第四章 pspice A/D分析学习目的学习目的 本章学习的目的是电路仿真程序pspice的基本操作。其主要功能是将capture产生的电路图文件或者文本文件进行仿真并将结果存档。另外，pspice提供了一个辅助的波形观察程序probe，他有能力将仿真结果快速而准确地以窗口图形显示出来，它相当于实验室里曲线跟踪仪、示波器、网络分析仪、频谱分析仪、逻辑分析仪等观察仪器的作用。 使用PSpice仿真，具有一定的电路设计背景，能够了解电路的工作原理。软件操作比较简单，但是要让仿真真正指导您的工作，是需要一定的经验积累主要内容主要内容1 pspice 分析的基本知识2 pspice分析的类型4.1 pspice分析的基本知识分析的基本知识1 支持的元器件类型2 支持的元器件类别及其字母代号3电路图中的节点编号4输出变量的基本格式5数字和单位表示1 Pspice 支持的元器件类型支持的元器件类型 基本无源元件，如电阻、电容、电感、互感、传输线等。 常用的半导体器件，如二极管、三极管、结型场效应管、MOS场效型管、GaAs场效型管、绝缘栅双极晶体管(IGBT) 独立电压源和独立电流源 各种受控电压源、受控电流源及受控开关 基本数字逻辑单元，包括门电路、传输门、延迟线、触发器、RAM、ROM等 常用的单元电路，如运算放大器2 电路图中的节点编号电路图中的节点编号PSPICE接收4种可用的节点编号：1 由用户设置的网络标号2 用户为电路端口符号确定的名称3 用元器件引出端作为节点名称。其一般形式为:元器件编号：引出端名元器件编号：引出端名对于二端元器件，用1和2作为引出端名称对独立的电流源和电压源，用+和-作为两个引出端的名称.对多端器件用引出端名称的字母代号。例如，双极晶体管的基极、集电极、发射极和衬底4个引出端名称分别用字母B、C、E和S表示。对场效应晶体管，源极、漏极和栅极名称分别用字母S、D和G表示，若有衬底引出，用字母B表示如R5:1,V1:+, Q2:C，M1:G对于按层次设计的电路图，上述节点名称和元器件编号的前面还必须给出其在层次电路图中的层次名称，层次名称之间用小数点符号隔开,如HB0.R1:1；单页式电路图或多页式电路图中位于最上层（根层次）电路的节点名称和元器件编号的前面无需加电路的层次说明。4 用数字编排的节点序号在生成网表文件时，Pspice为每个节点编排一个数字编号，并将节点编号与上述几种节点名的对应关系存放在Alias文件中（以ALS为扩展名），同时显示在以OUT为扩展名的文件中。例：节点号：Q1:b, C1:1, C1:2, N00112, Q2:c, RC1:1, VDD, OFFPAGE等3 输出变量的基本格式输出变量的基本格式PSpice完成特性分析之后，代表分析结果的输出变量基本分为电压名（包括节点电压、元器件引出端电压，或两个节点/或引出端之间的电压）和电流名(包括流过两端元件的电流或流过多端器件某一引出端的电流）两类：1 电压变量的基本格式电压变量的基本格式： V（节点1,节点2）-节点1、节点2间的电压 V（节点1）-节点1对地的电压， 如： V(R1:1,R1:2) V(R1:1) - 也可V1(R1), V（Q2:C) - 也可VC(Q2) 对多端器件：V(Q4:B,Q4:C)-也可VBC(Q4) 对独立电压源：V(V1:+)2 电流变量电流变量： I(元器件编号：引出端名) 如：I(Q1:C) - 也可IC(Q1)对二端无源器件，不要给出引出端名,即:I(元器件编号)-规定电流从1端流入，2端流出，如：I(R1)，I(C1) 对独立源， I(独立源编号)，如：I(V1)，规定电流从正端流进，负端流出；多端有源器件的电流正方向定义为从引入端流入器件。交流小信号分析输出变量的特殊表示交流小信号分析输出变量的特殊表示VAC标示符(节点1，节点2)I AC标示符(元器件编号：引出端名)AC标示符有：M-振幅，DB-分贝，P-相位，R-实部，I-虚部例：VM(C1:1), VDB(C1:1), VP(C1:1), VR(C1:1), VI(C1:1), IM(Q1:B), IDB(C1),IP(R1), IR(Q1:C), II(C1)无AC标示符时默认表示输出变量的振幅AC分析中变量名标示符分析中变量名标示符AC标识符含义示例M输出变量的振幅VM(C1:1)：电容C1的1号引出端上的交流电压振幅IM(C1):通过电容C1的交流电流振幅DB输出变量的振幅分贝数VDB(R1):电阻R1两端交流电压振幅分贝数IVDB(R1):流过电阻R1的交流电流振幅分贝数P输出变量的相位VP(R1):电阻R1两端交流电压相位IP(R1)：流过电阻R1的交流电流相位R输出变量的实部VR(Q1:C)：晶体管Q1集电极交流电压实部IR(Q1:C):流过晶体管Q1集电极交流电流实部I输出变量的虚部VI(M2:D):M2漏极交流电压虚部II(M2:D):流过M2晶体管漏极的交流电流虚部4 Pspice 中的数字表示中的数字表示例：1.23k、1.23E3和1230均表示同一个数。