PSPICE电路仿真.ppt

PSPICE电路仿真程序设计 湖北大学物理学与电子技术学院信息工程学科部杨维明 教材及参考书 参考书 模拟电路的计算机分析与设计 PSPICE程序应用 清华大学出版社高文焕汪慧编 ORCAD PSPICE9实用教程 西安电子科技大学出版社贾新章等编教材 PSPICE电路仿真程序设计 国防工业出版社李永平编 CAA CAD与EDA CAA ComputerAidedAnalysis 计算机辅助分析 CAD ComputerAidedDesign 计算机辅助设计 EDA ElectronicDesignAutomation 电子设计自动化 第一讲PSPICE概论 电子电路设计的流程 电子设计自动化 EDA 的特点 提高效率 缩短设计周期 降低设计成本 提高产品质量 共享设计资源 1 1 1EDA与电子工程设计电子产品的设计生产 从选题 方案论证 性能指标确定 装调电路 修改 定型参数直到批量生产 是一个复杂而又费时的过程 该过程的任一环节 都对产品性能和经济效益产生直接影响 传统的电路装配 调试过程 一般均采用面包板或专门的焊接板 通过手工连线装配 检查无误后 进行电路测量 最后评估电路性能 若性能与设计值不符时 需调换参数并重新调试测量 直至符合设计要求为止 但是 当电路非常复杂时 采用插接板或焊接板组装电路时所产生的连线错误 器件损坏等人为错误 常会造成人力 财力 时间的浪费及错误的性能评估 尤其是集成电路的设计 器件在插接板上就无法组合成像集成电路内部那样紧密复杂的电子电路 装配板上的寄生参数与集成环境中的完全不同 因此 在装配板测试的特性将无法准确地描述集成电路的真实特性 所以 电子电路的传统设计方法已经不适应当前电子技术发展的要求 这就要借助计算机完成电子电路的辅助设计 即电子电路EDA技术 EDA包括电子工程设计的全过程 如系统结构模拟 电路特性分析 绘电路图和制作PCB等 1 1 2EDA的主要作用EDA在电子工程设计中发挥了不可替代的重要作用 主要体现在3个方面 1 验证电路方案设计的正确性当要求的系统功能确定之后 首先采用系统仿真或结构模拟的方法验证系统方案的可行性 这只要确定系统各环节的传递函数 数学模型 便可实现 这种系统仿真技术可推广应用于非电专业的系统方案设计 或某种新理论 新构思的方案设计 进而对构成系统的各电路结构进行模拟分析 以判断电路结构设计的正确性及性能指标的可实现性 这种精确的量化分析方法 对于提高设计水平和产品质量 具有重要的指导意义 2 电路特性的优化设计器件参数的容差和工作环境温度将对电路工作的稳定性产生影响 传统的电路设计方法 很难对这种影响进行全面的分析和了解 因而也就很难实现电路的优化设计 EDA技术中的温度分析和统计分析功能 既可以分析各种恶劣温度条件下的电路特性 也可以对器件容差的影响进行全面的计算分析 其内容包括 对不同的容差特性进行规定次数的跟踪分析 蒙特卡罗分析 单独分析每一器件容差对电路的影响量 灵敏度分析 分析全体器件容差对电路性能的最大影响量 最坏情况分析 采用统计分析方法 便于确定最佳元件参数 最佳电路结构以及适当的系统稳定裕度 真正做到电路的优化设计 3 实现电路特性的模拟测试电子电路的设计过程中 大量的工作是各种数据测试及特性分析 但是 受测试手段及仪器精度所限 有些测试项目实现困难 例如 超高频电路中的弱信号测量及噪声测量 某些功率输出电路中具有破坏性质的器件极限参数测量 如高温 高电压 大电流等 采用EDA方式 可以方便地实现全功能测试 也可以直接模拟各种恶劣工作环境及各种极限条件下的电路特性而无器件或电路损坏之虞 较之传统的设计方式要经济得多 EDA在电子电路实验教学中 也发挥了巨大的作用 一般院校的实验教学 从简单直流电路实验到交流电路测试 时域分析 低频 中频乃至高频放大器 脉冲数字电路的设计调试等 可达几十个实验项目 如果上述项目全开设 除需要通用仪器如电源 信号源 示波器外 还需要配置价格昂贵的专用仪器如扫频仪 相位计 频谱仪 逻辑分析仪等 这些条件 一般院校难以具备 所以有许多课程设计或实验项目因限于设备条件而不能开设 利用EDA技术仿真 测试电路特性 可节省多种测试仪器 节约经费开支 同时充分发挥EDA精确分析 直观显示 全频带工作的优良特性 1 1 3常用EDA仿真软件 长期以来 大型的EDA系统都是运行在以UNIX为操作系统的工作站平台上 随着PC机性能的不断提高及Windows操作系统的逐步发展 世界著名厂商如CadenceDesignSystems MentorGraphics Synopsys OrCAD和ViewlogicSystems等 已先后推出了支持PC Windows平台的EDA开发软件 1 PSPICE ORCAD 通用的电子电路仿真软件 适合于元件级仿真 2 SYSTEMVIEW 系统级的电路动态仿真软件3 MATLAB 具有强大的数值计算能力 包含各种工具箱 其程序不能脱离MATLAB环境而运行 所以严格讲 MATLAB不是一种计算机语言 而是一种高级的科学分析与计算软件 4 SIMULINK 是MATLAB附带的基于模型化图形组态的动态仿真环境 在电路仿真和印刷电路板 PCB 设计时 常用的EDA软件有 PSpice OrCAD FilterLab 模拟滤波器软件 CircuitMaker2000 