电路与模拟电子电路PSpice仿真分析及设计

第1章概论1.1传统的电子电路设计传统的电路设计过程主要有三个过程：(1)设计人员根据实际需要及具体要求提出设计指标；(2)参考有关资料并凭借经验，初步确定电路方案和元器件参数；(3)将电路及元器件模型进行简化，根据已知的参数对电路指标进行检验。检验的方法多采用解析法、物理模拟法或二者结合法。总之，传统的设计方法效率低、周期长。特别是随着电子技术的飞速发展，电子系统日趋复杂，电路规模日益扩大，集成度越来越高，对它们的准确度、稳定性和可靠性有了越来越高的要求，这样传统的方法已不能满足设计要求。1.2电子电路CAD技术1.2.1电子电路CAD流程1.2.2电子电路CAD技术优势1.2.3电子电路仿真程序的构成1.2.1电子电路CAD流程1.2.2电子电路CAD技术优势（1）验证电路方案设计的正确性。（2）电路特性的优化设计。（3）实现电路特性的模拟测试。1.2.3电子电路仿真程序的构成从电子线路CAD的全过程可以看出，电子线路计算机辅助分析（CAA）是关键，CAA大致分为三步。（1）构造数学模型，选择计算方法。实际电路由电阻、电容、电感、双极型晶体管、场效应管、变压器、传输线等元器件构成，首先应按电路的应用条件和电路分析的要求，来建立它们的器件模型，在此基础上将一个实际的电路用一整套数学方程来描述，即用计算机自动地建立电路方程，然后选择方法简单、计算量小、并能保证精度要求的计算方法，求解电路方程。（2）设计程序框图，编写应用程序。电路拓扑结构和元器件参数等原始信息、电路方程及求解方程的步骤一起构成分析问题的一个完整过程。为了将这一过程描述出来，可先进行框图设计，然后用算法语言编写出应用程序。（3）使用应用程序，解决实际问题。使用者只要输入原始数据，执行运行文件，就能得到计算结果，分析计算结果，就可以找到电子线路优化设计的途径。1.2.3电子电路仿真程序的构成1.3OrCAD/PSpice软件简介

1.3.1SPICE发展历程1.3.2OrCAD/PSpice支持的元器件类型与电路分析特性1.3.1SPICE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。1.3.1SPICE发展历程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。1.3.1SPICE发展历程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。1.3.1SPICE发展历程与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。1.3.1SPICE发展历程1．OrCAD/PSpice支持的元器件类型2．OrCAD/PSpice分析的电路特性3．OrCAD/PSpice软件包的软件模块4．OrCAD/PSpice电路模拟的基本步骤

1.3.2OrCAD/PSpice支持的元器件类型与电路分析特性

OrCAD/PSpice支持的元器件类型PSpiceA/D可模拟下述6类最常用的电路元器件：基本无源元件，如电阻、电容、电感、互感、传输线等常用的半导体器件,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各种受控电压源、受控电流源和受控开关基本数字电路单元,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。OrCAD/PSpice支持的元器件类型

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。PSpiceA/D可分析的电路特性有6类15种，如表1-2所示：OrCAD/PSpice分析的电路特性

OrCAD/PSpice分析的电路特性

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）OrCAD/PSpice分析的电路特性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。OrCAD/PSpice分析的电路特性