特别注意：100meg=100e6,100m=100e-3Pspice 中的单位中的单位 采用实用工程单位制，即：时间单位为秒（s）频率单位为赫兹(Hz)电流单位为安培(A)电压单位为伏特(V)代表单位的字母可以省去，如表示470千欧姆电阻： 470K, 4.7E5, 470KOhm4.2 pspice分析类型分析类型1 电路仿真过程2 分析类型3 各种分析举例绘制原理图仿真参数设置运行仿真模拟结果分析4.2.1 PSpicePSpice电路模拟的基本过程电路模拟的基本过程新建设计项目优化设计设计结果输出设计不满足要求设计满足要求基于基于OrCAD PspiceOrCAD Pspice的仿真分析的仿真分析绘制完成电路图后，在设置仿真参数之前，必须先建立一个仿真参数描述文件，点击或PSpiceNew simulation profileProfile的名称调用以前Profile的参数设置选择Create，系统将接着弹出如下对话框 在Analysis type中，你可以有以下四种选择： Time Domain(Transient)：时域(瞬态)分析 DC Sweep：直流分析 AC Sweep/Noise ：交流/噪声分析 Bias point：基本偏置点分析在Options选项中你可以选择在每种基本分析类型上要附加进行的分析，其中General Setting是最基本的必选项（系统默认已选）。4.2.2 Pspice电路分析类型电路分析类型1 基本分析基本分析基本分析包括直流分析、交流分析和时域分析基本分析包括直流分析、交流分析和时域分析。直流分析直流分析主要验证电路在直流电源（直流电压源与直流电流源）下的工作状态，包含有偏压点分析、直流扫描分析以及附加直流分析。偏压点分析偏压点分析主要在用户给定了直流电源的情况下，求出电路上各节点电压与分支电流的数值。在执行其它任何分析之前，pspice均会自动执行一次偏压点分析。直流扫描分析直流扫描分析主要是将一个或两个直流电源、模型参数或是温度作为输出波形图的横轴变量，扫描过一定范围的数值，取出稳态电压或电流数值作为输出波形图的纵轴变量。附加直流分析附加直流分析包括戴维南等效分析、直流灵敏度分析。直流灵敏度分析主要是计算在偏压点数值改变情况下，某个节点电压数值的变化程度。戴维南等效分析主要是计算出在偏压点数值改变下，小信号直流增益、输入阻抗与输出阻抗的改变量。交流分析交流分析主要验证电路在小信号交流电源下的工作状态。包含交流扫描分析与噪声分析交流扫描分析与噪声分析，相当于实验室频谱分析仪的地位交流扫描分析交流扫描分析主要是将一个或2个交流电源扫描过一定范围的频率，将电路在偏压点附近线性化，然后求出小信号电压或电流的幅度与相位频率响应。噪声分析噪声分析计算电路中各个器件对选定的输出点产生的噪声等效到选定的输入源（独立的电压或电流源）上。即计算输入源上的等效输入噪声。时域信号分析时域信号分析主要验证电路在时域信号下的工作情况。包含暂态分析与傅立叶分析。暂态分析主要在求出各个时间点上电路的节点电压、分支电流或是数字状态，相当于实验室内示波器与逻辑分析仪的地位。傅立叶分析主要求出暂态分析结果中某个输出信号的直流与其傅立叶成分的比例。2 高级分析高级分析高级分析包含有以下这几类可多次执行的分析项目：温度分析、参数分析、蒙托卡罗和最坏情况分析。所谓多次执行指的就是这些分析通常会对某一些指定的输出信号产生一系列输出结果。另外这些高级分析都必须伴随在直流扫描分析、交流扫描分析或是暂态分析之后才能执行。执行温度分析时，pspice A/D会依照用户的设置逐步更改工作温度值，依次调整各元件的值，然后在每个温度数值的状态下记录一次输出结果。执行参数分析时，pspice A/D会依照用户的设置逐步更改某个电路特性值，然后在每个电路特性值的状态下记录一次输出结果。可以更改的电路特性值有全局参数、模型参数、元件值、直流电源与工作温度等蒙托卡罗分析/最坏情况分析是有统计性质的分析类型。pspice A/D根据元件的误差范围每改变一次元件值就执行一次要求的基本分析，再将结果记录下来。只不过蒙托卡罗分析采取的是随机式的改变方式，而最坏情况分析则是先执行一次灵敏度分析，找出使输出有最差情况的组合，然后用这些数值找出最差情况时的真正输出结果。也就是说，蒙托卡罗分析是以随机取样及统计的形式呈现批量生产时合格率的分析情形，而最坏情况分析则比较适用于找出极端情况下的输出波形及当时的元件值组合。如果是仿真数字电路的话，可以设置使用最低延迟时间，标准延迟时间或最高延迟时间来仿真。如果已经求出数字最坏情况时序分析，pspice A/D将会考虑所有最低延迟时间与最高延迟时间的混合状态。求出可能出现最危险时序时的输入组合。4.3 各种分析举例各种分析举例1直流分析2交流分析3暂态分析学习目的学习目的1 使用电路绘制程序capture绘制所需的电路图2 学会偏压点分析、直流扫描分析和附加直流分析的设置3学会调用仿真程序pspice进行仿真PspicePspice可对大信号非线性电子电路进行直流分析。它可对大信号非线性电子电路进行直流分析。它是针对电路中各直流偏压值因某一参数（电源、元件是针对电路中各直流偏压值因某一参数（电源、元件参数等等）改变所作的分析，直流分析也是交流分析参数等等）改变所作的分析，直流分析也是交流分析时确定小信号线性性模型参数和瞬态分析确定初始值时确定小信号线性性模型参数和瞬态分析确定初始值所作的分析。包括：所作的分析。包括： 直流偏压点分析直流偏压点分析 直流扫描分析直流扫描分析 附加直流分析附加直流分析4.3.1 直流分析（直流分析（DC analysis）独立电源独立电源（ Independent DC Sources ）电流源（Current Source）发出的电流是定值或是时间函数，与电压无关。电流源的电流是由它本身确定的，而它两端的电压则是任意的，根据其负载定.