實驗仿真pespice.ppt

1、實驗一 PSpice軟件仿真練習（一）,電子線路CAD概述 OrCAD/PSpice仿真軟件操作介紹 本次實驗內容及要求,就是用計算機來幫助人們分析或者設計電子電路。它是CAD和EDA技術的重要組成部分。,電子電路設計就是根據給定的功能和特性指標要求，通過各種方式，確定電路采用的拓撲結構及各個元件的參數值。,一、電子線路CAD概述,1、什么是“電子電路計算機仿真”,計算機輔助設計CAD（Computer Aided Design） 就是在電子電路設計過程中，借助于計算機來迅速準確地完成設計任務。,2、電子電路設計方式,人工設計 方案的提出、驗證和修改都是人工完成的。其中設計方案的驗證采用搭接實

2、驗電路的方式進行。,電子設計自動化EDA（Electronic Design Automation） 就是以計算機硬件和系統(tǒng)軟件為基本工作平臺，繼承和借鑒前人在電路、圖論與拓撲邏輯和優(yōu)化理論等多學科的最新科技成果，在開發(fā)電子電路與系統(tǒng)時，利用計算機進行設計、分析、仿真、制造等工作。,3、EDA技術的優(yōu)點 縮短設計周期。（計算機模擬代替搭實驗電路；印刷電路板設計軟件） 節(jié)省設計費用。 提高設計質量。（靈敏度分析、容差分析、成品率模擬、最壞情況分析、優(yōu)化設計等） 共享設計資源。（成熟的單元設計及各種模型和模型參數均放在數據庫中） 很強的數據處理能力。（計算機存儲量大、數據處理能力強，設計完后，可以

3、很方便地生成各種數據文件和報表文件）,電子線路計算機輔助分析與設計的基本流程,電路安裝、調試和測量,4.微機級電子電路EDA軟件,直到80年代初，CAD軟件還只能在小型機或專用的工作站上運行。 近年來，新型微機系統(tǒng)功能越來越強，微機上的EDA軟件也發(fā)展到了相當的水平。 其中，OrCAD軟件和PSPice軟件是其典型代表。,SPICE仿真程序,SPICE（Simulation program with integrated circuit emphasis）是最為普遍的電路級模擬程序，各軟件廠家提供提供了Vspice、Hspice、Pspice等不同版本spice軟件，其仿真核心大同小異，都是采

4、用了由美國加州Berkeley大學開發(fā)的spice模擬算法。 SPICE可對電路進行非線性直流分析、非線性瞬態(tài)分析和線性交流分析。其內建半導體器件模型，用戶只需選定模型級別并給出合適的參數。,PSpice軟件的發(fā)展過程,1972年，由美國加州大學伯克萊分校研制出SPICE 1975年，推出正式實用化版本SPICE 2G。 1988年，被定為美國國家標準。 1984年，MicroSim公司推出了基于SPICE的微機版本PSpice（Personal- SPICE）。 此后各種版本的PSpice不斷問世，功能也越來越強。經過了近30年的不斷改進、完善，已成為國際上公認的一種工業(yè)標準工具。,20世紀

5、90年代，Pspice陸續(xù)開發(fā)了在Windows環(huán)境下運行的多個版本。1998年11月著名的EDA公司OrCAD公司與PSpice原開發(fā)公司MicroSim聯(lián)合，推出了比較經典的版本OrCAD/Pspice v9目前基礎教學多采用此版本。 PsPice集成到了OrCAD中之后，OrCAD軟件又成了Candence公司的EDA軟件產品之一，不斷更新，目前最新版本是v15.7當然內核還是Spice算法。,二、OrCAD軟件,1. 軟件構成 主要由三個 模塊組成：,（1） Capture CIS 模塊,Capture CIS 模塊是功能強大的電路原理圖設計軟件。除可生成各類模擬電路、數字電路和數模混

6、合電路的電路原理圖外，還配備有元器件信息系統(tǒng)CIS（Component Information System）, 可以對元器件的采用實施高效管理。,（2）PSpice 模塊,PSpice 模塊是通用電路模擬軟件。除可對模擬電路、數字電路和數?；旌想娐愤M行模擬外，還具有優(yōu)化設計的功能。該軟件中的Probe模塊，不但可以在模擬結束后顯示結果信號波形，而且可以對波形進行各種運算處理，包括提取電路特性參數，分析電路特性參數與元器件參數的關系。,（3）Layout Plus 模塊,Layout Plus 模塊是印刷電路版（PCB）設計軟件?？芍苯訉?Capture生成的電路圖通過手工或自動布局布線方式轉

