電路計算機仿真 第三章

1、一 . 靜態(tài)工作點分析 靜態(tài)工作點分析就是將電路中的電容開路，電感短路，對各個信號源取其直流電平值，計算電路的直流偏置量。,第三章 OrCAD/Pspice的基本電路特性分析,例：求基本放大電路的靜態(tài)工作點。步驟如下： （1）用Capture軟件畫好電路圖。,（2） 建立模擬類型分組。 建立模擬類型分組的目的是為了便于管理。OrCAD/PSpice 9將基本直流分析、直流掃描分析、交流分析和瞬態(tài)分析規(guī)定為4種基本分析類型。每一個模擬類型分組中只能包含其中的一種，但可以同時包括溫度分析、參數(shù)掃描和蒙托卡諾分析等。 在電路圖編輯窗口（Page Editor）下，點擊PSpice/New Simul

2、ation Profile命令，屏幕上出現(xiàn)模擬類型分組對話框。 在Name欄鍵入模擬 類型組的名稱，本例取名為DC。,（3）設(shè)置分析類型和參數(shù)。 在Analysis type欄中選“Bias Point”。 在Option欄中選“General Settings”。 在Output File Options欄中選“Include detailed bias point information for nonlinear controlled sources and semiconductors”,（4）運行Pspice。 啟動Pspice/Run命令，軟件開始分析計算。 （5）查看分析結(jié)果。

3、分析計算結(jié)束后，系統(tǒng)自動調(diào)用Probe模塊，屏幕上出現(xiàn)Probe窗口。選擇View/Output File命令，即可看到本例的文本輸出文件DC.out。,二 . 瞬態(tài)分析 瞬態(tài)分析又稱TRAN分析，就是求電路的時域響應(yīng)。它可在給定輸入激勵信號情況下，計算電路輸出端的瞬態(tài)響應(yīng)，也可在沒有激勵信號但有貯能元件（如C和L）的情況下，求振蕩波形。,1瞬態(tài)分析舉例 例：基本放大電路，輸入端加一正弦信號，求其輸出端的瞬態(tài)響應(yīng)。步驟如下：,（1）用Capture軟件畫好電路圖。 （2）為正弦信號源設(shè)置參數(shù)。 （3）建立模擬類型分組。 （4）設(shè)置分析類型和參數(shù)： 在Analysis type欄中選“Time

4、Domain（Transient）”。 在Option欄中選“General Settings”。 在Run to欄中填入“2ms”。意思是瞬態(tài)分析的終止時間為2ms。 在Start saving data欄中填入“0”。意思是起始時間為0。 在Maximum Step欄中填入“40us”。意思是時間步長為40ms。,（5）運行Pspice。執(zhí)行Pspice/Run命令。 （6）查看分析結(jié)果。 分析計算結(jié)束后，系統(tǒng)自動調(diào)用Probe模塊，屏幕上出現(xiàn)如圖所示的Probe窗口。,在Probe窗口中，執(zhí)行Trace/Add Trace命令，出現(xiàn)Add Trace 對話框?？捎靡韵聝煞N方法選擇要顯示的

5、變量名： 在對話框左邊的輸出變量列表中用光標點中要顯示的變量名，該變量名即出現(xiàn)在下端的“Trace Expression”文本框中，允許同時點選多個輸出變量。 在“Trace Expression” 文本框中鍵入要顯示的 變量名。然后點OK按鈕， 選中的變量波形就顯示 在屏幕上。,建立兩個以上的波形顯示區(qū),本例想同時觀看輸出輸入波形，但兩者電壓幅度相差懸殊，在同一坐標中顯示顯然是不合適的，可采用添加波形顯示區(qū)的方法： 在Add Trace 對話框中，選擇V（Out），點OK按鈕，顯示出輸出端的波形。 執(zhí)行Plot/Add Plot to Window命令，屏幕上添加一個空白的波形顯示區(qū)。 再執(zhí)

6、行Trace/Add Trace命令，在Add Trace 對話框選擇V（Vs:+），點OK按鈕，在新加的波形顯示區(qū)顯示出輸入信號Vs的波形。,2用于瞬態(tài)分析的5種激勵信號源,（1）脈沖源（PULSE）。 選取脈沖源符號VPULSE或（IPULSE）。,例如設(shè)定參數(shù)如下：V1=0.3V，V2=3.6V，PER=20us，PW=10us，TD=2us，TF=1us，TR=1us?？傻萌鐖D所示的脈沖波形。,（2）正弦源（SIN）。共有6個參數(shù)需要設(shè)置。,例如設(shè)定參數(shù)如下：VOFF=0，VAMPL=5MV，F(xiàn)REQ=1kHz，TD=0，DF=0，PHASE=0?？傻萌鐖D所示的正弦波形。,（3）指數(shù)源

