電路計算機仿真分析

電路計算機仿真分析

實驗指導

武漢大學電氣工程學院

電工仿真實驗室

2006.11

PSPICE簡介

PSPICE簡介

1984年，美國MicroSim公司推出了基于SPICE的微機版PSPICE（Personal-SPICE）?？?/p>

以說在同類產(chǎn)品中，它是功能最為強大的模擬和數(shù)字電路混合仿真EDA軟件，在國內(nèi)普遍使

用。它可以進行各種各樣的電路仿真、激勵建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、

數(shù)據(jù)輸出、并在同?窗口內(nèi)同時顯示模擬與數(shù)字的仿真結(jié)果。無論對哪種器件哪些電路進行

仿真，都可以得到精確的仿真結(jié)果，并可以自行建立元器件及元器件庫.

在目的個人電腦廣使用的向用的商用仿真軟件中，以PspiceA/D系列最受人眾歡迎。

PSPICE是面向PC機的通用電路仿真軟件，該軟件具有強大的電路圖繪制功能、電路

模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號制作功能，模擬仿真快速準確，并提供了良好

的人機交互環(huán)境，操作方便，易學易用。軟件的用途非常廣泛，不僅可用于電路分析和優(yōu)化

設計，還可用于電子線路、電路、信號與系統(tǒng)等課程的計算機輔助教學。與印刷線路板設計

軟件配合使用，還可以實現(xiàn)電子設計自動化。這些特點使得PSPICE受到廣大電子設計工作

者、科研人員和高校師生的熱烈歡迎，國內(nèi)許多高校已將PSPICE列入電子類本科生和碩士

生的輔修課程。

PSPICE軟件在國外非常流行。在大學里，它是工科類學生必會的分析與設計電路的工

具；在公司中，它是產(chǎn)品從設計、實驗到定型過程中不可缺少的設計工具。世界各國的半導

體元件公司為它提供了上萬種模擬和數(shù)字元件組成的元件庫，使PSPICE軟件的仿真更可

信，更真實。

PSPICE軟件兒乎完全取代了電路和電子電路實驗中的元件、面包板、信號源、示波器

和萬用表。有了PSPICE軟件就相當有了電路和電子學實驗室。

PSPICE的功能

PSPICE用于模擬電路、數(shù)字電路及模數(shù)混合電路的分析以及電路的優(yōu)化設計。

PSPICE的分析功能主要體現(xiàn)在以下幾方面：

直流分析：當電路中某一參數(shù)（稱為自變量）在一定范圍內(nèi)變化時，對自變量的每一

個取值，計算電路的直流偏置特性（稱為輸出變量）。

交流分析：作用是計算電路的交流小信號頻率響應特性。

噪聲分析：計算電路中各個器件對選定的輸出點產(chǎn)生的噪聲等效到選定的輸入源（獨

立的電壓或電流源）上。即計算輸入源上的等效輸入噪聲。

瞬態(tài)分析：在給定輸入激勵信號作用下，計算電路輸出端的瞬態(tài)響應。

基本工作點分析：計算電路的直流偏置狀態(tài)。

蒙特卡羅統(tǒng)計分析:為了模擬實際生產(chǎn)中因元器件值具有一定分散性所引起的電路特

性分散性，PSpice提供了蒙特卡羅分析功能。進行蒙特卡羅分析時，首

先根據(jù)實際情況確定元器件值分布規(guī)律，然后多次“重復”進行指定的

電路特性分析，每次分析時采用的元器件值是從元器件值分布中隨機抽

樣，這樣每次分析時采用的元器件值不會完全相同，而是代表了實際變

化情況。完成了多次電路特性分析后，對各次分析結(jié)果進行綜合統(tǒng)計分

析，就可以得到電路特性的分散變化規(guī)律。與其他領域一樣，這種隨機

抽樣、統(tǒng)計分析的方法一般統(tǒng)稱為蒙特卡羅分析（取名于賭城Monte

Carlo），簡稱為MC分析。由于MC分析和最壞情況分析都具有統(tǒng)計特性，

因此又稱為統(tǒng)計分析。

最壞情況分析：蒙特卡羅統(tǒng)計分析中產(chǎn)生的極限情況即為最壞情況。

參數(shù)掃描分析：是在指定參數(shù)值的變化情況下，分析相對應的電路特性。

溫度分析：分析在特定溫度下電路的特性。

在電路設計方面，PSPICE提供了電路設計過程中所需要的各種元器件符號和繪圖手

段，電路設計師可以直接在PSPICE的電路圖編輯器中設計電路圖。利用PSPICE的電路分析

功能，可以測試電路的各項性能指標，測試電路在高溫，高壓等極端條件下的承受能力。利用

PSPICE中提供的各種觀測標識符，可以觀測電路圖中任意點、任何變量以及各種函.數(shù)表達

式的波形和數(shù)據(jù)。可以對電路進行優(yōu)化設計，將多個設計方案進行比較。從電路方案的選型、