7、為PCB設計。 *本課程不涉及此模塊,2. OrCAD 軟件包（1）電路圖生成軟件（Capture CIS ）,其主要功能是以人機交互方式在屏幕上繪制電路圖，設置電路中元器件的參數，生成多種格式要求的電連接網表。在該程序中可直接調用運行PSpice及其它配套軟件。,（2） 激勵信號編輯軟件（StmEd：Stimulus Editor）,其主要功能是生成電路模擬中需要的各信號源。包括瞬態(tài)分析中需要的脈沖、分段線性、調幅正弦、調頻、指數等5種信號波形和邏輯模擬中需要的時鐘、脈沖、總線等各種信號。,（3） 模型參數提取軟件（ModelEd：Model Editor）,其主要功能是提取來自廠家的器件的

8、數據信息，生成所需要的模型參數。盡管PSpiceA/D的模型庫中提供了一萬多種元器件的模型參數，但在實際應用中仍有用戶覺得不夠用，這時ModelEd軟件就顯得至關重要。,（4）波形顯示和分析模塊（Probe）,其主要功能是將Pspice的分析結果用圖形顯示出來。不僅能顯示電壓、電流這些基本電路參量的波形，還可顯示由基本參量組成的任意表達式的波形，所以有“示波器”之稱。,（5）優(yōu)化程序（Optimizer）,其主要功能是自動調整元器件的參數設計值，使電路的特性得到改善，實現電路的優(yōu)化設計。,OrCAD軟件包中各軟件之間的相互關系,3. OrCAD仿真分析電路過程,4. OrCAD/Pspice

9、A/D v9.2的功能特點,(1)OrCAD/Pspice A/D 9.2可模擬以下6類常用的電路元器件 基本無源元件，如電阻、電容、電感、傳輸線等。 常用的半導體器件，如二極管、雙極晶體管、結型場效應管、MOS管等。 獨立電壓源和獨立電流源。 各種受控電壓源、受控電流源和受控開關。 基本數字電路單元，如門電路、傳輸門、觸發(fā)器、可編程 邏輯陣列等。 常用單元電路，如運算放大器、555定時器等。在這里集成電路可作為一個單元電路整體出現在電路中，而不必考慮該單元電路的內部結構。,OrCAD/PSpice A/D v9 支持的元器件類別及缺省字母代號,(2) OrCAD/Pspice9可分析的電路特

10、性有6類15種：,直流分析 包括靜態(tài)工作點（Bias Point Detail）、直流靈敏度（DC Sensitivity）、直流傳輸特性（TF：Transfer Function）、直流特性掃描（DC Sweep）分析。,交流分析 包括頻率特性（AC Sweep）、噪聲（Noise）分析。,瞬態(tài)分析 包括瞬態(tài)響應分析（Transient Analysis）、傅里葉分析（Fourier Analysis）。,參數掃描 包括溫度特性分析（Temperature Analysis）參數掃描分析（Parametric Analysis）。,（5）統(tǒng)計分析 包括蒙托卡諾分析（MC：Monte Carl

11、o）、最壞情況分析（WC：Worst Case）。,（6）邏輯模擬 包括邏輯模擬（Digital Simulation）、數/?；旌夏M（Mixed A/D Simulation）、最壞情況時序分析（Worst-Case timing Analysis）。,5.OrCAD/PSpice 9.2中的單位和數字,Pspice 中采用的是實用工程單位制，如電壓用伏（V）、電流用安培（A）、電阻用歐姆（）、功率用瓦特（W）等。在運行中，Pspice會根據具體對象自動確定其單位。用戶在輸入數據時，代表單位的字母可以省去。例如給電壓源賦值時，鍵入12和12V意思一樣。 Pspice 中的數字采用科學表示方