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OrCAD/PSpice分析的电路特性

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。OrCAD/PSpice分析的电路特性

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OrCAD/PSpice分析的电路特性

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。OrCAD/PSpice软件包的软件模块OrCAD/PSpice软件包的软件模块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OrCAD/PSpice软件包的软件模块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OrCAD/PSpice软件包的软件模块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OrCAD/PSpice软件包的软件模块（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。OrCAD/PSpice软件包的软件模块（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。OrCAD/PSpice软件包的软件模块OrCAD/PSpice电路模拟的基本步骤1）新建设计项目（Project）OrCAD软件包对设计任务按项目（Project）实施关管理。开始一个新的项目设计时，首先要调用OrCAD/Capture软件中的项目管理模块建立相应的项目名称，并确定有关的设置。2）电路图生成项目名称确定后，在电路图绘制软件OrCAD/Capture环境下，将确定的电路设计方案以电路原理图形式输入计算机；或者在PSpiceA/D环境下，将确定的电路设计方案以PSpice程序文本形式输入计算机。3）电路特性分析类型和分析参数设置生成电路图以后，需根据电路设计任务确定要分析的电路特性类型，并设置与分析有关的参数。4）电路模拟完成上述三项工作后，调用PSpiceA/D程序对电路进行模拟分析。OrCAD/PSpice电路模拟的基本步骤5）模拟结果的显示和分析完成电路模拟分析后，可调用PSpice/Probe模块，显示和分析模拟电路的计算结果及信号波形。6）优化设计对于模拟电路，可在结果分析的基础上确定是否调用PSpiceA/D中的优化模块（Optimizer）对电路进一步进行优化设计，以提高设计质量。7）设计修正在电路模拟过程中，如果电路设计方案不合适，或者电路图生成过程中出现差错或分析参数设置不当，PSpiceA/D都会因检测出错误而不能正常运行，或显示出运行不收敛和运行结果不满足设计要求。这时用户可以通过波形显示分析窗口（Probe窗口）分析问题所在，采取相应措施，或修改电路设计，或纠正电路图生成中的错误，或重新设置分析参数，然后从第2）或第3）阶段开始，重复设计模拟过程，直至得到满足要求的电路设计。8）设计结果输出得到符合要求的电路设计后，可以调用OrCAD/Capture输出全套电路图纸，也可根据需要将电路设计图传送到OrCAD/Layout，进行印制电路板设计OrCAD/PSpice电路模拟的基本步骤第2章电路元器件描述2.1PSpice输入描述语句

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。2.1PSpice输入描述语句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，1、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2.1PSpice输入描述语句

2．节点、元器件单位及元器件描述的首字母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1GΩ）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。2.1PSpice输入描述语句(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=1×1012(2）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15µH，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。2.1PSpice输入描述语句电路元器件名称的首字母首字母电路元器件首字母电路元器件B砷化镓场效应晶体管K互感和磁芯C电容L电感D二极管MMOS场效应晶体管E电压控制电压源Q双极型晶体管F电流控制电流源R电阻G电压控制电流源S压控开关H电流控制电压源T传输线I独立电流源V独立电压源J结型场效应管W流控开关2.1PSpice输入描述语句3．模型描述语句语句格式为：.MODELMNAMETYPE(P1=VAL1，P2=VAL2P3=VAL3….Pn=VALn)<DEV=val><LOT=val>2.1PSpice输入描述语句

首字母电路元器件首字母电路元器件B砷化镓场效应晶体管K互感和磁心C电容L电感D二极管MMOS场效应晶体管E电压控制电压源Q双极型晶体管F电流控制电压源R电阻G电压控制电压源S压控开关H电流控制电压源T传输线I独立电流源V独立电压源J结型场效应管W流控开关2.1PSpice输入描述语句