分析、修改、優(yōu)化設計及最終確定，整個設計過程中不涉及任何硬件和紙筆，不僅能節(jié)省開

支，簡化設計手段，而且大大縮短了設計周期，提高了設計精度。

PSPICE的版本介紹

由于公司的并購，現(xiàn)在流行的pspice版本如下：pspice8.0,集成pspice的Oread10.5,

集成Oread的Cadence15.7等多個版本。實驗過程采用0rcad9.2。

0rcad9.2是一個過渡版本，內(nèi)部包含pspice輸入工具schematics（在以后的版本中已

經(jīng)取消了該輸入方式）。Oread的原理圖輸入工具Capture（和CaptureCIS）?實驗過程

的操作以Capture為主。

實驗要求：

1、復習相關理論。

2、查閱相關pspice操作手冊。

3、寫出pspice仿真步驟（預習報告）。

4、上機操作。

5、保存pspice所做的電路圖和結(jié)果。

6、實驗報告

寫出有關實驗報告（A4頁面，Word文檔），包括：

（1）實驗名稱；

（2）pspice所作電路圖：

（3）簡單步驟；

（4）實驗結(jié)果。

（5）手動計算結(jié)果。

（5）實驗中遇到的問題及解決方法。

（6）思考與討論。

（7）結(jié)論分析。

（8）心得體會。

預備實驗OreadPspice的基本操作

PSpice分析過程

俗病原理圖被貴仿奧參超運行仿奠

現(xiàn)喇耳分析仿女秸累

一、新建Project(createadesignproject)

Capture的Project是用來管理相關文件及屬性的。新建Project的同時,Capture會自動

創(chuàng)建相關的文件，如DSN、OPJ文件等，根據(jù)創(chuàng)建的Project類型的不同，生成的文件也不

盡相同。

根據(jù)不同后續(xù)處理的要求，新建Project時必須選擇相應的類型。Capture支持四種不同的

Project類型

在菜單欄中選擇file>new>Project：

AnalogorMixed-signalCircuit

本工程以后將進行數(shù)/?；旌戏抡?/p>

PCBoardWizard

本工程以后將用來進行印刷版圖

設計

ProgrammableLogicWizard

本工程以后將用于可編程器件的

設計(在9.2版本已經(jīng)不支持:，后續(xù)版本

支持)

Schematic

本工程只進行原理圖設計

Name：工程名稱

Location：保存工程路徑

二、開始繪制電路圖

新建project后，進入Schematic窗口，則在窗口右邊會出現(xiàn)下圖的工具欄:

1Placepart（放置器件）

在Capture中，調(diào)用器件非常方便，即使您不清楚器件在庫中的名稱，也可以很容易查

找并調(diào)出使用。使用CaptureCIS還可以讓您通過Internet到Cadence的數(shù)據(jù)庫（包含1萬多

個器件信息）里查找器件。

點擊Placepart快捷按鈕或點擊place>part將調(diào)出如下對話框：

要選擇的器件

添加庫到當

前庫中

當前使用庫

中的器件刪除當前庫

中選中的庫

當前使用的庫搜索器件

實時顯示當

前選中器件

的外形

點擊partsearch...按鈕，調(diào)出下面的器件搜索對話框:

搜索的內(nèi)容，支

持*號統(tǒng)配符

搜索的結(jié)果

搜索的目標路

徑，即只搜索此

路徑下的庫文件

中的器件

2、連線及放置數(shù)據(jù)總線(Placewireorbus)

點擊Placewire(或placebus)按鈕進入連線(或放置數(shù)據(jù)總線)狀態(tài)，此時鼠標變成十

字形，移動鼠標，點擊左鍵即可開始連線(或放置數(shù)據(jù)總線)。

連線時，在交叉而且連接的地方會有一個紅點提示，如果你需要在交叉的地方添加連接

關系，點擊placejunction,把鼠標移動到交叉點并點擊左鍵即可。

放置數(shù)據(jù)總線后，點擊placebusentry按鈕放置數(shù)據(jù)總線引出管腳，管腳的端要放在

數(shù)據(jù)總線上。

3、放置網(wǎng)絡名稱(placenetname)

點擊placenetalias按鈕，調(diào)出placenetalias對話框，在alias對話框中輸入要定義的

名稱，然后點擊0K退出對話框，把鼠標移動到你要命名的連線上，點擊鼠標左鍵即可。

注意：數(shù)據(jù)總線與數(shù)據(jù)總線的引出線一定要定義網(wǎng)絡名稱。

4、放置電源和地(placepowerorGND)

