pspice 第三讲演示幻灯片

1,电子电路计算机仿真技术,ORCADPSPICE,第三讲,2,PSpice学习目标,熟悉PSpice的仿真功能;熟练掌握各种仿真参数的设置方法;综合观测并分析仿真结果;熟练输出分析结果;能够综合运用各种仿真对电路进行分析;学会修改模型参数。,3,PSpice分析过程,运行仿真,绘制原理图,设置仿真参数,观测并分析仿真结果,4,PSpice仿真前绘制原理图应该注意的地方,新建Project时应选择AnalogorMixed-signalCircuit调用的器件必须有PSpice模型调用OrCAD软件本身提供的模型库，路径为CaptureLibrarypspice，此路径中的所有器件都有提供PSpice模型，可以直接调用。其次，若使用自己的器件，必须保证*.olb、*.lib两个文件同时存在，器件属性中必须包含PSpiceTemplate属性。原理图必须至少有一条0网络，即接地。必须有激励源。,5,Pspice仿真前绘制原理图应该注意的地方,原理图中的端口符号不具有电源特性，所有激励源都存储在Source和SourceTM库中。电源两端不允许短路，不允许仅由电源和电感组成回路，也不允许仅由电源和电容组成的割集。解决方法：电容并联一个大电阻，电感串联一个小电阻。最好不要使用负值电阻、电容和电感，因为他们容易引起不收敛。,6,可以实现的分析类型,步进变化,多重仿真分析,多重统计模拟方法,频率,时间,直流工作点BiasPointDetail灵敏度分析Sensitivity.直流扫描分析DCSweep.传输函数TransferFunction.交流扫描分析ACSweep.噪声分析NoiseAnalysis瞬态分析Transient.通用参数扫描Parametric.温度分析Temperature.蒙特卡罗分析MonteCarlo最坏情况分析WorstCase,7,PSpice仿真类型,直流分析：当电路中某一参数（称为自变量）在一定范围内变化时，对自变量的每一个取值，计算电路的直流偏置特性（称为输出变量）。交流分析：作用是计算电路的交流小信号频率响应特性。噪声分析：计算电路中各个器件对选定的输出点产生的噪声等效到选定的输入源（独立的电压或电流源）上。即计算输入源上的等效输入噪声。瞬态分析：在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应。基本工作点分析：计算电路的直流偏置状态。,在PSpice中，可以分析的类型有以下几种：,8,蒙托卡诺统计分析：为了模拟实际生产中因元器件值具有一定分散性所引起的电路特性分散性，首先根据实际情况确定元器件值分布规律，然后多次“重复”进行指定的电路特性分析，每次分析时采用的元器件值是从元器件值分布中随机抽样，代表了实际变化情况。完成了多次电路特性分析后，对各次分析结果进行综合统计分析，就可以得到电路特性的分散变化规律。蒙托卡诺分析和最坏情况分析都具有统计特性，因此又称为统计分析。最坏情况分析：蒙托卡诺统计分析中产生的极限情况即为最坏情况。参数扫描分析：是在指定参数值的变化情况下，分析相对应的电路特性。温度分析：分析在特定温度下电路的特性。,9,Profile的名称输入name,调用以前Profile的参数设置,系统将接着弹出如下对话框：,构造文件/电路仿真的网络连接,首先建立一个仿真参数描述文件，点击PSpiceNewsimulationprofile，系统弹出对话框：,选择Create,10,在Analysistype中，你可以有四种选择：,TimeDomain(Transient)：时域(瞬态)分析DCSweep：直流分析ACSweep/Noise：交流/噪声分析Biaspoint：基本偏置点分析,11,基本工作点分析调出SimulationSetting对话框，在Analysistype选择BiasPoint，在Options中选中GeneralSettings，如下所示：,计算直流传输特性,输出详细的基本工作点信息,进行直流灵敏度分析,12,直流分析类型(I),直流电路节点电位(BiasPoint)-只有直流分量的电源-自动进行工作点分析,执行给出:电路所有节点电位-如果激活,可以获取更多信息:所有电压源电流和电路总的直流功耗晶体管偏置电压,各极电流和工作点下小信号线性化模型参数.,结果在输出文件.out,13,直流灵敏度分析：虽然电路特性完全取决于电路中的元器件取值，但是对电路中不同的元器件，即使其变化的幅度（或变化比例）相同，引起电路特性的变化不会完全相同。灵敏度分析的作用就是定量分析、比较电路特性对每个电路元器件参数的灵敏程度。