orcad实验指导书

第二章第二章 Orcad 实验实验 1 实验一实验一 电路原理图的绘制电路原理图的绘制 目的 目的 熟悉在 OrCAD 中的功能及画图操作步骤 内容 内容 1 OrCAD Capture OrCAD Pspice OrCAD Layout 的功能是 OrCAD Capture 的功能 绘制电路图 OrCAD Pspice 的功能 分析电路图性能 波形显示 与特征值分析 优化设计 建立与管理器件模型 OrCAD Layout 的功能 设计信号源 设 计 PCB 图 2 说明电路设计流程与画电路图的步骤 3 在 OrCAD Capture 电路编辑环境中 如何加载元件库 4 在 OrCAD Capture 电路编辑环境中 如何取用元件 5 在 OrCAD Capture 电路编辑环境中 如何放大和缩小窗口显示比例 6 在 OrCAD Capture 电路编辑环境中 如何连接线路 在何种情况下会自动产生接点 7 对于交叉的导线 如何让他们连接 8 在 OrCAD Capture 电路编辑环境中 如何快速存盘 9 画出电路图 R R Q NPN R R C CAP NP 0 R R C CAP NP C CAP NP Q NPN VCC VCC R R R R R R C CAP NP R R OUT R R Q NPN R R Q NPN R R C CAP NP E ANTENNA 1 R R R R R R 元件名称 元件库说明 RDiscrete olb电阻 CAP NPDiscrete olb无级性电容 NPNTransistor olb三极管 ANTENNADiscrete olb天线 Vcc 位于 Place Power Capsym olb 下 0 位于 Place Ground source olb 下 第二章第二章 Orcad 实验实验 2 OUT 是 Place Net alias 10 如何利用 Capture 所提供的自动元件序号排序功能 将电路图中所有不确定的元 件序号排序 11 如果电路图中 部分元件序号已排序 现在要将它们全部重新排序 如何做 12 如果在电路图中有 10 个电阻 其元件名称为 R 如果要一起将其改为 1K 应该如何做 13 对元件的属性进行编辑和了解 14 Capture 所提供的选取模式有哪两种 如果要包含完整部分才能选取的话 应该如 何设定 15 在 Capture 中 除了以导线连接外 还可以用何种方法连接 16 在上面的电路图中 将其元件序号及元件名称编辑 17 绘制一般线条 多折线 长方形 圆或椭圆 圆弧线 文字及图片 三 实验报告三 实验报告 1 将所画电路图存入 E 下 为自己个人目录 例如电信 2001 级 01 班 56 号同学 个人目录取名为 DX20010156 2 心得体会及其它 实验二实验二 层次电路原理图的绘制层次电路原理图的绘制 一 实验目的 一 实验目的 1 熟悉电路编辑环境中的界面修改 2 掌握层次式电路的画图步骤 3 元件的制作 第二章第二章 Orcad 实验实验 3 二 实验内容 二 实验内容 1 放置总线进出口时 如果要改变总线进出口的方向时 如何做 2 如何使目前的电路环境编辑不显示格点 如何设定我们在建立文件的时候 拥有 B 尺 寸的图纸 3 如何使得图纸边框参考格增加为水平 6 个格位 垂直 5 个格位 4 当我们要放置一个标题栏 要如何操作 放好标题栏后 如何填写资料 5 如果希望屏幕显示当前图纸的标题栏 而打印时 不要打印出该标题栏 如何操作 6 画出下面的电路图 相关元件的调用方法如下 运行 Place Part 点击 Part Search 输入相关元件的名 称 进行查找 查找到相应的元件库 放置元件 7 画出下列层次电路图 第二章第二章 Orcad 实验实验 4 四位全加器根层电路图 根层电路图作法如下 运行 Place HierarchicalPlace Hierarchical BlockBlock 其中 Reference Name OneOne bitbit Implementation Type SchematicSchematic ViewView Implementation name F ADDF ADD 放置方框图 可自行设置其大下区域 单击方框图 运行 Place Hierarchical Pin 输入方框图内信号 的名称及设置相关端口类型 方框图外的其它器件调用方法 运行 Place Port Place Port 调用不同 符号 同时修改其名称 F ADD 电路图 F ADD 子电路图作图方法如下 单击根层电路图中的某一方框图 单击鼠标右键 运行 Descend HierarchicalHierarchical 第二章第二章 Orcad 实验实验 5 U3B 74LS04 34 y U2C 74LS08 9 10 8 sum carry U2B 74LS08 4 5 6 x U1B 74LS32 4 5 6 U3A 74LS04 12 U2A 74LS08 1 2 3 H ADD 电路图 8 试说明元件由哪三部分组成 9 试列举数种进入元件编辑器的方法 10 试制作元件 TRL306A UD TRL306A 1 2 3 4 5 6 7 a b c d e f g com 三 