PROTEL ElectronicWorkbench PowerPCBEDA2000等 其中Pspice软件是典型的电路仿真设计软件 是MicroSim公司80年代中期推出的基于PC机的通用电路模拟分析软件 现在的很多分析软件都是以Pspice为内核 经过历年来多次改版 以其强大的功能和高度的集成性而成为个人电脑上最受欢迎的电路仿真软件 1 2SPICE发展历程 目前国际上享有盛誉的模拟电路设计工具都是以SPICE为基础实现的 如MicroSim公司的PSpice MetaSoftware公司的HSPICE 以及Analogy公司的Saber等 SPICE SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis 1988年SPICE被定为美国国家工业标准 由美国加州大学伯克莉 Berkeley 分校电工和计算机科学系分校开发 1972年首次推出 1983年OrCAD公司推出可在PC机上运行的PSpice1 P即代表运行于PC机的版本 目前微机上广泛使用的PSPICE是由美国MicroSim公司开发并于1984年1月首次推出的 1 2 1PSPICE软件简介 PSpice软件分为工业版 ProductionVersion 和教学版 EvaluationVersion PSPICE是由SPICE发展而来的用于微机系列的通用电路分析程序 能进行模拟电路分析 数字电路分析和模拟数字混合电路分析 PSpice5 0及以前的版本都为DOS版 而PSpice5 1及以后的各种版本均为窗口版 现已成为微机级电路模拟标准软件 1 2 2OrCAD PSpice软件 1998年1月MicroSim公司与OrCAD公司合并 称为OrCAD公司 两公司强强联合后 相继推出一系列基于PC机的EDA软件系统 1998年11月推出的OrCAD PSpice9 是有相关中文参考书的版本 目前较新版本是OrCAD PSpice10 5 OrCAD软件覆盖了电子设计中的4项核心任务 电路原理图输入及器件信息管理系统OrCAD CaptureCIS 模拟 数字及模拟 数字混合电路分析与优化设计OrCAD PspiceA D 可编程逻辑设计OrCAD ExpressPlus 印刷电路板 PCB 设计OrCAD LayoutPlus 1 2 3OrCAD PSpice软件的改进 与SPICE相比 OrCAD PSpice并不只是单纯将SPICE移植到PC机 而是在以下方面有重大变革 1 不仅可以对模拟电路进行直流 交流 瞬态等基本电路特性分析 而且可进行蒙特卡洛 MC MONTECARLO 统计分析 最坏情况分析 Wcase Worst CaseAnalysis 优化设计等复杂的电路特性分析 2 不仅可对模拟电路进行计算机辅助分析 而且可对数字电路 数 模混合电路进行计算机模拟 为突出这一功能特点 新版本的软件称为PSpiceA D 3 一改批处理运行模式 可在WINDOWS环境下 以人机交互方式运行 绘制好电路图后 即可直接进行电路模拟 无需编制繁杂的输入文件 在模拟过程中 可以随时分析观察模拟结果 并在电路图上修改设计 经过25年的发展和应用 OrCAD PSpice实际上已成为微机级电路模拟的标准软件 1 3OrCAD PSpice软件的功能特点 PSpiceA D可模拟下述6类最常用的电路元器件 1 基本无源元件 如电阻 电容 电感 互感 传输线等2 常用的半导体器件 如二极管 双极型晶体管 结型场效应晶体管 MOS场效应晶体管 GaAs场效应晶体管 绝缘栅双极晶体管 IGBT 等 3 独立电压源和独立电流源 可产生用于直流 DC 交流 AC 瞬态 TRAN 分析和逻辑模拟所需的各种激励信号波形 4 各种受控电压源 受控电流源和受控开关 5 基本数字电路单元 包括常用的门电路 传输门 延迟线 触发器 可编程逻辑阵列 RAM ROM等 6 常用单元电路 特别是像运算放大器一类集成电路 可将其作为一个单元电路整体出现在电路中 而不必考虑该单元电路的内部电路结构 1 PSpiceA D支持的元器件类型 电路模拟的精度很大程度上取决于电路中代表各种元器件特性的模型参数值是否精确 为方便用户使用 PSpiceA D提供的模型参数库中包括 超过11300种半导体器件和模拟集成电路产品的模型参数 1600多种数字电路单元产品的参数 其中包括最新的GaAs器件和IGBT器件模型参数 对MOSFET器件还提供了6种不同级别的模型 适用于先进的亚微米工艺器件 PSpiceA D为不同类别的元器件赋予不同的字母代号 如表1 1所示 电路图中不同元器件编号的首字母必须按照字母代号选取 表1 1PSpiceA D支持的元器件类别及其字母代号 按字母顺序 备注 N器件和O器件 是为混合电路中对数 模接口型结点进行接口电路转换而引进的等效器件 2 PSpiceA D分析的电路特性 PSpiceA D可分析的电路特性有6类15种 如表1 2所示 3 PSpiceA D的配套功能软件 模块 OrCAD软件包中进行电路模拟分析的核心软件是PSpiceA D 为更快更好地进行模拟工作 OrCAD软件包中还提供了5个配套软件 模块 它们之间的相互关系如图1 1所示主要包括Schematics 图形编辑程序 PspiceA D 