电路CAD实习报告

1 电路电路 CADCAD 实习报告实习报告 专专 业业 电电子信息科学与技子信息科学与技术术 班班 级级 电电子子 12 1 姓姓 名 名 程程诚诚 学学 号 号 20121601010106 指指导导老老师师 苑广苑广军军 白白庆华庆华 实习实习日期 日期 2013 11 18 22 目录目录 软件简介 3 ORCAD 3 例题 4 2 例题 3 1 4 例题 3 2 5 例题 3 3 6 例题 3 4 7 例题 3 5 8 例题 3 6 9 习题 11 习题 1 11 习题 2 13 习题 3 14 习题 4 15 习题 5 17 习题 6 18 习题 7 20 习题 8 21 习题 9 23 习题 10 25 习题 11 26 习题 12 27 实习心得 29 参考文献 30 软件简介软件简介 ORCAD Cadence 公司的 OrCAD 是世界上应用最广泛的 EDA Electronic Design 3 Automation 软件之一 是 EDA 软件中一个比较突出的代表 OrCAD 软件功能 强大 而且其界面友好 直观 在国外广泛使用 OrCAD 软件系统主要包括 OrCAD Capture 电路图设计 OrCAD PSpiceA D 数 模混合模拟 OrCAD Layout Plus PCB 设计 等 此次实 习主要用到 OrCAD Capture 和 OrCAD PSpiceA D ORCADORCAD 软件系统的功能及特点软件系统的功能及特点 1 OrCAD Capture 是 OrCAD 软件库中的公用软件 也是其他两个软件的基础 在调用 OrCAD PSpiceA D 和 OrCAD Layout Plus 之前 都需要先运行它 它是一个功能强大电路远离设计软件 用 OrCAD Capture 软件绘制的电路 图完成以后 可以直接进行仿真 也可以进入 OrCAD Layout Plus 软件进 行制板设计 2 OrCAD PSpiceA D 是通用电路模拟软件 除对数字电路和数 模混合电路 模拟外 还具有优化设计的功能 该软件中的 Probe 模块 相当于一个 虚拟示波器 不但可以在模拟结束之后显示信号波形 而且可以对波 形进行何种运算处理 包括提取电路特性参数 分析电路参数与元件参数 的关系 使分析过程更加方便直观 优点 优点 1 图形化 平面化和层次化设计能力提高了原理图设计效率 2 与强大的元件信息系统 CIS 高度集成 促进优选器件和已有器件库的重 用 可以加快原理图设计进程 降低项目成本 3 便于查找元件 并与 MRP ERP PDM 数据库实现高度集成 4 为用户提供超过 200 万的免费元件库 便于灵活选择设计元件 5 集中管理物料编号和器件信息 6 可进行数据流程 封装以及互联的在线设计规则检查 7 用户可以对元件 连线 网络 引脚和标题框进行灵活的编辑和定义 8 可以导入和导出所有常用的设计文件格式 9 宏记录器可用于复杂的原理图编辑和定制过程的录制 例题例题 例题例题 3 1 4 由电阻和之流电压源组成的仿真电路如图 3 1 所示 试求 RL两端的电压和 电流 R3 6 2 1 R1 3 21 0 V1 12VRL 1MEG 2 1 R2 5 21 图 3 1 偏压点分析结果如图 3 1 1 所示 8 000V12 00V R3 6 1 333A 2 1 RL 1MEG 8 000uA 2 1 V1 12V 1 333A R1 3 1 333A 218 000V R2 5 8 000uA 21 0 0V 图 3 1 1 由图可知 RL两端的电压为 8V 流经 RL的电流为 8uA 例题例题 3 2 RLC 串联仿真电路如图 3 2 所示 试分析该电路电流的频率响应特性 5 C1 1000n R1 10 L1 0 5m 12 0 I V1 1Vac 0Vdc 图 3 2 电流 I R1 与信号源 V1 的频率关系如图 3 2 1 所示 Frequency 1 0KH z3 0KH z10KH z30KH z100KH z I R 1 0A 50m A 100m A 如图 3 2 1 例题例题 3 3 6 图 3 3 是一个简单的 RC 仿真电路 试分析其在脉冲信号作用下的输出瞬态 响应 in V1 TD 100ns TF 1ns PW 100ns PER 200ns V1 0V TR 1ns V2 2V 0 C1 100p R1 100 out 图 3 3 RC 电路瞬态分析波形如图 3 3 1 所示 绿色 V in 红色 V out Ti m e 0s0 1us0 2us0 3us0 4us0 5us0 6us0 7us0 8us0 9us1 0us V IN V O U T 0V 1 0V 2 0V 图图 3 3 1 例题例题 3 4 7 含有 VCVS 受控源的电路如图 3 4 所示 求电路中的 