实验报告 三 实验报告 3 将所画电路图存入 E 下 为自己姓名 4 心得体会及其它 实验三实验三 直流工作点分析直流工作点分析 一 一 实验目的 实验目的 1 练习直流工作点练习直流工作点 Bias Point 的分析过程 了解输出文件的内容 的分析过程 了解输出文件的内容 2 掌握修改元件参数的步骤 掌握修改元件参数的步骤 3 练习直流传输特性分析的过程 练习直流传输特性分析的过程 4 了解支流灵敏度分析的过程和内容 了解支流灵敏度分析的过程和内容 二 二 实验内容 实验内容 0 R1 10k D1 D1N4536 VDD 10V 第二章第二章 Orcad 实验实验 6 1 电路如上图所示 图中电路如上图所示 图中 R 10k 二极管选用 二极管选用 D1N4536 且 且 Is 10 nA n 2 在电 在电 源源 VDD 10V 和和 VDD 1V 两种情况下 求二极管电流两种情况下 求二极管电流 ID和二极管两端电压和二极管两端电压 VD的值的值 元件名称元件库说明 RLibrary Pspice Analog olb电阻 VDCLibrary Pspice Sourse olb直流电压源 D1N4536Library Pspice Diode olb二极管 步骤 进入步骤 进入 SchematicsSchematics 主窗口 绘出图所示电路 并设置好参数 其中二极管的主窗口 绘出图所示电路 并设置好参数 其中二极管的I Is s 1010 nAnA n n 2 2 要进入模型参数修改窗修改 先选中二极管 再选择菜单中要进入模型参数修改窗修改 先选中二极管 再选择菜单中 Edit PspiceEdit Pspice ModelModel 项 单击项 单击 InstanceInstance Model Text Model Text 可打开模型参数修改窗 可打开模型参数修改窗 设置直流工作点分析设置直流工作点分析 Bias Bias Point Point 将右侧 将右侧 OutputOutput FileFile OptionOption 下第一项下第一项 选中 设置电压源选中 设置电压源 VDDVDD 分别为分别为 10V10V 和和 1V1V 进行仿真后 在 进行仿真后 在 View OutputView Output FileFile 中得到如下结果 中得到如下结果 当当 V VDD DD 10V 10V 时 时 IDID 0 9470 947 mAmA VDVD 0 5320 532 V V 当当 V VDD DD 1V 1V 时 时 IDID 61 561 5 uAuA VDVD 0 3850 385 V V 2 电路如下图所示 三极管参数为电路如下图所示 三极管参数为 Is 5 A 100 15 10 100 F bb R 要求 要求 50 A VV 1 计算电路的直流工作点 计算电路的直流工作点 2 计算电路的电压放大倍数和输入 输出电阻 计算电路的电压放大倍数和输入 输出电阻 Vcc 10V 0 Vb 1V Rb 10k Q1 Q2N2923 out Rc 2k 元件名称元件库说明 RLibrary Pspice Analog olb电阻 VDCLibrary Pspice Sourse olb直流电压源 Q2N2923Library Pspice Bipolar olb三极管 步骤 进入步骤 进入 SchematicsSchematics 主窗口 绘出图所示电路 并设置好参数 其中三极管的主窗口 绘出图所示电路 并设置好参数 其中三极管的 Is 5 Is 5 A A 100100 要进入模型参数修改窗修改 先选要进入模型参数修改窗修改 先选 15 10 100 F bb R50 A VV 第二章第二章 Orcad 实验实验 7 中三极管 再选择菜单中中三极管 再选择菜单中 Edit PspiceEdit Pspice ModelModel 项 单击项 单击 InstanceInstance Model Text Model Text 可打开可打开 模型参数修改窗 将相应参数修改为模型参数修改窗 将相应参数修改为 Is 5 0E 15Is 5 0E 15 Bf 100Bf 100 Rb 100Rb 100 Vaf 50Vaf 50 1 1 设置直流工作点分析设置直流工作点分析 Bias Bias Point Point 将右侧 将右侧 OutputOutput FileFile OptionOption 下第一项选中 下第一项选中 进行仿真后 在进行仿真后 在 View OutputView Output FileFile 中得到如下结果中得到如下结果 3 01x10 23 01x10 2 mAmA 2 552 55 mAmA 4 904 90 B I C I CE V V V 2 设置直流工作点分析 设置直流工作点分析 Bias Point 将右侧 将右侧 Output File Option 下第三项选中 下第三项选中 From input source Vb To output V out 进行仿真后 在 进行仿真后 在 View Output File 中得到如中得到如 下结果 下结果 放大倍数放大倍数 Av 100 输入电阻输入电阻 Ri 100R 输出电阻输出电阻 Ro 1R 3 