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1、电路分析类型及操作方法,3.1 直流分析 3.2 交流分析 3.3 时域分析 3.4 统计分析 3.5 其它常用功能及命令格式 3.6 控制界面 3.7 后处理功能 3.8 激励波形的编辑 3.9 器件模型编辑功能,3.1 直流分析,电路设计时，对各级工作点的分析、计算、测试、调整，是保证电路正常工作的基础。在电路仿真过程中，首先进行的是直流工作点的分析计算。此外，PSPICE仿真软件同时具有直流扫描分析（.DC）、灵敏度分析（.SENS）和转移函数计算（.TF）等功能，扩展了直流分析的功能。,3.1.1 工作点分析（.OP）.OP的功能在于求解电路的直流工作点，并输出有关信息。工作点分析具有
2、最简单的命令形式，直接用.OP描述。实际上，在各种分析模式下，PSPICE都先要进行电路的工作点计算。但是，相关信息的输出与否取决于.OP的命令。无.OP命令时，仅列表输出各节点的直流工作电压值；有 .OP命令时，还将列表输出：各电源的电流消耗及功率消耗；各种非线性控制电源的小信号（线性化）参数；各种半导体元件的小信号（线性化）参数等。,3.1.2 直流扫描分析直流扫描分析（.DC）允许独立电源或其它电参量按照指定规律变化，从而实现电路特性的规律性的研究。DC命令可以同时扫描多个变量。允许扫描的变量包括：(1）任意独立电压源或电流源。(2）温度参数。(3）用.MODEL定义的模型参数（温度系数
3、、MOSFET的沟道长度L和宽度W例外）。(4）用.PARAM定义的总体参数。,扫描规律的4种形式：(1)线性扫描（LIN）：扫描变量从始点至终点按规定的步长（增量）等量变化。(2)倍频程扫描（OCT）：扫描变量从始点至终点按2倍频程规律变化，且在2倍频程内分析NP个数据点(NP是指定的分析点数)。(3)10倍频程扫描（DEC）：扫描变量从始点至终点按10倍频程（1个数量级）规律变化，且在10倍频程内分析NP个数据点。(4)任意扫描(LIST)：按指定的离散值无规律地变化。,1.命令格式直流扫描分析的命令格式如下：.DCLIN.DCOCTDEC.DCLIST*.DC是直流扫描命令。是扫描变量（
4、独立电源、温度、模型参数、总体参数等），是扫描起始值，是扫描终止值，是扫描增量（步长），是指定扫描间隔内的分析点数，是指定的离散参数值，右上角的“*”表示多个参数值；,LIN、OCT、DEC和LIST是扫描变量的变化规律，分别是：线性、2倍频程、10倍频程和离散方式。例如：(1）.DC OCT VCC 3 12 4(2）.DC VCE 0 10 0.5 IB 0 1MA 50UA(3）.DC DEC RES RMOD(R) 100 1K 10(4）.DC PARAM RS -1 1 0.1(5).DC TEMP LIST 0 20 27 50 80,范例(1）中，电压源VCC在312V范围内按
5、2倍频程规律扫描，在每倍频程内分析4个数据点；范例(2）是的双变量VCE和IB按线性（缺省方式）规律扫描，扫描步长分别为0.5V和50A；范例(3）按10倍频程方式扫描电阻模型RMOD，在10倍频程内分析10个数据点：范例(4）对参数RS按线性规律扫描，扫描步长0.1；范例(5）指定对5个温度值进行分析。,2应用实例验证最大功率输出条件。(1）电路结构如图3.1所示。 (2）原理推证。电路中，r是电源内阻，R是外电路负载电阻。根据全电路欧姆定律，在R上得到的输出,图3.1 最大功率测试电路,对R求导，得到,根据极值条件，令 ，即,(3)输入文件 最大功率测试电路的输入描述如下： MAXIMUM
