《电路CAA》课程设计-电路计算机辅助直流工作点及交流扫描（或暂态）分析.doc

武汉理工大学电路caa课程设计课程设计任务书学生姓名: 专业班级: 指导教师: 工作单位: 题 目: 电路计算机辅助直流工作点及交流扫描（或暂态）分析初始条件:1. 提供实验室机房及其pspice软件；2. 自选一电路图。要求完成的主要任务：(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求):1、熟练运用pspice软件创建电路、模拟电路、显示或绘制结果；2、使用该软件进行电路的直流、交流或暂态分析。3、独立完成课程设计说明书，课程设计说明书按学校统一规范来撰写，具体包括： 目录； 理论分析； 程序设计； 程序运行结果及图表分析和总结； 课程设计的心得体会（至少500字）； 参考文献（不少于5篇）。时间安排: (1) 布置课程设计任务，查阅资料， 学习pspice软件 两天； (2) 用pspice软件进行电路分析 一天半； (3) 完成课程设计报告书及答辩 一天半； 指导教师签名: 年 月 日系主任(或责任教师)签名: 年 月 日目录1pspice简介1.1pspice历史简介 1.2pspice功能简介 1.3pspice的优越性 2.课程设计的目的与要求2.1课程设计的目的 2.2课程设计的要求 3.电路图4.pspice软件的绘图操作4.1新建设计项目 4.2放置元器件 4.3连线与设置节点名 4.4编辑元器件属性 5.直流扫描分析5.1理论分析 5.2仿真设置 5.3仿真结果 6.瞬态特性分析6.1理论分析 6.2仿真设置 6.3仿真结果 7.心得体会 8.参考文献1 pspice简介 1.1 pspice历史简介 随着电子计算机技术的发展，计算机辅助设计已经逐渐进入电子设计的领域。模拟电路中的电路分析、数字电路中的逻辑模拟，甚至是印制电路板、集成电路版图等等都开始采用计算机辅助工具来加快设计效率，提高设计成功率。而大规模集成电路的发展，使得原始的设计方法无论是从效率上还是从设计精度上已经无法适应当前电子工业的要求，所以采用计算机辅助设计来完成电路的设计已经势在必行。同时，微机以及适合于微机系统的电子设计自动化软件的迅速发展使得计算机辅助设计技术逐渐成为提高电子线路设计的速度和质量的不可缺少的重要工具。 在电路设计工作方面，最初使用的是protel公司dos版本的tango软件，在当时这一软件被看作是多么的先进，因为在这以前没有人能像电脑那样快速、准确的画出电路图，制出电路板。如今，随着windows95/98及nt操作系统的出现，一些更方便、快捷的电路设计软件应运而生。如：tango、protel、orcad、pspice、electronicsworkbench、veribest、pad2000等。 pspice是较早出现的eda(electronicdesignautomatic,电路设计自动化)软件之一，也是当今世界上著名的电路仿真标准工具之一，1984年1月由美国microsim公司首次推出。它是由spice发展而来的面向pc机的通用电路模拟分析软件。 spice(simulationprogramwithintegratedcircuitemphasis)是由美国加州大学伯克利分校开发的电路仿真程序，它在众多的计算机辅助设计工具软件中，是精度最高、最受欢迎的软件工具。随后，版本不断更新，功能不断完善。基于dos操作系统的pspice5.0以下版本自80年代以来在我国得到广泛应用。目前广泛使用的pspice5.1以后版本是microsim公司于1996年开发的基于windows环境的仿真程序，并且从6.0版本开始引入图形界面。1998年著名的eda商业软件开发商orcad公司与microsim公司正式合并，自此microsim公司的pspice产品正式并入orcad公司的商业eda系统中,成为orcad/pspice。但pspice仍然单独销售和使用，推出的最新版本为pspice9.1。 pspice软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成网表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。 