电压源（Voltage Source）（与电流有相似的特征）受控电源受控电源（Dependent DC Sources）电压控制源 Voltage-controlled sourcesVoltage-controlled voltage sourceE Voltage-controlled current sourceG电流控制源 Current-controlled sourcesCurrent-controlled voltage sourceH Current-controlled current sourceF1 基本偏压点分析 所谓偏压点分析就是给定某个电压源或者电流源时，电路内各节点的电压值和各分支的电流值。其功能主要是在验证某个电路在当时的电压或电流时，是否能够正常工作，尤其在设计类似晶体管放大器之电路时，非常必要.结果自动存入.out文件中。例例求V1点电压和各支路电流的值建立仿真文件 在name栏输入仿真参数名称，这是一个新建参数文件并不需要从别的参数文件继承任何设置参数，所以在inherit from栏内，选择none查看仿真结果查看仿真结果例例求Va,Vb点的电压求该电路耗散总功率，独立电流源功率，电流控制电压源功率。H 电流控制电压源属性： r=265/13=20.3846(不能用分数表示!)解得n要注意的是，电路的耗散功率与电路中电源提供的功率相等。现在用PSPICE来算一下，看一看其结果是否与我们算的相同？步骤： 1 画好电路图；双击H元件，修改属性GAIN=20.3846 2 指定分析类型：Bias Point 偏置点分析 3 查看仿真结果指定仿真类型指定仿真类型 点击查看偏置电压、电流节点电压点击查看输出文件查看文本输出结果查看文本输出结果 点击view/output file功能选项查看执行偏压点分析后的结果。例例 用直流偏压点分析法分析三极管放大电用直流偏压点分析法分析三极管放大电路及其工作点路及其工作点分析设置分析设置工作点电压工作点电压工作点电流工作点电流网络连接情况网络连接情况V_V2 N00297 0 12VdcQ_Q1 OUT N00283 N00351 Q2N2222C_C1 N00764 N00283 10u C_C2 OUT N01115 10u C_C3 0 N00351 50u R_R1 N00283 N00297 33k R_R2 0 N00283 10k R_R3 0 N00351 1.3k R_R4 OUT N00297 3.3k R_R5 0 N01115 5k V_V1 N00764 0 DC 5Vdc AC 1Vac 传输特性传输特性 * SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS V(OUT)/V_V2 = 4.379E-01 INPUT RESISTANCE AT V_V2 = 5.160E+03 OUTPUT RESISTANCE AT V(OUT) = 3.289E+03例例 用基本偏压点分析法分析运算放大器用基本偏压点分析法分析运算放大器用电阻与受控源模拟运算放大器如何用Pspice来模拟含有运算放大器的电路？运算放大器的模型运算放大器的模型模型中，Ri为运放的输入电阻，Ro为运放的输出电阻。受控源表明运放的电压放大作用，A为运放的电压放大倍数。运放的特点：输出电压受输入电压的控制，而输入电压却不受输出电压的制约。A1e51e7Ri1e61e13Ro 10100 参数：A=10E3, Ri=200k, Ro=5k.1)当Vg=1V(dc) 时，用PSpice求Vi和Vo. 2)比较Pspice与分析结果的差异.分析解：解得求解求解元件：R，E(VCVS)，VDC，SOURCE/0分析类型：Bias point查看分析结果查看分析结果Vi=-2.758mVVo=-10.03V理想运放理想运放我们要模拟理想运放的话，可以将前面的输入电阻Ri改为200Meg和输出电阻Ro改为1e-13，A改为10e4.可以得出右图结果运用运用OpAmp库模型库模型重复分析前面的电路，不过，这次我们利用Pspice的库模型uA741。uA741在OPAMP库中需要在Place Part对话框，点Add Library按钮，添加该元件库。作电路图，将E,R(2个)替换成uA741Pspice仿真结果：仿真结果：注意注意文件存储的路径不能有中文，否则不能运行仿真必须在电路中添加模拟地Pspice对电压源电流定义的是流出为负，流入为正当无法执行仿真程序时，pspice会在out window窗口显示错误及警告信息，我们可以根据这些信息回到capture窗口修改电路重新仿真某些无法通过capture DRC检查的错误，会跳回绘图页编辑程序的页面，并在出现错误的电路位置上显示错误标志。2 直流扫描分析直流扫描分析 可以运用这种分析方法，我们可以得出当电路中某一独立源的参数发生变化时，其它元件的电压、电流会有什么变化。如右图所示的电路图，如果我们变化V1，则电路中其它元件的电流、电压都会有所变化（除电流源支路的电流）。例例要求：分析当V1从0到100V变化时（步距10V），R1上的电压和R4上的电流的变化。作电路图作电路图需要的元件：Analog: R 4个Source: Vdc 1个, Idc 1个GND:Souce/0 1个需要的操作需要的操作Vdc元件:参数不需要改动Idc元件:选中Idc元件Edit-Properties修改DC项: 5adc分析类型设置分析类型设置如右图所示：新建分析选中DC SWEEP在sweep varible中，选择Voltage source,并填入电压源名称。