Pspice中直流灵敏度分析的作用是分析指定的节点电压对电路中电阻、独立电压源和独立电流源、电压控制开关和电流控制开关、二极管、双极晶体管共5类元器件参数的灵敏度，并将计算结果自动存入.OUT输出文件中。本项分析不涉及PROBE数据文件。需要注意的是对一般规模的电路，灵敏度分析产生的.OUT输出文件中包含的数据量将很大。直流传输特性分析：进行直流传输特性分析时，Pspice程序首先计算电路直流工作点并在工作点处对电路元件进行线性化处理，然后计算出线性化电路的小信号增益，输入电阻和输出电阻，并将结果自动存入.OUT文件中。本项分析又简称为TF分析。如果电路中含有逻辑单元，每个逻辑器件保持直流工作点计算时的状态，但对模数接口电路部分，其模拟一侧的电路也进行线性化等效。本项分析中不涉及PROBE数据文件。,14,直流分析类型(II),直流灵敏度分析(Sensitivity.)指定输出变量的灵敏度值:a)节点电压b)相关电源电路的元器件参数:-电阻-二极管-晶体管-独立源.-受控电源元器件线性化模型灵敏度值=输出变量对元件参数的小信号微分,15,DCSENSITIVITIESOFOUTPUTV(R_R7)ELEMENTELEMENTELEMENTNORMALIZEDNAMEVALUESENSITIVITYSENSITIVITY(VOLTS/UNIT)(VOLTS/PERCENT)R_R101.000E+033.513E-033.513E-02R_R71.000E+022.612E-032.612E-03R_R111.000E+030.000E+000.000E+00R_R81.000E+02-2.410E-04-2.410E-04R_R91.000E+03-3.661E-03-3.661E-02V_V31.000E+000.000E+000.000E+00V_V51.500E+014.819E-017.229E-02,输出结果文件.out,输出数据列表:,直流灵敏度分析.,相对灵敏度,元器件参数变化1%,16,直流灵敏度分析结果,DCSENSITIVITIESOFOUTPUTV(OUT2)ELEMENTELEMENTELEMENTNORMALIZEDNAMEVALUESENSITIVITYSENSITIVITY(VOLTS/UNIT)(VOLTS/PERCENT)R_RBIAS2.000E+043.274E-046.548E-02R_RC11.000E+04-2.477E-05-2.477E-03R_RC21.000E+04-6.300E-04-6.300E-02R_RS21.000E+034.398E-044.398E-03R_RS11.000E+03-4.394E-04-4.394E-03V_V21.200E+017.190E-018.629E-02V_V3-1.200E+013.577E-01-4.293E-02V_V10.000E+001.013E+020.000E+00Q_Q1RB1.000E+01-1.920E-03-1.920E-04RC1.000E+00-1.006E-04-1.006E-06RE0.000E+000.000E+000.000E+00BF2.559E+02-5.499E-05-1.407E-04ISE1.434E-146.887E+119.876E-05BR6.092E+004.093E-142.494E-15ISC0.000E+000.000E+000.000E+00IS1.434E-144.498E+146.450E-02NE1.307E+00-1.452E-01-1.898E-03NC2.000E+000.000E+000.000E+00,分析结果如下,17,直流分析类型(III),传输函数(TransferFunction.)电路直流小信号传输函数值分析:电路等效于“黑盒子”性能指标:指定的输出与输入的比值(增益)输出文件结果.out:电压增益输入电阻输出电阻,*SMALL-SIGNALCHARACTERISTICSV(out)/V_V6=-9.181E-01INPUTRESISTANCEATV_V6=4.940E+02OUTPUTRESISTANCEATV(out)=9.997E+01,18,SMALL-SIGNALCHARACTERISTICSV(OUT2)/V_V1=1.013E+02INPUTRESISTANCEATV_V1=1.534E+04OUTPUTRESISTANCEATV(OUT2)=9.617E+03,直流传输特性分析结果,分析结果如下,19,直流分析类型(IV),直流扫描分析(DCSweep.)