點擊Placepower(或PlaceGND),調(diào)出如下對話框：

Power及

GND的種類

原理圖上

power或GND

的網(wǎng)絡名稱

下面主要講嚇在使用PSpice時繪制原理圖應該注意的地方。

1、新建Project時應選擇AnalogorMixed-signalCircuit

2、調(diào)用的器件必須有PSpice模型

首先，調(diào)用OrCAD軟件本身提供的模型庫，這些庫文件存儲的路徑為

Capture\Library\pspice,此路徑中的所有器件都有提供PSpice模型，可以直接調(diào)用。

其次，若使用自己的器件，必須保證*.olb、*.lib兩個文件同時存在，而且器件屬性中

必須包含PSpiceTemplate屬性。

3、原理圖中至少必須有一條網(wǎng)絡名稱為0,即接地。

4、必須有激勵源。

原理圖中的端口符號并不具有電源特性，所有的激勵源都存儲在Source和SourceTM

庫中。

5、電源兩端不允許短路，不允許僅由電源和電感組成回路，也不允許僅由電源和

電容組成的割集。

解決方法：電容并聯(lián)一個大電阻，電感串聯(lián)一個小電阻。

6、最好不要使用負值電阻、電容和電感，因為他們?nèi)菀滓鸩皇諗俊?/p>

二、仿真參數(shù)設置

1、建立仿真描述文件

在設置仿真參數(shù)之前，必須先建立一個仿真參數(shù)描述文件，點擊劇或PSpice>New

simulationprofile,系統(tǒng)彈出如下對話框:

NewSimulation因

gdme：

.me的名稱

InkeritFrom：

調(diào)用以前Profile^Rone三I

的參數(shù)設置

RootExample

K,i.

輸入name,選擇Create,系統(tǒng)將接著彈出如下對話框:

在Analysistype中，你可以有以下四種選擇：

TimeDomain（Transient）：時域（瞬態(tài)）分析

DCSweep：直流分析

ACSweep/Noise：交流/噪聲分析

Biaspoint：基本偏置點分析

在Options選項中你可以選擇在每種基本分析類型上要附加進行的分析，其中General

Setting是最基本的必選項（系統(tǒng)默認一選）。

2、設置和運行DCSweep

點擊宜I或PSpice>EditSimulationprofile,調(diào)出SimulationSetting對話框，在Analysis

type中選擇DCSweep,在Options中選中PriinarySweep,如下所示：

Sweepvariable：直流掃描自變量類型

Voltagesource：電壓源

Currentsource：電流源

必須在Name里輸入電壓源或電流源的Reference,如"VI"、"12”。

Globalparameter：全局參數(shù)變量

Modelparameter：以模型參數(shù)為自變量

Temperature：以溫度為自變量

Parameter：使用Globalparameter或Modelparameter時參數(shù)名稱

Sweeptype：掃描方式

Linear：參數(shù)以線性變化

Logarithmic：參數(shù)以對數(shù)變化

Valuelist：只分析列表中的值

Start：參數(shù)線性變化或以對數(shù)變化時分析的起始值

End：參數(shù)線性變化或以對數(shù)變化時分析的終止值

Increment>Points/Decade>Points/Octave：參數(shù)線性變化時的增量，以對數(shù)變化時倍頻的

采樣點。

3設置和運行ACSweep

點擊或PSpice>EditSimulationprofile,調(diào)出SimulationSetting對話框，在Analysistype

中選擇ACSweep/Noise,在Options中選中GeneralSettings,如下所示：

ACSweepType：

其中參數(shù)的含義與DCSweep的SweepType中的參數(shù)含義一樣。

NoiseAnalysis：噪聲分析

Enabled：在ACSweep的同時是否進行NoiseAnalysiso

Output：選定的輸出節(jié)點。

I/V：選定的等效輸入噪聲源的位置。

Interval：輸出結(jié)果的點頻間隔。

注意：

對于ACSweep,必須具有AC激勵源。產(chǎn)生AC激勵源的方法有以下兩種：一、調(diào)用

VAC或IAC激勵源；二、在已有的激勵源(如VSIN)的屬性中加入屬性“AC”，并輸入它

的幅值。

對于NoiseAnalysis,選定的等效輸入噪聲源必須是獨立的電壓源或電流源。分析的結(jié)

果只存入OUT輸出文件，查看結(jié)果只能采用文本的形式進行觀測。

4、設置和運行瞬態(tài)分析(TimeDomain(Transient))

點擊口I或PSpice>EditSimulationprofile,調(diào)出SimulationSetting對話框，在Analysis

type中選擇TimeDomain(Transient),在Options中選中GeneralSettings,如下所示：

Runto：瞬態(tài)分析終止的時間

Startsavingdata：開始保存分析數(shù)據(jù)的時刻

Transientoptions：

Maximumstep：允許的最大時間計算間隔

Skiptheinitialtransientbiaspointcalculation：是否進行基本工作點運算

OutputfileOptions：控制輸出文件內(nèi)容，點擊后彈出如下對話框：

ientOutputFileOptions

在OUT文件里存儲

的數(shù)據(jù)的時間間隔0K

ntvaluesintheoutputseconds

Cancel

erformFourier

是否進行傅立葉

ter

分析

fumberof

Output|v(out2)

