电工学第六版模拟电子实验：Pspice应用

1、信息学院实验实习中心模拟电子技术实验模拟电子技术实验 Pspice仿真应用仿真应用 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用一、PSpice9 功能简介 PSpice是面向电子线路和集成电路的仿真、分析软件，是SPICE(Simulation Program With Integrated Circuit Emphasis)的一种微机版本。目前已有在WINDOWS方式下的Pspice9，它一般包括6个基本程序模块： Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用（1）电路原理图编辑程序Capture； （2）激励源编辑程序 Stimulus Editor； （3）电路仿真程序 PSp

2、ice A/D； （4）曲线输出程序 Probe； （5）模型参数提取程序 Model Editor； （6）元器件模型参数库 LIB。 电路图数据的输入既可以为文本方式，也可以为图形方式。采用图形方式绘制原理图相对简单直观，易于掌握。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 PSpice所能处理的电子元器件非常广泛，可直接输入的元器件有： （1）线性电路元件； （2）非线性受控源； （3）二极管、三极管、MOS晶体管等的半导体器件； （4）晶闸管、电力晶体管、功率MOS管等的功率器件； （5）运算放大器； Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 （6）数字集成电路； （7

3、）用于电子测量、控制等的常见集成芯片； （8）磁芯、传输线、开关等 利用以上类型的元器件和Pspice的子电路输入功能，还可以对其他器件和电路进行建模，创建自己的器件，因此可以毫不夸张地说，PSpice能够分析所有的集总参数电路。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 在PSpice中，为了能够准确地分析电路的真实行为，可设置的半导体器件的模型参数较多，有的达40多个。不过，这些参数不必都需要输入，许多参数在软件中有其隐含值。此外，PSpice中提供有极为丰富的半导体器件库与集成电路库，有关模型参数已根据厂商的产品性能在器件库中设定好，分析时只要简单地给出其型号，用户不必了解器件和

4、集成电路的具体技术指标。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 PSpice的分析功能十分强大，基本的分析功能有： （1）工作点分析。除能够给出工作点处各电压、电流和电路的功耗外，还可进行工作点处的灵敏度分析和小信号直流增益分析。 （2）瞬态分析（或称时域分析）。在瞬态分析完成后，也可以进行傅里叶分析，给出周期信号的前9次谐波分量和总谐波失真。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 （2）瞬态分析（或称时域分析）。在瞬态分析完成后，也可以进行傅里叶分析，给出周期信号的前9次谐波分量和总谐波失真。 （3）正弦小信号分析。该项分析将电路在工作点处线性化,可给出电路的频响特性

5、。在此分析中，PSpice也可做噪声分析。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 除以上基本分析功能外，Pspice 还可进行器件模型参数的扫描分析、温度特性分析、蒙托卡偌统计及最坏情况分析。另外，Pspice 的数据后处理程序Probe 就像一台功能强大的示波器，能根据计算数据绘制出相应的曲线。他还可以对输出数据进行多种运算和分析。 总之，Pspice 是电子线路、集成电路分析与设计的一个强有力工具，它一直被公认为是最优秀的通用电路分析软件之一。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 Pspice在模拟电子电路中的仿真应用实例 一、实验目的 学习Pspice电路仿真软

6、件的基本应用，掌握直流静态工作点分析法、瞬态特性分析法和交流扫描分析法等基本方法。 二、实验要求 1. 完成晶体管单级放大器原理图的绘制及元器件参数设置 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 2 检查电路中各节点电压和各支路电流，按设计要求调整静态工作点 3 观察输入和输出电压波形，并测量电压放大倍数 4 通过改变静态工作点，观察饱和失真和截止失真 5 测量放大器的输入电阻 6 测量放大器的输出电阻 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 7 仿真分析电路的频率特性，并测量放大器的下限截止频率和上限截止频率 8 观察放大器的相频特性曲线 Pspice在模拟电子中的应用在模

7、拟电子中的应用 三、实验步骤 1.打开并绘制新的电路原理图 双击桌面Capture CIS图标，即可进入orCAD主界面，如图1.1所示。 图1-1 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 1.1 在创建新的绘图页之前，必须先建立一个新项目。选中上图1.1 Filenewproject功能，调出new project对话框，如图1.2所示。图1.2 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 图1-3 在name栏输入项目名（如aa）。注意，注意，使用使用Pspice仿真，必须选择仿真，必须选择Create a new Project Using栏目对话框中第一项栏目对话框中第

8、一项（Analog or Mixed-Signal Circuit），），并在location栏输入存盘路径（如D驱动器123）及文件夹名（不能为汉字，可输入本人学号）后，单击“OK”出现图1-3绘图窗口选择。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用1.2 选择create a blank pro单击确定就可进入如图1-4所示绘图区图1-4 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 1.2.1 加载元件库 （1）利用菜单栏启动place/part命令，或单击右侧工具栏命令 按钮，便打开取放元件对话框，如图1-5所示。 图1-5元件选择区库文件显示区元件图形浏览区 Pspice

