高等电路分析7_电路仿真软件

PSpice和Multisim电路仿真软件 2009 11 9 SPCIE和PSPICE SPICE SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis1972年由加州大学伯克利分校开发完成程序代码完全开放 用户可以根据需要修改1988年SPICE成为美国国家标准1984年Microsim公司开发完成PSPICE成为第一个用于PC平台的SPICE模拟器1998年Microsim公司并入OrCAD公司 Multisim由加拿大ElectronicsWorkbench公司研制该软件以前的版本称为ElectronicsWorkbenchMultisim的仿真内核结合了SPICE3F5和XSPICE 并增强了数模混合仿真功能 突出优点是直观的图形显示 虚拟仪器测量 示波器 函数发生器 万用表 频谱绘图仪 逻辑分析仪 模仿真实实验台 作为设计工具 可以与其他流行的电路分析 设计和制板软件交换数据 1 电路仿真的意义和作用 电路仿真 就是把电子器件和电路模块以数学模型表示 并配合数值分析和图形模拟显示的方法 实现电路的功能模拟和特性分析 作用 验证设计方案的正确性 电路分析和最坏情况分析 优化电路设计 电路性能的模拟测试 逻辑模拟 电路图生成和印刷板设计等 意义 理论上反映电路特性 能极其方便 快捷 经济地实现电路结构的优化设计 这对缩短电子产品开发周期 降低开发费用 提高综合性能 提高市场竞争力 都有着十分重要的意义 Fig 71probe 共发射极放大器电路的波形分析结果 共发射极放大器电路的输入和输出波形可以选泰克示波器界面 画电路图 标注元件参数 设置接地点及观测点 设置信号源属性 建立分析类型 启动仿真 仿真结果分析 2 电路仿真流程图 PSPICE绘电路图界面 总线 Multisim主界面 信号源属性设置 仿真的结果是否成功 是否能达到预期的效果与信号源的选用和设置有很大的关系 我们要用上的几个信号源有 VDC 简单直流电源 只设电压DC 即可 主要作电路电源和DC扫描分析 VAC 简单交流电源 只需设交流电压值ACMAG 常用于电路AC扫描分析的信号源 VSIN 复合电压源 它内含正弦信号 直流电压 交流变频信号等 需设置五个参数 DC 一般取0 AC VOFF 直流偏移量 一般取0 VAMPL 正弦波幅度 FREQ 频率 它常用于对放大电路进行综合分析的信号源 指数源 一般形式 EXP V1V2TRDTRCTFDTFC V1初始电压V2峰值电压TRD上升延时时间TRC上升时间常数TFD下降延时时间TFC下降时间常数 脉冲源 一般形式 PULSE V1V2TDTRTFPWPER V1初始电压V2脉冲电压TD延迟时间TR上升时间TF下降时间PW脉冲宽度PER脉冲周期 分段线性源 一般形式 PWL T1V1T2V2 TNVN Ti时间点Vi该时间点电压值 单频调频源 一般形式 SFFM V0VAFCMODFS V V0 VAsin 2 FCt Msin 2 FSt V0偏置电压VA电压振幅FC载波频率MOD调制系数FS信号频率 正弦源 一般形式 SIN V0VAFREQTDALPHATHETA V V0 VAe t td sin 2 f t td V0偏置电压VA电压振幅FREQ频率TD延迟时间ALPHA阻尼因子THETA相位延迟 3 分析类型 正确地选择仿真类型 是确保仿真成功的关健 3 1DC分析3 2AC分析3 3瞬态分析3 4温度影响分析3 5灵敏度分析 3 1DC扫描分析 分析电源变化对电路工作特性的影响单击 DCSweep 进入DC扫描分析对话框 设置如右图 直流扫描分析 语句格式 DC SType SNAMESSTARTSSTOPSINCR 例子 DCVIN 0 2550 25IB0mA1mA100uA DCLINI25mA 2mA0 2mA DCRESRMOD R 0 71 30 1 DCDECNPNQMOD1 IS 1E 181E 155 DCTEMPLIST 45 150l550100125 DCPARAMVSUPPLY7 5150 5 扫描类型 包括LIN DEC OCT LIST 扫描参数名 电源 温度 模型参数 全局变量等 扫描起始值 扫描中止值 扫描增量或点数 必须大于0 嵌套扫描 spice语句格式 OP此语句计算并打印出电路的直流工作点 这时电路中所有电感短路 电容开路 在瞬态和交流分析前程序将自动进行直流工作点分析 以确定瞬态分析的初始条件和交流小信号分析时非线性器件的线性化小信号模型参数 