3．模型描述语句

模型类别总结TYPE关键字元器件名称TYPE关键字元器件名称RESR电阻器DD二极管CAPC电容器NPNQNPN三极管INDL电感器PNPQPNP三极管COREK互感（非线性磁心）NJFJN沟道JFETPJFJP沟道JFETVSWITCHS电压控制开关NMOSMN沟道MOSFETISWITCHW电流控制开关PMOSMP沟道MOSFETDINPUTN数字输入器件GASFETBGASFETDOUTPUTO数字输出器件UIOU数字输入/输出模型UGFFU门控触发器UGATEU标准门UWDTHU脉宽校验器UTGATEU三态门USUHDU复位和保持校验器UEFFU边缘触发器UDLYU数字延迟线2.1PSpice输入描述语句4．子电路描述语句PSpice允许设计者像定义器件那样定义一个子电路，即一个电路模块包含若干元器件。并且调用方便，可以重复使用。子电路描述语句格式为：.SUBCKTSUBNAMEN1N2….ENDSSUBNAME子电路调用语句格式为：X<NAME>N1N2…SUBNAMESUBNAME为子电路名称，在描述语句和调用语句中应相同。N1、N2为子电路节点号，在描述语句和调用语句中是一一对应连接的，即顺序相同，节点号编号可以是任意的.ENDS结束子电路语句，句中SUBNAME可以忽略。PSpice自动将子电路描述语句插入到调用子电路的位置。子电路中还可以调用子电路，可以多层嵌套，不受限制。建立子电路仅为了简化程序，并不减少整个程序的内存和运行时间。例：定义一个名为OPA的子电路，1、2是两个输入节点，3为输出节点，节点4是电源Vcc。.SUBCKT0PAl234 {一组子电路拓扑结构描述语句}.ENDS调用语句为：X17934OPA在调用子电路时，电路节点顺序要与子电路节点顺序一致，该语句规定电路的7、9、3、4节点分别代表OPA子电路的输入1、2，输出3和电源Vcc节点。2.1PSpice输入描述语句5．元器件库文件调用语句语句格式为：.LIB<PATH>FILENAME.LIB例：.LIB.LIBDIODE.LIB.LIBC:\PSpice\LIB＼BIPOLAR.LIB.LIB语句用于参考和调用存在于库文件中的模型或子电路库。<FILENAME>是文件名，可以是任意字符串。其扩展名.LIB不能省略，如果设定一个文件名，就必须有扩展名。若<FILENAME>省略，其默认值为NOM.LIB。NOM.LIB将引导查找所有其他的库文件。.LIB指令可调用任意的库文件。<PATH>是库文件的路径名，如省略，即为当前路径。文件名如省略，即为当前路径名的（NOM.LIB）默认库文件。库文件可以包含.MODEL语句、.SUBCKT语句、.LIB语句和.END语句。当PSpice输入文件（.CIR）中调用库文件时，.LIB指令不是调用库文件的所有内容，只是将主电路文件中需要的模型或子电路读入内存。2.1PSpice输入描述语句6．包括文件语句语句格式为：.INC(filename)例：.INCAAA.CIR.INCC:\PSpice\LIB\BBB.CIR.INC语句用于插入别的文件的内容，(filename)是任意字符串，包括文件可以包括任何语句，其特殊点为：无标题行，可用一个注释；如果有.END语句，则表示包括文件的末尾。.INC语句最多有4级“包括”。2.2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: C11210U

Cload45CMOD10PN+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)2.2常用无源器件的描述3.电感语句格式

L(name)N+N-＜ModName＞ValueIC=I0例: L11210U

LA45LMOD10MN+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)2.2常用无源器件的描述4.互感互感的符号是K，线性互感的语句格式为

K<name>L<lstname>L<zndname><couplingvalue>

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/dt

v2=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：

KALLL1L2L30.99992.2常用无源器件的描述

5.磁心语句格式

K(name)L(1stname)L(2ndname)Value

＋<ModName><sizevalue><ModName>为非线性磁心模型名，<sizevalue>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<ModName>，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。2.2常用无源器件的描述6.无损传输线语句格式

T(name)NA+NA-NB+NB-Z0=<value>

+[TD=<value>][F=<value>NL=<value>]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=1NS2.2常用无源器件的描述7.压控开关语句格式

S(name)N+N-NC+NC-<ModName>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.<ModName>是模型名，由.MODEL语句说明。例:S16540SMOD.MODELSMODVSWITCH(RON=0.5ROFF=10E+6VON=0.7VOFF=0.0)2.2常用无源器件的描述

8.流控开关语句格式

W(name)N+N-VN<ModName>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.<ModName>是模型名，由.MODEL语句说明。例:W165VNRELAY.MODELRELAYISWITCH(RON=0.5ROFF=10E+6ION=0.07IOFF=0.0)2.2常用无源器件的描述2.3

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。2.3

常用有源器件的描述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Ω0N发射系数-1TT渡越时间s0CJO零偏压PN结电容F0VJPN结自建电势V1MPN结梯度因子-0.5EG禁带宽度eV1.11XTIIS的温度指数-3FC正偏耗尽层电容系数-0.5BV反向击穿电压（膝点电压）V∞IBV反向击穿电流(膝点电流)A1E-10KF闪烁噪声（Flicker）系数-0AF闪烁噪声（Flicker）指数-12.3