7、（EXP）。 （4）分段線性源（PWL）。 分段線性信號波形由幾條線段組成，所以在參數(shù)設(shè)置時，只需給出線段轉(zhuǎn)折點的坐標值即可。最多允許給出10對坐標值。 這是一個很有實用價值的信號源，它可以把任意的信號用微小的直線段去逼近，從而得到任意信號源。 例如設(shè)定參數(shù)如下：T1=0s，V1=0V；T2=1s，V2=5V；T3=2s，V3=0V?？傻萌鐖D所示的三角波信號。,三.傅里葉分析 傅里葉分析就是在瞬態(tài)分析完成后，計算輸出波形的直流、基波和各次諧波分量。因此傅里葉分析應(yīng)在瞬態(tài)分析后進行。,例：對基本放大電路進行傅里葉分析。 （1）在分析類型和參數(shù)設(shè)置框中設(shè)置好瞬態(tài)分析的參數(shù)后，點擊Out File

8、Options按鈕。 在Print values in the output欄中填入“40us”。 選中Perform Fourier Anal（在小方塊中打?qū)μ枺?在Center欄中填入“1k”， 意思是基波頻率為1kHz。 在Number of欄中應(yīng)填入要求計算的諧波次數(shù)，缺省值為9。 在Output欄中填入“V（Out）”。 （2）運行Pspice。 （3）查看分析結(jié)果。 在Probe窗口中，點選View/Output File 命令，可看到傅里葉分析結(jié)果。,四.直流分析 直流分析又稱DC分析，就是當電路中某一參數(shù)在一定范圍內(nèi)變化時求電路的直流特性?？梢岳眠@一分析作出電路的傳輸特性曲

9、線、晶體管的輸入輸出特性曲線等。值得注意的是，DC分析只能用于分析直耦電路，不能分析阻容耦合電路。,例：差動放大電路如圖所示，設(shè)三極管Q1、Q2的=50，畫出電路的電壓傳輸特性曲線。,（1）用Capture軟件畫好電路圖。 （2）將三極管設(shè)置為=50。 （3）設(shè)置分析類型和參數(shù)：,在Analysis type欄中選“DC Sweep”；在Option欄中選“Primary Sweep”。 在Sweep variable欄中選“Voltage source”，在Name欄中填入“Vs”。意思以電壓源Vs作為變量。 在Sweep type欄中選“Linear”。 在Start欄中填入“-0.3”，

10、 在End欄中填入“+0.3V”， 在Increment欄中填入“0.03V”。 意思是Vs從-0.3V+0.3V作 線性變化，步長為0.03V。,（4）運行Pspice。 （5）查看分析結(jié)果：在Probe窗口中，用光標依次點中V（Vo1）和V（Vo2） ，即顯示該電路電壓傳輸特性曲線。,五.直流傳輸特性分析 直流傳輸特性分析又稱TF分析，就是計算電路的直流小信號增益、輸入電阻和輸出電阻。用它來求解放大器的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻和輸出電阻是最方便的。但是該功能屬于直流分析范疇，分析時將電路中的電容開路、電感短路。所以只能用于分析直耦電路，不能分析阻容耦合電路。,例：求差動放大電路的電壓放大倍數(shù)

11、、輸入電阻和輸出電阻。,（1）設(shè)置分析類型和參數(shù)：在Analysis type欄中選“Bias Point”； 在Option欄中選“General Settings”。 在Output File Options欄中選“Calculate small-signal DC gail”。 在From Input source欄中填入“Vs”，在To Output欄中填入“V（Vo1，Vo2）”，意思是求傳遞函數(shù)（Vo1-Vo2）/Vs及從Vs 端看進去的輸入電阻和從Vo1、Vo2端看進去的輸出電阻。,（2）運行Pspice。 （3）查看分析結(jié)果。,從中可以看出： 雙端輸出的電壓放大倍數(shù)AV=-12

12、1.3 輸入電阻Ri=7.33kW 雙端輸出的輸出電阻Ro=18.9kW,六.交流分析 交流分析又稱AC分析，就是求電路的頻域響應(yīng)。當輸入信號的頻率變化時，它能夠計算出電路的幅頻響應(yīng)和相頻響應(yīng)。 作交流分析時，信號源應(yīng)用交流源VAC或IAC。也可以用前面介紹的5種激勵源，但必須在設(shè)置參數(shù)時為其交流參數(shù)AC項賦值。注意不能用正弦源。,例：分析差動放大電路 的頻率特性。,（1）用Capture軟件畫好電路圖。信號源Vs選交流電壓源VAC，幅值為0.1V。 （2）設(shè)置分析類型和參數(shù): 在Analysis type欄中選“AC Sweep/Noise”。 在Option欄中選“General Sett