6、 POWER ANALYSIS VC 1 0 10 RI 1 2 10 RL 2 0 RL .PARAM RL=5 .DC PARAM RL 1 100 1 .END,(4)输出特性如图3.2所示。可以看出，当R=r=5时，电路具有最大功率输出，上述推论得证。.DC命令应用灵活，适用面广，是应用频度很高的重要命令。第2章中对半导体器件特性的模拟测量，均是利用直流扫描功能代替晶体管特性图示仪而实现的。,图3.2 最大功率输出特性,3.1.3 小信号灵敏度分析灵敏度分析是指在工作点附近将所有元件线性化后，计算各元件参数对直流工作点的敏感程度（即影响量）。1命令格式小信号直流灵敏度分析的命令格式如下
7、：.SENS*.SENS是直流灵敏度分析命令；*是输出节点变量，可以指定多个输出变量。,2. 应用实例(1)分析图3.3中各元件参数对节点3的小信号直流灵敏度。(2）输入文件如下所示：SERNSITIVITY ANALYSISVCC 1 0 10VR1 1 2 1KR2 2 3 1KR3 2 0 2KR4 3 0 1K.SENS V（3）.OPTION NOPAGE.END,图3.3 直流灵敏度测试电路,(2）输入文件如下所示： SERNSITIVITY ANALYSIS VCC 1 0 10VR1 1 2 1KR2 2 3 1KR3 2 0 2KR4 3 0 1K .SENS V（3） .O
8、PTION NOPAGE .END,(3)输出（部分）文件如下所示： ELEMENT ELEMENT ELEMENT NORMALIZED NAME VALUE SENSITIVITY SENSITIVITY(VOLTS/UNIT) (VOLTS/PERCENT) R1 1.000E+03 -1.250E-03 -1.250E-02 R2 1.000E+03 -9.375E-04 -9.375E-03 R3 2.000E+03 3.125E-04 6.250E-03 R4 1.000E+03 1.563E-03 1.563E-02 VCC 1.000E+01 2.500E-01 2.500E-
9、02,在输出文件中列出了各元件对节点3的灵敏度。例如R3的灵敏度为3.125E-04VOLTS/UNIT（0.33125mV/），表示R3每增加1，V（3）将增加0.3125mV；输出文件的末项是用百分比表示的灵敏度。R3的百分比灵敏度为6.25E-03VOLTS/PERCENT，表示R3每增加1%（20）时，节点3的电压将增加6.25mV。,3.1.4 转移函数分析转移函数分析实现的功能有：(1）计算电路的输入、输出阻抗；(2）计算工作点附近的小信号直流转移函数，如电压增益、电流增益、互阻抗、互导纳等。1.命令格式转移函数分析的命令格式如下所示：.TF.TF是转移函数分析命令；是输出节点变量
10、，是小信号输入电源名，两者都可以是电压源或电流源。,2.应用实例 分析图3.3电路的直流转移函数。 (1）输入文件如下所示： TRANSFER FUNCTION ANALYSIS VIN 1 0 AC 5V R1 1 2 1K R2 2 3 1K R3 2 0 2K R4 3 0 1K .TF V（3） VIN .END,(3）部分输出文件如下： *SMALL-SIGNALCHARACTERISTICSV(3)/VIN= 2.500E-01INPUT RESISTANCEAT VIN= 2.000E+03OUTPUT RESISTANCEAT V(3)= 6.250E+02由输出文件知，电路的
11、电压增益V(3)/VIN=0.25；在VIN端口的输入电阻为2k，在R4端口的输出电阻为625。,3.2 交流分析,3.2.1 交流分析1命令格式交流分析的命令格式如下：.AC LIN OCT DEC .AC是交流分析命令；选择项LIN、OCT、DEC分别表示频率按线性、2倍频程和10倍频程规律变化。是指定频率范围内分析的数据点数；,是扫描起始频率，其值应大于零；是终止频率，其值应大于起始频率。若起始频率和终止频率相等，则作单点频响分析。扫描类型不同，的含义也不同：线性扫描（LIN）时，指起始频率至终点频率全频程内的数据点数；2倍频程（OCT）和10倍频程（DEC）时，是指定频程内的数据点数。