下面的sweep type中，选择linear, 在start框中填入初值0，在end框中填入终值100，在increment框中填入步长10。Sweep variable：直流扫描自变量类型 Voltage source：电压源 Current source：电流源必须在Name里输入电压源或电流源的Reference，如“V1”、“I2”。 Global parameter：全局参数变量 Model parameter：以模型参数为自变量 Temperature：以温度为自变量 Parameter：使用Global parameter或Model parameter时参数名称Sweep type：扫描方式 Linear：参数以线性变化 Logarithmic：参数以对数变化 Value list：只分析列表中的值 Start：参数线性变化或以对数变化时分析的起始值 End：参数线性变化或以对数变化时分析的终止值 Increment、Points/Decade、Points/Octave：参数线性变化时的增量，以对数变化时倍频的采样点。模拟及浏览结果模拟及浏览结果模拟Pspice Run或直接按F11键浏览结果View Output File用用PROBE作图作图Trace Add Trace或直接按Insert键选择V(R1:1) -V(R1:2)由此，我们可以看到当V1从0变化到100V时，R1上电压的变化。扫描多个源要求：绘制上述一组图形，体现在以下参数变化时，R4上电流的变化V1（主变量）从0到100V，步长20V变化； I1（次变量）从0到5A变化，步长1A变化设置方法设置方法Pspice Edit Simulation Profile，将v1的变化步长改为20V。（如右上图所示）勾选Secondary Sweep，设置i1的变化为0到5V，每步1V。（如右下图所示）作图作图Trace Add Trace 或 直接按Insert键选择I(R4)结果结果3附加直流分析Computing the Thevenin Equivalent戴维南等效Sensitivity Analysis直流灵敏度分析戴维南等效戴维南等效 戴维南（Thevenin）定理：线性含源单口网络N，就其端口来看，可等效为一个电压源串联电阻的支路。电压源的电压等于该网络N的开路电压，串联电阻等于该网络中所有独立源为零值时所得网络N的等效电阻。 只是涉及到输入信号源和输出变量两个参数。求出电路的输出电压或电流和输入电压或电流之间的关系，可得到网络的输入电阻和输出电阻。 在进行戴维南等效分析时，首先计算电路直流工作点并在工作点处对电路元件进行线性化处理，然后计算出线性化电路的直流小信号增益、输入和输出电阻。如果电路中含有逻辑单元，每个逻辑器件保持直流工作点计算时的状态，但对模数接口电路部分，其模拟一侧的电路也进行线性化等效。本项分析中不涉及PROBE数据文件。开路电压Open circuit voltage短路电流short circuit current等效戴维南电路例例通过Pspice计算如图所示的a、b两端的戴维南等效。计算短路电流;计算开路电压计算短路电流计算短路电流画电路图，注意各个元件的属性将1u的电阻插入a、b两端分析，并提取数据分析，并提取数据分析类型：Bias Point 直流分析Pspice Run, 或F11View Output File短路电流也可以使电流值直接显示在电路图中。这个按钮计算开路电压计算开路电压将a、b两端1u的电阻值改为1MEG分析，并提取数据分析，并提取数据分析类型：Bias Point 直流分析Pspice Run, 或F11View Output File节点编号在各自电路图中可以有所区别，但实质是一样的。大家注意节点的编号。还有一种捷径就是，在节点处用net alias进行编号，这样便于识别开路电压也可以使电压值直接显示在电路图中。这个按钮戴维南等效戴维南等效短路电流 开路电压等效电阻等效电路为4 灵敏度分析灵敏度分析 Sensitivity Analysis 分析电路各元件参数变化时，对电路特性的影响程度。分析结果以归一化的灵敏度值和相对灵敏度形式给出。 重要性 其一，在大批生产电路时，元器件值对输出变量的灵敏度特性在确定产品的合格率方面起关键性作用；其二，对具有高灵敏度的电路，需要许多价格昂贵的高精度的元器件才能正常工作，而对许多低灵敏度的电路，采用元器件值相对与标称值有较大偏差的元器件也能正常工作。 虽然电路特性完全取决于电路中的元器件取值，但是对电路中不同的元器件，即使其变化的幅度（或变化比例）相同，引起电路特性的变化不会完全相同。灵敏度分析的作用就是定量分析、比较电路特性对每个电路元器件参数的灵敏程度。Pspice中直流灵敏度分析的作用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类元器件参数的灵敏度，并将计算结果自动存入.OUT输出文件中。本项分析不涉及PROBE数据文件。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。