9、在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 （2）单击add library.按钮，出现库文件浏览对话框，如图1-6所示。有一个文件夹pspice和34个库文件。图1-6 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 （3）如要对电路进行模拟仿真，必须加载pspice中的库文件。选择文件夹pspice并单击打开，将库内所有的文件选中，单击打开将所选元件装入元件库中。如图1-7图1-7 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用1.2.2 取放元件 在图1-5中选择元器件所在的库（在库文件显示区）和需要的元器件（在元器件选择区），单击OK，选定的元件就会出现在电路图绘制窗口，通过移动鼠标来移

10、动元器件的位置、布局，再单击鼠标放置元器件，每单击一次放置一个相同的元器件。如图1-8所示。单击鼠标右键弹出快捷键，可编辑元件属性。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-8 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 1.2.3 放置偏置电源和接地符号 利用菜单栏启动place/power命令，或者单击绘图工具栏的 按钮，打开取放电源对话框，如图1-9。装库方法和加载元器件相同。图1-9 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 利用菜单栏place/Ground命令，或者单击绘图工具栏 按钮，打开放置接地符号对话框，如图1-10所示。接地符号的放置方法和放置元

11、器件相同。电路要设置零节点。图1-10 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 1.2.4 连接线路和放置节点 当元器件、电源和接地点放置完毕后，利用菜单Place/Wicc命令，或者单击工具栏的 按钮，光标变成十字状，将光标移到元器件的引脚，单击鼠标，划线开始。移动鼠标可以画出一条线，当到达另一个引脚时，再单击鼠标，便可完成一段走线。此时光标仍然处于画线状态，若要结束画线，可单击鼠标右键，选择菜单“End Wire”。绘制原理图如图1-11所示。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-11 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用1.3 元件属性编辑 当电路

12、图绘制完成后，各元器件均标注默认值。需要将它们改成设计设计值。 （1）电阻、电容：用鼠标单击该参数项，即可打开相应的对话框进行参数设置。 （2）直流电源VDC、交流信号源VSIN ：参数修改同上。 例：交流信号源VSIN设置：直流偏移量（VOFF)0。电压幅值（VAMPL)10mv，频率(FREQ)1KHZ，直流电源VDC=12V Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 （3）三极管Q2N2222参数设置方法: 激活三极管，打开EidtPspice model文本框，修改电流放大系数Bf100（默认值为255.9），修改Vje0.7V(默认值为0.75V),修改基区电阻Rb 300（

13、默认值为10）。修改完成后，存盘退出。其它的参数不要随意修改，避免仿真时出错。 特别特别注意注意：仿真时必须使用带有“0”接地符号的元件。其它的接地符号不能于仿真中。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用2检查电路中各节点电压和各支路电流，按设计要求调整静态工作点1）调整静态工作点a）参照绘制原理图的步骤，建立一个新项目，完成晶体管单级放大器原理图绘制及器件参数设置，如图1.12所示。然后存盘。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-12 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 b）建立仿真对话框 在主菜单中选择 Pspicenew simulation

14、profile 功能选项或单击工具栏 按钮，调出new simulation对话框，并输入名称“DC”，如图1.13所示。图1-13 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 选择Create建立对话框后，调出simulation setting对话框，如图1.14所示图1-14 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 C）在Analysis栏的下拉列表中选择Bias point选项。即设置分析类型为直流静态工作点分析，选择PspiceRun功能选项或单击主工具栏的 按钮来启动Pspice 程序执行仿真，并调出Pspice仿真窗口。选择ViewOutput File功能选项，

15、这时会出现在输出波形图区出现一个输出文件窗口，如图1-15所示，在此窗口可以了解到电路中各节点的电压值及各支路的电流值，即电路的静态工作点。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-15 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用d）通过观察电路中各节点电压和各支路电流，调整静态工作点。方法一：通过图1.15输出的文本框，可以观察电路中各节点电压、电流以及电路的其它信息。但是，在观察静态工作点的时候，建议关闭该窗口。通过方法二进行观察。方法二：由于执行了Pspice直流工作点仿真，此时激活原理图界面上快捷键第二行中的电压 和电流 图标，便可直接在电路图上显示各节点处和各支路

16、中的电压和电流，如图1.16所示，通过图1.16观查三极管Ub,Uc,Ue电压值，同学们可以自己分析，此时，三极管是否工作在放大区 ？ Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-16错 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 3观察输入、出电压波形，测量电压放大倍数。1）在图1.12共射单管放大电路的输入端加入交流信号源 VSIN（交流信号频率：1kHz，幅值：10mv）并将其符号更改为Us。 定义输入输出电压符号（输入电压Vi和输出电压Vo），方法为选择右边垂直工具栏 图标，在弹出的对话框内输入Vi（网络别名），将其放置于信号源Us与电容C1之间，同理，给负载电阻与电容