仿真分析程序 Probe 图形后处理程序 StimulusEditor 信号源编辑程序 Parts 元器件模型参数提取程序 Optimizer 电路优化程序 等6个软件包 Pspice的输入基本上是以电路原理图和网单文件两种形式 电路元器件符号库中备有绘电原理图所需的元器件符号 用户从符号图形库中调出所需的电路元器件符号 组成电路图 由原理图编辑器自动将原理图转化为电路网单文件 并标上节点号 提供给仿真工具进行仿真 如果用户熟悉仿真程序的输入语言 又没有将原理图存档的需求也可以直接输入电路网单文件 1 Schematics图形编辑程序 1 4PSpice程序项组成 PSPICEA D是PSPICE软件包中的分析程序完成对模拟或数字电路的仿真分析PSPICEA D程序的输入文件是由电路编辑程序根据输入电路图自动生成以 CIR为后缀的文件 或由用户直接输入的电路描述文件PSPICEA D程序的输出文件是 DAT为后缀的数据文件 供Probe使用 和 OUT为后缀的文本文件 可从Schematics中显示 2 PSpiceA D仿真分析程序 Probe程序是PSpice软件包中的图形后处理程序它可将PSpiceA D程序仿真分析后的结果在屏幕或打印设备上以数据形式或以数据相关的图形形式显示出来Probe程序的输入文件是电路经PSpiceA D程序分析计算后所生成的以 DAT为后缀的数据文件 3 Probe图形后处理程序 4 StimulusEditor信号源编辑程序 编辑PSpice运行过程中瞬态分析需要的脉冲 分段线性 调幅正弦 调频和指数信号等信号波形 编辑逻辑模拟需要的时钟信号 编辑各种形状脉冲信号以及总线信号波形 5 Parts元器件模型参数提取程序 将来自厂家的器件数据信息或用户自定义的器件数据转换为Pspice中所用的模型参数 并提供它们之间的关系曲线及相互作用 确定元件的精确度 6 Optimizer电路优化程序 在电路的性能已经基本满足设计功能和指标的基础上 为了使得电路的某些性能更为理想 在一定的约束条件下 对电路的某些参数进行调整 直到电路的性能达到要求为止 1 5PSpice支持的主要分析功能及特点 包括电路的静态工作点分析 直流小信号传递函数值分析 直流扫描分析与直流小信号灵敏度分析 分析结果以文本文件方式输出 直流小信号传递函数值是电路在直流小信号下的输出变量与输入变量的比值 输入电阻和输出电阻也作为直流解析的一部分被计算出来 进行此项分析时电路中不能有隔直电容 分析结果以文本方式输出 1 直流分析 直流扫描分析可作出各种直流转移特性曲线 输出变量可以是某节点电压或某节点电流 输入变量可以是独立电压源 独立电流源 温度 元器件模型参数和通用 Global 参数 在电路中用户可以自定义的参数 直流小信号灵敏度分析是分析电路各元器件参数变化时 对电路特性的影响程度 灵敏度分析结果以归一化的灵敏度值和相对灵敏度形式给出 并以文本方式输出 直流分析 续 PSpice主要分析功能和特点 2 交流小信号分析 包括频率响应分析和噪声分析 根据用户所指定的频率范围内对电路进行仿真分析 频率响应分析能够分析传递函数的幅频响应和相频响应 亦即 可以得到电压增益 电流增益 互阻增益 互导增益 输入阻抗 输出阻抗的频率响应 分析结果均以曲线方式输出 PSpice用于噪声分析时 可计算出每个频率点上的输出噪声电平以及等效的输入噪声电平 PSpice主要分析功能和特点 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里叶变换 FFT 后 可得到频谱图 通过瞬态分析 也可以得到数字电路时序波形 另外 PSPICE可以对电路的输出进行傅里叶分析 得到时域响应的傅里叶分量 直流分量 各次谐波分量 非线性谐波失真系数等 这些结果以文本方式输出 3 瞬态分析 PSpice主要分析功能和特点 灵敏度分析是计算电路指定的输出变量对电路元件参数的小信号灵敏度值 4 灵敏度分析 5 温度特性分析 PSpice通常是在27 情况下进行各种分析和仿真的 如果用户指定电路的工作温度 则可以进行不同温度下的电路特性分析 PSpice主要分析功能和特点 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路特性的变化情况 这些特性包括直流 交流或瞬态特性 最坏情况分析与蒙特卡罗分析都属于统计分析 所不同的是 蒙特卡罗分析是在同一次仿真分析中 参数按指定的统计规律同时发生随机变化 而最坏情况分析则是在最后一次分析时 使各个参数同时按容差范围内各自的最大变化量改变 以得到最坏情况下的电路特性 6 蒙特卡罗 MonteCarlo 分析和最坏情况 WorstCase 分析 例1 1简单差分电路仿真分析 已知简单差分电路如图1 2所示 电源电压及元件值标明在图中 Q1 Q2 Q3 Q4是同型号NPN晶体三极管 其参数Bf 80 Rb 100 Ccs 2pF Tf 0 3ns Tr 6ns Cjf 3pF Cjc 2pF Vaf 50V 将元器件的各端点作为节点 多个端点以线段连线时也只作为一个节点 对节点以正整数标注 接地点编号一律为0 图中共标注了9个节点 要求 1 打印并绘制直流曲线V 4 和V 5 2 计算低频小信号传输特性V 5 VIN 3 打印并绘制交流特性 