灵敏度的定量表示灵敏度的定量表示1 元器件的灵敏度S：指电路特性参数T对元器件值X绝对变化的灵敏度，即T对X的变化率： S(T,X)=T/X2相对灵敏度SN:指电路特性参数T对元器件参数X相对变化为1%情况下的灵敏度。 SN= S(T,X)*X%例例运用灵敏度分析预测空载分压电路的特性画电路图 Out 为节点的名字, Place/Net Alias设置分析类型 Bias Point, 如右图所示 V 代表电压 Out 代表节点开始分析灵敏度分析因变参数结果提取与分析结果提取与分析我们可以得到，在静态时，Vout为100VOut节点电压值如右图所示当R1增加1欧时，Vout就会减小0.8V当R1增加1%时，Vout就会减小0.2V。同理，R2和V1的变化情况就是：元件值当值每变化一个单位时，目标参数的变化当值每变化1%时，目标参数的变化那么，当R1增加1，R2减小1%，V1增加0.5V，Vo=?我们利用线性电路的叠加原理(principle of superposition) ，有Vo=100 - 0.8 - 0.2 + 0.4=99.4 V4.3.2 交流扫描分析交流扫描分析AC Sweep Analisys 交流分析：它是针对电路性能因信号频率改变而变动所作的分析，它能够获得电路的幅频响应和相频响应。 从而得到电路的稳定余量，判断电路设计得是否稳定。Pspice可对小信号线性电子电路进行（正弦稳态）交流分析，此时半导体器件都采用其线性模型.信号信号信号分为直流信号和交流信号直流信号的量不会随着时间的变化而改变。交流信号的量则是随着时间的变化而改变，它是时间的函数，可以表示为f(t)我们在探索电路的特性时，常会用到直流信号建立基本的偏压工作点，再用周期性的交流信号作为输入信号，分析电路的交流性能几种常见的周期性信号波形几种常见的周期性信号波形正弦波的量正弦波的量 幅度（A）：由平均值（就是零点）至最高点或最低点之间的量。单位视情况而定，如电压为V，电流为A。 周期（T）：信号完成一次幅度往返所需的时间。实际测量上，可以测量任何一个完整的周期时间，如波峰到波峰、波谷到波谷等。单位有秒（S）、毫秒（S）、微妙（uS)。 频率（f）：每一秒内，信号完成的周期数，也就是周期的倒数。单位为HZ， 峰-峰值：就是波峰至波谷的差。 相位差：若是两个相等频率（也是相等周期）的信号通过某一定量的时间不相同时，则会存在相位差。通常用角度或弧度来描述。例请用PSPICE作图：F与V(out)的关系，F的变化为线性，10Hz为间隔，从1000Hz到2000Hz.根据所作的图形，估计该电路的共振频率、频宽、及电路的品质因数步骤一步骤一 绘制电路图绘制电路图所需元件电阻 R电感 L电容 C交流电流源 IAC模拟地分析类型为AC sweep 步骤二步骤二 设置设置AC sweep选择菜单栏上Pspice/new simulation profile或者点击pspice工具栏上的 按钮 ，打开new simulation对话框输入仿真文件名选择none高频时多用对数扫描，在total空白中，键入101，是表示对数间隔点之间的扫描数AC Sweep Type：其中参数的含义与DC Sweep的Sweep Type中的参数含义一样。Noise Analysis：噪声分析 Enabled：在AC Sweep的同时是否进行Noise Analysis。 Output：选定的输出节点。 I/V：选定的等效输入噪声源的位置。 Interval：输出结果的点频间隔。注意事项注意事项对于AC Sweep，必须具有AC激励源。产生AC激励源的方法有以下两种：一、调用VAC或IAC激励源；二、在已有的激励源（如VSIN）的属性中加入属性“AC”，并输入它的幅值。对于Noise Analysis，选定的等效输入噪声源必须是独立的电压源或电流源。分析的结果只存入OUT输出文件，查看结果只能采用文本的形式进行观测。步骤三步骤三 运行运行pspice点击pspice工具栏上 按钮，运行分析程序如果在原理图相应的位置上放置电流或电压标志，可直接呼叫probe窗口步骤四步骤四 用用Probe观察结果观察结果运行之后，自动打开probe窗口，这是一个空图，除了X轴变量已经按照AC SWEEP设置的1K-2K外，Y轴变量等待着我们的选择输入。选择trace/add trace按钮，打开add trace对话框选择仿真变量选择仿真变量选择变量名选择函数并联谐振电路分析曲线并联谐振电路分析曲线提示提示在仿真参数设置时候，m和M都代表103，而MEG和meg都代表106在probe窗口内处理波形数据时，k代表103 ，而M和Meg代表106步骤五步骤五 改变改变X轴和轴和Y轴坐标设置值轴坐标设置值如果对于显示波形图的X轴Y轴范围不满意，或者是想放大某段范围仔细观察的话，可以直接在X轴位置双击鼠标左键或是用PLOT/Axis setting。选项打开PLOT/Axis setting 对话框，选择X Axis页来更改设置值，同样对Y轴也是如此。选择X、Y轴自定义范围自动范围显示类型线性显示对数显示使用数据限制使用傅立叶显示性能分析Y轴设置对话框轴设置对话框Y轴标头文字Y值编号用户定义范围自动范围X grid、Y grid设置设置功能说明功能说明Automatic：如果打勾，probe将自动为我们调整主轴间隔和主轴间的副轴个数。Y axis number：选择下面要设置的是哪个X(Y)轴. X轴不存在这个选项Major： 为主轴显示状态的选项Minor: 为副轴显示状态的选项Spacing ：如果以linear 线性间隔来显示，可输入主轴之间的间隔宽度。