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1、SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计PSpice电路仿真与设计SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计2内容l背景篇l入门篇l应用篇l提高篇SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计3背景篇l认识PSpiceSUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计4我们所处的时代l随着科技的发展，电子产品的性能提高、复杂度增加，价格却下降，主要原因：生产制造技术、电子设计技术的发展 l生产制造：微细加工技术，微米阶段，可在几平方厘米的芯片上集成数千万个晶体管l电子设
2、计： EDA （Electronic Design Automation）技术，以计算机为工作平台，融合电子、计算机、智能技术的电子CAD通用软件包SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计5lEDA 技术已经成为一个独立的学科，具体包括芯片级EDA、电路级EDA、PCB设计EDAl集成电路（IC）得到广泛应用，大规模集成电路设计一般都是通过EDA工具实现l电子产品从设计、实验到定型必须借助于计算机进行仿真分析和设计lPSpice是较早出现的EDA软件之一SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计6PSPICE简介lSPICE
3、Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis 一种交互式的电路模拟程序，能分析和模拟一般条件下的各种电路特性。l美国加州大学伯克利分校电子工程和计算机系开发，第一版本于1972年完成，主要用于集成电路的分析。早期的版本用FORTRAN语言编写，只可以在小型机、大型机、工作站上运行。1985年采用C语言编写。l1984年美国MicroSim公司推出可在PC机上运行的版本，称为PSpice，有工业版和教学版（也称为学生版）之分。l1988年SPICE被定为美国国家工业标准。SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路
4、仿真设计7l1998年Microsim公司被OrCAD公司并购，PSpice更名为OrCAD PSpice，推出OrCAD PSpice 9，简称PSpice 9。l2000年推出PSpice 9.1l2003年推出PSpice 10SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计8 OrCAD PSpice在整个OrCAD设计环境中负责电路的仿真和验证工作。它可以当作一个软件的电路面包板，用户在上面建立电路模型和设置激励信号后，可根据要求来测试设计的电路。 如果仿真结果顺利通过检测，就可以进入后续的OrCAD Layout Plus程序，进行印制电路板（PCB)设
5、计；或者进入Express程序，进行可编程逻辑阵列（PLD)设计。SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计9仿真功能lPSpice可分析的电路 模拟电路 数字电路 数模混合电路lPSpice可进行的分析 基本电路分析（4种：DC /AC /Transient /Bios Point） 其他分析（6种：FFT / Parameters / Monte Carlo / Worst / Temperature / Noise）lPSpice可进行的设计优化设计PCB设计PLD设计 SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计10免费
6、的学生版lPSpice Student Version Release 9.1,以下以PSpice 9.1学生版为例l下载地址l电路仿真限制64个节点10个晶体管2个运算放大器10个理想或非理想传输线或4组耦合线。SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计11三种类型的库文件l元器件以符号、模型、封装三种形式存放在3种类型的库文件中l*.slb库中的元器件符号用于绘制电路图l*.lib库中的元器件模型用于电路仿真分析l*.plb库中的元器件封装用于绘制PCB图l电路仿真只用到前两个库SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计1
7、2常见名词缩写lCAD Computer Aided Design 计算机辅助设计lEDA Electronics Design Automation 电子设计自动化lIC Integrated Circuit 集成电路lVLSI Very Large Scale Integration 超大规模集成电路lASIC Application Specific Integrated Circuit 专用集成电路lPLD Programmable Logic Device 可编程逻辑器件lFPLA Field Programmable Logic Array 现场可编程逻辑阵列lFPGA Field
8、 Programmable Gate Array 现场可编程门阵列lVHDL VHSIC Hardware Design Language 超高速集成电路硬件设计语言lPCB Printed Circuit Board 印制电路板SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计13其它电路仿真软件介绍：EWB/MultisimlEWB Electronic Workbench 加拿大IIT公司于1980年代末至90年代初推出的专用于电子电路仿真的“电子工作平台”，从6.0版本开始，仿真设计模块更名为Multisim，2001年推出Multisim2001l界面直观、
9、人及交互方便、测量仪器单击图标直接调用，模拟仪器操作界面接近实物，测试结果与实际接近、简便易学，数千种元器件，该软件生成的电路文件可以直接输入到Protel、OrCAD等印制电路板设计软件，生成印制电路，大大缩短了产品开发周期。SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计14ProtellProtel 1990年代初澳大利亚Protel Technology公司研制开发的电子CAD软件，推出了Windows系统下运行的多个版本，最著名的是Protel99，该版本将电路原理图编辑、电路仿真测试、可编程逻辑器件(PLD)设计、PCB设计等功能融合在一起，大型电子设计