4 打印并绘制瞬态特性 5 打印所有节点的直流工作点 DIFFERENTIALAMPLIFIERVCC8012 电路描述VEE0912VIN10AC1SIN 00 15MEG R15810KR24810KR3301KR4121KR57820KQ1779MOD1Q2426MOD1Q3536MOD1Q4679MOD1 MODELMOD1NPNBF 80RB 100CJS 2PTF 0 3NSTR 6NCJE 3PVAF 50 QUESTION1分析及输出描述 DCVIN 0 150 150 01 PRINTDCV 4 V 5 PLOTDCV 4 V 5 QUESTION2分析及输出描述 TFV 5 VIN QUESTION3分析及输出描述 ACDEC1025K250MEG PRINTACVM 5 VP 5 PLOTACVM 5 VP 5 QUESTION4分析及输出描述 TRAN4N100N1N PRINTTRANV 5 V 4 PLOTTRANV 5 V 4 QUESTION5分析及输出描述 OP PROBE END 用文本输入方式描述电路 DCTRANSFERCURVESTEMPERATURE 27 00DEGC VINV 4 V 5 1 500E 011 157E 01 7 420E 01 1 400E 011 151E 01 7 316E 01 1 300E 011 144E 01 7 197E 01 1 200E 011 136E 01 7 058E 01 1 100E 011 129E 01 6 883E 01 1 000E 011 120E 01 6 627E 01 9 000E 021 108E 01 5 907E 01 8 000E 021 076E 01 2 783E 01 7 000E 021 034E 011 383E 01 6 000E 029 827E 006 463E 01 5 000E 029 225E 001 245E 00 4 000E 028 538E 001 929E 00 3 000E 027 779E 002 685E 00 2 000E 026 962E 003 500E 00 1 000E 026 105E 004 354E 000 000E 005 229E 005 229E 001 000E 024 353E 006 104E 002 000E 023 497E 006 960E 003 000E 022 682E 007 776E 004 000E 021 924E 008 535E 005 000E 021 238E 009 221E 006 000E 026 375E 019 822E 007 000E 021 272E 011 033E 018 000E 02 2 918E 011 075E 019 000E 02 5 416E 011 102E 011 000E 01 5 756E 011 112E 011 100E 01 5 881E 011 119E 011 200E 01 5 949E 011 126E 011 300E 01 5 989E 011 133E 011 400E 01 6 013E 011 140E 011 500E 01 6 025E 011 146E 01 仿真结果 DCTRANSFERCURVESTEMPERATURE 27 00DEGC LEGEND V 4 V 5 VINV 4 5 0000E 000 0000E 005 0000E 001 0000E 011 5000E 01 1 500E 011 157E 01 1 400E 011 151E 01 1 300E 011 144E 01 1 200E 011 136E 01 1 100E 011 129E 01 1 000E 011 120E 01 9 000E 021 108E 01 8 000E 021 076E 01 7 000E 021 034E 01 6 000E 029 827E 00 5 000E 029 225E 00 4 000E 028 538E 00 3 000E 027 779E 00 2 000E 026 962E 00 1 000E 026 105E 00 0 000E 005 229E 00 X 1 000E 024 353E 00 2 000E 023 497E 00 3 000E 022 682E 00 4 000E 021 924E 00 5 000E 021 238E 00 6 000E 026 375E 01 7 000E 021 272E 01 8 000E 02 2 918E 01 9 000E 02 5 416E 01 1 000E 01 5 756E 01 1 100E 01 5 881E 01 1 200E 01 5 949E 01 1 300E 01 5 989E 01 1 400E 01 6 013E 01 1 500E 01 6 025E 01 直流电压传输特性屏幕图形输出 SMALL SIGNALCHARACTERISTICS增益 V 5 VIN 8 785E 01INPUTRESISTANCEATVIN 8 941E 03OUTPUTRESISTANCEATV 5 9 447E 03 低频小信号传输特性 思考题 