「Lftcludedetailedbiaspointinformationfor是否詳細輸出偏

nonlinearcontrolledsourcesand

??Sc*置點的信息

Output：用于確定需對其進行傅里葉分析的輸出變量名。

NumberofHarmonics：用于確定傅里葉分析時要計算到多少次諧波。Pspice的內(nèi)定值

是計算直流分量和從基波一直到9次諧波。

Center：用于指定傅里葉分析中采用的基波頻率，其倒數(shù)即為基波周期。在傅里葉分

析中，并非對指定輸出變量的全部瞬態(tài)分析結(jié)果均進行分析。實際采用的只是瞬態(tài)分析結(jié)束

前由上述基波周期確定的時間范圍的瞬態(tài)分析輸出信號。由此可見，為了進行傅里葉分析,

瞬態(tài)分析結(jié)束時間不能小于傅里葉分析確定的基波周期。

5、設置和運行參數(shù)分析(ParametricSweep)

點擊口I或PSpice>EditSimulationprofile,調(diào)出SimulationSetting對話框，在Analysis

type中選擇TimeDomain(Transient),在Options中選中ParametricSweep,如下所示:

參數(shù)分析的設置方法與DCSweep的設置方法完全一樣，只是在DCSweep時，把電

路中的電感短路、電容開路。

三、初始偏置條件的設置

1.設置初始偏置條件的必要性

在實際電路中，存在有很多非線性器件以及雙穩(wěn)態(tài)或多穩(wěn)態(tài)器件。采用常規(guī)方法計算

其偏置解時往往出現(xiàn)不收斂問題，或得不到預定的穩(wěn)定解。在電路規(guī)模較大時，這一問題更

加突出。對此，Pspice中提供了多種方法，供用戶根據(jù)自己對電路工作原理的分析，設置電

路初始偏置條件。采用這種方法給電路分析帶來下述2點好處。

(1)對般非線性電路，可以幫助盡快得到直流偏置解。這樣不但可防止可能出現(xiàn)的電

路不收斂或很難收斂的問題，而且也可以節(jié)省大量的計算時間。

(2)對雙穩(wěn)或穩(wěn)態(tài)電路，例如觸發(fā)器，通過設置電路初始偏置條件，可以使電路呈現(xiàn)選

定的穩(wěn)定狀態(tài)。

2.設置初始偏置條件的方法

Pspice提供了4種方法，用于設置初始偏置條件。按這些方法的使用環(huán)境可將其分為

兩類。

(1)在電路圖中設置初始偏置條件：在Pspice軟件包的電路圖繪制部分，用戶可采用下

述3種不同的方式，在繪制電路圖的過程中同時設置好相應的初始條件。

(a)采用IC符號。

(b)采用NODESET符號。

(c)設置電容和電感元件的IC屬性。

(2)在電路分析模擬過程中采用以前的直流偏置計算結(jié)果作為本次直流偏置的初始條

件。本方法涉及到直流偏置信息文件的存取問題。

本節(jié)將分別介紹這幾種方法之間的區(qū)別及其具體使用步驟。

IC符號

1.功能

IC是InitialCondition的縮寫。在電路符號庫..

nnic=3.4|HZZiic=5.ov

Special.slb中，IC1和IC2兩個符號(見右圖)用于

設置電路中不同節(jié)點處的偏置條件。在電路圖中放置

IC2

IC符號的方法與放置元器件圖形符號的方法相同。

其中IC1為單引出端符號，用于指定與該引出端相連IC符號(例)

的節(jié)點的偏置條件。在電路中放置了IC1符號后，連

擊該符號,從屏幕上彈出的參數(shù)設置框中將該符號的VALUE屬性設置為該偏置條件值即可。

圖4-23中的實例表示將相應節(jié)點處的初始偏置定為3.4V。IC2是具有兩個引出端的符號，

用于指定與這兩個引出端相連的兩個節(jié)點間的偏置條件。在交流小信號AC分析(見3-6節(jié))

和瞬態(tài)TRAN分析(見3-8節(jié))需要求解偏置解的整個過程中，采用IC符號的那些節(jié)點，

其偏置一直保持在由IC符號指定的數(shù)值上。這就是說，IC符號實際上是指定了相應節(jié)點處

的偏置解。

在Pspice運行過程中，實際上是在連有IC符號的節(jié)點處附加有一個內(nèi)阻為0.0002Q的

電壓源，電壓源值即為1C符號的設置值。

2.說明

(1)IC符號設置的偏置條件在直流特性掃描分析過程中不起作用。

(2)若某一節(jié)點處同時加有IC符號和下面要介紹的NODESET符號，則以IC符號的作

用優(yōu)先，即對該節(jié)點不考慮NODESET符號的作用。

NODESET符號

1.功能

NODESET=3.4NODESET：=5V

電路符號庫Special.slb中NODESET1

和NODESET2兩個符號如右圖所示。其使干

用方法與IC符號類似。但這兩類符號的作NODESET1NODESET2

用有根本的區(qū)別。不像IC符號那樣用于指

NODESET符號(例)