10、常用软件，在电子行业知名度很高，普及很广l模块包括原理图设计、印制电路板设计、电路仿真、可编程逻辑器件设计、FPGA设计及VHDL设计编译等。SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计15MatlablMATLAB 以矩阵运算为基础的交互式程序语言，专门针对科学工程计算及绘图而开发，由美国MathWorks公司于1984年推出，2004推出7.0版。l将科学计算、程序编写、结果可视化集中在一个系统中，仿真调试方便l包含大量的数学函数l提供与其它程序交互的接口程序l强大的、可扩展的工具箱Toolboxl数值计算、符号计算、建模动态仿真SUN YAT-SEN UN
11、IVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计16PSpice的优势l开发应用早，电路模拟的标准工具l在国外，PSpice软件非常流行在大学里，是工科类学生必会的电路分析与设计工具；在公司里，是产品从设计、实验、定型过程中不可缺少的设计工具l在电路系统仿真方面，独具特色，其他软件无法比拟，适合系统及电路级仿真，被公认为是通用电路模拟程序中最优秀的软件庞大的上万种元器件库，并可生成新元器件高精度元器件模型、仿真精度高SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计17 入门篇l电路图输入和编辑l掌握四个基本仿真SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PS
12、PICE电路仿真设计18PSpice的四个主要/基本电路分析l直流分析 DC Sweepl交流分析 AC Sweepl瞬态分析 Time Domain（时域扫描）l直流工作点分析 Bias Point（偏置点分析）SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计19PSpice9.1学生版模数混合电路仿真原理图绘图编辑模块原理图输入、器件信息管理模型参数编辑模块电路设计优化模块激励源波形编辑模块SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计20模块间的协作关系Model Editor模型参数编辑模型参数编辑Schematics或或Cap
13、ture CIS原理图绘图编辑原理图绘图编辑Sitmulus Editor激励源波形编辑激励源波形编辑Probe模拟显示模拟显示PSpice A/D电路仿真电路仿真Optimizer设计优化设计优化SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计21Capture CIS原理图设计和元件信息管理l1990年代末，EDA界知名公司OrCAD公司相中了PSpice 高超的电路仿真能力而加以并购，这套软件更名为OrCAD PSpice，简称 PSpice，是OrCAD软件包的一部分。l除了原有的Schematics绘图编辑器之外，增加了Capture CIS程序绘制电路原
14、理图和进行元件管理SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计22建立工程、输入原理图l建立新工程File/New Projectl放置元件Place/Part，放置“地”l连接电路l修改元件参数 方法1：双击参数值，修改； 方法2：单击整个元件右击选择Edit Properties，修改l注意“地”的设置：Name = 0SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计23元器件名称和关键词关键词类型R电阻器C电容器L电感器D二极管Q三极管JJFETMMOSFETQ2N2222一种一种NPN型型BJT；Q2N3904另一种另一种NP
15、N型型BJT（具体参数不同）；（具体参数不同）；SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计24绘制一个直流电路 可以直流分析，也可以直流工作点分析。确定激励下，用直流工作点分析简单。SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计25新建/编辑仿真文档SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计26仿真设置SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计27l还可以编辑仿真文件l保存后仿真按钮高亮度显示SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真
16、设计28直流工作点分析不会出现波形l仿真结果的窗口分为3部分，波形部分灰色SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计29回到Capture界面，出现各节点的电压值SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计30按下“V”、“I” 按钮，出现节点电压和支路电流l不需要显示则弹起按钮SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计31输出文件lView/Output Filel输出文件包括 仿真类型 网表 电压、电流、功率的计算结果 小信号特性 灵敏度分析SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大
17、学PSPICE电路仿真设计32直流分析l对象为直流电路l将某些参数作为扫描变量l仿真结果给出电压、电流等随扫描变量的变化l扫描变量有：电压源电压、电流源电流、阻值、温度、其他SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计33设置分析类型为DC Sweepl电压源电压为扫描变量，电压值从1V增加到21V，步长5VSUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计34放置探针Probel放置电压、电流探针SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计35仿真结果SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学