电路图如上题 了解电路中各个元件对电路特性的影响 电路图如上题 了解电路中各个元件对电路特性的影响 步骤 步骤 设置直流工作点分析设置直流工作点分析 Bias Point 将右侧 将右侧 Output File Option 下第二项选中 设下第二项选中 设 置置 Output I V V out 进行仿真后 在 进行仿真后 在 View Output File 查看电阻及三极管中的各个参查看电阻及三极管中的各个参 数对输出电压的影响 数对输出电压的影响 DC SENSITIVITIES OF OUTPUT V OUT ELEMENT NAME ELEMENT VALUE ELEMENT SENSITIVITY VOLTS UNIT NORMALIZED SENSITIVITY VOLTS PERCENT R Rb 1E44 584E 44 584E 2 R Rc 2E3 2 332E 3 4 665E 2 V Vcc 1E19 139E 10 9 139E 2 V Vb 1 1 522E 3 1 522E 1 三 三 上机操作报告 上机操作报告 5 将所画电路图存入将所画电路图存入 E 下 下 为自己姓名 为自己姓名 6 在报告中写出操作中相应的数据 在报告中写出操作中相应的数据 7 心得体会及其它 心得体会及其它 实验四实验四 交流扫描分析交流扫描分析 一 一 实验目的实验目的 1 掌握交流扫描分析的各种设置和方法 二 二 实验内容 实验内容 1 共射极放大电路如下图所示 试分析出中频区放大倍数 上限截止频率和下限截 止频率 电路输入电阻和输出电阻 第二章第二章 Orcad 实验实验 8 C1 10U R2 3K R5 3K RS 2K R3 1k C2 10U 0 C3 10U V2 12V VK V1 FREQ 10K VAMPL 0 01 VOFF 0 OUT R1 300K 0 Q2 Q2N3904 元件名称元件库说明 RLibrary Pspice Analog olb电阻 CLibrary Pspice Analog olb电容 Q2N3904Library Pspice Bipolar olb三极管 VDCLibrary Pspice Sourse olb直流电压源 VSINLibrary Pspice Sourse olb正弦信号源 步骤 1 作出电路图 修改三极管参数 放大系数 80 rbb rb 100 将 V1 信号源的 AC 设置为 1 设置方法 双击电压源 V1 出现 V1 电压参 数设置界面 将 AC 设置为 1 否则交流仿真分析无法完成 2 在 Analysis type 中选择 AC Sweep Noise 在 Options 中选中 General Settings AC Sweep 的分析频率从 0 01Hz 到 1GHz 采用十倍频 每十倍频采样点数为 50 运行仿真 3 在 Probe 窗口中 键入幅频响应表达式 DB V OUT V VK 显示出电压 增益的幅频特性曲线 启动标尺 测量并列出中频电压增益 分贝 38 857dB 下限截止频率 fL和上限截止频率 fH大约是 fL 916 778Hz fH 7 641MHz 上限截止频率 fH和下限截止频率的分贝数要比中频电压增 益 分贝 少 3 分贝 4 在 Probe 窗口中 键入相频响应表达式 P V OUT V VK 显示出电压增 益的相频特性曲线 启动标尺 测量并列出中频区相位差大约为 161 718 5 在 Probe 窗口中 显示出输入电阻的特性曲线 输入电阻表达式 V VK I V1 启动标尺 测量并列出中频区输入电阻大约为 1 0230K 6 在 Probe 窗口中 显示出输入电阻的特性曲线 方法如下 将电路输入端短路 即将电源 V1 去掉 用 wire 代替 负载电阻 R5 去掉 在输出端加入信号源 将信号源 AC 设置为 1 T V 进行交流扫描分析 键入表达式 启动标尺 测量并列出中频区的输出 TT V VI V 电阻数值大约为 2 电路如下图所示 试分析 C5在 1UF 到 100UF 之间变化时 下限频率 fL的变化范围 第二章第二章 Orcad 实验实验 9 R10 1 3K R8 5 1K C4 10U V4 0 vo R6 33K V3 12V R9 10K PARAMETERS cval 50u C5 cval R7 3 3K 0 Q2 Q2N3904 C3 10U 元件 PARAM 位于 Library Pspice Special olb 下 步骤 1 设置交流分析 AC Sweep 的分析频率从 0 01Hz 到 1GHz 采用十倍频 每十倍频 采样点数为 50 2 选中参数扫描分析 Parametric sweep Sweep variable Global Parameter Parameter name cval Sweep type value list 设置 Ce取列表值 1UF 5UF 10UF 20UF 50UF 80UF 和 100UF 注意列表值 之间用 空格键 隔开 3 进行仿真后 得到电压增益的幅频响应曲线 由图中看出 Ce在 1UF 到 100UF 之 间变化时 下限频率变化的趋势 Frequency 10m H z100m H z1 0H z10H z100H