除了设置小信号传递函数值分析外 还能采取哪些方法可求解出增益 DIFFERENTIALAMPLIFIER ACANALYSISTEMPERATURE 27 000DEGC FREQVM 5 VP 5 2 500E 048 785E 01 2 508E 013 147E 048 785E 01 3 158E 013 962E 048 785E 01 3 975E 014 988E 048 785E 01 5 005E 016 280E 048 785E 01 6 301E 017 906E 048 785E 01 7 932E 019 953E 048 784E 01 9 986E 011 253E 058 784E 01 1 257E 001 577E 058 783E 01 1 583E 001 986E 058 782E 01 1 992E 002 500E 058 781E 01 2 508E 003 147E 058 778E 01 3 157E 003 962E 058 774E 01 3 974E 004 988E 058 768E 01 5 001E 006 280E 058 758E 01 6 294E 007 906E 058 743E 01 7 919E 009 953E 058 718E 01 9 960E 001 253E 068 680E 01 1 252E 011 577E 068 619E 01 1 572E 011 986E 068 526E 01 1 972E 012 500E 068 381E 01 2 468E 013 147E 068 162E 01 3 079E 013 962E 067 838E 01 3 822E 014 988E 067 375E 01 4 711E 016 280E 066 746E 01 5 748E 017 906E 065 945E 01 6 920E 019 953E 065 007E 01 8 190E 011 253E 074 010E 01 9 502E 011 577E 073 053E 01 1 079E 021 986E 072 218E 01 1 200E 022 500E 071 552E 01 1 309E 023 147E 071 056E 01 1 403E 023 962E 077 051E 00 1 484E 024 988E 074 668E 00 1 553E 026 280E 073 090E 00 1 613E 027 906E 072 065E 00 1 669E 029 953E 071 409E 00 1 729E 021 253E 089 934E 011 792E 021 577E 087 215E 011 659E 021 986E 084 951E 011 421E 022 500E 082 580E 011 124E 02 交流特性列表输出 VM 5 VP 5 FREQVM 5 VP 5 1 0000E 011 0000E 001 0000E 011 0000E 021 0000E 03 2 0000E 02 1 0000E 020 0000E 001 0000E 022 0000E 02 2 500E 048 785E 01 3 147E 048 785E 01 3 962E 048 785E 01 4 988E 048 785E 01 6 280E 048 785E 01 7 906E 048 785E 01 9 953E 048 784E 01 1 253E 058 784E 01 1 577E 058 783E 01 1 986E 058 782E 01 2 500E 058 781E 01 3 147E 058 778E 01 3 962E 058 774E 01 4 988E 058 768E 01 6 280E 058 758E 01 7 906E 058 743E 01 9 953E 058 718E 01 1 253E 068 680E 01 1 577E 068 619E 01 1 986E 068 526E 01 2 500E 068 381E 01 3 147E 068 162E 01 3 962E 067 838E 01 4 988E 067 375E 01 6 280E 066 746E 01 7 906E 065 945E 01 9 953E 065 007E 01 1 253E 074 010E 01 1 577E 073 053E 01 1 986E 072 218E 01 2 500E 071 552E 01 3 147E 071 056E 01 3 962E 077 051E 00 4 988E 074 668E 00 6 280E 073 090E 00 7 906E 072 065E 00 9 953E 071 409E 00 1 253E 089 934E 01 1 577E 087 215E 01 1 986E 084 951E 01 2 500E 082 580E 01 交流特性屏幕图形输出 瞬态特性列表输出 TRANSIENTANALYSISTEMPERATURE 27 000DEGC TIMEV 5 V 4 1 000E 095 229E 005 229E 005 