定節(jié)點處的直流偏置解。NODESET符號的

作用只是在迭代求解直流偏置解時、指定單個節(jié)點或兩個節(jié)點之間的初始條件值，即在求解

直流偏置解進行初始迭代時，這些節(jié)點處的初始條件取為NODESET符號的設置值，以幫助

收斂。

2.說明

(l)NODESET符號設置值將作為AC交流小信號分析和TRAN瞬態(tài)分析求解直流偏置

解迭代過程的初始條件。對DC掃描分析，只是在掃描過程的第一步求解直流解時，以

NODESET設置值作為迭代求解的初始條件。從DC直流分析的第二步掃描開始，進行迭代

求解時NODESET的設置值將不再起作用。

(2)由于NODESET符號只用于設置直流迭代求解時的初始條件，而IC符號設置的是

節(jié)點處的直流偏置解，因此當某一節(jié)點同時連有這兩類符號時，以IC符號的設置值為準，

NODESET對該節(jié)點的設置不起作用。

電容、電感初始解的設置

電容和電感元件有一項名為IC的屬性設置，用于設置電容和電感元件兩端的初始條

件。這些設置在所有的直流偏置求解計算過程中均起作用。但是在TRAN瞬態(tài)分析中，如

果選中了參數(shù)“Skipinitialtransientsolution",則瞬態(tài)分析前將不求解直流偏置工作點。設

置有IC屬性的元器件將以其IC屬性設置值作為偏置解，其他元器件的初始電壓或電流值取

為Oo

對電容,1C屬性的設置相當于在求解時與電容并聯(lián)一個串聯(lián)電阻為0.002C的電壓源。

對電感，相當于與電感串聯(lián)一個恒流源，而與恒流源并聯(lián)一個1G。的電阻。

四、Pspice中的任選項設置(OPTIONS)

1.作用

為了克服電路模擬中可能出現(xiàn)的不收斂問題，同時兼顧電路分析的精度和耗用的計算

機時間，并能控制模擬結(jié)果輸出的內(nèi)容和格式，Pspice軟件提供了眾多的任選項供用戶選擇

設置。根據(jù)設置內(nèi)容的不同，可將這些任選項分為兩類。?類屬于選中型任選項，用戶只需

選中該任選項，即可使其在模擬分析中起作用，無需賦給具體數(shù)值。另一類為賦值型任選項,

對這類任選項，系統(tǒng)均提供有內(nèi)定值。

2.任選項的設置方法

點擊Fl或PSpice>EditSimulationprofile,調(diào)出SimulationSetting對話框，選中Options,

窗口彈出如下對話框：

SimulationSettings-t2E3

OptionsDataCollectionProbeWindow

(.OPTION：

Category

RelativeaccuracyofV/s(RELTOL)

Gate-levelSimulatio)Bestaccuracyofvolt(VKTOL)

Outputfile

Bestaccuracyofamps(ABSTOL)

Bestaccuracyofcoulombs(CHGTOL)

Minimumconductanceforany1/ohni

INU)

DCandbias"blind,iteration(Glil

crT

DCandbias“bastguess"aTL2

aT

TransienttimepointiterationL4

CTNOIOM)

Defaultnominaltemperature：

UseGMIHsteppingt。improveconvergeSTEPGMIN)

Use￡reorderingtoreducemain(PREORDER)

JOSFETOptions..dvancedOptions.Reset

|確定|取消|應用?|幫助|

AnalogSimulation任選項

1.基本任選參數(shù)