被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具有广阔的应用前景。这些特点使得pspice受到广大电子设计工作者、科研人员和高校师生的热烈欢迎，国内许多高校已将其列入电子类本科生和硕士生的辅修课程。 在国外，pspice软件的使用非常流行。在大学里，它是工科类学生必会的分析与设计电路工具；在公司里，它是产品从设计、实验到定型过程中不可缺少的设计工具。世界各国的半导体元件公司为它提供了上万种模拟和数字元件组成的元件库，使pspice软件的仿真更可靠，更真实。 pspice软件几乎完全取代了电路和电子电路实验中的元件、面包板、信号源、示波器和万用表。有了此软件就相当有了电路和电子学实验室。1.2 pspice功能简介 1、直流分析：包括电路的静态工作点分析；直流小信号传递函数值分析;直流扫描分析；直流小信号灵敏度分析。 2、交流小信号分析：包括频率响应分析和噪声分析。pspice进行交流分析前，先计算电路的静态工作点，决定电路中所有非线性器件的交流小信号模型参数，然后在用户所指定的频率范围内对电路进行仿真分析。 3、瞬态分析：即时域分析，包括电路对不同信号的瞬态响应，时域波形经过快速傅立叶变换（fft）后，可以得到频谱图。通过瞬态分析，也可以得到数字电路的时序波形。 4、蒙特卡洛（monte carlo）分析和最坏情况（worst case）分析：蒙特卡罗分析是分析电路元器件参数在它们各自的容差（容许误差）范围内，以某种分布规律随机变化时电流特性的变化情况，这些特性包括直流、交流或瞬态特性1.3 pspice的优越性 电路设计软件有很多，它们各有特色。如protel和tango，它对单层/双层电路板的原理图及pcb图的开发设计很适合，而对于布线复杂，元件较多的四层及六层板来说orcad更有优势。但在电路系统仿真方面，pspice可以说独具特色，是其他软件无法比拟的，它是一个多功能的电路模拟试验平台，pspice软件由于收敛性好，适于做系统及电路级仿真，具有快速、准确的仿真能力。其主要优点有： （1） 图形界面友好，易学易用，操作简单 由dos版本的pspice到windows版本的pspice，使得该软件由原来单一的文本输入方式而更新升级为输入原理图方式，使电路设计更加直观形象。pspice60以上版本全部采用菜单式结构，只要熟悉windows操作系统就很容易学，利用鼠标和热键一起操作，既提高了工作效率，又缩短了设计周期。即使没有参考书，用户只要具备一定的英语基础就可以通过实际操作很快掌握该软件。 .（2）实用性强，仿真效果好 在pspice中，对元件参数的修改很容易，它只需存一次盘、创建一次连接表，就可以实现一个复杂电路的仿真。如果用protel等软件进行参数修改仿真，则过程十分繁琐。在改变一个参数时，哪怕是一个电阻阻值的大小都需要重新建立网络表的连接，设置其他参数更为复杂。 （3）功能强大，集成度高 在pspice内集成了许多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪声分析、温度分析等，用户只需在所要观察的节点放置电压（电流）探针，就可以在仿真结果图中观察到其“电压（或电流）-时间图”。而且该软件还集成了诸多数学运算，不仅为用户提供了加、减、乘、除等基本的数学运算，还提供了正弦、余弦、绝对值、对数、指数等基本的函数运算，这些都是其他软件所无法比拟的。 另外，用户还可以对仿真结果窗口进行编辑，如添加窗口、修改坐标、叠加图形等，还具有保存和打印图形的功能，这些功能都给用户提供了制作所需图形的一种快捷、简便的方法。因此，windows版本的pspice更优于dos版本的pspice，它不但可以输入原理图方式，而且也可以输入文本方式。无疑是广大电子电路设计师的好帮手。2.课程设计的目的与要求2.1课程设计的目的通过课程设计实践，树立正确的设计思想，理解相关电路的工作原理，能根据所学知识设计出符合设计要求的电路并分析。2.2课程设计的要求 具备电子电路设计的知识和能力，并且具备利用所学绘图软件绘制所需电路图的能力，同时利用pspice软件，对电路做出直流扫描分析和瞬态特性分析。3.电路图4.pspice软件的绘图操作4.1新建设计项目 在windows/开始/所有程序/ capture lite edtion,单击后就会在屏幕上出现capture启动窗口。