12、,例如：(1）.AC LIN 25 10 20kHZ(2）.AC OCT 50 1K 16kHZ(3）.AC DEC 30 1 100kHZ范例(1）是频率按线性扫描的交流分析，在10Hz20kHz的频程内分析25个数据点；范例(2）中，频率按2倍频程扫描，每2倍频程（频率间隔）内分析50数据点，频率范围为1kHz16kHz；范例(3）中，频率按10倍频程扫描，每10倍频程分析30个数据点，频率范围为1Hz100kHz。,2输出格式交流分析同样可以采用文本列表和图形输出方式，其格式为.PRINTAC* ；文本列表输出.PLOTAC*；低解析度图形输出.PROBE*；高解析度图形输出输出格式中，
13、*是输出节点变量，“*”表示可以指定多个输出变量。,3输出变量类型交流分析的输出内容丰富，应用灵活方便，可根据不同的要求输出各种电特性，如电压或电流的幅值、相位、实部、虚部、对数（DB）幅频特性及群延迟特性等。各变量的特征符号如下：M：幅频特性。DB：对数幅频特性（20lg10|M|）。P：相频特性。R：实幅频特性。I：虚幅频特性。G：群延迟特性。,没有字尾时，采用缺省方式：uf特性输出。例如：(1）PRINT AC VR（3） VP（3） II（3）(2）PLOT AC VDB（5）(3）PROBE V（5） VR（5） VI（5）范例(1）指定打印输出节点3的实电压幅频特性、相频特性及虚电
14、流幅频特性；范例(2）指定用低解析度方式输出节点5的对数电压幅频特性；范例(3）指定用高解析度图形方式输出节点5的幅频特性，以及实部、虚部电压幅频特性。,3.2.2 噪声分析模拟电路中的噪声是影响电路性能的重要指标。因而，分析噪声来源，测量噪声指标，成为电路设计的重要内容之一。在电路中，无源器件和有源器件均会产生噪声。例如，电阻的噪声主要为热噪声，半导体器件除热噪声外，还包含闪烁噪声（FLICKER）等。尽管噪声源的模型相当复杂，但是在处理时，可等效为由电阻产生的热噪声。,噪声分析计算各器件在某一输出节点产生的总噪声（有效值）以及某一输入点的等效输入噪声。噪声分析的频率范围由交流分析(.AC)
15、所定义的频率范围确定。所以，噪声分析是和交流分析联用的。1.命令格式噪声分析命令的格式如下：.NOISE.NOISE是噪声分析命令；是噪声输出节点变量，可以是单一节点，也可以是成对节点；是电路中已定义的独立电压源或电流源。,它不是噪声源，而是用于计算输入噪声时的参考信号源。是噪声输出打印间隔。该选择项只影响文本方式输出，与.PROBE方式的输出无关。,2.输出格式 .PRINTNOISE .PLOTNOISE .PROBE 输出变量有下述4种格式： (1）ONOISE：输出节点的总噪声。 (2）INOISE：等效输入噪声。 (3）DB（ONOISE）：输出总噪声的dB值。 (4）DB（INOISE）：等效输入噪声的dB值。,例如：(1).PRINT NOISE ONOISE INOISE (2).PROBE NOISE DB（NOISE） DB（INOISE）范例(1）打印指定节点的输出噪声和等效输入噪声；范例(2）用高解析度图形方式输出指定节点的对数输出噪声和等效输入噪声。,3应用实例 (1)分析图3.4有源高通滤波器的频响及噪声特性。 (2)输入文件如下所示： ACTIVE HPF APPLICATON VIN 1 0 AC 0.1 C1 1 2 0.1U C2 2 3 0.1U R1 3 0 16K R2 4 0 10K R3 4 5 4.3K R4 2 5 16K,