(1)RELTOL：設置計算電壓和電流時的相對精度。

(2)VNTOL：設置計算電壓時的精度。

(3)ABSTOL：設置計算電流時的精度。

(4)CHGTOL：設置計算電荷時的精度。

(5)GMIN：電路模擬分析中加于每個支路的最小電導。

(6)ITLI：在DC分析和偏置點計算時以隨機方式進行迭代次數(shù)上限。

(7)ITL2：在DC分析和偏置點計算時根據(jù)以往情況選擇初值進行的迭代次數(shù)上限。

(8)ITL4：瞬態(tài)分析中任一點的迭代次數(shù)上限，注意，在SPICE程序中有ITL3任選

項，Pspice軟件中則未采用ITL3。

(9)TNOM：確定電路模擬分析時采用的溫度默認值。

(10)useGMINsteppingtoimproveconvergence：在出現(xiàn)不收斂的情況時，按一定方式

改變GMIN參數(shù)值，以解決不收斂的問題。

2.與MOS器件參數(shù)設置有關的任選項

在圖4-38中按“MOSFETOptions…按鈕，屏幕上出現(xiàn)下圖所示任選項參數(shù)設置框，其

中包括4項與MOS器件有關的任選項：

(1)DEFAK：設置模擬分析中MOS晶體管的漏區(qū)面積AD內(nèi)定值；

(2)DEFAS：設置模擬分析中MOS晶體管的源區(qū)面積AS內(nèi)定值；

(3)DEFL：設置模擬分析中MOS晶體管的溝道長度L內(nèi)定值；

(4)DEFW：設置模擬分析中MOS晶體管的溝道寬度W內(nèi)定值。

3.AdvancedOptions參數(shù)設置

按“AdvancedOptions"按鈕，屏幕上出現(xiàn)下圖所示任選項參數(shù)設置框。

(1)1TL5：設置瞬態(tài)分析中所有點的迭代總次數(shù)上限，若將ITL5設置為0(即內(nèi)定

值)表示總次數(shù)上限為無窮大。

(2)PIVREL：在電路模擬分析中需要用主元素消去法求解矩陣議程。求解議程過程

中，允許的主元素與其所在列最大元素比值的最小值由本任選項確定。

(3)PIVTOL：確定主元素消去法求解矩陣議程時允許的主元素最小值。

用于控制輸出文件的任選項

在Category欄選擇：“OuputFile”，屏幕上即出現(xiàn)圖4-41所示的任選項數(shù)設置框。圖中所

示任選項的選中情況是系統(tǒng)的內(nèi)定設置。下面解釋各任選項被選中后產(chǎn)生的作用。

(1)ACCT：該任選項名稱是Account的縮寫。若選中該項，則在輸出關于電路模擬

分析結(jié)果的信息后面還將輸出關于電路結(jié)構(gòu)分類統(tǒng)計、模擬分析的計算量以及耗

用的計算機時間等統(tǒng)計結(jié)果。

(2)EXPAND：列出用實際的電路結(jié)構(gòu)代替子電路調(diào)用以后新增的元器件以及子電路

內(nèi)部的偏置點信息。

(3)LIBRARY：列出庫文件中在電路模擬過程被調(diào)用的那部分內(nèi)容。

(4)LIST：列出電路中元器件統(tǒng)計清單。

(5)NOBIAS：不在輸出文件中列出節(jié)點電壓信息。

(6)NODE：以節(jié)點統(tǒng)計表的形式表示電路內(nèi)部連接關系。

(7)NOECHO：不在輸出文件中列出描述電路元器件拓撲連接關系有及與分析要求

有關的信息。

(8)NOMOD：不在輸出文件中列出模型參數(shù)值及其在不同溫度下的更新結(jié)果。

(9)NOPAGE：不在輸出文件中保存模擬分析過程產(chǎn)生出錯信息。

(10)NOPAGE：在打印輸出文件時代表模擬分析結(jié)果的各部分內(nèi)容(如偏置解信息、

DC、AC和TRAN等不同類型的分析結(jié)果等)均自動另起一頁打印。如果選中

NOPAGE任選項，則各部分內(nèi)容連續(xù)打印，不再分頁。

(IDOPTS：列出模擬分析采用的各任選項的實際設置值。

(12)NUMDG：確定打印數(shù)據(jù)列表時的數(shù)字倍數(shù)(最大8位有效數(shù)字)。

(13)OutputFile()Characters：確定輸出打印時每行字符數(shù)(可設置為80或132)。

五、設置波形顯示方式

點擊或PSpice>EditSimulationprofile,調(diào)出SimulationSetting對話框，選擇Probe

Window,對話框如卜所示:

數(shù)據(jù)保存選項

點擊戈PSpice>EditSimulationprofile,調(diào)出SimulationSetting對話框，選擇Data

Collection,對話框如下所示:

七、分析并處理波形

下圖是PSpice專門用來顯示和處理波形的工具窗口，所有對波形的分析與處理，都是

山它來完成。

Example-t2-OrCADPSpicek/D-[example-Example-12(active)]

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實驗一直流電路工作點分析和直流掃描分析

一、實驗目的

（1）學習使用PSPICE軟件，熟悉它的工作流程，即繪制電路圖、元件類別的選擇及其

參數(shù)的賦值、分析類型的建立及其參數(shù)的設置、Probe窗口的設置和分析的運行過程等。

（2）學習用PSPICE進行直流工作點分析和直流掃描分析的操作步驟。

二、原理與說明

在“電路”課中已經(jīng)學過，對于電阻電路，可以用直觀法（支路電流法、節(jié)點電壓法、

回路電流法）列寫電路方程，求解電路中各個電壓和電流。PSPICE軟件是采用節(jié)點電壓法

對電路進行分析的。

使用PSPICE軟件進行電路的計算機輔助分析時，首先在capture環(huán)境下編輯電路，用

PSPICE的元件符號庫繪制電路圖并進行編輯、存盤。然后調(diào)用分析模塊、選擇分析類型，

就可以“自動”進行電路分析了。需要強調(diào)的是，PSPICE軟件是采用節(jié)點電壓法“自動”

列寫節(jié)點電壓方程的，因此，在繪制電路圖時，一定要有參考節(jié)點（即接地點）。此外，■

個元件為一條“支路”（branch）,要注意支路（也就是元件）的參考方向。對于二端元件

參考方向定義為正端子指向負端子。

三、操作練習

圖1-1直流電路分析電路圖

1.示例說明：

應用PSPICE求解圖1T所示電路各節(jié)點電壓和各支路電流。

2.操作步驟

（1）啟動Oreadcapture,新建工程Projl,選項框選擇AnalogorMixedA/D。在下

一頁面類型選擇為createablankproject?