然后在capture启动窗口下选择file/new/project,屏幕上将出现如图4-1-1所示对话框。图4-1-1在弹出的new project 对话框的name 栏中输入电路的项目名称，选定设计项目类型之后，在location栏内输入本项目要存储的磁盘文件夹路径，如图4-1-2。单击ok按钮，进入orcad capture程序主窗口。图4-1-24.2放置元器件 用鼠标单击原理图窗口，选择place/part,或单击窗口右侧对应的绘图工具快捷键，屏幕上将出现元器件符号选择对话place part,如图4-2-1所示。然后选择所需要的元器件并添加，添加完毕后，单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择end mode命令来结束放置元器件的工作。图4-2-14.3连线与设置节点名连线时选择place/wire,或单击窗口右侧对应的绘图工具快捷键，光标就会变成十字状，然后将光标移至元器件的引线端完成相应连线工作，之后单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中选择end wire来结束连线过程。通常，capture会自动为每一个节点设置一个以n开头，后面紧跟数字的节点名。但是有特殊需要时，可自行设置节点名。选择place/net alias命令,或单击窗口右侧对应的绘图工具快捷键，在弹出的对话框键入相应的节点名后单击ok键，然后将光标移至设置节点名的位置，单击鼠标左键即可。最后单击右键，选择end mode命令结束该过程。4.4编辑元器件属性 虽然capture会自动为每一个元器件设置一个元件名和参数值，但是很多时候都不符合我们的设计要求，所以我们要对元器件属性进行编辑。编辑时，首先选中所有要编辑的元器件，然后单击右键选择edit properties命令，便会弹出属性编辑对话框。于是，我们便可以在对话框内更改元器件的名称和参数。 绘图完成后，就可以调用pspice对电路进行模拟分析了。5.直流扫描分析5.1理论分析由电路图可知：vc2+=vc,电容器充电,vc逐渐增大。 vc=vcc-icrc即ic=vcc-vc/rc,逐渐减小。5.2仿真设置选择pspicenew simulation profile功能选项菜单，在name 栏内输入仿真文件名称，单击“create”按钮打开如图对话框，表包含各种分析类型的选择项目，在此选择dc sweep选项，如图5-2-1所示。图5-2-15.3仿真结果图5-3-1总结：由图像可知，仿真曲线符合理论分析。6.瞬态扫描分析6.1理论分析由电路图和已知参数可知：v1=5e-3sin2000 vrl=-v1=-100v16.2仿真设置选择pspicenew simulation profile功能选项菜单，在name 栏内输入仿真文件名称，单击“create”按钮打开如图对话框，表包含各种分析类型的选择项目，在此选择time domain选项，如图6-2-1所示。图6-2-16.3仿真结果图6-3-1总结: 由图像可知，仿真曲线符合理论分析。7心得体会大二的寒假前夕学校安排我们进行了进入大学以来的第一次课程设计电路caa课程设计，时间过的总是那么的快，经过这几天的pspice的学习，我已经从以前对pspice一无所知到现在能利用他处理一些基本的电路仿真。虽然课程设计中遇到了很多或大或小的困难，但都在自己的努力和同学们无私的帮助下克服了。因为每个人掌握情况不一样，不可能做到处处都懂，发挥群众的力量，复杂的事情就会变得很简单。我觉得做课程设计是对课本知识的巩固和加强，由于课本上的知识太多，平时课间的学习并不能很好的理解和运用各个元件的功能而且考试内容有限，所以在这次课程设计过程中，我们了解了很多元件的功能，并且对于其在电路中的使用有了更多的认识。这次课程设计让我学到了很多，不仅是巩固了电路理论知识，而且也培养了我的动手能力，更令我的创造性思维得到拓展。此次课程设计，学到了很多课内学不到的东西，比如独立思考解决问题，出现差错的随机应变，和与人合作共同提高，都受益非浅，今后的制作应该更轻松。由于时间短促，我对于pspice的学习犹如冰山一角，有好多问题还要继续研究与学习，但感觉已经是受