000E 095 252E 005 200E 009 000E 095 352E 005 095E 001 300E 085 554E 004 886E 001 700E 085 860E 004 571E 002 100E 086 260E 004 163E 002 500E 086 730E 003 682E 002 900E 087 241E 003 160E 003 300E 087 762E 002 630E 003 700E 088 267E 002 117E 004 100E 088 739E 001 643E 004 500E 089 164E 001 219E 004 900E 089 536E 008 513E 015 300E 089 856E 005 411E 015 700E 081 012E 012 855E 016 100E 081 034E 018 196E 026 500E 081 051E 01 7 255E 026 900E 081 063E 01 1 801E 017 300E 081 071E 01 2 400E 017 700E 081 074E 01 2 503E 018 100E 081 071E 01 2 072E 018 500E 081 061E 01 1 040E 018 900E 081 045E 016 824E 029 300E 081 021E 013 187E 019 700E 089 877E 006 548E 011 000E 079 566E 009 659E 01 瞬态特性绘图输出 V 5 V 4 TIMEV 5 V 4 4 0000E 006 0000E 008 0000E 001 0000E 011 2000E 01 2 0000E 000 0000E 002 0000E 004 0000E 006 0000E 00 1 000E 095 229E 00 5 000E 095 252E 00 9 000E 095 352E 00 1 300E 085 554E 00 1 700E 085 860E 00 2 100E 086 260E 00 2 500E 086 730E 00 2 900E 087 241E 00 3 300E 087 762E 00 3 700E 088 267E 00 4 100E 088 739E 00 4 500E 089 164E 00 4 900E 089 536E 00 5 300E 089 856E 00 5 700E 081 012E 01 6 100E 081 034E 01 6 500E 081 051E 01 6 900E 081 063E 01 7 300E 081 071E 01 7 700E 081 074E 01 8 100E 081 071E 01 8 500E 081 061E 01 8 900E 081 045E 01 9 300E 081 021E 01 9 700E 089 877E 00 1 000E 079 566E 00 瞬态特性屏幕图形输出 直流工作点输出结果 SMALLSIGNALBIASSOLUTIONTEMPERATURE 27 000DEGCNODEVOLTAGENODEVOLTAGENODEVOLTAGENODEVOLTAGE 1 0 0000 2 0077 3 0077 4 5 2291 5 5 2291 6 7700 7 11 2210 8 12 0000 9 12 0000VOLTAGESOURCECURRENTSNAMECURRENTVCC 2 515E 03VEE 2 531E 03VIN 7 661E 06TOTALPOWERDISSIPATION6 06E 02WATTS 例1 2带通滤波器电路 TWOORDERFILTERR112RMOD1R220820R335330KR440330KC125CMOD1C223CMOD1X14311125OP 07 LIB MODELCMODCAP C 0 01UDEV 10 MODELRMODRES R 16K VDD11015VEE120 15VIN10AC1 ACDEC201010K STEPCAPCMOD C LIST0 01U0 1U STEPRESRMOD R LIST16K20K MC10ACV 5 YMAXOUTPUTRUNS269 PROBE END 带通滤波器的幅频特性 教学目的 我不是来要求大家学习的 我是来帮助大家学习的 一个过来人带着学 讲解可以使学习效率大大提高 省去很多弯路 成绩评定 考查课 满分100分 实验 30分 出勤 10分 作业与思考题 30分 上机综合设计 30分自我介绍杨维明 无线电技术学士 通信与信息系统硕士 微电子学博士这是第2次讲授 模拟电路PSPICE仿真 电话 027 88663393手机mail 20040416 第2讲电路描述 Pspice的文本输入任务是构造一个文本输入文件 文件名后缀为 CIR 输入文件的第一行可以是任意说明文本 但不能省略 最后一行必须是 END命令 其他各行的顺序是任意的 对分析结果没有影响 描述语句中 空格数量没有要求 逗号 TAB与空格等同 号后面加说明文字 不参与执行 一行描述语句未完 用 号接续 要紧跟随着前一行 Pspice输入文件中任何语句大 