电子电路cad技术——基于orcad9.2第4章pspice软件与电路特性模拟.ppt

第4章 PSpice软件与电路特性模拟,本章主要以一个简单差分对电路为例, 重点介绍如何设置基本电路特性分析的参数，激励信号波形的设置，基本电路特性分析方法 OrCAD/Pspice 9 将基本直流分析、直流DC扫描、交流小信号AC分析和瞬态分析TRAN作为4种基本的分析类型在电路模拟中，根据分析要求，建立模拟类型分组（Simulation Profile），以确定分析类型和设置分析参数 每一种电路的一个模拟类型分组中只能包括上述4种基本分析类型中的一种，但可以同时包括温度特性分析、参数扫描、蒙托卡诺分析和直流工作点的存取等同一个电路，可建立多个模拟类型分组，PSpice通过模拟类型分组来确定分析类型和设置分析参数4.1 OrCAD/PSpice软件的构成,4.1.2 Pspice A/D支持的元器件类型,(1) 基本无源元件；R, C, L ,K,T (2) 常用的半导体器件；D,Q,J,M,B(GaAsFET),Z (3) 独立电压源和独立电流源；DC,AC,Tran,Digi (4) 各种受控电压源、受控电流源和受控开关； (5) 基本数字电路单元；TTL CMOS IC,CPLD (6) 常用的单元电路; Amp. 整体 Pspice A/D为不同类别的元器件赋予不同的字母代号，如表4-1所示。

p.75),4.1.3 Pspice A/D分析的电路特性,Pspice A/D可分析的电路特性有6类15种，如表4-2所示p.75),4.1.4 电路模拟的基本过程,新建设计项目(Project) 2. 电路图生成 3. 电路特性分析类型和分析参数设置 4. 运行Pspice A/D程序 5. 模拟结果的显示和分析 6. 电路优化设计 7. 设计修正 8. 设计结果输出,4.1.5 Pspice 中的数字、单位和运算式,1、Pspice A/D中的数字（表4-3） 2、Pspice A/D中的单位：实用工程单位制（S,A,V,Hz,) 3、Pspice A/D中的运算表达式和函数,4.1.6 电路图中的节点编号和输出变量表达式,1、电路图中的节点编号 2、输出变量的基本表示格 （1）电压变量的基本格式 （2） 电流变量的基本格式 3、输出变量的别名表示(Alias) (1) 交流小信号AC分析中的输出变量名(p.79) (2) 用元器件引出端名边式的输出变量,4.2 模拟电路分析计算的基本过程,包括四个阶段： 4.2.1 绘制电路图 4.2.2 分析类型确定和参数设置 4.2.3 模拟分析计算 4.2.4 电路模拟结果分析 下面 结合具体实例介绍。

Pspice 中的分析类型,一、基本分析类型 直流分析（DC Sweep) 交流与噪声分析（AC Sweep/Noise) 瞬态分析，即时域分析 Time Domain（Transient) 直流工作点分析（直流偏置分析Bias Analysis),Pspice 中的基本分析方法,二、高级分析类型 Second Sweep 参数分析(Parametric Sweep) 温度分析(Temperature Sweep) 最坏情况分析(Worst case) 蒙特卡洛分析(Monte Carlo),,,选择“Bias Point”，完成直流工作点分析设置然后运行Run，即可完成直流工作点分析在分析过程中，Pspice将电路中的电容开路、电感短路，对各信号源取其直流电平值 直流工作点分析结果存入Output file文件中，其内容包括：各个节点电压，流过各个电压源的电流，总功耗以及所有非线性受控源和半导体器件的小信号（线性化）参数4.3 直流工作点分析,4.4 直流灵敏度分析(DC Sensitivity),4.4.1 灵敏度分析的含义 灵敏度分析就是定量分析、比较电路特性对每个电路元器件参数的敏感程度。

