本教程将以一个经典的 单管共射放大电路 为例，带你一步步完成从电路绘制、参数设置到仿真运行和结果分析的整个过程。

目录

1. 准备工作：安装与设置
   • 确保安装了 Simulation 仿真引擎
   • 创建新设计并设置仿真参数
2. 第一步：绘制原理图
   • 放置元器件
   • 连接线路
   • 添加网络标签
3. 第二步：设置仿真激励源
   • 添加直流电源
   • 添加交流信号源
4. 第三步：添加仿真节点和网络标号

   设置需要观察的波形点

5. 第四步：配置仿真器
   • 选择仿真类型
   • 设置仿真参数
6. 第五步：运行仿真并分析结果
   • 运行仿真
   • 查看静态工作点
   • 查看瞬态/交流分析波形
7. 常见问题与技巧

准备工作：安装与设置

在开始之前，请确保你的 Protel 99SE 安装正确，并且包含了 Simulation 仿真功能模块。

确保安装了 Simulation 仿真引擎

Protel 99SE 的仿真功能依赖于一个外部的仿真引擎,默认情况下可能需要单独安装或激活。

• 检查方法：打开 Protel 99SE，新建一个 DDB 设计数据库文件，在左侧的 Explorer 面板中，右键点击你的设计项目，选择 New -> Schematic Document 创建一个原理图文件。
• 调用仿真器：打开原理图后，点击菜单栏 Design -> Simulate -> Mixed Sim...，如果仿真器已正确安装，将会弹出仿真设置对话框，如果提示找不到仿真器或程序无响应,则需要重新安装或配置仿真引擎。

创建新设计并设置仿真参数

1. 新建一个 Schematic Document，我们命名为 Amplifier.SchDoc。

   
   （图片来源网络，侵删）

2. 在放置元器件之前，建议先设置一下仿真环境的默认单位，点击菜单 Tools -> Preferences，在 Schematic 标签页下，将 Gripper 和 Auto-Junction 等选项勾选上,方便操作。

3. 设置元器件仿真属性：这是最关键的一步，Protel 99SE 中的默认元器件（如电阻、电容、晶体管）可能没有包含仿真模型,你需要使用带有仿真模型的库。

   • 推荐库：在原理图编辑器中，点击 Design -> Browse Components... 打开元器件浏览器。
   • 在 Libraries 列表中，寻找带有 Sim 或 Simulation 字样的库，Simulator.lib、Simulation Sources.lib、Transistors.lib (仿真版) 等。
   • 从这些库中选择的元器件，其属性中会包含 Simulation 标签页,里面可以设置模型参数。

第一步：绘制原理图

我们将以一个经典的 NPN 三极管放大电路为例。

放置元器件

从仿真库中找到并放置以下元器件：

• 电阻：从 Simulation.lib 或类似库中放置 RES。
• 电容：从 Simulation.lib 中放置 CAP。
• NPN 三极管：从 Bipolar.lib (仿真版) 中放置 2N2222 或 BC547。
• 直流电源：从 Simulation Sources.lib 中放置 VSRC (电压源)。
• 交流信号源：从 Simulation Sources.lib 中放置 VSIN (正弦电压源)。
• 接地：从 Simulation Sources.lib 中放置 VCC 或 GND。注意：仿真电路中必须有接地！

连接线路

使用 Wiring Tools 工具栏上的导线工具,按照标准的放大电路连接好所有元器件。

添加网络标签

为了方便识别和后续分析,给一些关键节点添加网络标签。

• 点击 Wiring Tools 中的 Net 标签工具。
• 在输入端、输出端、三极管基极、集电极、发射极等位置放置网络标签，IN, OUT, B, C, E。

第二步：设置仿真激励源

电路需要“激励”才能工作,我们需要设置电源和信号源。

设置直流电源

双击 VCC (12V直流源)，在 Part Fields 标签页中设置：

• Value: 12V (这是显示值)
• 切换到 Simulation 标签页：
  • Primary: DC (表示直流源)
  • AC Magnitude: 0 (交流幅度为0,因为我们只关心直流偏置)
  • AC Phase: 0
  • DC Magnitude: 12 (这是实际的直流电压值)

设置交流信号源

双击 VSIN (输入信号源)，在 Part Fields 标签页中设置：

• Value: V1 (显示名称)
• 切换到 Simulation 标签页：
  • Primary: SIN (正弦波)
  • AC Magnitude: 1m (交流分析时，此处的幅度将被用作基准,设为1mV便于计算增益)
  • AC Phase: 0
  • VOFF (直流偏置): 0
  • VAMPL (电压幅度): 10m (瞬态分析时波形的峰值)
  • FREQ (频率): 1k (频率1kHz,便于在示波器上观察)

第三步：添加仿真节点和网络标号

这一步告诉仿真器,我们希望观察哪些点的波形。

1. 点击菜单 Design -> Simulate -> Mixed Sim...。
2. 在弹出的对话框中，找到 Available Signals (可用信号) 列表。
3. 这里会列出你原理图上所有的网络标签和引脚，选中你想要分析的信号，IN, OUT, B, C, E。
4. 点击中间的 > 按钮，将这些信号添加到 Active Signals (活动信号) 列表中。
5. 点击 Close 关闭对话框。