常用有源器件的描述2）直接调用库文件

D<name>N+N-D管子型号

.LIBDIODE.LIB3）二极管伏安特性用指数函数或分段折线函数表示时，二极管用压控电流源表示。若IS=2×10E-15A，VT=26MV，用指数特性表示时，其描述语句为

G〈name〉N+N-VALUE{2E-15*（EXP（V（N+，N-）/26MV）-1）}

当二极管用图所示分段折线函数表示时，其描述语句为G1N+N-TABLE{V(N+，N-)}=(0,0)(0.7,0)(0.75,0.3846mA)(2，10mA)2.3

常用有源器件的描述【例2-1】测试二极管伏安特性曲线的原理电路如图2-8所示。要求如下：（1）设二极管的Rs=5Ω，N=1，改变Is，计算二极管的正向伏安特性；（2）设二极管的Is=1×10-14A，N=1，改变Rs，计算二极管的正向伏安特性；（3）设Rs=5，N=1，Is=10-14A，求温度T=27℃和67℃时的伏安特性曲线，并求iD=10mA下管压降的温度系数ΔυD/ΔT之值。2.3

常用有源器件的描述（1）输入网单文件如下：DIODECIRCUITVI101D110MD.MODELMDDIS=1E-14RS=5N=1.OP.DCVI01.20.01.STEPDECDMD(IS)1E-141E-121*.STEPDMD(RS)LIST0.011020*.TEMP2767*.STEPDMD(N)LIST0.010.81.PROBE.END2.3

常用有源器件的描述图2-9aIS取不同值时的伏安特性

图2-9bRS取不同值时的伏安特性

分析如下：

（1）取IS=1×10-14A，IS=1×10-13A和IS=1×10-12A，获得二极管伏安特性曲线，相应的Pspice语句是

.DCVI01.20.01

.STEPDECDMD（IS）1E-141E-121

运行程序后选取变量I（D1），获得的二极管伏安特性曲线如图2-9a所示，图中用符号□、■和

标示的曲线分别为IS=1×1014A，IS=1×10-13A和IS=1×10-12A时的曲线。可见，二极管的反向饱和电流增加，伏安特性曲线左移（即在相同电压时的二极管的电流增加）。2.3

常用有源器件的描述(2)取RS=0.01Ω，10Ω和20Ω，获得二极管伏安特性，相应的Pspice语句为.DCVI01.20.01.STEPDMD（RS）LIST0.011020运行第二个.STEP语句，得到图图2-9b，图中用符号□、■和

标示的曲线分别为RS=0.01Ω、10Ω和20Ω的结果。可见，二极管的导通内阻越小，在相同电压时，二极管的电流越大。(3)在RS=5Ω，N=1，IS=1×10-14A的条件下，对二极管伏安特性进行温度分析（即运行.TEMP语句），取T=27C和67C，得到的伏安特性如图2-10所示，可测得在iD=10mA条件下，ΔυD/ΔT≈（0.7010-0.7650）/（67-27）≈-1.60mV/°C。可见，温度升高，伏安特性曲线左移。(4)在RS=5Ω，IS=1×10-14A的条件下，取发射系数N=0.01，0.8和1.0，运行最后一个.STEP语句，得到的伏安特性如图2-11所示。2.3

常用有源器件的描述图2-10

二极管伏安特性的温度曲线

图

2-11发射系数N对伏安特性的影响

2.3

常用有源器件的描述2.三极管1)等效电路模型双极晶体管有两种类型：NPN型和PNP型，其电路符号及模型如右图所示2)双极型晶体管描述有如下四种。

(1)在输入文件中三极管的关键字为QQ〈name〉NCNBNENSQNAME[（area）value].MODELQNAMENPN（或PNP）（模型参数及其值）其中NC、NB、NE、NS分别是集电极、基极、发射极和衬底节点，衬底节点是选择项，若未被指定，则接地。