z1 0KH z10KH z100KH z1 0M H z10M H z100M H z1 0G H z D B V v0 V VK 50 0 50 3 电路如题 2 图所示 试分析三极管放大系数在 20 到 200 之间变化时 电路输出电 压变化趋势 步骤 1 设置交流分析 AC Sweep 的分析频率从 0 01Hz 到 1GHz 采用十倍频 每十倍频 采样点数为 50 2 选中参数分析 第二章第二章 Orcad 实验实验 10 Sweep variable Model Parameter Model type NPN Model name Q2N3904 Parameter name Bf Sweep type Linear Start value 20 End value 200 Increment value 20 3 进行交流扫描分析 查看输出电压变化曲线 输出电压表达式为 V VO Frequency 1 0m H z10m H z100m H z1 0H z10H z100H z1 0KH z10KH z100KH z1 0M H z10M H z V v0 0V 40V 80V 113V 4 电路如题 2 图所示 试分析温度在 20 到 100 之间变化时 电路中三极管集电极电 流变化情况 步骤 1 设置交流分析 AC Sweep 的分析频率从 0 01Hz 到 1GHz 采用十倍频 每十倍频 采样点数为 50 2 选中参数分析 Sweep variable Temperature Sweep type Linear Start value 20 End value 100 Increment value 10 3 进行交流扫描分析 查看三极管集电极电流变化曲线 三极管集电极电流表达式为 IC Q2 Frequency 300 0H z1 00KH z3 00KH z10 0KH z30 0KH z100 0KH z300 0KH z1 00M H z3 00M H z10 0M H z I C Q 2 40 0m A 45 0m A 50 0m A 55 0m A 37 5m A 5 电流并联负反馈电路如下图所示 试运用 PSPICE 分析该电路的 AIF 输入电阻 Rif 和输出电阻 Rof 第二章第二章 Orcad 实验实验 11 0 V V V2 12V RL 500 U1 uA741 3 2 74 6 1 5 V V OUT OS1 OS2 V 0 Rs 500K Is R 100 V V1 12V VO 0 Rf 1k 步骤 1 设置交流扫描分析 仿真后得到频率响应曲线 由图可得 AIF 输入电阻 RIF 2 输出电阻Rof 元件名称元件库说明 RLibrary Pspice Analog olb电阻 VDCLibrary Pspice Sourse olb直流电压源 uA741Library Pspice opamp olb放大器 IACLibrary Pspice Sourse olb交流电流源 6 在电路中计算的噪音通常是电阻上产生的热噪音 半导体器件产生的散粒噪音和闪烁 噪音 步骤 1 打开 Orcad Pspice Samples Anasim Example example obj 文件 2 进行交流扫描分析 选中噪音分析 在 Output Voltage 中填入 V OUT2 在 I V 中填 入 V1 在 Interval 填入 30 3 查看输出文件 在频率为 100Mhz 下的各个元器件的噪声 总噪声 4 在 Probe 窗口中 在 Trace Add 中选择 V ONOISE 和 V INOISE 查看输出节点 OUT2 总的输出噪声电压和在输入节点计算出来的等效输入噪声电压随频率变化而变化情 况 三 上机操作报告 8 将所画电路图存入 E 下 为自己姓名 9 在报告中写出操作中相应的数据 10 心得体会及其它 实验五实验五 直流扫描分析直流扫描分析 一 实验目的一 实验目的 1 掌握直流扫描分析的各种设置和方法 二 实验内容二 实验内容 1 绘出下面电路图 利用直流扫描 DC Sweep 来验证二极管的 V I 特性曲线 第二章第二章 Orcad 实验实验 12 D1 D1N4002 Vi 0Vdc 0 步骤 1 作出电路图 进行直流扫描扫描分析 设置主扫描变量为电压 源 Vi 由 110V 开始扫描到 10V 每隔 0 01V 记录一点 查看二极管流过的 电流曲线 I D1 2 现在调整横轴与纵轴坐标以便观察门坎电压值 请选 Plot Axis Settings 功能 选项或直接 X 轴坐标刻度上双击左键来打开 Axis Settings 对话框 请把 X Axis 页内 Data Ranges 栏下的 User Defined 值设为 0 2V 请把 Y Axis 页内 Data Rangs 栏下的 User Defined 值设为 0 5A 查看二极管电流 I D1 3 再如上面的操作将 X 轴坐标刻度值设为 101V 到 99V 将纵坐标调整为 5A 到 1A 查看二极管电流 I D1 可见其雪崩电压约为 100V 2 绘出下面电路图 利用直流扫描分析 DC Sweep 的来验证晶体三极管的 Vce Ib 输出特性曲线 步骤 1 电压源 V1 和电流源 