PSpice中直流灵敏度分析是分析指定的节点电压对电路中电阻、独立电压源和独立电流源、电压控制开关和电流控制开关、二极管、双极晶体管共5类元器件参数的敏感度，并将计算结果自动存入OUT输出文件中需要注意的是对一般规模的电路，灵敏度分析产生的OUT输出文件中包含的数据量将很大4.4.2 灵敏度的定量表示 Pspice中采用两种不同的方式定量表示直流灵敏度,,图4-8电阻分压电路,运行之后在输出文件中查看结果,,4.5 直流传输特性分析(Transfer Function),4.5.1 功能 进行直流传输特性分析时，PSpice程序首先计算电路直流工作点并在工作点处理电路元件进行线性化处理，然后计算出线性化电路的小信号增益、输入电阻和输出电阻并将结果自动存入OUT文件中本项分析又简称为TF分析 4.5.2 参数设置 （见实例）,4.6 直流特性扫描分析(DC Sweep),直流特性扫描分析的作用是：当电路中某一参数（称为自变量）在一定范围内变化时，对自变量的每一个取值，计算电路的直流偏置特性（称为输出变量）在分析过程中，将电容开路，电感短路，各个信号源取其直流电平值；若电路中还包括有逻辑单元，则将每个逻辑器件的延时取为0，逻辑信号激励源取其t=0时的值。

在进行直流特性扫描分析时，还可指定一个参变量并确定其变化范围对参变量的每一个取值，均使自变量在其变化范围内按每一个设定值，计算输出变量的变化情况直流特性扫描分析在分析放大器的转移特性，逻辑门的高低逻辑阀值等方面均有很大作用本项目分析又简称为DC分析3.7 交流小信号频率特性分析(AC Sweep),3.7.1 功能 本项分析的作用是计算电路的交流小信号频率响应特性分析时首先计算电路的直流工作点，并在工作点处对电路中各个非线性元件作线性化处理得到线性化的交流小信号等效电路然后使电路中交流信号源的频率在一定范围内变化并用交流小信号等效电路计算电路输出交流信号的变化本项分析又简称为AC分析3.7.2 频率参数设置,结合实例介绍,4.8 噪声分析(Noice Analysis),4.8.1 功能 电路中每个电阻和半导体器件在工作时都要产生噪声为了定量表征电路中的噪声大小，PSpice采用了一种等效计算的方法，具体计算步骤如下 (1) 选定一个节点作为输出节点，将每个电阻和半导体器件噪声电源在该节点处产生的噪声电压均方根（RMS）值叠加2) 选定一个独立电压源或独立电流源，计算电路中从该独立电压源（电流源）到上述输出节点处的增益，再将第(1)步计算得到的输出节点处总噪声除以该增益就得以在该独立电压源（或电流源）处的等效噪声。

由此可见，等效噪声相当于是将电路中所有的噪声都集中到选定的独立电压源（或电流源）处其作用大小相当于是在输入独立源处加上大小等于等效噪声的噪声源，则在节点处产生的输出噪声大小正好等于实际电路中所有噪声源在输出节点处产生的噪声输出噪声的节点变量,,等效输入噪声源位置,,输出结果间隔的点频数,,4.8.2 噪声分析中的参数设置,4.9 瞬态特性分析(Transient Analysis),4.9.1 功能 瞬态特性分析的目的是在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应进行瞬态分析时，首先计算t=0时的电路初始状态，然后从t=0到某一给定的时间范围内选取一定的时间步长， 计算输出端在不同时刻的输出电平瞬态分析结果自动存入以DAT为扩展名的数据文件中，可以用Probe模块分析显示结果信号波形在PSpice瞬态分析中，输入激励信号的波形可以采用脉冲信号、分段线性信号、正弦调幅信号、调频信号和指数信号5种不同形式的波形瞬态特性分析又称为TRAN分析 4.9.2 瞬态分析中的参数设置,4.9.3 用于瞬态分析的五种激励信号,1 脉冲信号（Pulse） 脉冲信号是在瞬态分析中用得较频繁的一种激励信号。