2.3

常用有源器件的描述例如：(1)QBUF4105QMOD.MODELQMODNPN（BF=120VJE=0.7VVJC=0.7V）(2)QT381QQ10(3)QM102030QQ例(1)中，晶体管QBUF的集电极、基极和发射极分别连接节点4、10和5，模型名为QMOD；同时用.MODEL定义该器件的部分模型参数；例(2）、例(3）中，QT与QM采用同一模型的双极晶体管QQ。在同一电路描述中，若多个器件属于同一类型且参数相同，可以使用同一模型来描述；如果各器件特性有差异，则必须分别定义各模型参数。2.3

常用有源器件的描述(2)调用库文件Q〈NAME〉NCNBNE管子型号.LIBBIPOLAR.LIB(3)三极管用简化电路模型表示。令NB、NE、NC三节点分别为2、3、1，VBE（on）=0.7V，B=100，则描述语句为

VBE230.7F13VBE100(4）三极管当用混合Π型等效电路表示时，则可直接用电路语句描述，也可采用调用子电路的形式。其子电路定义的描述在后面介绍。2.3

常用有源器件的描述3)模型参数双极晶体管的模型参数如下所列：参数意义单位缺省值

IS传输饱和电流A1E-16EG禁带宽度eV1.11XTI(PT）IS的温度效应指数-3BF正向电流放大系数-100NF正向电流发射系数-1VAF（VA）正向欧拉电压V∞IKF（IK）正向膝点电流A∞ISE（C2）B-E漏饱和电流A0NEB-E漏发射系数-1.5BR反向电流放大系数-1NR反向电流发射系数-1VAR（VB）反向欧拉电压V∞IKR反向膝点电流A∞2.3

常用有源器件的描述ISC（C4）B-C漏饱和电流A0NCB-C漏发射系数-2.0RB零偏压基极电阻Ω0IRB基极电阻降至RBM/2时的电流ARBM最小基极电阻ΩRBRE发射区串联电阻Ω0RC集电极电阻Ω0CJE零偏发射结PN结电容F0VJE（PE）发射结内建电势V0.75MJE（ME）发射结梯度因子-0.33CJC零偏集电结PN结电容F0VJC（PC）集电结内建电势V0.75MJC（MC）集电结梯度因子-0.332.3

常用有源器件的描述XCJCCbc接至内部Rb的部分-1CJS（CCS）零偏衬底结PN结电容F0VJS（PS）衬底结内建电势V0.75MJS（MS）衬底结梯度因子-0FC正偏势垒电容系数-0.5TF正向渡越时间s0XTFTF随偏置变化的系数-0VTFTF随VBC变化的电压参数V∞ITF影响TF的大电流参数A0PTF在f=1/（2π·TF）Hz时超前相移(°)0TR反向渡越时间s0XTBBF和BR的温度系数—0KF1/f噪声系数—0AF1/f噪声指数—12.3

常用有源器件的描述【例2-2】测试晶体管共发射极输入/输出特性曲线的原理电路如图2-16所示。设晶体管的参数为：IS=2×10-15A，β=100，rbb′=60Ω，RCC=50Ω。（1）设VA=50V，求VCE=VCC=0、2V、10V三种情况下的输入特性曲线；确定在iB1mA时的ΔBE/ΔCE之值。（2）设VCC=10V，求VA=50V和100V两种情况下的输入特性曲线，说明VA的大小对输入特性的影响。（3）求VA=50V和100V两种情况下特性曲线iC=f(VCE)|BE=常数，说明VA大小对输出特性的影响。

2.3

常用有源器件的描述输入网单文件如下：

CECIRCUITQ1210MOD1VBB100.5VCC2010.MODELMOD1NPNBF=100RB=60RC=50IS=2E-15VAF=50.OP.DCVBB0.51.00.005VCCLIST0210*.DCVBB0.51.00.005*.STEPNPNMOD1(VAF)LIST50100*.DCVCC0120.01VBB0.70.760.02.PROBE