小写等同 2 1SPICE输入描述语句的构成 标题语句描述文件的第一行SPICE将第一行作为标题行打印而不作为电路的一部分进行分析这一行必须设置注释语句一般形式是 后加字符串注释语句不参与电路的模拟仿真可以存在于输入文件除第一行和最后一行之间的任何位置 SPICE输入描述语句的构成 电路的描述语句定义电路拓扑结构和元件类型及其数值 半导体器件 电路描述语句等可以出现在文件的第二行到末行结束语句之间的任何地方电路特性分析和控制语句选择要分析的电路特性 如频率特性等 以及输出的控制语句 结束语句标志着电路描述语句的结束格式 END 位于描述语句文件的最后一行 2 2节点 元件单位及元件描述的首字母 1 节点Pspice规定节点0为地节点 其它节点的编号可以是任意数字或字符串 不允许有悬浮节点 即每个节点对地均要有直流通路 当这个条件不满足时 通常是接一个大电阻 例如1G 使该悬浮节点具有直流通路 另外 每个节点至少应连接两个元件 不能有悬空节点存在 2 元件单位名称元件节点后跟随元件值 元件值有两个后缀 前一个为数量级 后一个为单位名称 1 数量级后缀全为大写 Pspice规定9种比例因子 F 1E 15 1 10 15P 1E 12 1 10 12N 1E 9 1 10 9U 1E 6 1 10 6M 1E 3 1 10 3K 1E3 1 103MEG 1E6 1 106G 1E9 1 109T 1E12 1 10122 单位后缀 Pspice规定如下 V VoltA ampHz hertzOHM ohmH henryF faradDEG degree单位后缀可以忽略 例如 电感值是15 H 可以写作15U 3 电路元件描述首字母电路元件和电源用名称的第一个字母作为标志 关键字 其后可以是任何数字或字母 整个名称长度不超过8个字符 表2 1列出了Pspice中元器件名称的首字母 表2 1电路元器件名称的首字母 2 3常用无源器件的描述 1 R电阻电阻的电压 电流关系如图2 2所示 描述电阻的语句格式为 R name N N RNAMEVALUE其中RNAME是电阻模型名 VALUE是电阻值 如果RNAME省略 电阻值可正 可负 但不能为零 电阻可以设模型语句 其格式为 MODELMNAMERESR PVAL1 TC1 PVAL2 TC2 PVAL3 TCE PVAL4 其中MNAME是模型名称 应与对应的电阻描述语句中的模型名称一致 RES是电阻模型关键字 R定义电阻倍乘系数 TC1 TC2分别为一阶 二阶温度系数 TCE定义指数温度系数 当TCE没有给出时 电阻温度公式为R T R VALUE 1 TC1 T T0 TC2 T T0 2 T0是常温300K T为当前的K氏温度值 当TCE给出时 电阻温度公式为R T R VALUE 1 01TCE T T0 例 R235RMOD50 MODELRMODRES R 1TC1 0 02TC2 0 005 MODELRMODRES R 1TCE 2 5 2 电容语句格式C name N N ModName ValueIC V0例 C11210UCload45CMOD10PN 和N 是电容所连接的正 负两个节点号 当电容上为正电压时 电流从N 节点流出通过电容流入N 节点 ModName 为模型名 内容由 MODEL语句给出 Value是电容值 单位法拉 如果模型名省略 电容值可正可负 但不能为零 如果包含了模型名 ModName 电容值取决于温度和电压 C VALUE C 1 VC1 V VC2 V2 1 TC1 T T0 TC2 T T0 2 IC定义了电容的初始 时间为0 电压V0 注意只有在瞬态分析语句 TRAN中的任选项关键字UIC 使用初始状态 被确定的情况 IC规定的初始条件才起作用 例 C12410UFCLOAD1115PFIC 2 5VCINPUT1314ACAP10PFC2919ACAP20NFIC 1 5V MODELACAPCAP C 1VC1 0 01VC2 0 002TC1 0 02TC2 0 005 3 电感语句格式L name N N ModName ValueIC I0例 L11210ULA45LMOD10MN 和N 是电感所连接的正 负两个节点号 当电感上为正电压时 电流从N 节点流出通过电感流入N 节点 ModName 为模型名 其内容由 MODEL语句给出 Value是电感值 单位亨利 如果模型名省略 电感值可正可负 但不能为零 如果包含了模型名 ModName 电感值取决于温度和电流 L VALUE L 1 IL1 I IL2 I2 1 TC1 T T0 TC2 T T0 2 IC定义了电感的初始 时间为0 电流I01 注意只有在瞬态分析语句 TRAN中的任选项关键字UIC规定时 IC规定的初始条件才起作用 例 L13510MHLLOAD1115UHIC 0 2MALLINE158LMOD10MHLCHOKE2019LMOD2UHIC 0 5A MODELLMODIND L 1IL1 0 1IL2 0 002TC1 0 02TC2 0 005 4 互感互感的符号是K 线性互感的语句格式为KLL互感要包含两个或两个以上的电感 couplingvalue是互感的系数k k值必须满足0 k 1 互感藕合的顺序是任意的 图给出了互感藕合模型 