13、ings”。 在AC Sweep Type欄中選“Logarithmi：Decade”。 在Start欄中填入“1k”。 在End欄中填入“10MEG”。 在Points/Decade欄中 填入“4”。意思是每10倍 頻間隔計算4個點。,（4）查看分析結(jié)果。在Add Trace 對話框下端的“Trace Expression”文本框中鍵入V（Vo1，Vo2），即顯示雙端輸出的頻率特性曲線。 （5）查看雙端輸出時電壓增益的波特圖。 在Probe窗口中，執(zhí)行Trace/Add Trace命令，在“Trace Expression”文本框中鍵入DB（V（Vo1，Vo2）/V（Vs：+），即顯示出電壓

14、增益的幅頻特性曲線。 點選Trace/Add Y Axis ，增加一個縱軸。 在“Trace Expression”文本框中鍵P（V（Vo1，Vo2）/V（Vs：+），即顯示出電壓增益的相頻特性曲線。,2交流分析中的輸出變量名 作交流分析時，輸出變量名除了可用基本格式外，還可在基本格式中的關(guān)鍵字V或I后面加一標示符，以表示輸出量類型。下表示出了5種標示符及含義。,七.噪聲分析 噪聲分析就是計算電路中每個電阻和半導體器件所產(chǎn)生的噪聲。因為噪聲電平與頻率有關(guān)，所以噪聲分析是與交流分析一起進行的。分析時要選一個節(jié)點作為輸出節(jié)點，選一個獨立電源作等效噪聲源。Pspice程序在AC分析的每個頻率點上，對

15、指定輸出端計算出等效輸出噪聲，同時對指定輸入端計算出等效輸入噪聲。輸出和輸入噪聲電平都對噪聲帶寬的平方根進行歸一化。,例：對差動放大電路進行噪聲分析。 （1）設(shè)置分析類型和參數(shù)：在交流分析參數(shù)設(shè)置框中添加如下設(shè)置： 在Noise Analysis 欄中選中“Enabled”。 在Output欄中填入“V（Vo1）”。 在I/V欄中填入“Vs”。 在Interv欄中填入“30”。 意思是以Vo1作為輸出節(jié)點，以Vs作為等效噪聲源，每隔30個頻率點輸出一份噪聲資料。設(shè)置完后按“確定”鍵。,（2）運行Pspice。 （3）查看分析結(jié)果。在Probe窗口中，執(zhí)行Trace/Add Trace命令，用光

16、標點選V（INOISE）、V（ONOISE），即顯示出指定輸入端、輸出端的等效噪聲電壓與頻率的關(guān)系曲線。點選Trace/Add Y Axis ，增加一個縱軸。在“Trace Expression”文本框中鍵DB（V（INOISE）、DB（V（ONOISE）即顯示出噪聲電壓幅頻特性。,八. 參數(shù)掃描分析 參數(shù)掃描分析就是當電路中某個參數(shù)在一定的范圍變化時，對指定的每個參數(shù)值進行一次基本分析。每一種基本分析如DC分析、AC分析、TRAN分析都可與參數(shù)掃描分析配合使用。它在電路優(yōu)化方面有著重要作用。,例：在基本放大電路輸入端加一正弦信號，分析當基極電阻Rb變化時，對輸出波形的影響。,（1）用Capt

17、ure軟件畫好電路圖。并作如下修改： 將基極電阻Rb設(shè)置為參數(shù)。用鼠標左鍵雙擊Rb的阻值360k，在屏上出現(xiàn)的“Display Properties”設(shè)置框中，將其值改為Rval。, 用參數(shù)符號設(shè)置阻值參數(shù)。從元件庫中調(diào)出名為PARAM的符號，放在Rb旁。雙擊該符號，幕上出現(xiàn)元器件屬性編輯器。按New按鈕，在新增屬性參數(shù)對話框的Proprety欄中鍵入Rval并按OK按鈕。,在參數(shù)設(shè)置框里將新增Rval項設(shè)置為360k，表示進行其他分析時，該阻值為360k。這樣設(shè)置的參數(shù)稱為全局參數(shù)（Global）。,（2）設(shè)置分析類型和參數(shù)：在分析類型和參數(shù)設(shè)置框中設(shè)置好瞬態(tài)分析的參數(shù)后，在Options欄