扫描变量:a)独立源b)元器件值c)模型参数d)温度扫描类型:a)线性扫描b)数量级扫描(n,10n,100n,.)c)倍频程对数扫描(n,2n,4n,.)d)列表扫描,20,直流扫描分析.,直流扫描分析的分析结果:a)独立源变化值b)元器件变化值c)温度分析变化值d)模型参数变化值构筑第二扫描变量的可能性(Nestedsweep)可同时设置第二个扫描变量.特性曲线输出结果文件.datPROBE轴x:扫描变量(步进变化)轴y:直流输出变量一条曲线对应一个扫描设置参数,后续章节介绍,21,设置和运行DCSweep,选择DCSweep，在Options中选中PrimarySweep，此窗口也可点击PSpiceEditSimulationprofile，调出,直流扫描自变量类型,电压源电流源,以全局参数变量为自变量,以模型参数为自变量,以温度为自变量,22,设置和运行DCSweep,选择DCSweep，在Options中选中PrimarySweep，此窗口也可点击PSpiceEditSimulationprofile，调出,扫描方式,参数线性变化,参数以对数变化,只分析列表中的值,参数的起始值,参数的终止值,线性变化时的增量，对数变化时倍频的采样点,23,例：下图电路对模型Q2N2222的参数BF进行DCSweep，参数设置如图所示。,BF的值从200分析到300，自变量线性增长，增量为10,24,在SimulationSetting中按OK钮退出并保存设置参数;放置电压观测探针;运行PSpice，自动调出Probe模块，得到如下波形:,波形显示出输出V(out1)与模型Q2N2222的BF参数变化关系。,25,使用Globalparameter参数，必须在原理图中调用一个器件：CaptureLibraryPSpiceSpecial库中的PARAM器件。然后对PARAM器件添加新属性，新属性即为一个Globalparameter参数。如新建一个RES属性。调用Globalparameter参数采用在PART的VALUE属性值中输入RES进行调用。,使用Globalparameter参数,26,交流扫描分析类型(ACSweep.),是一种电路交流小信号线性频域分析,在用户指定频率范围进行频率扫描分析:线性分析确定电路中非线性器件的线性化模型参数(前期工作).(如计算电路的直流工作点)设置输入信号幅度为单位1AC=1相位为零输出变量值即直接为输出对输入的传输函数值激励源:只有交流AC参数应用于交流扫描分析(DC计算静态工作点和确定交流线性模型参数),幅频与相频分析,27,交流扫描分析类型(II)(ACSweep.),频率扫描类型:线性变化(起始,截止和取点数)倍频程变化(起始,截止和频率点数)数量级变化(起始,截止和频率点数)分析结果频响特性曲线PROBE频率函数变量:幅度(VM)相位(VP)群延时(VG),28,设置和运行ACSweep,调出SimulationSetting对话框，在Analysistype中选择ACSweep/Noise，在Options中选中GeneralSettings，如下所示,29,ACSweepType：其中参数的含义与DCSweep的SweepType中的参数含义一样。NoiseAnalysis：噪声分析Enabled：在ACSweep的同时是否进行NoiseAnalysis。Output：选定的输出节点。I/V：选定的等效输入噪声源的位置。Interval：输出结果的点频间隔。,设置和运行ACSweep,30,注意：对于ACSweep，必须具有AC激励源。产生AC激励源的方法有以下两种：一、调用VAC或IAC激励源；二、在已有的激励源（如VSIN）的属性中加入属性“AC”，并输入它的幅值。对于NoiseAnalysis，选定的等效输入噪声源必须是独立的电压源或电流源。分析的结果只存入OUT输出文件，,设置和运行ACSweep,31,例：按下图所设参数进行设置：,扫描频率,输出节点等效噪声输入源采样点间隔,32,下图是AC分析结果。,Y轴为系统增益与AC信号源幅值的乘积。,33,噪声分析,与交流小信号分析一起进行(WithACsweep)电阻和半导体器件产生的热噪声(散粒,闪烁):噪声电压单位为V/HZ噪声电流单位为A/HZ描述语句格式:Outputvoltage:节点总的噪声输出电压I/V:噪声输入基准的独立源Interval:频率间隔点数图形处理:INOISE输入噪声值/ONOISE输出噪声值,(.NOISE),34,*08/01/0014:42:37*PSpice9.1(Mar1999)*ID#1090601032*circuitfileforprofile:TRAN*NOISEANALYSISTEMPERATURE=27.000DEGC*FREQUENCY=1.023E+04HZ*TRANSISTORSQUAREDNOISEVOLTAGES(SQV