.END

图2-17(a)Q1的输入特性

2.3

常用有源器件的描述分析如下：(1）当VA=50V，υCE=VCC=0，2V，10V时，即运行第一个.DC语句，可得到晶体管的输入特性曲线如图2-17(a)所示。可测出iB≈1mA时的，算得。可见，VCE改变时，对晶体管的输入特性（即iB—VBE特性）的影响很小。（2）当VCC=10V，VA=50V和100V时的输入特性，相应Pspice的语句为.DCVBB0.51.00.005.STEPNPNMOD1（VAF）LIST50100输入特性曲线如图2-17(b)所示。可见，VA改变时，对输入特性的影响也不大。因此，讨论晶体管的输入特性时，通常只讨论一条。(3)计算VA=50V和100V时晶体管的输出特性，Pspice语句是：.DCVCC0120.01VBB0.70.760.02.STEPNPNMOD1（VAF）LIST50100输出特性曲线如图2-17(c)所示。可见，VA减小，输出特性曲线上翘程度增加，即基区宽度调制效应增强。VA为厄尔利电压。2.3

常用有源器件的描述

图2-17bVA=50V，100V时的输入特性

图

2-17cVA=50V，100V时的输出特性2.3

常用有源器件的描述3.结型场效应管1)等效电路模型同双极晶体管类似，结型场效应管(JFET)也有两种类型，即N沟道和P沟道结型场效应管。其电路符号及等效电路模型如图2.8所示。N沟道或P沟道JFET的等效电路模型相同。2.3

常用有源器件的描述2)描述格式结型场效应管的输入描述格式如下：

J<name>NDNGNS<model>［<area>］

J为结型场效应管主名；ND、NG、NS分别为漏极、栅极和源极连接的节点号；<model>是结型场效应管模型名；［<area>］是结型场效应管的截面尺寸。例如：

JB18106JJ.MODELJJPJF（VTO=-2）结型场效应管JB1，其漏极、栅极及源极分别连接节点8、10及6。JJ是模型名，同时在模型中指明JB1是一种P沟道的结型场效应管。模型描述中定义该结型场效应管的夹断电压VTO=-2V，其余参数使用缺省值。3)模型参数参数意义单位内设置

VTO阈值电压（夹断电压）V-2.0BETA跨导系数A/V21E-4LAMBDA沟道长度调制系数1/V0RD漏区串联电阻Ω0RS源区串联电阻Ω0CGD零偏栅—漏PN结电容F0CGS零偏栅—源PN结电容F0FC正偏耗尽层电容系数-0.5PB栅PN结内建电势V1.0IS栅PN结饱和电流A1E-14KF1/f噪声系数-0AF1/f噪声指数-1VTOTCVTO温度系数V/℃0BETATCEBETA温度系数%/℃02.3

常用有源器件的描述4)输出特性曲线利用直流扫描分析功能，测得结型场效应管的直流输出特性如图所示。由曲线可以看出，JFET利用栅极电压VGS来控制流过通道的电流。该电流正比于控制电压。该曲线还可直观地显示出场效应管的膝点电压VK及输出负载电流的能力。2.3

常用有源器件的描述4.MOSFET

L和W分别是沟道的长和宽，单位为米。AD和AS是漏和源扩散区的面积，单位为平方米，PD和PS分别是漏结和源结的周长，单位米。L、W缺省值为100mm，AD、AS的缺省值为零。NRD和NRS分别是漏和源扩散区等效的方块数，该值乘以.MODEL语名中规定的薄层电阻RSH，就可计算出每个晶体管漏和源的寄生串联电阻。NRG和NRB为栅极和衬底扩散区的方块数。PD和PS缺省值为0，NRD和NRS缺省值是1,NRG和NRB缺省值为0。M是与器件面积有关的“倍数”，它模拟了多个器件并联的效应。MOSFET的有效宽度，结和覆盖电容，结电流要乘M，寄生电阻值(如RD，RS)要除以M。1).等效电路模型根据导电性质，MOSFET也可分为NMOS和PMOS两种类型。两种电路符号及等效电路模型如图所示.2.3