（2）在原理圖界面上點擊Place/Part或右側(cè)快捷鍵。

（3）首先增加常用庫，點擊AddLibrary,將常用庫添加進來。本例需添加Analog（包

含電阻、電容等無源器件），Source（包含電壓源、電流源等電源器件），special（包含

虛擬打印機等器件）。在相應的庫中選取電阻R,電流源IDC。點取Place/Ground選取O/Source

以放置零節(jié)點（每個電路必須有一個零節(jié)點）。

（4）移動元器件到適當位置，右鍵單擊器件進行適當旋轉(zhuǎn)，點擊Place/Wire或快捷鍵

將電路連接起來如圖1—1所示。

EndMode結(jié)束取用命令

MirrorHorizontail將該元件左右翻滾（同H鍵）

MirrorVertically將該元件上下翻滾（同V鍵）

Rotate將該元件逆時針旋轉(zhuǎn)90度（同R鍵）

EditProperties開啟該元件的屬性編輯對話框

ZoomIn放大視窗比例

ZoomOut縮小視窗比例

GOTo...跳到指定位置

（5）雙擊元器件或相應參數(shù)修改名稱和值。

（6）保存原理圖。

3.仿真

（1）點擊Pspice/NewSimulationProfile,輸入名稱（例如輸入DC1）；

（2）在彈出的窗口中BasicPoint是默認選中，必須進行分析的。點擊確定。

（3）點擊PSpice/Run（快捷鍵F11）或工具欄相應按鈕。

（4）如原理圖無錯誤，則顯示PSpiceA/D窗口。在本例中未設置其它分析，窗口無顯

示內(nèi)容，關閉該窗口。

（5）在原理圖窗口中點擊VlII'工具欄按鈕，圖形顯示各節(jié)點電壓和各

元件電流值（該工具欄僅用于直流分析）如下：

-0

圖1-2仿真結(jié)果

四、實驗內(nèi)容

圖1-3實驗電路圖

以圖1-3所示的直流電路為例，要求對這個電路進行以下兩方面的分析：

1.直流工作點分析，即求各節(jié)點電壓和各元件電壓和電流。

2.直流掃描分析，即當電壓源蛛1的電壓在0?12V之間變化時，求負載電阻反中電流/RZ

隨電壓源Usi的變化曲線。

操作步驟：

1）直流工作點分析同匕探針M￡1坦窗到選?。ㄕf明：電流探針必須放置在器件管

腳上）。

2）直流掃描分析：

a.單擊PSpice/EditSimulationProfile,,打開分析類型對話框，以建立分析類

型。在Analysistype欄選取“DCSweep…"，Options選項中采用默認Primary

Sweep,在右邊選項中，圖1-3例子的設置為：

uSweepvariablev選擇"VoltageSource"，“Name"輸入“Vsl”；

“SweepType”選擇“Linear”；

uStart"輸入"0"，"End"輸入"12",“Increment”輸入“0.5”。

b.運行PSPICE的仿真計算程序，進行直流掃描分析。

c.對于圖1—3電路，電壓源Usi的電壓已設置在072V之間變化，顯示的波形就是負載

電阻心的電流血隨火變化的波形，見圖1—4。

圖1—4的直流掃描分析的輸出波形

d.為了得到數(shù)值的結(jié)果，可以從“SPECIAL”庫取“IPRINT”(電流打印機)，把

它串聯(lián)到測量點上。例如對于圖1-3電路，可把“IPRINT”與“RL”串聯(lián)。這時

“IPR1NT”的屬性de設置為“I(RL)”，其余項可以缺省。當在“直流掃描分

析參數(shù)表”中設置的分析參數(shù)"Increment"為“1”時，運行仿真。在Probe窗口

單擊PSpice/ViewOutputfile,數(shù)據(jù)輸出為

V_VslI(V_PRINT1)

0.000E+001.400E+00

1.000E+001.500E+00

2.000E+001.600E+00

3.000E+001.700E+00

4.000E+001.800E+00

5.000E+001.900E+00

6.000E+002.000E+00

7.000E+002.100E+00

8.000E+002.200E+00

9.000E+002.300E+00

1.000E+012.400E+00

1.100E+012.500E+00

1.200E+012.600E+00

e.從圖1-3可以得到/RL與US1的函數(shù)關系為

IRL=1.4+(1.2/12)t/S1=1.4+0.1t/S1(公式1-1)