输出结果包括 1 所有节点的电压2 所有电压源的电流及电路的直流总功耗3 所有晶体管各极的电流和电压4 非线性受控源的小信号 线性化 参数 3 2AC扫描分析 对电路频率特性的分析 如放大电路的频带宽度单击ACSweep进入AC扫描分析对话框 线性扫描 对数扫描 交流特性分析 语句格式 AC SType NFSTARTFSTOP要使用AC特性分析 必须在输入中至少指定一个独立源的交流值 以使分析得以进行 此外要使FSTOP FSTART 0 AC分析中 所有具有非零幅度值的独立电压和电流源都是电路的输入 要得到AC的分析结果必须使用 PRINT PLOT或 PROBE中的一个 可得到网络的幅频特性与相频特性 得到在给定频率下的输入与输出阻抗等 对非线性动态网络可求出有输入或无输入时的稳态周期解 频率取值方法 包括LIN DEC OCT 每一数量级中取频率点的数目 起始频率值 终止频率值 噪声分析 语句格式 NOISEV N N SOURCEM例 NOISEV 5 VIN10该语句是进行电路的噪声分析 噪声分析是同交流分析一起进行的 所以 NOISE语句要与 AC语句一同出现 电路中产生噪声的器件有电阻器和半导体器件 每个器件的噪声源在AC分析的每个频率计算出相应的噪声 并传送到一个输出节点 所有传送到该节点的噪声进行方均根相加 就得到了指定输出端的等效输出噪声 计算从输入源到输出端的电压 电流 增益 由输出噪声和增益就得到等效输入噪声值 节点总的噪声输出电压 作为噪声输入基准并计算等效输入噪声节点处的独立电压源或独立电流源名称 频率问隔点数 在每个间隔频率点 电路中每个噪声源的贡献将打印出来 若为零则不打印该信息 3 3瞬态分析 常用于对动态网络进行时域分析 正弦波放大分析 振荡电路波形分析等 单击 Transient 进入瞬态分析对话框 进行设置 语句格式 TRANTSTEPTSTOP例 TRAN1NSl00NS TRAN1nsl00NS1NSUIC其中TSTEP是绘图的时间增量 TSTOP是分析终止时间 TSTART是绘图的开始时间 TSTART缺省值为0 TMAX是最大步长 UIC 表示用户用自己规定的初始条件进行瞬态分析 而不用在瞬态分析前进行静态工作点的求解 瞬态分析总是从时间零开始 在时间零到TSTART的时间间隔内 瞬态电路分析仍进行 只是不输出也不存贮 3 4温度特性分析 分析温度变化对元件参数的影响 单击 Parametric 进入参数扫描对话框 设置如右图 注意的是 除温度参数外 还应设置另外一个仿真分析项 以观察其在温度变化时参数的变化情况 3 5灵敏度分析 计算电路中元件参数变化时对输出量的影响 灵敏度分析可在直流工作情况下进行 也可在交流和瞬态工作条件下进行 单击 Sensitivity 进入灵敏度分析对话框 该仿真分析没有图形 只有分析报告 4 二者仿真功能的异同 PSpice的仿真分析 基本分析 扫描分析 直流分析 交流分析 时域信号分析 温度分析 参数分析 交流灵敏度分析 直流灵敏度 偏压点分析 直流扫描分析 直流灵敏度分析 小信号直流转移分析 交流扫描分析 噪声分析 暂态分析 傅立叶分析 失真分析 高级分析 零极点分析 传递函数分析 Multisim的仿真分析 总结 Multisim与PSpice都可以对电路进行功能仿真 比如 直流工作点分析 交流分析 瞬态分析 傅里叶分析 噪声分析 直流扫描分析 温度分析 参数分析 最坏情况分析 蒙特卡罗分析 Multisim还可以对电路进行失真分析 直流 交流灵敏度分析 零点 极点分析 交流传递函数分析 RF电路仿真 自定义类型仿真虽然PSpice也有灵敏度 传递函数分析功能 但都只适用于直流情况 Multisim比PSpice出色的地方是提供了多种常用的虚拟仪表 包括数字万用表 函数信号发生器 功率计 双踪示波器 波特图示仪 字符发生器 逻辑分析仪 逻辑转换仪 失真度分析仪 频谱分析仪和网络分析仪等 逻辑转换仪是Multisim所特有的虚拟仪器 实际工作中不存在与之相对应的设备 Multisim的虚拟仪表与现实中所使用的仪表一样 可以直接通过这些仪表观察电路的运行状态 5 二者对仿真分析结果处理的异同 Multisim能将仿真分析结果传输给多种软件 1 把仿真电路原理图资料传输给ElectronicsWorkBench的UhiBoard模块 也可以将原理图转换成其他PCB电路板格式的软件OrCAD PADS和Protel等所能接受的网络表文件 注意 如果电路中使用了虚拟仪器 这些虚拟仪器将不会传输到网表中 2 把仿真分析的结果输出到MathCA