12、式，即可以使用整數、小數和以10為底的指數。用指數表示時，底數10用字母E來表示。對于比較大或比較小的數字，還可采用10種比例因子，如下表所示。,例如1000、1E3和1K都表示同一個數。,OrCAD/PSpice 9.2中采用的比例因子,特別注意：,（1）比例因子可用大寫也可用小寫，如m和M都表示10-3。而國標規(guī)定，m表示10-3，M表示10+6，我們通常的習慣也是這樣。為了防止混淆，在該軟件中用MEG表示10+6。這一點在使用時應特別小心。,（2）比例因子只能用英文字母，如10-6用U或u表示，而國標規(guī)定10-6用希臘字母m表示。故如 電容容量C=110-6F，應寫成C=1u（或1U）,

13、實驗電路分析具體操作流程,繪制電路圖,設置分析類型,存盤,電氣規(guī)則檢查,生成網表,分析（調用Pspice),Probe觀察波形,讀取數據計算指標,放元件,放電源,連線,編輯元件和 電源參數,1.調用Capture軟件 在計算機上選擇命令集：程序/OrCAD Family Release 9.2 Lite Edition/Capture CIS Lite Edition ，點擊后就會在屏幕上出現Capture啟動窗口。,三、 用Capture繪制電路圖,2. 新建設計項目(File/New/Project) 在OrCAD軟件包中，每一個設計或分析任務都被當作一個項目，由項目管理器（Project

14、 Manager）統(tǒng)一管理。因此每開始一個新的任務就等于新建一個設計項目，要調用項目管理器為新建項目起個名，并確定有關的設置。,（1）給設計項目起名。 在Name欄中鍵入項目名，例如我們?yōu)閷⒁治龅幕痉糯笃髌鹈麨锳mp。,（2）選定設計項目類型,如果電路圖要用于印制電路 版設計，則應選“PC Board Wizard ”或“Programmable Logic Wizard ”。 如果只繪制電路,則應選“Schematic”。,有4個選項可供選擇。如要對繪制的電路進行Pspice分析，應選“Analog or Mixed Signal Circuit”,（3）設計項目路徑名設置。Locati

15、on一項用于設置保存新建設計項目的子目錄。,建立新的Pspice項目,Capture 工作窗口,電路圖編輯窗口,項目管理器窗口,信息查看窗口,3、加元器件庫(Place/Part命令) 在畫電路圖之前，首先要為將要畫的電路選擇元器件庫。執(zhí)行Place/Part命令，在Place/Part對話框中點擊“Add”按鈕，出現Browse File對話框，將所需庫點中，點擊“打開”按鈕，則選中的庫文件增至“Labrarise”框 中。反之，從“Labrarise”框，選中一個庫文件，點擊Remove按鈕，即將該庫文件框剔除。,加庫,剔除庫,OrCAD 9.2正式版中的Pspice庫文件,OrCAD 9

16、.2教學版中的Pspice庫文件,Eval.lib 半導體器件、運放和邏輯單元(區(qū)別!) Breakout.lib 要考慮參數發(fā)生變化的元器件符號應采用此庫中的 Analog.lib 和Analog_p.lib 常用的無源元器件符號 Source.lib 各種電源符號 Sourcestm.lib 需要調用激勵信號波形生成模塊stimed 設置的各種電源符號。 Special.lib 與電路模擬有關的一些專用符號 Abm.lib 代表某些模擬功能的符號,常用元器件類型和關鍵字,電阻 R 電容 C 電感 L 三極管 Q 二極管 D 電位器 POT 正弦信號源 Vsin 直流源 VDC 交流源 VA

17、C 數字激勵源 Digclock Digstim,4、取放元器件 完成元器件庫配置后，點擊“完成”按鈕，屏幕上將出現電路圖編輯窗口（Page Editor）。,例如畫一張基本放大電路，取放元器件的方法如下：,（1）在電路圖編輯窗口下，啟動Place/Part命令，或按窗口右側對應的繪圖工具快捷鍵 ，幕上出現元器件符號選擇框。,（2） 在列表框里點擊所需元器件所在的符號庫名。,（3）在圖2.2.7的元器件列表框中通過右側滾動條找到所需元器件符號名，點擊之，該符號的圖形即顯示在預覽框中。,（4）點擊OK鍵，該元器件即被調至電路圖中。,也可以Part框中健入器件名,還可以搜索所需器件,5、取放電源與

