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1、武汉理工大学电路CAA应用课程设计说明书1 概述1.1 PSpice简介一、 随着电子计算机技术的发展，计算机辅助设计已经逐渐进入电子设计的领域。模拟电路中的电路分析、数字电路中的逻辑模拟，甚至是印制电路板、集成电路版图等等都开始采用计算机辅助工具来加快设计效率，提高设计成功率。而大规模集成电路的发展，使得原始的设计方法无论是从效率上还是从设计精度上已经无法适应当前电子工业的要求，所以采用计算机辅助设计来完成电路的设计已经势在必行。同时，微机以及适合于微机系统的电子设计自动化软件的迅速发展使得计算机辅助设计技术逐渐成为提高电子线路设计的速度和质量的不可缺少的重要工具。 在电路设计工作方面，最初
2、使用的是Protel公司DOS版本的Tango软件，在当时这一软件被看作是多么的先进，因为在这以前没有人能像电脑那样快速、准确的画出电路图，制出电路板。如今，随着Windows95/98及NT操作系统的出现，一些更方便、快捷的电路设计软件应运而生。如：Tango、Protel、OrCAD、PSpice、ElectronicsWorkbench、VeriBest、PAD2000等。PSpice是较早出现的EDA(ElectronicDesignAutomatic,电路设计自动化)软件之一，也是当今世界上著名的电路仿真标准工具之一，1984年1月由美国Microsim公司首次推出。它是由Spice
3、发展而来的面向PC机的通用电路模拟分析软件。 Spice(SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis)是由美国加州大学伯克利分校开发的电路仿真程序，它在众多的计算机辅助设计工具软件中，是精度最高、最受欢迎的软件工具。随后，版本不断更新，功能不断完善。基于DOS操作系统的PSpice5.0以下版本自80年代以来在我国得到广泛应用。目前广泛使用的PSpice5.1以后版本是Microsim公司于1996年开发的基于Windows环境的仿真程序，并且从6.0版本开始引入图形界面。1998年著名的EDA商业软件开发商OrCAD公司与Microsim公司
4、正式合并，自此Microsim公司的PSpice产品正式并入OrCAD公司的商业EDA系统中,成为OrCAD/PSpice。但PSpice仍然单独销售和使用，推出的最新版本为PSpice9.1。PSpice软件具有强大的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成网表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具有广阔的应用前景。这些特点使得PSpice受到广大
5、电子设计工作者、科研人员和高校师生的热烈欢迎，国内许多高校已将其列入电子类本科生和硕士生的辅修课程。 在国外，PSpice软件的使用非常流行。在大学里，它是工科类学生必会的分析与设计电路工具；在公司里，它是产品从设计、实验到定型过程中不可缺少的设计工具。世界各国的半导体元件公司为它提供了上万种模拟和数字元件组成的元件库，使PSpice软件的仿真更可靠，更真实。 PSpice软件几乎完全取代了电路和电子电路实验中的元件、面包板、信号源、示波器和万用表。有了此软件就相当有了电路和电子学实验室。 1.2 PSpice的优越性电路设计软件有很多，它们各有特色。如Protel和Tango，它对单层/双层
6、电路板的原理图及PCB图的开发设计很适合，而对于布线复杂，元件较多的四层及六层板来说OrCAD更有优势。但在电路系统仿真方面，PSpice可以说独具特色，是其他软件无法比拟的，它是一个多功能的电路模拟试验平台，PSpice软件由于收敛性好，适于做系统及电路级仿真，具有快速、准确的仿真能力。其主要优点有： 1.图形界面友好，易学易用，操作简单 由Dos版本的PSpice到Windows版本的PSpice，使得该软件由原来单一的文本输入方式而更新升级为输入原理图方式，使电路设计更加直观形象。PSpice60以上版本全部采用菜单式结构，只要熟悉Windows操作系统就很容易学，利用鼠标和热键一起操作
7、，既提高了工作效率，又缩短了设计周期。即使没有参考书，用户只要具备一定的英语基础就可以通过实际操作很快掌握该软件。 2.实用性强，仿真效果好 在PSpice中，对元件参数的修改很容易，它只需存一次盘、创建一次连接表，就可以实现一个复杂电路的仿真。如果用Protel等软件进行参数修改仿真，则过程十分繁琐。在改变一个参数时，哪怕是一个电阻阻值的大小都需要重新建立网络表的连接，设置其他参数更为复杂。 3.功能强大，集成度高 在PSpice内集成了许多仿真功能，如：直流分析、交流分析、噪声分析、温度分析等，用户只需在所要观察的节点放置电压（电流）探针，就可以在仿真结果图中观察到其“电压（或电流）-时间
8、图”。而且该软件还集成了诸多数学运算，不仅为用户提供了加、减、乘、除等基本的数学运算，还提供了正弦、余弦、绝对值、对数、指数等基本的函数运算，这些都是其他软件所无法比拟的。 另外，用户还可以对仿真结果窗口进行编辑，如添加窗口、修改坐标、叠加图形等，还具有保存和打印图形的功能，这些功能都给用户提供了制作所需图形的一种快捷、简便的方法。因此，Windows版本的PSpice更优于Dos版本的PSpice，它不但可以输入原理图方式，而且也可以输入文本方式。无疑是广大电子电路设计师的好帮手。2 理论分析图2-1电路原理图2.1静态分析和直流通道所谓放大电路的静态是指输入信号为零时的工作状态。在静态情况