u1 及 u R1 1k 0 R2 10k V1 2Vdc E1 E 图图 3 4 偏压点分析结果 偏压点分析结果 E1 E V1 2Vdc 18 00mA 2 000V200 0V 0V R2 10k 18 00mA R1 1k 18 00mA 20 00V 0 图图 3 4 1 直流分析结果如图直流分析结果如图 3 4 2 所示 所示 直流分析法直流分析法 V R2 2 8 V V1 1 0V2 0V3 0V V R 2 2 0V 100V 200V 300V 直流分析法直流分析法 V R1 2 V V1 1 0V2 0V3 0V V R 1 2 0V 10V 20V 30V 图图 3 4 2 由图由图 3 4 2 可知 可知 u1 20V u 200V 例题例题 3 5 RL 一阶串联电路加一折线电压源 如图 3 5 所示 试求 L1的电压与电流 R1 1k VPWL 0 L1 1uH 1 2 图图 3 5 电源参数设置为 T1 0s T2 1us V1 0V V2 10V 电源波形如图 3 5 1 所示 9 Ti m e 0s0 2us0 4us0 6us0 8us1 0us1 2us1 4us1 6us1 8us2 0us V VPW L 0V 5V 10V 图图 3 5 1 如图 3 5 2 所示是用 VPWL 来描述开关和上的作用 运行波形如下 Ti m e 0s0 5m s1 0m s1 5m s2 0m s2 5m s3 0m s3 5m s4 0m s4 5m s5 0m s 1 V L1 1 2 I L1 0V 5V 10V 1 0A 5m A 10m A 2 图图 3 5 2 由图中可以看出需要时间常数 L R 1ms 的 5 倍时间才能达到 10V 新的稳定值 例题例题 3 6 含有开关的 RC 一阶串联仿真电路如图 3 6 所示 开关在 t 1s 时打开 试求 C1的电压与电流 C1 0 25 0 V2 12Vdc R6 3 U2 1 12 R5 6 图图 3 6 10 C1两端电压 电流如图 3 6 1 所示 Ti m e 0s1s2s3s4s5s6s7s8s9s10s 1 V C 1 2 2 I C 1 4V 8V 12V 1 1 5A 1 0A 0 5A 0 0A 2 图图 3 6 1 由图可以看出 电容由图可以看出 电容 C C1 1在达到稳态后 两端电压为在达到稳态后 两端电压为 12V12V 电流为 电流为 0A0A 11 习题习题 习题习题 1 对图 3 7 所示仿真电路先执行偏压点分析 观察其文本输出 再进行直流 扫描分析 画出 V M4 d 的波形图 Vi 5Vdc M3 IRF150 Is 0 1A 0 V2 5Vdc M4 IRF150 M2 IRF9140 M1 IRF9140 V1 5Vdc 图图 3 7 偏压点分析结果如图偏压点分析结果如图 3 7 1 所示 所示 12 5 000V V2 5Vdc 500 0mW 100 0mA7 297V M1 IRF9140 4 109uW 0A 3 041uA M4 IRF150 87 63mW 0A 100 00mA M3 IRF150 4 109uW 0A 3 041uA 10 00V 0 8 174V 5 000V M2 IRF9140 182 6mW 0A 100 00mA 8 649V 0V Vi 5Vdc 0W 0A V1 5Vdc 500 0mW 100 0mA Is 0 1A 729 7mW 100 0mA 图图 3 7 1 直流扫描分析结果 直流扫描分析结果 V M4 d 如图如图 3 7 2 所示所示 V Vi 0V0 5V1 0V1 5V2 0V2 5V3 0V3 5V4 0V4 5V5 0V V M 4 d 0V 4V 8V 12V 图图 3 7 2 13 习题习题 2 对图 3 8 所示仿真电路先执行偏压点分析 观察其文本输出 再进行直流 扫描分析 画出 V U1 OUT 的波形图 V1 10Vdc D1 D1N4002 0 R2 10k R1 20k D2 D1N4002 0 0 V2 10Vdc Vi 0Vdc U1 uA741 3 2 74 6 1 5 V V OUT OS1 OS2 图图 3 8 直流分析结果直流分析结果V U1 OUT 波形波形如图如图 3 8 1 所示 所示 V Vi 0V1V2V3V4V5V6V7V8V9V10V V U 1 O U T 10V 5V 0V 5V 图图 3 8 1 14 偏压点分析结果如图偏压点分析结果如图 3 8 2 所示 所示 Vi 0Vdc 0W 1 879nA R1 20k 2 786pW 11 80nA 10 00V D2 D1N4002 1 074nW 11 80nA 18 79uV V2 10Vdc 11 17mW 1 117mA 0V R2 10k 35 32fW 1 879nA