描述脉冲信号波形涉及到7个参数表4-6列出了这些参数的含义、单位及内定值脉冲波 VPULSE，IPULSE中属性的设定,例子：以VPULSE为例 设置V1=0，V2=2V，TD=2ms, TR=1ms, TF=2ms,PW=4ms, PER=10ms; 则VPULSE的波形为：,2 分段线性信号PWL（Piece-Wise Linear） 分段线性信号波形由几条线段组成，为了描述这种信号，只需给出线段转折点的坐标数据即可图4-19是一个分段性信号波形实例，图中同时给出了描述该波形的数据分段线形波 VPWL，IPWL中属性的设定,分段线形波通过设定的 样点值，采用插值的方 法勾画出整个脉冲 例子：以VPWL为例 设置 T1=0,V1=0V; T2=2us,V2=1V; T3=3us,V3=4V; T4=6us,V2=0V;,正弦波 VSIN，ISIN中属性的设定,例子：以VSIN为例 设置VOFF=1V， Frep=1meg VAMPL=2V， TD=1us, DF=100K，PHASE=0; 则VSIN的波形为：,3 调幅正弦信号SIN（Sinusoidal Waveform）,单频调频波 VSFFM，ISFFM中属性的设定,Value =Voff +Vampl * sin(2π* Fc * t + Mod*sin(2π* Fm * t) ),例子： 以VSFFM为例 Voff=1v,Vampl=5v Fc=2k,Fm=300Hz Mod=5 波形如下:,4调频信号SFFM（Single-Frequency Frequency-Modulated）,指数波 VEXP，IEXP中属性的设定,例子：以VEXP为例 设置V1=0V，V2=2V， TD1=1us, TC1=0.2us, TD2=5us, TC2=0.5us 波形为：,,,,,5 指数信号EXP（Exponential Waveform）,4.10 傅里叶分析（Fourier Analysis）,4.10.1 功能 傅里叶分析的作用是在瞬态分析完成后，通过傅里叶积分，计算瞬态分析输出结果波形的直流、基波和各次谐波分量。

因此，只有在瞬态分析以后才可能进行傅里叶分析4.10.2 傅里叶分析中的参数设置,每次瞬态分析后不一定进行傅里叶分析，只有在参数设置中选中“Enabled Fourier”，才能确保瞬态分析后进行傅里叶分析进行傅里叶分析前，应设置图４-16中下列3项参数：,Center：指定傅里叶分析中采用的基波频率，其倒数即为基波周期在傅里叶分析中，并非对指定输出变量的全部瞬态分析结果均进行分析实际采用的只是瞬态分析结束前由上述基波周期确定的时间范围的瞬态分析输出信号由此可见，为了进行傅里叶分析，瞬态分析结束时间不能小于傅里叶分析确定的基波周期 Number of：确定傅里叶分析时要计算到多少次谐波PSpice的内定值是计算直流分量和从基波一直到9次谐波 Output：确定进行傅里叶分析的输出变量名．,4.10.3 结果输出,傅里叶分析的结果自动直接存入OUT输出文件，分析中不涉及PROBE数据文件对于差分对电路，按图4-16的设置，傅里叶分析结果如图4-23所示实例：全波整流电路,,点击进入傅里叶分析设置,,指定傅里叶分析中采用的基波频率,,确定输出变量,,计算谐波次数,,输出数据起始值设置,,直流分量,,,,基波和各次谐波,,幅值,相位,归一化幅值,归一化相位,,,,,在输出文件中,,4.11 输入激励信号波形的设置 用Pspice分析电路时,必须输入激励信号,本节介绍模拟电路分析时输入激励信号波形的设置方法.（数字信号源以后讲） 4.11.1 模拟信号激励源图形符号 1 SOURCE.OLB 符号库 表 4-8 列出模拟信号电压源图形符号名称及作用，相应的图形符号如图4-24所示 ，实际使用时根据需要选用。

（ 用参数设置方式确定的信号源） 2 SOURCSTM.OLB 符号库 通过交互式编辑方式确定的信号源均在SOURCSTM.OLB 符号库中（数/模）,4.11.2 模拟信号源波形参数的设置方法 （已讲过：Pul。