高设计效率。

电路仿真；电路设计；搭板实验；可靠性

1.引言

随着电子工业和微电子设计技术与工艺的飞速发展，电子信息类产品的开发周期明显缩短，为了满足社会发展的需要，高效、便捷的计算机辅助设计CAD软件也应运而生。Protel 99 SE就是这些软件中的典型代表，在众多计算机辅助设计工具云集的今天，历经考验的Protel 99 SE仍以其易用、高效等优点赢得了众多电子设计者的青睐。Protel 99 SE是由澳大利亚Protel Technology公司推出的运行于Windows 9X/2000/XP等操作系统之上的电路设计系统，它建立在Protel独特的设计管理器（Design Explorer）基础之上，具有很强的数据交换能力和开放性及3D视图预览功能，可以进行联网设计，是一个32位的设计软件，可以完成电路原理图设计、印制电路板（PCB）设计、可编程逻辑器件设计和模/数混合电路仿真等功能。在此，就该软件的仿真功能作一个简单介绍，其余功能不予赘述。通过“整流滤波稳压电路”为例，说明该软件仿真的一般步骤，使读者能够应用软件的仿真功能分析、设计原理图、调试电路，摆脱传统的电路搭板实验，从而缩短电路新产品的设计周期，提高设计效率，让每个电子新产品都是最优化设计，提高产品的可靠性与质量。

2.绘制仿真原理图

绘制仿真原理图操作步骤如下。

首先在硬盘上建立一个“整流滤波稳压电路仿真”文件夹。启动Protel 99 SE，执行菜单File→New命令，弹出New Design Database对话框，如图1所示，在Database File Name处输入：“稳压电路仿真.ddb”的数据库名字；在Database Location处输入：“整流滤波稳压电路仿真”的文件夹名字，按OK按钮，即建立了一个“稳压电路仿真.ddb”数据库文件并把它保存在“整流滤波稳压电路仿真”的文件夹下。

执行主菜单File→New命令，弹出New Document对话框，选择Schematic Document图标，按OK按钮，新建一个默认名称为Sheet1.Sch的空白原理图文档，把它更名为“稳压电路仿真.Sch”，如图2所示。

2.1 加载仿真库文件

在图2所示的原理图编辑界面中，选择Browse Sch标签，显示如图4所示的库面板，按Add/Remove按钮，弹出如图3所示添加仿真库对话框，在查找范围内，选择安装目录下：D:Program FilesDesign Explorer 99 SELibrarySch的仿真库文件Sim.ddb，按Add按钮，即把选择的仿真库添加到下面的Selected Files内，按OK按钮，退出该对话框。

2.2 放置元件

单击Browse Sch标签，选择TRANSFORMER.LIB仿真库，放置变压器10TO1，如图4所示；选择仿真二极管库文件DIODE.LIB，放置4个二极管1N4007，稳压管：1N4736；选择仿真三极管库文件BJT.LIB，放置三极管：2N2222A；选择Simulation Symbols.Lib库文件，放置电阻:R1-680、R2-4.7K、电容C1-220uF、C2-100uF。

2.3 添加激励源

添加一个正弦交流电压源VSIN(125V，50Hz)，方法：执行菜单Simulate→Sources→1KHz Sine Wave命令，鼠标上悬浮着一个正弦交流电压源。按键盘上的Tab键，弹出Part对话框，如图5所示，设置Designator为Vin、Part Type为125V；选择Part Fields标签，如图6所示，设置Amplitude(振幅)为125V、Frequency(频率)为50Hz。

2.4 连接电路

执行菜单Place→Wire命令，连接电路。

2.5 放置节点网络标号

执行Place→Net Label命令，放置网络标号：IN、A、B、C、OUT，以便于观察这几点的波形，设计好的原理图如图7所示。

2.6 对电路进行电气检查

执行菜单Tools→ERC命令，进行电路的电气规则检查，如果没有错误进行下面的操作。

3.仿真器参数设置

图1 新建“稳压电路仿真.ddb”数据库文件

图2 原理图编辑界面

图3 添加仿真库对话框

图4 放置变压器10TO1

完成电路的编辑后，在仿真之前，要选择对电路进行那种分析，设置收集的变量数据，以及设置显示哪些变量的波形。常见的仿真分析有静态工作点分析(Operating Point Analysis)、瞬态分析(Transient Analysis)、直流扫描分析(DC Sweep Analysis)、交流小信号分析(AC Small Signal Analysis)、噪声分析(Noise Analysis)、极点、零点分析(Pole-Zero Analysis)、传递函数分析(Transfer Function Analysis)、温度扫描分析(Temperature Sweep）、参数扫描（Parameter Sweep)、蒙特卡洛分析(Monte Carlo Analysis)等分析。本论文主要讲解常用到的静态工作点分析、瞬态分析和交流小信号分析的设置方法。