9、下，电路中各处的电压和电流均为直流，分别用、和和表示。所谓直流通路就是放大电路处于静态时直流电流流通的路径。（一）分析放大电路静态的方法通常有估算法和图解法两种。1. 用估算法确定。静态工作点为，其中，。2. 用图解法确定。所谓图解法，就是利用晶体管的特性曲线，用作图的方法来分析放大电路的静态工作点，观察输出信号的电压变化情况。晶体管是一种非线性元件，其集电极电流与集电极发射极间的电压之间不是线性关系。可利用晶体管的输出特性曲线，采用作图的方法求放大电路的静态值，此静态值表现为输出特性曲线上的一个点，称为放大电路的静态工作点。通过图解法能够直观地分析并了解到静态工作点对放大电路工作的影响。 （
10、二）放大电路静态工作点与失真的关系。如果静态工作点选在放大区的中间,这时输出电压的波形和输入电压波形是相似的正弦波,这时称为线性动态范围相反。如果静态工作点没有选择在放大区，而是沿负载线偏上或者偏下，这时输出的电压波形可能进入三极管输出特性曲线的饱和区或截止区，进入这两个区的输出电压信号不能保证与输入电压信号相似，这种情况的输出信号叫做非线性失真，其中进入截止区的失真称截止失真；进入饱和区的失真称为饱和失真。2.2动态分析与交流通道 所谓放大电路的动态时指放大电路接入交流信号（或变化信号），电路中各电流和电压的变化情况。动态分析是了解放大电路信号的传输过程和波形变化。直流分量与交流分量共存是放
11、大电路的特点，但在分析问题是，有时只考虑交流问题，而忽略直流的影响，这就是交流信号所作用的电路，及交流通道。（二）分析放大电路的交流信号。放大电路加入输入信号的工作状态即为动态。在分析放大电路的动态工作状态时，应用交流通路。从图可以看出电路带上负载，输出电压是集电极电流流过并联电阻所产生的电压，即当确定后输出电压决定于；交流负载线的斜率是-要确定这条线必须有一点，即是静态工作Q点，所以交流负载线是输出特性上过Q点，且斜率为的直线。交流负载线的物理意义是：放大器动态时工作点移动的轨迹。3 运行结果3.1静态工作点分析（1）用Capture软件画好电路图。（2）建立模拟类型分组。建立模拟类型分组是
12、为了便于管理。在Capture的原理图编辑窗口（Schematic1：Page下单击PSpice/New Simulation Profire命令。在Name栏键入模拟类型组的名称。（3）设置分析类型与参数。完成类型模拟分组DC，单击Creat按钮，在出现对话框中的Analysis type选中Bias Point。在Option栏中选General Settings。在Output File Options栏中选Include detailed项。（4）正弦信号源的设定。它共有6个参数需要设置。（5）BJT晶体管的值设为100.单击三极管使之激活，即可更改。（6）运行PSpice。图3-1静
13、态工作Q点3.2 交流扫描分析（1）用Capture软件画好电路图。信号源选用，交流电压源VAC，幅值是0.1V。（2）设置分析类型与参数。模拟类型组用AC，在Analysis Type栏中选AC Sweep/Noise。在options选General Settings，在AC Sweep/Noise中设置Start填入1k在End填入10M在Points/decade栏填入4，即在该频率范围内每10倍频间隔计算4个点。（3）运行PSpice并查看分析结果。在Probe窗口中，执行Trace/Add Trances命令，在Add Trances对话框中，用光标点中V(1)，单击OK，即显示单
14、端输出的频率特性曲线。在下端的Trances Expression文本中键入V（1，2）单击OK即显示双端输出的频率特性曲线。（4）查看双端输出是电压增益的波特图。在Probe窗口中，执行Trace/Add Trances命令，在下端的Trances Expression文本中键入DB（V（1）/V（Vs：+），即显示电压增益的幅频特性曲线。即将增益V（1）/V（Vs：+）转换成分贝表示。,即显示电压增益的相频特性曲线。图3-2输入电压波形图3-3输出电压波形图3-4输出电压的幅频特性曲线3-5输出电压的相频特性曲线4 图表分析与总结（1）根据图3-1分析知道静态工作点Q的计算符合公式，。静态
15、分析时，应注意直流通路（原则是大电容开路，大电感短路，直流电源不变信号源短路但，保留内阻.)然后利用上述公式计算单光共射极放大电路。对放大电路的要求，应输出电压尽可能大，但它受到三极管的非线性的限制。当信号过大或工作点选取不合适，输出电压波形将产生失真。（2）当交流信号源输入时（交流通路理性状态直流电源内阻为零，通常视直流电源交流短路，即直流电源是交流地）根据图形得知交流输入电压时，输出电压大放大频率响应幅频特性曲线知，电路图为单击放大器的高频响应。频率大于一定数值时，交流信号输入时可能不会有输出电压，是较高频率信号滤过.。（3）总结。单管放大电路静态工作及交流分析的结果，使我们了解放大电路正常工作状态时，所需要的各种参数及频率范围，而不致使三极管出现失真情况或者输出信号不清晰等。5 心得体会参考文献【1】 吴友宇，模拟电子技术基础，清华大学出版社，2009.5【2】 苏宏宇，PSpice电路编辑程序设计，国防工业出版社，2004.1.1【3】 赵雅兴，PSpice与电子器件模型，北京邮电大学出版社，20