常用有源器件的描述2).描述格式

MOS场效应管的输入描述格式如下：

M<name>NDNGNS<sub><model>［L=<value>］［W=<val

ue>］+［AD=<value>］［AS=<value>］［PD=<value>］［PS=<value>］［NRD=<value>］+［NRS=<value>］［NRG=<value>］［NRB=<value>］M是MOS场效应管主名；ND、NG和NS分别表示MOSFET的漏极、栅极和源极连接的节点号，<sub>表示衬底的节点号；L和W分别表示MOSFET的沟道长度和宽度，单位为m；AD和AS为漏极和源极的面积，单位为m2。PP和PS为漏极和源极的PN结周长，单位为m；NRD、NRS、NRG和NRB分别为漏区、源区、栅极和衬底的有效方数。在模型描述中，<value>参数如果没有指定，则PSPICE自动采用缺省值。（AD和AS的内设值均为0，L和W均为100μm）。若改变<value>参数，可直接使用.MODEL定义，也可以使用.OPTION命令赋值。2.3

常用有源器件的描述例如：

M2A10230PWEAKL=33UW=12UAD=288PAS=288PPD=60UPS=60UNRD=14NRS=24NRG=10M2A是P型MOS场效应管，其漏、栅及源极分别连接10、2、3节点，衬底接在0节点。MOSFET的模型参数采用描述语句中的指定参数，其它未定义的参数自动采用缺省值。3).模型参数

MOSFET的模型参数较多。PSPICE共有4级模型，分别由LEVEL=1、2、3、4表示。一级模型为SCHICHMA-HODGES模型，适用于MOSFET的长沟道情况；二级模型为修正后的SCHICHMAN-HIDGES模型，考虑了不同MOSFET的二级效应，适用于较短沟道的MOSFET模拟与分析；三级模型为半经验短沟道模型，适宜于短沟道（L≤3μm）的MOSFET分析。各级模型的模拟精度及分析时间差别很大。下面列出的是1、2、3级模型参数（4级参数省略）:2.3

常用有源器件的描述参数意义单位内设值LEVEL模型级别（1、2、3、4）-1L沟道长度mDEFLW沟道宽度mDEFWLD（源—漏区）横向扩散长度m0WD（源—漏区）横向扩散宽度m0VTO零偏阈值电压V0KP跨导系数A/V22E-5GAMMA体效应系数0PHI表面电势V0.6LAMBDA沟道长度调制系数（仅用于LEVEL=1或2）1/V0RD漏极串联电阻Ω0RS源极串联电阻Ω0RG栅极串联电阻Ω0RB衬底（体）串联电阻Ω0RDS漏—源极旁路电阻Ω∞RSH漏—源区薄层电阻Ω/方0IS衬底（体）PN结饱和电流A1E-142.3

常用有源器件的描述JS衬底（体）PN结饱和电流密度A/m20PB衬底PN结底面自建电势V0.8CBD零偏压衬底—漏极PN结电容F0CBS零偏压衬底—源极PN结电容F0CJ衬底PN结底面零偏下单位面积电容F/m20CJSW衬底PN结侧壁零偏压下单位长度电容F/m0MJ衬底PN结底面电容梯度因子-0.5MJSW衬底PN结侧壁电容梯度因子-0.33FC衬底PN结正偏电容系数-0.5CGSO单位宽度的栅—源覆盖电容F/m0CGDO单位宽度的栅—漏覆盖电容F/m0CGBO单位长度的栅—衬底覆盖电容F/m0NSUB衬底掺杂浓度1/cm30NSS表面态密度1/cm20NFS快表面态密度1/cm20TOX氧化层厚度m∞TPG栅极材料类型+1+1=硅栅，与衬底杂质反型

-1=硅栅，与衬底杂质同型

0=铝栅2.3

常用有源器件的描述XJ结深m0UO表面迁移率cm2/V·s600UCRIT迁移率下降临限电场（LEVEL=2）V/cm1E4UEXP迁移率下降指数（LEVEL=2）-0UTRA迁移率下降横向电场系数-VAMX最大漂移速度m/s0NEFF沟道电荷系数（LEVEL=2）-1.0XQC沟道电荷对漏极的贡献部分-0DELTA阈值电压的宽度效应系数-0THETA迁移率调制系数（LEVEL=3）1/V0ETA静电反馈系数（LEVEL=3）-0KAPPA饱和电场系数（LEVEL=3）-0.2KF1/f噪声系数-0AF1/f噪声指数-12.3

常用有源器件的描述以N沟道