18、接地符號 （1）取放電源符號 可同取放元器件一樣，在SOURCE庫中取電壓源或電流源。 （2）取放接地符號 啟動Place/Groud，或按對應的繪圖快捷鍵 ，出現如圖所示的選擇框。在SOURCE庫中取“0”符號。,6 . 連線與設置節(jié)點名,（1）連線。啟動Place/Wire命令。 按對應的繪圖快捷鍵,（2）設置節(jié)點名。 例如想把輸出端的節(jié)點起名為Out，步驟：,啟動Place/Net Alias命令，或按對應的繪圖快捷鍵 ，,屏幕上出現設置框。在設置框中鍵入節(jié)點名（例Out）。, 按OK鍵，則光標處 附著一個小方框，將光標 移至設置節(jié)點名的位置， 按鼠標左鍵，新節(jié)點名 即出現在該位置。,7

19、. 元器件屬性參數編輯 Capture自動為每個元器件設置一個元件名和參數值，元器件設置不符合要求時，可對元器件參數進行編輯。,(1).元器件群的參數編輯。選中所有要編輯的元器件。然后點擊鼠標右鍵，調出快捷菜單，選擇執(zhí)行Edit Properties 命令，即可開啟該元器件群的屬性編輯對話框，點擊對話框左下方的Part按鈕，便可更改各元器件的名稱和參數。,(2).單個元件的參數編輯。雙擊該元件，即出現對話框。在Value文本框中鍵入新值即可。同時可以修改該元件電路圖中的顯示格式（Display Format）、字體（Font）、顏色（Color）和放置位置（Rotation）等。,（3）還可以

20、只修改某項參數,鍵入參數,為正弦信號源設置參數,正弦源（VSIN）有3個外顯參數需要設置。,另外VSIN還有一個關鍵參數AC，并不直接顯示，但為了后面的交流分析必須確定其值；可用右鍵菜單點用 Edit / Properties命令,調出 Property Editor加入AC=5mV。,視頻中有，教材只在實驗二才做了說明！,為三極管設定參數,鼠標選中三極管并單擊（符號變?yōu)榧t色）然后，選擇菜單中Edit/ PSpice Model 。打開模型編輯框，在一堆文本標示的內參數中（第一行）找到Bf，修改Bf為設定的值（如80），保存，退出回到主界面。 視頻上有，教材上漏掉了這一段！,繪圖快捷鍵：,四、

21、 OrCAD/Pspice的基本電路特性分析1 . 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。,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 9.2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 Simulati

22、on Profile命令，出現New Simulation對話框,在Name欄鍵入模擬類型組的名稱，本例取名為DC,屏幕上出現模擬類型分組對話框。,（3）設置分析類型和參數。,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

23、計算。,（5）查看分析結果。 分析計算結束后，系統(tǒng)自動調用Probe模塊，屏幕上出現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。,2. 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。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，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。,（3）設置模擬類型。,（4）設置分析參數：,例：求基本放大電路的瞬態(tài)分析。步驟如下：,（1）用Capture軟件畫電路圖。 （2）為正弦信號源設置參數。,在Analysis type欄中選“Time Domain（Transien

24、t）”。,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）查看分析結果。 分析計算結束后，系統(tǒng)自動調用Probe模塊，屏幕上出現如圖所示的Probe窗口。,在Probe窗口中，執(zhí)行Trace/Add Trace命令，出現Add Trace 對話框。,可用以下兩種方法選擇要顯示的變量名：, 在對話框左邊的輸

25、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)行Trace/Add Tr

26、ace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。,3.交流分析,交流分析又稱AC分析，就是求電路的頻域響應。當輸入信號的頻率變化時，它能夠計算出電路的幅頻響應和相頻響應。 作交流分析時，應注意：對于AC Sweep，必須具有AC 激勵源。產生AC 激勵源的方法有以下兩種： 調用VAC 或IAC 激勵源； 在已有的激勵源（如VSIN）的屬性中加入 “AC”屬性，并輸入它的幅值。,交流分析VSIN信號源加AC屬性,交流分析必須具有AC 激勵源?？梢栽谝延械募钤矗ㄈ鏥SIN）的屬性中加入 “AC”屬性，并輸入它的幅值。,例：分析單管放大電路的幅頻特性。,（1）用Capture軟件畫好電路圖。信號源選正弦源VSIN，用Edit / Properties命令，調出Property Editor加入AC=1V（或其他數值）,（2）建立AC分析類型，設置參數:,在Analysis type欄中選“AC Sweep/Noise”。 在Option欄中選“General Settings”。,在AC Sweep Type