图5 正弦交流电压源Attributes设置对话框

图6 正弦交流电压源Part Fields设置对话框

图7 整流滤波稳压电路原理图

图8 仿真分析设置对话框

图9 瞬态分析参数设置对话框

图10 输入、输出和中间节点波形

3.1 一般设置（General Setup）

在仿真分析设置对话框的上半部分的分析选项列表中，列出了所有的分析选项，选中每个分析选项，下面即显示出相应的设置项。选中General标签，即可在下面的选项中进行一般设置。在Available Signals列表中显示的是可以进行仿真分析的信号，Active Signals列表框中显示的是激活的信号，即需要进行仿真的信号，单击和按钮可完成添加或删除激活信号，如图8所示。

3.2 静态工作点分析（Operating Point Analysis）

静态工作点分析通常用于对放大电路进行分析，当放大器处于输入信号为零的状态的时候，电路中各点的状态就是电路的静态工作点。最典型的是放大器的直流偏置参数。进行静态工作点分析的时候，不需要设置参数。

3.3 瞬态分析（Transient Analysis）

瞬态分析用于分析仿真电路中工作点信号随时间变化的情况。进行瞬态分析之前，设计者要设置瞬态分析的起始和终止时间、仿真时间的步长等参数。在电路仿真分析设置对话框中，选择Transient/Fourier标签，在如图9所示的瞬态分析参数设置对话框中进行设置。

在Transient Analysis列表中共用11个参数设置选项，这些参数的含义分别是：

Transient Analysis Start Time参数用于设置瞬态分析的起始时间。瞬态分析通常从时间零开始，在时间零和开始时间，瞬态分析照样进行，但并不保存结果。而开始时间和终止时间的间隔将保存，并用于显示。

Transient Analysis Stop Time参数用于设置瞬态分析的终止时间。

Transient Analysis Step Time参数用于设置瞬态分析的时间步长，该步长不是固定不变的。

Transient Analysis Max Step Time参数用于设置瞬态分析的最大时间步长。

Use Initial Conditions项用于设置电路仿真的初始状态。当勾选该项后，仿真开始时将调用设置的电路初始参数。

Always set Default项用于设置使用默认的瞬态分析设置，选中该项后，列表中的前四项参数将处于不可修改状态。

Cycles Displayed参数用于设置默认的显示周期数。

Points Per Cycle参数用于设置默认的每周期仿真点数。

Fourier Analysis项用于设置进行傅立叶分析，勾选该项后，系统将进行傅立叶分析，显示频域参数。

Fourier Analysis Fund.Frequency用于设置进行傅立叶分析的基频。

Fourier Analysis Harmonics用于设置进行傅立叶分析的谐波次数。

3.4 整流滤波稳压电路分析设置

2)在Collect Data For栏，从列表中选择“Node Voltage，Supply Current，Device Current and Power”。

3)为这个分析勾选“Operating Point Analysis”和“Transient/Fourier Analysis”。

4.信号仿真分析

参数设置好后，单击图8中的Run Analyses按钮运行仿真，自动显示仿真波形如图10所示。

从图10中可以看出：一个幅值为125V、频率为50Hz的正弦交流电压源经过10:1的变压器变压，变为幅值为12.5V、频率为50Hz的正弦交流电压，再经过全波桥式整流电路的整流以及电容滤波等一系列变化后，得到一个相当稳定的低压直流信号。如果仿真波形不出来，则需对如图9所示的“瞬态分析参数设置对话框”中的仿真设置进行修改，去掉Always set defaults（总是使用默认值）前的“√”，即可设置瞬态分析的：Start Time、Stop Time、Step Time、Max Step Time等参数。而如果读者对仿真结果不满意，则可以对原理图中的元器件参数值进行调整，例如：调整电阻、电容的值或者换器件，再进行仿真，直到对仿真波形满意。这比搭板实验换元器件方便多了，设计者可以借助这些波形图，找出设计中存在的不足和问题，从而加以改进，以使产品的设计达到最优化，提高制版的成功率，缩短新产品的开发周期。

以上通过整流滤波稳压电路简单介绍了Protel 99 SE软件的电路仿真功能，还有很多更好、更尖端的应用等待大家去探索、创新，上述介绍仅是抛砖引玉。

[1]邱寄帆.Protel 99SE印制电路板设计与仿真[M].北京:人民邮电出版社,2008.

[2]王静.Altium Designer Winter 09电路设计案例教程[M].北京:中国水利水电出版社,2010.

[3]蔡杏山.Protel 99SE电路设计[M].北京:人民邮电出版社,2007.

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2011年重庆市科技攻关项目“基于无线传感网络对长江流域水环境监控系统研发与应用”（项目编号：CSTC，2011AC2078），项目负责人：王静。

王静（1960—），女，重庆人，重庆电子工程职业学院副教授，高级工程师，研究方向：EDA及嵌入式系统等方面的教学与科研。