I1 的元件属性默认都为 0 以下扫描类型均为 Linear 扫描 2 设置主扫描参数 在 Options 栏内勾选 Primary Sweep 选项 设置主扫描变量为电压 源 Vi 由 0V 开始扫描到 4V 每隔 0 01V 记录一点 0 V1 0Vdc Q1 Q2N2222 I1 0Adc 3 设置副扫描参数 在 Options 栏内勾选 Secondary Sweep 选项 设 置副扫描变量为电流源 I1 由 0A 开始扫描到 0 5mA 每隔 0 1mA 记录一点 或者在 Value List 中设置为 0 0 1m 0 2m 0 3m 0 4m 0 5m 也可 4 进行仿真分析 查看集电极电流 IC Q1 5 启动光标来测量坐标值 由曲线上 大致可以看出在放大区内三极管放大系数 为 C B I I A A 元件名称元件库说明 VDCLibrary Pspice Sourse olb 直流电压源 IDCLibrary Pspice Sourse olb 直流电流源 Q2N2222Library Pspice Bipolar olb 三极管 3 一 BJT 互阻放大电路如图所示 设 NPN 型硅管 2N3904 的放大系数 100 电路参 第二章第二章 Orcad 实验实验 13 数为 RC 500 R f 10k VCC 12V 分析 1 当温度在 30 C 到 50 C 的情况下 如果反馈电阻 Rf从 10 k 到 50 k 之间变化 时 每隔 10K 记录一点 三极管集电极电流 IC 的变化情况如何 RC 500 RF rr IS 0 Vcc 12V PARAMETERS rr 10K 0 Vo Q3 Q2N3904 步骤 进入仿真环境中 绘出所示电路 并设置好参数 特别是要选择参数元件 PARAMETERS 设置自定义变量 rr 1 在直流扫描分析中设置对温度的扫描 同时在参数扫描中设置变量 rr 不同的取值 仿真后得集电极电流 IC 由图中看到温度在 30 C 到 50 C 的情况下 Rf 取不同值时 集 电极电流 IC 的变化情况 4 共射极放大电路如下图所示 设 BJT 的型号为 2N3904 50 试用 PSPICE 程序 作如下的分析 1 求 Q 点 2 作温度特性分析 观察当温度在 30 度 70 度范 围内变化时 BJT 的集电极电流 IC的变化范围 V1 FREQ 10k VAMPL 1 VOFF 0 R1 33k R4 1 3k R2 3 3k R5 5 1k 0 C2 10n V2 12v R3 10k C1 10u Q1 Q2N3904 0 步骤 进入 Schematics 主窗口 绘出图所示电路 将 Bf 的值改为 50 1 设置直流工作点分析 Bias Point Detail 仿真后在输出文件中得到静态工作 点 IB mA IC mA VCE V 2 设置直流扫描分析 DC Sweep 对温度进行 30 70 的线性扫描 在 Probe 窗口中得到IC随温度变化的曲线所示 由图中看出温度在 30 70 变化时 集电 极电流由 mA 变到 mA 第二章第二章 Orcad 实验实验 14 5 电路图如下图所示 三极管参数为 Is 5 A 100 15 10 100 F bb R 要求 50 AF VV 若其它参数不变 为使得 应调节 1 2 CQ ImAA B V 若其它参数不变 为使得 应调节 1CQ I b R 若其它参数不变 为使得电阻 Rb 上功率为 uW 调节 Rb 若其它参数不变 为使得 应调节 1 2 CQ ImAA C R Vcc 10V 0 Vb 1V Rb 10k Q1 Q2N2923 out Rc 2k 步骤 绘制电路图 对电源 Vb 直流扫描 仿真后 显示波形 启动标尺 在 1CQ I 时 1 2 CQ ImAA BB V 2 其它参数不变 对电阻 Rb 直流扫描 仿真后 显示波形 启动标尺 1CQ I 在 时 电阻 Rb 1 2 CQ ImAA 3 其它参数不变 对电阻 Rb 直流扫描 仿真后 显示 Rb 功率波形 启动标 尺 在 Rb 功率为 uW 时 电阻 Rb Rb 功率表达式是 Rb V Rb 1 V Rb 2 4 其它参数不变 对电阻 Rc 直流扫描 仿真后 显示波形 启动标尺 1CQ I 在 时 电阻 Rc 1 2 CQ ImAA 三 实验报告 11 将所画电路图存入 E 下 为自己姓名 12 在报告中写出操作中相应的数据 13 心得体会及其它 实验五实验五 瞬态分析瞬态分析 第二章第二章 Orcad 实验实验 15 一 实验目的一 实验目的 1 掌握瞬态分析的各种设置和方法 二 实验内容 二 实验内容 1 电路和参数如题所示 试运用 PSPICE 分析 1 输入正弦电压信号的频率为 1kHz 幅值为 10mV 时 求输入与输出电压的瞬 6 V 态波形 0 Q3 Q2N3904 C8 50uf vo R16 1 3K V6 R13 3 3K C7 10U C6 10U 0 R12 33K V5 12V R15 10K R14 5 1K 2 对输出电压进行傅立叶分析 3 温度从 20 到 80 之间变化 查看输出电压波形 步骤 作图 对电路设置瞬态分析 分析时间由 0S 开始直到 4mS 为止 每隔 4uS 记录一点 仿真后 查看输入与输出电压波形 