Pspice假定图中点 极性 所在的端子为第一节点 互感系数M K L1 L2 1 2 时域互感电压方程为v1 L1di1 dt Mdi2 dtv2 Mdi1 dt L2di2 dt图2 3 a 给出单向互感 K 0 9999L1120 5MHKXFRMERL1L20 9999图2 3 b 的第二条语句变换为L2430 5MH图2 3 c 的语句描述如下 L1120 5MHL2340 5MHL3450 5MHK12L1L20 9999K13L1L30 9999K23L2L30 9999三个互感可合写为 KALLL1L2L30 9999 5 磁心语句格式K name L 1stname L 2ndname Value 为非线性磁心模型名 缺省值为1 它用来衡量磁横截面大小的 它代表的是薄片的层数 因此对每种薄片只需有一种模型语句 非线性磁心模型参数 AREA平均磁通截面 缺省值0 1 单位cm2 PATH平均磁路长度 缺省值1 0 单位cm GAP有效空气隙长度 缺省值0 单位cm PACK叠层系数 缺省值1 0 MS磁饱和电流 缺省值1E 6 单位A m ALPHA平均场参数 缺省值1E 3 A形状参数 缺省值1E 3 C磁畴壁的绕曲常数 缺省值0 2 K磁畴壁的销连常数 缺省值500 在语句中如果给出了 此时就会有以下四个变化 1 相互耦合的电感器变成了一个非线性磁芯器件 磁芯的磁通量的磁场强度B H特性可用Jils Atherton模型分析 2 电感器成了 线圈 故原来设定为电感的值现在要设定为线圈匝数 3 电感器清单里可能只有一个电感器 4 模型语句需设定模型参数 6 无损传输线语句格式T name NA NA NB NB Z0 TD F NL T name 为传输线名字 NA NA 为输入端口节点 NB NB 为输出端口节点 NA NB 定义为正节点 NA NB 定义为负节点 正电流从NA 流向NA 从NB 流向NB Z0为特性阻抗传输线长度可用两种形式表示 一种是由传输线的延迟TD决定的 另一种是给出一个频率F和参数NL来确定 NL是在频率为F时相对于传输线波长归一化的传输线电学长度 TD NL F 若规定了F而未给出NL 则认为NL 0 25 即F是1 4波长时的频率 传输线的语句例句 T11234ZO 50TD 10NSTTRM1234ZO 50F 2MHZNL 0 4图 b 是同轴电缆传输线模型 可以表示成一对传输线 第一条传输线T1是模拟内导体与外壳 第二条传输线T2模拟壳与地 同轴电缆的语句表达为 T11234ZO 50TD 1 5NST22040ZO 150TD 1NS 7 压控开关语句格式S name N N NC NC 例子 S16540SMOD1节点N 和N 分别是开关的正和负节点 NC 和NC 分别是控制的正和负节点 开关电阻随开关两端电压的变化而变化 是模型名 由 MODEL语句说明 例 S16540SMOD MODELSMODVSWITCH RON 0 5ROFF 10E 6VON 0 7VOFF 0 0 8 流控开关语句格式W name N N VN例子 W165VINWMOD1节点N 和N 分别是开关的正和负节点 VN是控制电流流过的电压源 开关电阻取决于流过开关的电流 是模型名 由 MODEL语句说明 例 W165VNRELAY MODELRELAYISWITCH RON 0 5ROFF 10E 6ION 0 07IOFF 0 0 2 4常用有源器件的描述 1 二极管二极管模型适用于PN结和肖特基结 由于在模型中考虑了二极管的正向特性和反向击穿特性 故也可模拟稳压管特性 1 等效电路模型二极管的特性代号为D 电路描述符号及等效电路模型如图所示 除了前述的无源器件外 同时PSPICE软件还提供了多种有源器件 如二极管 双极晶体管 BJT 结型场效应管 JFET MOS场效应管 MOSFET 砷化镓场效应管 GaAS 等 每一种器件模型都有多个参数 有些参数表示元件本身的物理特性 有些则是相关计算的结果 在电路描述时 既可用模型定义命令 MODEL定义模型参数 也可以用库调用命令 LIB调用元件库中的器件模型 当用 MODEL定义模型参数时 未被定义的参数自动采用缺省值 2 二极管描述方式有如下三种 1 在输入文件语句中 二极管的关键字为D D name N N DNAME area value MODELDNAMED 模型参数及其值 语句中N N 分别是二极管正 负极的节点 DNAME是二极管的型号名称 方括号中为可选参数 area为面积因子 MODEL语句中 根据分析需要给定的模型参数 全部或部分 未给定的参数则在程序运行时自动取缺省值 1 DCLAMP50DMOD MODELDMODD IS 2 0E 14BV 100IBV 0 1 2 DREF1012ZENER MODELZENERD BV 6 0VIBV 10MA 例 1 中 二极管DCLAMP连接在5和0节点 模型名为DMOD 用 MODEL定义该二极管模型参数 例 2 中 二极管DREF接在节点10和12之间 模型名为ZENER 参数里的BV 6 0V IBV 10mA 表明该二极管可作为稳压管使用 二极管的模型参数如下所示 参数意义单位缺省值IS饱和电流A1E 14RS寄生串联电阻 0N发射系数 1TT渡越时间s0CJO零