17、C2之间放置Vo，在工具栏单击 按钮（电压），放置波形显示指示点。如图1.17所示。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-17 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用2）建立新的项目名， 选择Pspice new simulation profile 功能选项或单击工具栏 按钮，调出new simulation对话框，并输入名称“AC”，如图1.18所示。图1-18 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 选择Create建立对话框后，调出simulation setting对话框，如图1.19所示。图1-19 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的

18、应用 在Analysis栏的下拉列表中选择Time Domain选项。即设置分析类型为瞬态特性分析。瞬态特性分析终止时间Run to=2ms，起始时间start saving data=0，时间间隔为Maimun step=2us，存盘并选择PspiceRun功能选项或单击主工具栏的 按钮来启动Pspice 程序执行仿真，就会弹出Probe（波形观测区）窗口。如图1-20. Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-20 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 由于输入电压与输出电压在幅值上相差很大，为便于观察和测量，采用在同一个窗口内分区显示的方法来观察输入电压波形和输

19、出电压波形。 首先选择PlotAdd Plot to Window功能选项建立另一个观测区，然后选择Trace Add功能选项键或按 图钮调出调出Add Traces对话框，分别选定这两个区域的坐标函数名称，即V(V0)和V(Vi)。此时显示波形的Probe窗口如图1-21所示。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-21 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用4通过改变静态工作点，观察饱和、截止失真1）观察饱和失真参照图1.12并设置元器件参数，交流信号幅值100mv，减小Rb阻值，运行Pspice，观察放大器输出波形。2）观察截止失真 参照图1.12并设置元器件参

20、数，交流信号幅值100mv，增大Rb阻值，运行Pspice，观察放大器输出波形。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用5输入电阻Ri测量 （原理图中Ub3V Ic1.3mA）1）修改参数 参照图1.12所示，在输入端将交流信号源VSIN更换为交流电源VAC (交流信号选用Vac =10mv Vdc=0)， 并将其更名为Vs, 将Vs和C1负极之间的导线命名为网络别名is ，电路接法如图1.22所示。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-21 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用2）建立新的项目名， 选择Pspice new simulation pro

21、file 功能选项或单击工具栏 按钮，调出new simulation对话框，并输入名称“Ri”，如图1.18所示。选择Create建立对话框后，调出simulation setting对话框，如图1.19所示。 在Analysis栏的下拉列表中选择： AC Sweep/Noise（交流频域分析）， Start=10HZ，End=150Meg，Points/Decade=100。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用 3） 存盘并运行PspiceRun功能选项或单击主工具栏的 按钮来启动Pspice 程序执行仿真，就会调出Probe窗口。 。4）在菜单栏选择Trace/Add Tr

22、ace命令或单击主工具栏的 按钮，在Add Traces对话框下端Trace Expression的栏目中，输入交流电压和交流电流的表达式V1(vs) / I(vs)（输入电压和输入电流的标号在对话框中查找）。选择确定后即可看到输入电阻随频率变化的特性曲线。使用测试光标，观测频率在3.5kHz处的输入电阻Ri 并与理论值比较。如图1.22所示。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-22 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用6输出电阻测量 （原理图中Ub3V Ic1.3mA）1）修改参数 参照图1.21所示，将输入端电压源短路，删除输入端网络别名is，把交流电压源V

23、AC（参数设置不变）改接在负载RL位置，并将输出端Vs和C2负极之间的导线命名为网络别名is。电路接法如图1.23所示。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-23 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用2）建立新的项目名， 选择Pspice new simulation profile 功能选项或单击工具栏 按钮，调出new simulation对话框，并输入名称“R0”，如图1.18所示。选择Create建立对话框后，调出simulation setting对话框，如图1.19所示。 在Analysis栏的下拉列表中选择： AC Sweep/Noise（交流频域分

24、析）， Start=10HZ，End=150Meg，Points/Decade=100 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用3） 存盘并运行PspiceRun功能选项或单击主工具栏的 按钮来启动Pspice 程序执行仿真，就会调出Probe窗口。4） 在菜单栏选择Trace/Add Trace命令或单击主工具栏的 按钮，在Add Traces对话框下端Trace Expression的栏目中，输入交流电压和交流电流的表达式V1(vs) / I(vs)（输入电压和输入电流的标号在对话框中查找）。选择确定后即可看到输出电阻随频率变化的特性曲线。使用测试光标，观测频率在3.5kHz处的输入电阻R0 并与理论值比较。如图1.24所示。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-24 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用7仿真分析电路的频率特性 ，并测量放大器的上限截至频率和下限截至频率1）修改参数 参照图1.23所示，在输入端将交流信号源VSIN更换为交流电压源VAC（交流信号选用Vac=10mv， Vdc=0）并将其更名为Vs。如图1.25所示。 Pspice在模拟电子中的应用在模拟电子中的应用图1-25 Pspice在模拟电子