输入与输出电压表达式分别为 V V6 和 V VO 单击 Output file option 选中傅立叶分析 傅里叶分析设置如下表 进行仿真 查 看输出电压波形 在 View Output File 中可具体查看不同频率下各谐波的幅度及相位信息 设置名称设置项说明 Center frenquency1K 中心频率 Number of harmonics9 谐波次数 Output variableV VO 分析信号变量名 直流分量 DC COMPONENT FREQUENCY 频率 FOURIER COMPONENT幅度PHASE 相位 DEG 1K 3K 6K 第二章第二章 Orcad 实验实验 16 9K 设置参数分析 设置温度从 20 度 80 度线形变化 每 20 度变化一次 仿真后 查看 输出电压波形 2 如图所示 RC 电路 分析在脉冲信号作用下的瞬态响应 步骤 1 作图 对电路设置瞬态分析 分析时间由 0S 开始直到 0 6uS 为止 每隔 1nS 记录一点 仿真后 查看输入与输出电压波形 2 若电阻 R1 从 100 变化到 1K 每 100 变化一次 查看输出电压波形变化 0 inout R1 100 C1 100p V1 TD 99n TF 1n PW 99n PER 200n V1 0V TR 1n V2 2V 三 实验报告 14 将所画电路图存入 E 下 为自己姓名 15 在报告中写出操作中相应的数据 16 心得体会及其它 实验七实验七 优化设计分析优化设计分析 一 一 实验目的 实验目的 1 1 掌握优化 Optimizer 设计的过程 2 2 掌握蒙特 卡洛 Monte Carlo 分析的过程 3 3 掌握最坏情况 Worst Case 分析的过程 二 二 实验内容 实验内容 1 共发射极电路如图所示 试运用 PSPICE 的优化分析 调节电阻 RC 的阻值 使得流过三 极管的集电极电流为 1mA 左右 V1 1V VB VCC V2 5V 0 VCC 0 Rc rval1 Q1 Q2N2270 VB R1 1k 步骤 1 画出电路图 将电阻 RC 的阻值改为 RVAL1 2 在 Pspice Place Optimizer Parameters 调用优化工具 3 双击 Optimizer Parameters 设置参数如下 Name RVAL1 Initial Value 初始值 3K 第二章第二章 Orcad 实验实验 17 Current Value 当前值 3K Lower Limit 最小值 1K Upper Limit 最大值 100k Tolerance 容差 10 双击 Add 4 进行直流扫描分析 扫描变量为电压源 V2 扫描类型 为 value list 设置为 5V 进行扫描分析 5 选中 Optimizer Parameters 在 Pspice Run Parameters 运行 6 在优化环境中 在 Edit specifications 下 单击 Add 添加优化指标 Name 自定 Reference internal 内部指定 Internal Target 1mA Range 5uA 指标设定范围 Analysis DC Simulation Profile and Circuit File sim 为自己在直流扫描取的名称 Evaluate IC Q1 指定指标为集电极电流 7 从 Tune 菜单中选 Update Performance 8 再从 Tune 菜单中选 Auto Start 运行优化程序 得到结果 在电阻为优化前 3K 的时候 IC Q1 在电阻为优化后 K 的时候 IC Q1 2 在上题中 如果不仅要对三极管的集电极电流进行控制 还要求对消耗在电阻 RC 上的 功率有一定的限制 可以在优化指标中添加新的指标限制 步骤 1 在优化环境中 在 Edit specifications 下 单击 Add 添加优化指标 Name 自定 Reference internal 内部指定 Internal Target 5mW Range 400uW 指标设定范围 Analysis DC Constraint 选中 Type 小于和等于 Target Simulation Profile and Circuit File sim 为自己在直流扫描取的名称 Evaluate I RC V RC 1 RC 2 指定 指标为电阻上的消耗功率 2 在优化环境中 在 Edit 下选中 Reset Value 将电阻的阻值恢复到优化前的 3K 3 从 Tune 菜单中选 Update Performance PSPICE Optimizer 将根据当前设置值 分别 计算各个优化指标的当前值 4 再从 Tune 菜单中选 Auto Start 开始对电路进行优化 得到结果 5 在电阻 3K 时 IC Q1 功耗为 在电阻为优化后 K 时 IC Q1 功耗为 6 可以知道优化结果不可能同时满足两个优化指标的 7 如果修改优化指标 将电阻 RC 上的功率的上限值改为 5 mW 其它设置不变 重复 2 到 5 的过程 观察优化的结果 可以知道两个优化指标都可以满足 在电阻为优化后 K 时 IC Q1 功耗为 8 在实际 的电路中 电阻值不可能是任意值 必须在已有的电阻中选择电阻 