五、思考與討論

(1)總結(jié)Pspice的基本操作。

(2)根據(jù)圖11、1-3及所得仿真結(jié)果驗證基爾霍夫定律。

(3)怎樣理解式(1-1)表示的電流/私隨Usi變化的函數(shù)關系？這個式子中的各項分別表示

什么物理意義？

(4)對圖1—3的電路，若想確定節(jié)點電壓51隨Usi變化的函數(shù)關系，如何使用PSPICE軟件？

操作分幾步進行？

六、預習要求

(1)閱讀實驗指導書并自行查閱相關資料了解Pspice仿真。

(2)按本次實驗要求，選擇電路，設計使用PSPICE軟件的操作步驟。

(3)對所選擇的電路做理論分析計算，用以檢驗PSP1CE仿真計算的結(jié)果。

實驗二戴維南定理和諾頓定理的仿真

一、實驗目的：

(1)進一步熟悉PSPICE仿真軟件中繪制電路圖，初步掌握符號參數(shù)、分析類型的設置。

學習Probe窗口的簡單設置。

(2)加深對戴維寧定理與諾頓定理的理解。

二、原理與說明

戴維南定理指出，任一線性有源一端口網(wǎng)絡，對外電路來說，可以用一個電壓源與電阻

串聯(lián)的支路來代替，該電壓源的電壓株等于原網(wǎng)絡的開路電壓U。。，電阻R。等于原網(wǎng)絡的全

部獨立電源置零后的輸入電阻式“。原網(wǎng)絡如圖2—1(a),其等效變換如圖2—1(b)。

諾頓定理指出，任一線性有源-端口網(wǎng)絡，對外電路來說，可以用一個電流源與電導并聯(lián)的

支路來代替，該電流源的電流/s等于原網(wǎng)絡的短路電流Isc,其電導Go等于原網(wǎng)絡的全部獨立

電源置零后的輸入電導Geg(G的=1/火四)。其等效變換如圖2—1(c)。

有

有

海

海

.一

璃

端

口

口

網(wǎng)

網(wǎng)

絡

絡

圖2—1實驗原理與說明圖2—2等效內(nèi)阻的測量

三、實驗內(nèi)容：

(1)測量有源?端口網(wǎng)絡(如圖2—3)等效入端電阻Req和對外電路的伏安特性。其

中Ui=5V,R\=100Q,S=4V,Ri=50Q,心=150。。

(2)根據(jù)任務1中測出的開路電壓Uoc、輸入電阻檢令，組成圖2—1(b)的等效有源-

端口網(wǎng)絡，測量其對外電路的伏安特性。

(3)根據(jù)任務1中測出的短路電流/sc、輸入電阻Reg,組成圖2—1(c)的等效有源一端

口網(wǎng)絡，測量其對外電路的伏安特性。

圖2—3原理圖

四、實驗步驟:

圖2—4繪制的電路圖

(1)在Capture環(huán)境下繪制和編輯電路，包括取元件、連線、輸入?yún)?shù)和設置節(jié)點等。

分別編輯原電路、戴維寧等效電路和諾頓等效電路(等效參數(shù)待定，電壓源和電流源默認值

為0),檢查無誤后存盤。

(2)為測量原網(wǎng)絡的伏安特性，圖2—4中的RL是電阻值需改變。為此，RL的阻值

要在"PARAM”中定義一個全局變量var(參數(shù)值可任意選擇如10Q、IkQ,同時把RL的

阻值也設為該變量｛var｝。

注：PARAM設置方法是從special庫中選取PARAM放置在電路圖匕雙擊該器件在屬性欄

左上角的NewColumn/Row,輸入名稱var,值1k。如要顯示該名稱和值在電路圖上，在數(shù)據(jù)

欄上右鍵單擊，修改display屬性。

(3)為測電路的開路電壓Uoc及短路電流/sc,設定分析類型為“DCSweep…”，掃描變

量為全局變量var,并具體設置線性掃描的起點、終點和步長。因需要測短路電流，故掃描

的起點電阻要盡量小，但不能是0。而欲測開路電壓，掃描的終點電阻要盡量大。線性掃描

的起點為1P,終點為1G,步長為1MEG,如圖2—5。此時不需要中間數(shù)據(jù)，為了縮短分析時

間，步長可以設置大一些。

圖2—5DCSweep設置

(4)啟動分析后，系統(tǒng)自動進入Probe窗口。

啟動分析后，系統(tǒng)自動進入Probe窗口。選擇Plot=>AddPlottoWindow增加一坐標軸，

選擇Trace=>Add...分別在兩軸上加I(RL)和V(RL:2)變量，顯示如圖2—6。激活顯示電流的

坐標軸。選擇Trace=>Cursor=>Display顯示電流的坐標值列表，選擇Trace=>Cursor=>Max

顯示電流的最大值。同樣可以顯示電壓的最大值。測得I(RL)最大值即短路電流/sc=130mA,

V(RL:2)最大值即Uoc為3.5455V。則入端電阻Re夕=3.5455/0.13=27.273。?

圖2—6開路電壓和短路電流波形圖

回到Capture界面，按測得的等效參數(shù)修改電路參數(shù)如圖2—7。

R1R2

10050

R3

150

V1.V2

5v4v

PARAMETERS:

var=1K

圖2—7修改參數(shù)后的電路圖

重新設定掃描參數(shù)，掃描變量仍為全局變量var,線性掃描的起點為IP,終點為10K,步

長為10K。重新啟動分析，進入Probe窗口。選擇Plot=>AddPlot增加兩個坐標軸，選擇Plot=>X

AxisSettings...=>AxisVariable，設置橫軸為V(RL:2),選擇Trace=>AdcL..分別在三個軸

上加I(RL)、I(RLd)和I(RLn)變量(變量含義參考附錄B)。顯