第四步：配置仿真器

这是仿真的核心设置步骤。

再次打开 Mixed Sim... 对话框（如果已经关闭的话），我们需要进行两个主要设置：General 和 Analysis/Setup。

General 标签页

• Operating Temperature: 27 (默认27摄氏度，可修改)。
• Collect Data For**: 选择Node Voltage and Supply Current`，这表示我们想要收集各节点的电压和电源电流信息,这是最常用的选项。
• Simulator Digital Options: 保持默认即可。

Analysis/Setup 标签页

这是选择仿真类型的地方,我们可以同时运行多种分析。

• General Setup: 保持默认。
• Operating Point Analysis: 勾选此项，它会计算电路的直流静态工作点,是所有其他分析的基础。
• Transient/Fourier Analysis: 勾选此项，用于观察信号随时间变化的波形。
  • Transient Start Time: 0
  • Transient Stop Time: 2ms (观察2个周期，因为频率是1kHz,周期是1ms)
  • Transient Step Time: 10us (步长，越小波形越精细,但计算越慢)
  • Transient Max Step Time: 10us
  • Fourier Fundamental Frequency: 1k (基波频率)
  • Fourier Number of Harmonics: 10 (谐波次数)
• AC Small Signal Analysis: 勾选此项，用于分析电路的频率响应（如幅频特性、相频特性）。
  • Start Frequency: 1
  • Stop Frequency: 10MEG (10MHz)
  • Test Points: 50 (在频率范围内取50个点进行计算)
  • Sweep Type: Decade (十倍频程扫描)
  • Output Magnitude: VR (表示输出电压的幅值,相对于输入)
  • Output Phase: VP (表示输出电压的相位)

设置完成后，点击 Run 按钮。

第五步：运行仿真并分析结果

点击 Run 后，Protel 99SE 会调用外部仿真引擎进行计算，计算完成后，会自动打开波形观察器 SIMULVIEW.EXE。

查看静态工作点

波形观察器会首先显示一个文本窗口，列出 Operating Point Analysis 的结果。

• 你可以看到各个节点的直流电压，例如三极管的基极电压 V(B)、集电极电压 V(C)、发射极电压 V(E),以及流过各支路的电流。
• 通过这些数据，你可以判断电路是否工作在放大区（对于NPN管，V(C) > V(B) > V(E)）。

查看瞬态分析波形

在波形观察器中，你会看到之前在 Active Signals 中设置的信号波形。

• 波形观察器界面比较老式，你需要用鼠标右键点击图表区域，选择 Add Wave... 来手动添加波形（如果没自动显示的话）。
• 在弹出的对话框中，选择你想要显示的信号，如 V(IN) 和 V(OUT)。
• 分析：
  • 你可以看到输入信号 V(IN) 是一个小的正弦波。
  • 输出信号 V(OUT) 是一个被放大了的、相位相反的正弦波（共射放大器的特性）。
  • 可以测量波形的峰峰值，计算电压放大倍数 Av = Vout_pp / Vin_pp。

查看交流分析波形

交流分析的结果通常是波特图。

• 在波形观察器中,同样通过右键菜单添加波形。
• 添加 VR(OUT) 和 VP(OUT)。
• 分析：
  • VR(OUT) 是幅频特性曲线，你可以看到在哪个频率范围内，放大倍数最大（中频区）,以及高频和低频的衰减情况。
  • VP(OUT) 是相频特性曲线,你可以看到输出信号相对于输入信号的相位随频率的变化。

常见问题与技巧

1. 仿真失败，提示找不到模型或文件？

   • 原因：元器件没有正确的仿真模型。
   • 解决：检查元器件属性，确保它来自 Simulation 库，Simulation 标签页下的参数设置正确，特别是三极管，必须指定其模型名称（如 2N2222）。

2. 波形是平的，或者没有输出？

   • 原因：
     • 电路没有形成回路（特别是忘记接地！）。
     • 静态工作点设置不正确,三极管工作在截止或饱和区。
     • 信号源设置错误（如幅度为0）。
   • 解决：仔细检查电路连接和元器件参数,特别是三极管的偏置电阻。

3. 如何修改元器件参数？

   • 双击元器件，在 Simulation 标签页中修改，你可以修改三极管的放大倍数 BF、发射结电阻 RB 等,来观察它们对电路性能的影响。

4. 如何测量波形的参数？

   在波形观察器中，使用光标工具，点击工具栏上的光标图标，然后在波形图上拖动光标，可以精确读取两个光标之间的时间差、电压差等。

5. 仿真速度很慢？

   • 对于瞬态分析，Transient Step Time 设置得越小，计算越精确，但时间也越长，在初步调试时,可以适当增大步长。

这份教程涵盖了 Protel 99SE 仿真的核心流程，虽然界面和功能已经显得有些陈旧，但掌握其基本原理，对于理解电路仿真的本质非常有帮助，多加练习,你就能熟练地使用它来验证你的电路设计。