如果以Log（#of decade)对数间隔来显示，可选择每幂次内主轴的个数。Grids：选择网格线线型，可设为lines、dots、十，或者none，如果选择dots或十，还可以选择with other major grids（只在与其他主轴交叉处显示），with other minor grid（只在与其它副轴交叉处显示），或者二者都选，或者都不选。Tichs inside plot edge：如果打勾，波形图边缘的内侧也会标记主轴刻度，不过如果网格线设为lines形式时，通常看不到。Numbers outside plot edge：打勾时，每个主轴刻度都会显示出标记Intervals between major：定义将主轴与主轴之间切割为2、4、5或10块区域，只能在automatic栏未打勾的情况下才能设置。步骤六步骤六 为波形添加说明为波形添加说明选择plotlabel功能添加文字绘制折线绘制带箭头的直线绘制圆形输入倾斜角后，绘制椭圆将光标位置显示在图内绘制矩形绘制直线步骤七步骤七 启动游标启动游标点击tracecurserdisplay选项后，这时出现一个probe curser窗口，他显示了目前游标1和游标2的在横轴和纵轴上的坐标值，以及绝对坐标值。从上页图中，我们可以看到，电路的最大振幅约为400V，频率点大约在1590Hz所以，我们估计其共振频率为1590Hz.Resonant frequency 共振频率在这个频率左右，当幅值下降到最大值的70.7%时的两个频率称为上半频率和下半频率通频带定义为：因此，对于例题的电路，V1,2=399.697*70.7%=282.67V我们用Cursor来捕捉这两个频率点：其中一个约为1552Hz，另一个约为1632Hz所以品质因数品质因数 Quality factor品质因数是衡量幅频特性是否陡峭的参数，即共振频率与通频带的的比值。Q值越大，曲线越尖锐，通频带范围越窄，电路的选择性能越好。波特图波特图 Bode Graph采用对数坐标的幅频特性和相频特性曲线就称为波特图。画幅频特性画幅频特性执行window/new window 作幅频特性Trace/Add trace先选择右侧DB()再选择左侧V(out)底部出现: DB(V(out)添加变量添加变量幅频特性幅频特性添加波形控制区添加波形控制区画相频特性画相频特性Trace/Add trace先选择右侧P()再选择左侧V(out)底部出现:P(V(out)幅频相频显示结果幅频相频显示结果思考思考1改变电路的哪些参数可以使电路发生谐振，电阻值是否影响是否影响谐振频率2输入源换成电压源，会是什么情况？3输入激励值的大小是否影响电路的谐振频率？4要提高RLC电路的品质因数，电路的参数应如何变化？4.3.3 暂态分析暂态分析Transient analisys学习目标：瞬态分析的设置在时域上观察输入输出波形概概 念念 暂态分析：在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应。pspice可对大信号非线性电子电路进行瞬态分析，即是求电路的时域响应，故称为时域扫描（time domain）。它可在给定激励信号情况下，求电路输出的时间响应、延时特性；也可在没有任何激励信号的情况下，求得振荡波形、振荡周期等。是应用最多的一种分析。 一般电子实验室内对信号的观测主要是针对时域信号而定，而所谓时域信号就是以时间为横轴来记录的波形。此时使用的电子仪器只要有信号发生器和示波器。信号发生器负责产生验证电路时所需的周期性时域信号，将之输入待验证的电路中，然后就可用示波器将输入和输出信号显示屏幕上观测及表示。Pspice的瞬态分析就是仿真这样的时域工作环境。由各式各样设置好的信号源提供待验证电路合适的输入信号，待完成仿真后，就可以用probe来观测输出波形 Pspice已经内建有一些常用的时域信号源，大致上可以分成两大类型，第一种是使用激励原编辑程序来定义的信号源，由于有激励源编辑程序的协助，所以可以用图形编辑的方式来定义这类信号源，及精确又方便，不过评估版限制这类自定义的信号源，仅能编辑正弦波信号（模拟）和周期脉冲信号（数字）。第二类时域值是采取定义元件属性的方式。为了应付各式各样的时域信号，所以pspice提供出合适的元件一些常用的时域信号源一些常用的时域信号源（使用激励信号编辑程序）（使用激励信号编辑程序）产生信号信号源元件名称电压、电流源VSIM、ISTIM数字信号DIGSTIM1、 DIGSTIM2、 DIGSTIM4 GSTIM8、 DIGSTIM16、 DIGSTIM32 一些常用的时域信号源一些常用的时域信号源（定义元件属性）（定义元件属性）产生信号信号源元件名称正弦波VSIN、 ISIN脉冲波VPULSE、 IPULSE折线波VPWL、 IPWL周期性折线波VPWL_ENH 、IPWL_RENH 、VPWL_RE_FOREVER IPWL_RE_FOREVER 指数波VEXP 、IEXP单频调频波VSEFM 、ISEFM数字脉冲信号DIGCLOCK数字激励源STM1、 STM4 、STM8、 STM16文件输入数字激励源FILESTM1 、FILESTM2、 FILESTM4 、FILESTM、 8FILESTM 、FILESTM16 