V1 10Vdc 11 16mW 1 116mA 0 D1 D1N4002 6 372nW 69 84nA 0V 0 10 00V 0V U1 uA741 22 33mW 79 73nA 79 77nA 1 116mA 1 117mA 81 65nA 3 2 74 6 1 5 V V OUT OS1 OS2 0 0V 91 26mV 254 8uV 图图 3 8 2 习题习题 3 对图 3 9 所示的仿真电路进行直流扫描分析 在同一窗口画出 I R1 和 I R2 的波形图 观察流经 R1和 R2的电流方向是否相同 为什么 15 R1 5k 0 V1 15VdcR2 10k 图 3 9 直流扫描分析如图 3 9 1 所示 绿色 I R1 红色 I R2 V V1 0V2V4V6V8V10V12V14V16V I R 1 I R 2 1 0m A 0 5m A 0A 0 5m A 1 0m A 图 3 9 1 由图可知由图可知 I R1 和和 I R2 方向不一致 方向不一致 习题习题 4 对图 3 10 所示仿真电路执行交流扫描分析 画出DB V V0 V Vi 和 P V V0 V Vi 的波形图 16 Vac 1Vac V0 R2 794 C2 0 1 U2 uA741 3 2 74 6 1 5 V V OUT OS1 OS2 0 V1 10Vdc 0 0 Vi V2 10Vdc C1 0 1 R1 15k 图图 3 10 交流扫描交流扫描 DB V V0 V Vi 波形如图波形如图 3 10 1 所示 所示 Frequency 10KH z30KH z100KH z300KH z1 0M H z3 0M H z10M H z D B V V0 V Vi 80 60 40 20 图图 3 10 1 17 交流扫描波形交流扫描波形 P V V0 V Vi 如图如图 3 10 2 所示 所示 Frequency 10KH z30KH z100KH z300KH z1 0M H z3 0M H z10M H z P V V0 V Vi 50d 0d 50d 100d 图图 3 10 2 习题习题 5 对图 3 11 所示仿真电路进行瞬态分析 将 Maximum step size 设为 0 2us Run to Time 设为 0 2ms 在同一个窗口下显示 V Vi 和 V V0 两个信号的 波形曲线 Vi Rf 2k V0 V1 12Vdc 0 Ri 1k V2 12Vdc 0 Vain FREQ 10kHz VAMPL 1V VOFF 0 0 U1 OPAMP OUT 图图 3 11 18 瞬态扫描结果如图瞬态扫描结果如图 3 11 1 所示 红色 所示 红色 V Vi 绿色 绿色 V V0 Ti m e 0s20us40us60us80us100us120us140us160us180us200us V V0 V Vi 2 0V 1 0V 0V 1 0V 2 0V 图图 3 11 1 习题习题 6 对图 3 12 所示仿真电路进行噪声分析和相应的温度分析 温度选取 25 40 55 各参数参考 3 7 节范例 19 0 V0 Rc 1k Q2 Q2N3904 Vdc 10Vdc 0 Rb 100k AC 1V DC 3V VSRC 0 图图 3 12 噪声分析结果如图噪声分析结果如图 3 12 1 所示 所示 Frequency 10H z100H z1 0KH z10KH z100KH z1 0M H z10M H z100M H z1 0G H z 1 V O N O I SE 2 V I N O I SE 0V 200nV 400nV 500nV 1 0V 2 0uV 4 0uV 6 0uV 8 0uV 2 图图 3 12 1 SNR 如图 3 12 2 所示 20 Frequency 10H z100H z1 0KH z10KH z100KH z1 0M H z10M H z100M H z1 0G H z D B V V0 V O N O I SE 100 110 120 130 140 图图 3 12 2 温度分析结果如图温度分析结果如图 3 12 3 所示 所示 Frequency 1 0M H z3 0M H z5 0M H z7 0M H z9 0M H z D B V V0 V O N O I SE 0 0 4G 0 8G 1 2G Frequency 100M H z110M H z D B V V0 V O N O I SE 7 0G 7 2G 7 4G 7 6G 7 8G 图图 3 12 3 习题习题 7 21 对如图 3 13 所示电路进行温度分析 R1的温度系数为 tc1 0 02 tc2 0 04 C1的温度系数为 tc1 0 03 tc2 0 04 仿真温度为 20 30 40 50 Cbreak C1 1n 0 V1 