标称值 在菜单 Edit 下选中 Round Nearest PSPICE Optimizer 将根据当前设定的容差 10 选取最近的 标称值 并计算在 RC 的阻值在标称值的电路的各项参数 3 蒙特卡洛蒙特卡洛 Monte Carlo 分析是一种统计模拟方法 它是在给定电路元器件参数容差 的统计分布规律的情况下 用一组组伪随机数求得元器件参数的随机抽样序列 对这些随 机抽样的电路进行直流 交流和瞬态分析 并通过多次分析结果估算出电路性能的统计分 布规律 如电路性能的中心值 方差 以及电路合格率 成本等等 以此结果作为是否修 正设计的参考 增加了模拟的可信度 下图是一个 Chebyshev 4 阶有源滤波器 图中元器件参数是按照中心频率为 10KHz 带宽为 1 5KHz 的要求设计的 如果投入生产时要组装 400 套滤波器 所有的电阻采用精度 为 1 的电阻器 所有的电容采用精度为 5 的电容器 试绘制 400 套滤波器的 1Db 带宽和中 第二章第二章 Orcad 实验实验 18 心频率分布直方图 步骤 1 作出电路图 注意电阻和电容是采用 Breakout olb 中的 Rbreak 和 Cbreak V3 是交流信号源 VAC 幅值为 1V 2 点击 Edit Pspice Model 分别将 Rbreak 和 Cbreak 的模型设置为 model RMOD RES R 1 DEV 1 model CMOD CAP C 1 DEV 5 把内容按以上表达式修改 然后存盘并退出即可 V1 15v VO CMOD C2 CMOD C3 R5 RMOD V 0 0 V 0 CMOD C4 R3 RMOD 0 V3 1Vac 0Vdc U3A LT1013 LT 3 2 84 1 V V OUT R4 RMOD V V V2 15v CMOD C1 R6 RMOD R2 RMOD U1A LT1013 LT 3 2 84 1 V V OUT R1 RMOD 0 0 V V 3 设置 AC 分析参数 将交流扫描分析的扫描频率范围设置为 Start Freq 100hz End Freq 1Mhz Pts Decade 50 4 设置 MC 分析参数 Output 的空格中填入 V VO Number of 中填入 400 Random number 设定随机数 不填则以 17533 为内定值 Save data 设置为 ALL 执行 PSpice 程序 5 选定分析结果数据 由于 MC 分析中包含多次 AC 分析 由自己来选择分析数据的多少 查看输出电压 V VO 的波形 6 进入直方图绘制状态 Trace Performance Analysis 单击 OK 屏幕进入直方图绘制 状态 Y 轴坐标刻度变为百分数 7 绘制直方图 在 Trace Add 中选择特征函数 Bandwidth 1 db level 及作为自变量的 信号变量名 V VO 将其改为 Bandwidth VDB VO 1 单击 OK 屏幕出现 1db 带宽分 布直方图 8 如果要显示 1db 带宽中心频率直方图 在 Trace Add 中选择特征函数 Centerfreq 1 db level 及作为自变量的信号变量名 V VO 将其改为 Centerfreq VDB VO 1 单击 OK 屏幕出现 1db 带宽中心频率直方图 9 查看输出文件 了解有关数据的表达意义 4 最坏情况最坏情况 Worst Case 是指电路中的元件参数在其容差域边界点上取某种组合时所引 起的电路性能的最大偏差 最坏情况分析 Worst Case Analysis 就是在给定电路元器件 参数容差的情况下 估算出电路性能相对标称值时的最大偏差 如存在最大偏差时都能满 足设计要求 那当然是最佳方案 Worst Case 分析是一种统计分析 步骤 1 在上图环境中 Analysis Type 设置为交流 AC 分析 2 Options 选项中 在 Worst case Sensitiv 前的小方框中打钩 选中最坏情况 分析分析 并出现分析设置框 第二章第二章 Orcad 实验实验 19 3 Output 的空格中填入 V VO Vary devices that tolerance 空格中选择 both DEV and LOT 表示同时进行 DEV 与 LOT 分析 Limit devices to 仅局限于所选的 器件 在此不填 Save data from each sensitivity 前的方框中打钩 同时对此电路进 行灵敏度分析 点选 More Setting 在 Find 选项中选 the Maxium value 在 Worst Case direction 选项中选 HI 表示分析的输出结果朝正向 HI 或朝负向 LOW 偏移 List model parameter value in the output file 前打钩 结果输出到文字档中 点选 OK 4 选 PSpice Run 在 Trace Add 中选择 V VO 查看波形 图中最后一个符 号所对应的曲线即代表分析出来的在最坏情况下的波形 5 点选 View Output File 可以看到最坏情况分析的文字结果 三 上机操作报告 17 将所画电路图存入 E 下 为自己姓名 18 