/HZ)Q_Q1Q_Q2Q_Q3Q_Q4RB1.033E-141.036E-141.699E-151.696E-15RC1.263E-229.911E-233.507E-233.270E-23RE0.000E+000.000E+000.000E+000.000E+00IBSN2.389E-171.621E-161.597E-141.313E-14IC1.161E-141.042E-144.525E-154.404E-15IBFN0.000E+000.000E+000.000E+000.000E+00TOTAL2.196E-142.094E-142.219E-141.923E-14*RESISTORSQUAREDNOISEVOLTAGES(SQV/HZ)R_RBIASR_RC1R_RC2R_RS2R_RS1TOTAL2.607E-171.530E-163.512E-191.696E-131.699E-13*TOTALOUTPUTNOISEVOLTAGE=4.240E-13SQV/HZ=6.511E-07V/RTHZTRANSFERFUNCTIONVALUE:V(OUT1)/V_V1=1.012E+02EQUIVALENTINPUTNOISEATV_V1=6.432E-09V/RTHZ,下图是在10.23KHz时的噪声分析结果。,35,PSpice作业要求：,题目与说明简单描述本范例的学习目的及重点说明。电路图画出Capture电路图。文本输出文件与输出波形图仿真波形图；文本输出文件的主要部分。讨论写出操作过程中碰到的问题、解决的方法及学习心得体会。,36,作业,将课堂上所讲例题上机实践。将上题改为电阻200欧、电源电压改为8伏，仿真观察；电阻改为电容，值为1nF，电压为5伏，仿真观察；电阻改为电感，值为1mH，电压为5伏，仿真观察；（如果出错，试分析原因并改正）电源改为电流源1A，仿真观察。,37,作业,3.将下面的电路（library：eval.olb）执行偏压点分析，观察其文本输出文件，然后执行直流扫描分析。（Vifrom-10V-10V),38,作业,对下图进行交流扫描分析。,39,课堂演示,1、演示下图所示电路的直流扫描特性(V3)和瞬态特性。,40,课堂演示,2、演示下图所示电路的直流偏压和直流小信号特性(V1)和瞬态特性（直流嵌套扫描）。,41,作业,3、对下图进行交流扫描分析。,42,最有用和应用面最广的非线性时域分析计算从t=0到终止时刻:Finaltime电路关键参量各个时刻变化量可以忽略时间初始时刻的打印:No-printdelay(无打印延迟)可以设置计算参量的打印时间步长:PrintStep设置记录点间的时间间隔:StepCeiling(PSPICE默认状态会使用自定义的内部时间间隔来计算),瞬态分析(Transient.),43,计算步长越小,越精确但是仿真计算时间越长和分析结果记录和输出文件越大跳过起始瞬态偏压点计算,而直接使用各元件的起始条件来作瞬态分析:Skipinitialtransientsolution常用的时域信号源:正弦波,脉冲波,折线波,周期性折线波,指数波,单频调频波数字脉冲信号,数字激励源,文件输入数字激励源图形结果:轴X时间,瞬态分析(II),44,瞬态分析调出SimulationSetting对话框，在Analysistype中选择TimeDomain(Transient)，在Options中选中GeneralSettings，如下所示:,45,瞬态分析终止的时间,瞬态分析终止的时间开始保存分析数据的时刻,允许的最大时间计算间隔,是否进行基本工作点运算,控制输出文件内容，点击后弹出如下对话框,46,OUT文件输出设置,在OUT文件里存储的数据的时间间隔,是否进行傅立叶分析,是否详细输出偏置点的信息,47,Pspice软件瞬态分析的五种激励信号波形特点和描述该信号波形时涉及到的参数。其中电平参数针对的是独立电压源。对独立电流源，只需将字母V改为I，其单位由伏特变为安培。(1).脉冲信号(Pulse)脉冲信号是在瞬态分析中用得较频繁的一种激励信号。描述脉冲信号波形涉及到7个参数。下图为一具体实例。图中给出了该波形对应的参数。,瞬态分析的激励信号源,48,起始电压V1伏特、无,延迟时间TD秒、0,脉冲宽度PW秒、TSTOP,脉冲周期PER秒、TSTOP,下降时间TF秒、TSTEP,脉冲电压V2伏特、无,上升时间TR秒、STEP,脉冲信号(Pulse),49,脉冲信号电平值与参数的关系,脉冲信号(Pulse),50,作业,51,(2).分段线性信号（PWL:Piece-WiseLinear）分段线性信号波形由几条线段组成。描述这种信号只需给出线段转折点的坐标数据即可。下图是一个分段线性信号波形实例。