TD 0 001ms TF 0 001ms PW 0 001ms PER 0 004ms V1 0V TR 0 001ms V2 5V V0 R1Rbreak 10 图图 3 13 温度分析结果如图温度分析结果如图 3 13 1 所示 所示 Ti m e 0 950us0 955us0 960us0 965us0 970us0 975us0 980us0 985us0 990us0 995us1 000us I C 1 600f A 400f A 200f A 0f A 图图 3 13 1 习题习题 8 22 求图 3 14 所示电路中的控制量 I及及U R3 1k V1 20Vdc I H1 H 0 R2 500 U R1 1k 图图 3 14 直流扫描结果如图直流扫描结果如图 3 14 1 所示 所示 I V V1 0V2V4V6V8V10V12V14V16V18V20V I H 1 1 0A 5m A 10m A 15m A 23 U R3 V V1 0V2V4V6V8V10V12V14V16V18V20V V R 3 2 0V 2 0V 4 0V 6 0V 图图 3 14 1 由图可知由图可知 I 15mA 由图可知由图可知 U R3 5V 习题习题 9 计算如图 3 15 所示电路的输入电阻 R2 3 V V1 0Vdc 0 H2 H R1 3 R3 3 I 图图 3 15 24 输入电阻如图输入电阻如图 3 15 1 所示 所示 I V1 和和 V H2 3 V V1 0V0 5V1 0V1 5V2 0V2 5V3 0V3 5V4 0V4 5V5 0V I V1 V H 2 3 2 0 0 2 0 4 0 6 0 输入电阻 输入电阻 V V1 0V0 5V1 0V1 5V2 0V2 5V3 0V3 5V4 0V4 5V5 0V V H 2 3 I V1 6 0 4 0 2 0 0 0 图图 3 15 1 25 习题习题 10 求如图 3 16 所示 RC 充放电仿真电路的 RC 充放电电路输出波形 V0 C1 0 5n 0 R1 1k V1 TD 0 TF 0 PW 3000ns PER 6000ns V1 0V TR 0 V2 10V Vi 图图 3 16 RC 充放电电路输出波形如图充放电电路输出波形如图 3 16 1 所示 所示 Ti m e 0s1 0us2 0us3 0us4 0us5 0us6 0us V V0 V VI 0V 5V 10V 图图 3 16 1 26 习题习题 11 对图 3 17 所示仿真电路进行偏压点分析 观察其输出文本 然后进行直流 扫描 I1 10Adc 0 R1 1k 图图 3 17 直流扫描分析结果如图直流扫描分析结果如图 3 17 1 所示 所示 I I 1 0A1A2A3A4A5A6A7A8A9A10A V I 1 0V 5KV 10KV 图图 3 17 1 27 习题习题 12 如图 3 18 所示的 BJT 共射极放大电路仿真电路图 要求对输出电压 V0进行 噪声分析 温度分析的设置值为 30 45 60 并观察文本输出文件的内容 C3 1000n V1 10Vdc 0 Rc 4 7k Re1 470 Vi Vc Re2 470 Q1 Q2N2222 R2 10k R3 47k 0 Rs 600 0 C2 1000n Vb R1 47k V2 1Vac 0Vdc V0 C1 1000n 图图 3 18 V0进行噪声分析结果如图进行噪声分析结果如图 3 18 1 所示 所示 Frequency 10H z100H z1 0KH z10KH z100KH z1 0M H z10M H z100M H z1 0G H z 1 V O N O I SE 2 V I N O I SE 0V 20nV 40nV 60nV 80nV 1 0V 10nV 20nV 30nV 40nV 2 图图 3 18 1 28 SNR 分析结果如图分析结果如图 3 18 2 所示 所示 Frequency 10H z100H z1 0KH z10KH z100KH z1 0M H z10M H z100M H z1 0G H z D B V V0 V O N O I SE 140 150 160 170 图图 3 18 2 V0进行温度分析结果如图进行温度分析结果如图 3 18 3 所示 所示 Ti m e 0s0 1us0 2us0 3us0 4us0 5us0 6us0 7us0 8us0 9us1 0us V V0 200nV 100nV 0V 100nV 图图 3 18 3 29 实习心得实习心得 本周 11 18 22 日 我们进行了为期一周的电路 CAD 实习 主要实习内 容是对 OrCAD 软件的熟悉与使用 以前听同学说起过 CAD 他们把 CAD 说的很难 但是经过这几天的实习 我发现其实它并不是很难 或许是因为我们