在报告中写出操作中相应的数据 19 心得体会及其它 实验七实验七 数字电路分析数字电路分析 三 实验目的 实验目的 掌握数字电路分析的过程 四 四 实验内容 实验内容 1 掌握对时钟信号源 DIGCLOCK 波形设置及数字电路分析 CLK DSTM1 OFFTIME 5US ONTIME 5uS DELAY 2 5u STARTVAL 0 OPPVAL 1 CARRY SUM U4A 7400 1 2 3 A U3A 7400 1 2 3 U5A 7404 12 U2A 7400 1 2 3 B CLK DSTM2 OFFTIME 2 5uS ONTIME 2 5uS DELAY 5u STARTVAL 0 OPPVAL 1 U1A 7400 1 2 3 步骤 1 作出电路图 信号源调用在 Source olb 的器件 Digclock 2 设置信号源 DSTM1 0PPVAL 时钟高电平状态 1 STARTVAL T 0 时时钟初值 0 OFFTIME 每个时钟周期低电平状态的持续时间 5uS ONTIME 个时钟周期高电平状态的持续时间 5uS DELAY 延迟时间 2 5 uS DSTM2 0PPVAL 时钟高电平状态 1 STARTVAL T 0 时时钟初值 0 OFFTIME 每个时钟周期低电平状态的持续时间 2 5uS ONTIME 每 每个时钟周期高电平状态的持续时间 2 5uS 第二章第二章 Orcad 实验实验 20 DELAY 延迟时间 5 uS 3 进行瞬态分析 查看 A B SUM 及 CARRY 波形 4 将信号所设置的持续时间减小 可以观察到由于门电路器件的延迟而产生的 乱序及竞争 冒险现象 2 掌握对信号源 DIGSTM 波形设置及数字电路分析 步骤 1 作出电路图 信号源调用在 Sourcstm olb 的器件 Digstm1 2 高电平 HI 采用在 PWR SOURCE 中的 D HI 3 设置信号源 J1 CLR1 CLK1 方法 点击器件 Digstm1 在 Edit Pspice Stimulus 选择信号为 Name szxh2 Digtial clock Frequence 1 25meg hz 其它设置不变 Name szxh3 Digtial clock Frequence 0 03meg hz 其它设置不变 Name szxh4 Digtial clock Frequence 0 03meg hz 其它设置不变 4 进行瞬态分析 查看J1 CLR1 CLK1 Q0 Q1 Q2 Q3波形 S1 DSTM6 Implementation szxh4 S1 DSTM5 Implementation szxh2 Q1 U4A 74107 1 4 13 3 2 12 J K CLR Q Q CLK J1 HI CLR1 S1 DSTM7 Implementation szxh3 U1A 74107 1 4 13 3 2 12 J K CLR Q Q CLK U3A 74107 1 4 13 3 2 12 J K CLR Q Q CLK Q3 CLK1 U2A 74107 1 4 13 3 2 12 J K CLR Q Q CLK Q2Q0 3 掌握对信号源 DSTM4 波形设置及数字电路分析 S4 DSTM9 m 0 3 步骤 1 作出电路图 信号源调用在 Source olb 的器件 STM4 2 参数设置说明 WIDTH 指定总线信号的位数 FORMAT 指定总线信号采用 何种进位制 用 1 表示 2 进制 2 表示 8 进制 4 表示 16 进制 TIMSTEP 时间倍乘因 子 在用相对时间时 符号为 c 须用此项规定单位 c 的实际时间 COMMAND1 COMMAND16 对应波形描述语句 方法 双击器件 DSTM1 选择信号为 WIDTH 4 或者 WIDTH 4 FORMAT 1111 FORMAT 1111 TIMSTEP 10us TIMSTEP 10us COMMAND1 0 1100 COMMAND1 0 C COMMAND2 9c 1110 COMMAND2 9c E COMMAND3 10c 0110 COMMAND3 10c 6 COMMAND4 18c 0100 COMMAND4 18c 4 COMMAND5 20c 0101 COMMAND5 20c 5 3 进行瞬态分析 查看 M0 M1 M2 M3 波形 4 掌握对 DSTM 循环变化波形设置及数字电路分析 第二章第二章 Orcad 实验实验 21 U 0 7 S8 DSTM10 步骤 1 作出电路图 信号源调用在 Source olb 的器件 STM8 2 方法 双击器件 DSTM8 选择信号为 WIDTH 8 FORMAT 44 TIMSTEP 10us COMMAND1 0S 00 八位初始值为 0 COMMAND2 LABEL STARTLOOP 描述 LABEL 的名称为 STARTLOOP COMMAND3 1C INCR BY 01 时间为 1C 的时候 总线电平加 1 COMMAND4 2C GOTO STARTLOOP UNTIL GE FF 时间在 2C 的时候 如果总线电平小于 FF 则转向 LABEL 的名称为 STARTLOOP 的下 一条波形描述语句 3 进行瞬态分析 查看