18、PSPICE电路仿真设计36解释l二端元件首节点标为1，末节点标为2lV(R1:1)：电阻R1的首节点lV(R1:2)：电阻R1的末节点lV(R2:1,R2:2)：电阻R2两端电压（参考方向由首节点指向末节点），即V(R2:2)- V(R2:1)l别名（Alias Names）V1(R1)与V(R1:1)含义相同V2(R1)与V(R1:2)含义相同SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计37分别放到两个曲线窗口点击下方图例，删除电流曲线SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计38放到两个曲线窗口lPlot/Add Plot
19、 to Window增加一个曲线窗口lTrace/Add Trace增加曲线lSEL指示的是当前活动窗口l点击某窗口，则成为当前活动窗口l删除窗口，Plot/Delete PlotSUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计39使用Trace、Plot两个菜单显示多个曲线窗口SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计40时域分析Time Domain(Transient)/瞬态分析l扫描变量是时间l研究电压、电流随时间的变化l需设定起始时间、截止时间、步长l用途：动态电路的过渡过程、正弦稳态、非正弦周期电流电路SUN YAT-S
20、EN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计41建立一个工程,画仿真电路，放一个电流探针注意：开关注意：开关U1，Sw_tClose；在；在t=0闭合，开关闭和时间设置闭合，开关闭和时间设置SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计42仿真设置l时间和步长SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计43运行仿真，输出波形SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计44交流扫描（AC Sweep）l扫描变量为信号的频率l可获得电路的幅频响应、相频响应、转移函数l电源采用Source库中
21、的VAC（交流电压源，以频率为变量）SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计45设置仿真SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计46比例因子符号分率符号倍率F/f1.00E-15K/k1.00E+03P/p1.00E-12MEG/meg1.00E+06N/n1.00E-09G/g1.00E+09U/u1.00E-06T/t1.00E+12M/m1.00E-03注：注：1.00E+03表示表示1.00103SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计47仿真结果SUN YAT-SEN UNIV
22、ERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计48如果想观察相频特性lTrace/Add TraceSUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计49SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计50光标定位Trace/Cursor/Displayl功能：显示波形上任意点的准确数据，或者直接将光标定位在特殊数据点上并显示该点的坐标l只要有输出波形就可以启用光标定位功能l启动菜单： Trace/Cursor/Displayl或使用光标定位功能开启/关闭按钮SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计51l启
23、动/关闭光标定位功能SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计52l按下，出现一行按钮SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计53l先按“下一最高点”按钮，再按“标注”按钮SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计54直流工作点（偏置点）分析（Bias Point）l用于确定电路的静态工作点，以及计算直流电阻电路l计算只有直流激励的任何电路l输出各节点电压、支路电流、元件功率SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计55仿真电路l若选择输出文件中包含详细信息
24、，则还可输出元器件详细信息、灵敏度分析、小信号增益。SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计56SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计57SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计58Capture界面的按钮“V”, “I”SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计59View/Output fileSUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计60其他分析l傅里叶分析l参数扫描l蒙特卡洛分析l最坏情况分析l温度分析l噪声分
25、析SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计61傅里叶分析l仿真结果界面，Trace/Fourierl快捷按钮FFTl正弦电压源VSINSUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计62仿真设置SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计63波形结果SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计64Trace/FourierSUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计65l或者在仿真参数设置对话框里点击“Output file optio
26、ns”SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计66l基频100Hz，谐波次数10，分析变量I(R1)SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计67设置坐标轴Plot/Axis SettingsSUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计68横坐标设置为0-1000HzlView/Output File或者快捷按钮，可以打开输出文件看傅里叶分析结果SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计69增大仿真时长，可得到准确的分析结果SUN YAT-SEN UNIVER