、FILESTM32模拟信号源中的电压源以V开头，电流源需以I开头，他们均还有DC和AC的属性常用的独立源常用的独立源脉冲波正弦源指数源分段线性源周期性折线源单频调频源参数含义单位V1或I1初始值V或AV2或I2脉动值V或ATD延迟时间sTR上升（沿）时间sTF下降（沿）时间sPW脉冲宽度sPER脉冲周期s脉冲波（脉冲波（VPULSE、IPULSE)参数设置脉冲信号电平值与参数的关系脉冲信号电平值与参数的关系时间脉冲电平0v1tdv1td+trv2td+tr+pwv2td+tr+pw+tfv1td+perv1td+per+trv2.V1=1vV2=5vper=2spw=0.5std=1stf=0.4str=0.1s对应的脉冲波形对应的脉冲波形正弦源（正弦源（VSIN、ISIN）参数含义单位内定值Voff 或 Ioff偏移值V或A无Vampl 或Iampl峰值振幅V或A无Frep频率Hz1/tstopTD延迟时间S0DF阻尼系数1/s0PHASE相位延迟度（）0注：表中TSTOP是瞬态特性分析中参数Final Time的设置值正弦波形正弦波形Voff=0，vampl=1v freq=50hz调幅正弦信号波形调幅正弦信号波形Voff=3v，vampl=2v freq=5hz，phase=0，df=1，td=1s指数源指数源VEXP或或IEXP参数含义单位内定值V1或I1初始值V或A无内定值V2或I2脉动值V或A无内定值Td1上升延迟时间s0Tc1上升时间常数sTSTEPTd2下降延迟时间sTd1+TSTEPTc2下降时间常数sTSTEP在时间0td1这段时间内，信号电平为v1,接着以tc1为时常数，从v1指数变化至v2，直到时刻td2为止。然后又以tc2为时常数，按指数规律变化至v1。指数源波形指数源波形V1=1v,v2=5v,td1=0.1,tc1=0.2,td2=2,tc2=0.5分段线性源（分段线性源（VPWL、 IPWL)参数含义单位Tsf时间基准值sVsf或Isf电压或电流基准值V或AT1,v1转折点的坐标对无T2,v2转折点的坐标对无T3,v3转折点的坐标对无.T8,v8转折点的坐标对无分段性折断源波形分段性折断源波形(1,5),(2,2),(2.5,4),(3,7),(3.2,4),(3.6,3),(4,5),(4.5,1)周期性折线源（周期性折线源（VPWL_ENH或或IPWL_ENH)参数含义单位Tsf时间基准值sVsf或Isf电压或电流基准值V或AFIRST_nPAIRS转折点的坐标对无SECOND_nPAIRS转折点的坐标对无THIRD_nPAIRS转折点的坐标对无REPEAT_VALUE重复次数次数周期性折断源波形周期性折断源波形(2,4),(3,6),(5,8),rep=3单频调频源（单频调频源（VSFFM或或ISFFM）参数含义单位Voff 或 Ioff直流偏移电压/电流V或AVampl 或Iampl振幅V或AFc载波频率HzMod调制指数无Fm调制信号频率Hz内定值无无1/tstop01/tstop单频调频源波形单频调频源波形Voff=2v,vampl=1v,fc=8hz,mod=4,fm=1hz参数设置参数设置新建一个仿真文件，然后进行分析参数的设置跳过初始偏置点的计算说明说明Rune to time 瞬态分析终止的时间，同时也是输出数据的终止时间Start saving data after：由0秒起到本设置值之前的数据不予记录Maximum step size：分析时间步长设置Output file Options：控制输出文件内容，点击后弹出如下对话框：在OUT文件里存储数据的时间间隔是否进行傅立叶分析是否详细输出偏置点的信息输出数据的时间步长：用于确定输出瞬态分析结果数据时的时间步长。偏置点信息的输出控制：若选中，则与偏置信息点有关的信息全部输出，包括所有偏置点处的小信号参数；否则只输出与瞬态分析有关的参数，即个节点的电位。Output：用于确定需对其进行傅里叶分析的输出变量名。Number of Harmonics：用于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。Center：用于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。析确定的基波周期。例例1 对一阶对一阶RC电路进行瞬态分析电路进行瞬态分析第一步第一步 绘制电路图绘制电路图输入电路图的名称如（RC），绘制电路图。激励为电压脉冲源，选用SOURCE.OLB库里的VPULSE，电压脉冲的参数值按图示设置第二步第二步 创建仿真文件创建仿真文件新建仿真文件如TD1，分析参数设置如下：第三步第三步 PSpice分析结果分析结果电路的时间常数，R1=100 RC100101061ms,而矩形输入脉冲的周期是T=20ms，因此本例中的RC电路为积分电路，输出电压波形仍是矩形波，将将R1=2K后的波形后的波形当R1=2K（或者大于2K）此时 RC20001010620ms（或20ms），输出的电压波形变换成三角波，而且在波形输出窗口中可以观察到电容的动态充电过程，即其平均电压值在升高，开始时，是“充得多，放得少”电容电压开始“爬坡”，大约在80ms后达到动态平衡，即是电容电压“充多少，放多少”保持一个稳定值，如图所示。这种现象在通常无存储的示波器上是观察不到的。例例2 分析带有虚拟装置的放大器电路分析带有虚拟装置的放大器电路第一步第一步 绘制电路图绘制电路图按上页图示绘制电路图，四个虚拟元件分别在SPECIAL库里，VPLOT和VPRINT要并联在电路中，IPLOT和IPRINT要串联在电路中。