18、中再點選“Parametric Sweep”，出現(xiàn)參數(shù)分析對話框。,在Sweep variable 欄中選中“Global paramete”。 在paramete欄中填入“Rval”。 在Sweep type 欄中選中“Linear”。 在Start欄中填入“100k”。 在End欄中填入“1MEG”。 在Increment欄中填入“300k”。 意思是名為Rval的電阻從100kW變化到1MW，步長為300kW。 注意：Options欄中的兩項“General Settings” 和“Parametric Sweep”必須全都選中。 （3）運行Pspice。 （4）查看分析結(jié)果。在出現(xiàn)多批

19、運行結(jié)果選擇框中選All并按OK鍵。在Add Trace 對話框中用光標點V（Out），就顯示出在電阻Rb取4個阻值時的4條V（Out）曲線。,（3）運行Pspice。 （4）查看分析結(jié)果。在出現(xiàn) 多批運行結(jié)果選擇框中選All 并按OK鍵。在Add Trace 對話框中用光標點V（Out）， 就顯示出在電阻Rb取4個 阻值時的4條V（Out）曲線。,九.溫度分析 溫度分析與參數(shù)掃描分析類似，只不過可變化的參數(shù)是溫度。即在溫度變化時，分析電路特性的變化。與溫度分析搭配的可以是AC分析、DC分析、TRAN分析等基本特性分析。,例：在基本放大電路輸入端加一正弦信號，分析當溫度為-50 、 0、27、

20、100時的輸出波形。 （1）設(shè)置溫度分析參數(shù)：設(shè)置好瞬態(tài)分析的參數(shù)后，在Options欄中再點選“Tempereature （Sweep）”，出現(xiàn)溫度分析對話框。 選中“Repeat the simulation for each of the temp”，并在其下方鍵入“-50 0 27 100”，設(shè)定溫度。 （2）運行Pspice。 （3）查看分析結(jié)果。（同參數(shù)掃描分析）,（1）設(shè)置溫度分析參數(shù)：設(shè)置好瞬態(tài)分析的參數(shù)后，在Options欄中再點選“Tempereature （Sweep）”，出現(xiàn)溫度分析對話框。 選中“Repeat the simulation for each of th

21、e temp”，并在其下方鍵入“-50 0 27 100”。 （2）運行Pspice。 （3）查看分析結(jié)果。 （同參數(shù)掃描分析）,十.數(shù)字電路分析 數(shù)字電路的分析方法與前面介紹的模擬電路的分析方法基本相同，不同之處是輸入激勵信號源的類別。數(shù)字電路的分析主要用瞬態(tài)分析。,數(shù)字電路的分析方法 例：分析如圖所示的組合邏輯電路。,（1）繪制電路圖：在EVAL庫中調(diào)出與非門7400和7410的元器件符號。連線。用Place/Net Alias命令將輸入端名稱設(shè)置為A、B、C，輸出端名稱設(shè)置為Out。,（2）數(shù)字輸入信號源的編輯： 在SOURCE庫中調(diào)出DigClock符號作輸入信號DSTM1、DSTM2

22、和DSTM3。 為信號源賦值：雙擊DSTM1，在OFFTIME欄中填入“1us”（低電平時間）；在ONTIME欄中填入“1us” （高電平時間）。 同樣為DSTM2賦值為：OFFTIME=2us，ONTIME=2us； 為DSTM2賦值為：OFFTIME=4us，ONTIME=4us。,（3）設(shè)置分析類型和參數(shù)： 選瞬態(tài)分析。終止時間為16ms，步長為0.2us。 （4）運行Pspice。 （5）查看分析結(jié)果：在Probe窗口中，執(zhí)行Trace/Add Trace命令，用光標依次點選輸入輸出變量名A、B、C、Out即可。, 2數(shù)字信號源 數(shù)字電路的分析，關(guān)鍵是要根據(jù)分析需要，正確設(shè)置好數(shù)字信號源。在OrCAD/PSpice 9的元器件符號庫中，可以調(diào)出4類17種不同的數(shù)字信號源符號，如下圖所示。這些信號源所產(chǎn)生的信號波形分為三類：,（1）時鐘信號。是一種規(guī)則的一位周期信號，用上述的4類數(shù)字信號源符號都可產(chǎn)生，但比較簡單的產(chǎn)生方法有兩種。 用時鐘信號源符號。在元器件庫中調(diào)出時鐘信號源符號DigClock，雙擊該符號出現(xiàn)參數(shù)編輯欄，共有5個參數(shù)需要設(shè)置，下表列出了這些參數(shù)及含義。,上例組合邏輯電路的分析中，用的就