27、SITY中山大学PSPICE电路仿真设计70电流波形和FFT结果SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计71参数扫描l电路中某一个参数作为扫描量l时域扫描、直流扫描、交流扫描都提供了该功能l可以看出某参数对电路的影响，并可以确定最佳参数l需要放置参数元件：PARAM(SPECIAL库中)SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计72RL阻值是变化的，其值为RLSUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计73设置PARAM属性l双击，点击“New Column”SUN YAT-SEN UNIVE
28、RSITY中山大学PSPICE电路仿真设计74分析参数设置方法l主扫描参数（其值始终不变，即V1=10V）SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计75选择“Parametric Sweep”参数扫描l1000至2000欧姆l步长100欧姆SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计76分析，Trace/Add Trace,选择功率曲线I(RL)SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计77介绍其他分析方法l容差：容许误差l容差分析：研究元器件参数的误差对响应的影响，或者反之，给定电路响应的公差
29、求元器件参数的公差蒙特卡洛分析最坏情况分析温度分析噪声分析容差分析的方法容差分析的方法SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计78蒙特卡洛分析l统计模拟方法，给定元器件参数容差的统计分布规律，用一组随机数求得元器件参数的随机抽样序列，估算电路性能的统计分布规律l时域分析、直流扫描、交流分析均有该功能SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计79最坏情况分析l最坏情况：元器件参数在其容差域内取某些组合时所引起的电路性能误差最大l最坏情况分析：各个元器件参数同时按容差范围内各自的最大变化量改变，估算电路特性相对理想情况下的最大偏
30、差l如果最坏情况满足设计要求，则方案一定可行l与蒙特卡洛分析功能在一起SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计80SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计81温度分析l元器件的参数与温度有关，PSpice中的元器件参数都是在常温（27摄氏度）情况的l在四个基本分析功能（时域、直流、交流、直流工作点分析）里都有辅助的温度分析功能l低于绝对零度（-2730C时不能模拟）SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计82噪声分析l与交流分析一起使用l电阻的热噪声、半导体器件的散粒噪声、闪烁噪声l在交
31、流分析的每个频点上对指定输出端计算等效输出噪声，对指定输入端计算等效输入噪声SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计83PSpice仿真总结l运行Capture CIS，建立工程，绘制电路图l创建仿真设置文件New simulation profilel运行分析程序，输出结果l对结果观察、运算、标注l保存或打印输出结果，波形窗口执行Window/copy to clipboard，可将波形拷贝到剪贴板，粘贴到文档中SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计84应用篇l电路与磁路分析l模拟电路l数字电路l模数混合电路SUN Y
32、AT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计85模拟电路l半导体器件特性l放大电路l含集成运放电路l正弦波振荡电路l直流稳压电源SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计86主要的模拟器件名称类型名称类型D1N750稳压二极管J2N3819N沟道JFETMV2201压变电容二极管J2N4393N沟道JFETD1N4002功率二极管IXGH40N60N沟道JFETD1N4148开关二极管LM324线性运算放大器MBD101开关二极管LF411JFET输入级线性运放Q2N2222NPN型BJTuA741线性运算放大器Q2N2907APNP型B
33、JTLM111线性运算放大器Q2N3904NPN型BJTIRF150N型功率MOSFETQ2N3906PNP型BJTIRF9140P型功率MOSFETSUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计87半导体元器件-二极管l二极管电路正弦电压源正弦电压源VSINSUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计88输出电压波形SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计89半导体元器件-二极管l将二极管倒过来SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计90改变三极管模型参数l从
34、器件库中调出的元器件参数是一定的,不一定满足我们的要求,可根据需要加以修改修改.l例如将三极管三极管Q2N2222修改修改为=50:选中三三极管极管Q2N2222,执行Edit/Pspice Model命令,出现三极管三极管Q2N2222的模型参数模型参数,修改修改为Bf=50(即=50).l用该方法可改变场效应管的gm,VT,稳压管的稳压值VZ等.SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计91放大电路-基本共射SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计92设置放大系数l改为=100SUN YAT-SEN UNIVERSITY中山大学PSPICE电路仿真设计93电压放大l输入输出波形