VPRINT负责记录节点Vo的电压， VPLOT负责记录节点Vo的电压，并以文字符号绘制图形。IPRINT负责记录流过Rf的电流， IPLOT负责记录流过Rf的电流，并以文字符号绘制图形。调入这些电压虚拟元件的时候，不显示其名称，可以双击元件符号，出现属性对话框，然后选择Value项，选择DISPLAY命令，从显示属性对话框中，选择value only设置暂态分析设置暂态分析显示仿真结果显示仿真结果观察虚拟装置元件对应的文本输出文件观察虚拟装置元件对应的文本输出文件在probe窗口下，执行view/output file命令，IPRINT部分记录数据部分记录数据VPRINT部分记录数据部分记录数据IPLOT部分记录数据部分记录数据VPLOT部分记录数据部分记录数据例例3 使用信号编辑程序设置激励源符号使用信号编辑程序设置激励源符号编辑激励源编辑激励源绘制好其它的电路之后，从SOUCESTIM.OLB库里调用VSTIM符号，放在电路里，将其名字改为Vi，单击选中这个元件，从快捷菜单中选择Edit PSpice Stimulus子菜单，编辑的激励源波形编辑的激励源波形仿真参数设置仿真参数设置编辑激励源之后，点击保存，会提示你更新原理图吗？选择ok，退出编辑器，会看到原理图中激励源的Implimatation值变为激励源的名字。然后开始新建仿真文件，进行仿真参数设置查看仿真输出波形查看仿真输出波形例例4 对施密特触发电路进行分析对施密特触发电路进行分析施密特触发器是一种特殊的反相门，主要用来修整波形，去除噪声。他所具有的特性性能为：1 当输入电压超过所谓的正向临界点Vi+时，输出才会有所变化2 当输入电压低过所谓的负向临界点Vi-时，输出才会有所变化施密特触发器能将有噪声的波形修整得比较接近方波第一步第一步 绘制电路图绘制电路图从souce.olb库里调用VPWL元件，双击打开属性编辑框，对其进行设置为T1=0,V1=-10,T2=1ms，V2=10v，T3=2ms，V3=-10v，T4=3ms，V4=10v。并将其在原理图中设为名称和值都可见本例中，施密特触发器的VT+VT-分别为 VT+=(R1/R1+R2)V+=5V VT-= (R1/R1+R2)V-=-5V仿真参数设置仿真参数设置新建一个仿真文件，输入名字为DCDOWN，设置如下，然后保存 我们首先来示范如何使用直流扫描分析的方式来得到输出迟滞图。由于在迟滞图中，当输入信号由低电压扫到高电压时，输出信号走的路径与输入信号由高电压扫到低电压时并不相同，但是直流扫描分析一次却只能扫描一个方向。所以我们必须先执行一次由高到低的直流扫描分析，然后再执行一次由低到高的直流 扫描分析执行这次分析后，关闭Probe对话框，再建立一个仿真文件，输入名字为DC，如下设置运行之后，在probe窗口下，执行FILE/AppendWaveform(.dat)命令把上次的仿真文件DCDOWN.dat加载进去Vo的输出波形的输出波形暂态分析暂态分析我们用暂态分析来观察迟滞图，分析参数设置如下：输入输出波形输入输出波形重新设置重新设置X轴轴把输入波形Vi删除掉，然后执行Plot/Axis settings命令输出结果输出结果作业1 电路如图所示，图中R=10kW，二极管选用1N4148，且Is= 10 nA，n=2。对于VDD=10V和VDD=1V两种情况下，求ID和VD的值，并与使用理想模型、恒压降模型和折线模型的手算结果进行比较 理想模型:正向导通时视为短路，反向截止时视为开路 ) 恒压降馍型 :正向导通时视为恒压源，反向截止时视为开路 折线模型:正向导通时视为恒压源串联一小电阻，反向截止视为开路作业2 一限幅电路如图所示，R=1k，对于VREF =3V，二极管及参数仍与例1相同。（1）试绘出电路的电压传输特性vO = f（vI）；（2）当VI =Vi = 6sinwt（V）时，试绘出VO的波形。作业作业3（1）绘制电路图（2）直流分析要求：正确绘制电路图，查看分析结果（3）电压源V1的变化从-10到10V，每步0.1V，看R4上电流和点2处电压的变化情况。作业作业4先进行偏压点分析，查看分析结果，再进行直流扫描分析，查看M4漏极电压作业作业5先进行偏压点分析，查看分析结果，再进行直流扫描分析，查看U1 out端口的波形作业作业6 对下图执行交流扫描分析对下图执行交流扫描分析输出变量为DB(V(Vo）/V(Vi)）和P(V(Vo）/V(Vi)）不同的Y轴显示作业作业7 对下图执行交流扫描分析对下图执行交流扫描分析输出变量为DB(V(Vo）/V(Vi)）和P(V(Vo）/V(Vi)）不同的Y轴显示作业作业8请将频率为请将频率为1K，直流偏压为，直流偏压为0，幅度为，幅度为1V的的三角波加到滤波器电路上并观察输入输出波形三角波加到滤波器电路上并观察输入输出波形作业作业9 请分析非反相施密特触发器电路，要求先用请分析非反相施密特触发器电路，要求先用直流扫描分析的方式，再由暂态分析的方式完成。直流扫描分析的方式，再由暂态分析的方式完成。其中激励源要用两种方法调用，一种是调用库里的其中激励源要用两种方法调用，一种是调用库里的独立源，另外用仿真编辑器编辑信号源独立源，另外用仿真编辑器编辑信号源其迟滞图的VT+VT-分别为：VT+=-(R2/R1) V-=5VVT-= (R2/R1) V+= -5V