,分段线性信号,52,（3）.调幅正弦信号（SIN:SinusoidalWaveform）描述调幅正弦信号涉及6个参数。表3列出了这些参数的含义、单位和内定值。下图为一具体实例。,调幅正弦信号,偏置值峰值振幅频率相位阻尼因子延迟时间,53,调幅正弦信号波形的变化与这6个参数的关系,说明：此处的VSIN信号只用于瞬态分析,AC分析时不起作用。若阻尼因子与偏置值均为0，则调幅信号成为标准正弦信号。,54,voff+vampl*sin(2*fc*TIME+mod*sin(2*fm*TIME),(4).调频信号（SFFM:Single-FrequencyFrequency-Modulated）描述调频信号需要5个参数，调频信号与这些参数之间的关系为：,调频信号,偏置电压,峰值振幅,载频,调制频率,调制因子,55,5.指数信号(EXP:ExponentialWaveform)描述指数信号要有6个参数，下图为一指数信号波形。,指数信号,56,指数信号,57,58,59,60,61,62,63,64,激励信号源如果从SOURCSTM库中调用，则激励信号波形需调用StmEd模块设置。电路中选中电源符号并执行Edit/PspiceStimulus,出现激励信号编辑窗口：,瞬态分析的激励信号源编辑模块,65,选择Stimulus/New新建一个激励信号波形：,瞬态分析的激励信号源编辑模块,键入新建信号源名字,选择新建信号源类型,66,瞬态分析的激励信号源编辑模块,选择Stimulus/New新建一个脉冲信号波形：选择Pulse，出现如下窗口，设定脉冲信号波形的7个参数。,设置方法与source库中的脉冲源相同。,OK后即出现脉冲波形,67,脉冲信号(Pulse),？,68,瞬态分析的激励信号源编辑模块,选择Stimulus/New新建一个调幅正弦信号波形：选择Sin，出现如下窗口，设定调幅正弦信号的6个参数。,设置方法与source库中的正弦信号源相同。,OK后即出现脉冲波形,69,调幅正弦信号,？,70,瞬态分析的激励信号源编辑模块,选择Stimulus/New新建一个调频信号波形：选择SSFM，出现如下窗口，设定调频信号的5个参数。,设置方法与source库中的调频信号相同。,OK后即出现脉冲波形,71,？,72,瞬态分析的激励信号源编辑模块,选择Stimulus/New新建一个指数信号波形：选择EXP，出现如下窗口，设定指数信号的6个参数。,设置方法与source库中的指数信号相同。,OK后即出现脉冲波形,73,74,瞬态分析的激励信号源编辑模块,选择Stimulus/New新建一个分段线形信号波形，在绘图窗口，将指示针移至相应的坐标点直接绘制分段线形信号波形。修改PWL波形，先将其选中，激活Edit/ActivatePWL，然后直接移动顶点即可。,交互式修改,75,傅里叶级数分析,与瞬态分析同时进行,在同一窗口下构造:在大信号正弦瞬态分析时:对最后一个周期波形进行谐波分析,V(out),t,Finaltime,1/f,也可以在PROBE,中激活快速傅里叶级数分析FFT但是得到所有的数据是临时分析的,76,OUT文件输出设置,在OUT文件里存储的数据的时间间隔,是否进行傅立叶分析,是否详细输出偏置点的信息,77,用于确定需对其进行傅里叶分析的输出变量名,用于指定傅里叶分析中采用的基波频率，其倒数即为基波周期。在傅里叶分析中，并非对指定输出变量的全部瞬态分析结果均进行分析。实际采用的只是瞬态分析结束前由上述基波周期确定的时间范围的瞬态分析输出信号。由此可见，为了进行傅里叶分析，瞬态分析结束时间不能小于傅里叶分析确定的基波周期,用于确定傅里叶分析时要计算到多少次谐波。Pspice的内定值是计算直流分量和从基波一直到9次谐波。,78,例：按上图所设参数进行设置。分析结果如下：波形显示节点OUT2的电压输出波形与输入信号波形,79,下图是以文本的形式来查看傅立叶分析的结果。,傅里叶级数分析,FOURIERANALYSISTEMPERATURE=27.000DEGC*FOURIERCOMPONENTSOFTRANSIENTRESPONSEV(OUT2)DCCOMPONENT=5.448508E+00HARMONICFREQUENCYFOURIERNORMALIZEDPHASENORMALIZEDNO(HZ)COMPONENTCOMPONENT(DEG)PHASE(DEG)11.000E+066.658E-051.000E+003.418E+010.000E+0022.000E+061.358E-042.040E+006.676E+01-1.593E+0033.000E+061.729E-042.597E+009.831E+01-4.22