电路计算机仿真 第三章

一.静态工作点分析静态工作点分析就是将电路中的电容开路，电感短路，对各个信号源取其直流电平值，计算电路的直流偏置量。第三章OrCAD/Pspice的基本电路特性分析例：求基本放大电路的静态工作点。步骤如下：（1）用Capture软件画好电路图。0OutC110UVcc12VRb360kRL2kQ1Q2N2222VsRc2kC210U（2）建立模拟类型分组。建立模拟类型分组的目的是为了便于管理。OrCAD/PSpice9将基本直流分析、直流扫描分析、交流分析和瞬态分析规定为4种基本分析类型。每一个模拟类型分组中只能包含其中的一种，但可以同时包括温度分析、参数扫描和蒙托卡诺分析等。在电路图编辑窗口（PageEditor）下，点击PSpice/NewSimulationProfile命令，屏幕上出现模拟类型分组对话框。在Name栏键入模拟类型组的名称，本例取名为DC。（3）设置分析类型和参数。在Analysistype栏中选“BiasPoint”。在Option栏中选“GeneralSettings”。在OutputFileOptions栏中选“Includedetailedbiaspointinformationfornonlinearcontrolledsourcesandsemiconductors”（4）运行Pspice。启动Pspice/Run命令，软件开始分析计算。（5）查看分析结果。分析计算结束后，系统自动调用Probe模块，屏幕上出现Probe窗口。选择View/OutputFile命令，即可看到本例的文本输出文件DC.out。二.瞬态分析瞬态分析又称TRAN分析，就是求电路的时域响应。它可在给定输入激励信号情况下，计算电路输出端的瞬态响应，也可在没有激励信号但有贮能元件（如C和L）的情况下，求振荡波形。1．瞬态分析举例例：基本放大电路，输入端加一正弦信号，求其输出端的瞬态响应。步骤如下：（1）用Capture软件画好电路图。（2）为正弦信号源设置参数。（3）建立模拟类型分组。（4）设置分析类型和参数：在Analysistype栏中选“TimeDomain（Transient）”。在Option栏中选“GeneralSettings”。在Runto栏中填入“2ms”。意思是瞬态分析的终止时间为2ms。在Startsavingdata栏中填入“0”。意思是起始时间为0。在MaximumStep栏中填入“40us”。意思是时间步长为40ms。（5）运行Pspice。执行Pspice/Run命令。（6）查看分析结果。分析计算结束后，系统自动调用Probe模块，屏幕上出现如图所示的Probe窗口。在Probe窗口中，执行Trace/AddTrace命令，出现AddTrace对话框。可用以下两种方法选择要显示的变量名：①在对话框左边的输出变量列表中用光标点中要显示的变量名，该变量名即出现在下端的“TraceExpression”文本框中，允许同时点选多个输出变量。②在“TraceExpression”文本框中键入要显示的变量名。然后点OK按钮，选中的变量波形就显示在屏幕上。建立两个以上的波形显示区本例想同时观看输出输入波形，但两者电压幅度相差悬殊，在同一坐标中显示显然是不合适的，可采用添加波形显示区的方法：①在AddTrace对话框中，选择V（Out），点OK按钮，显示出输出端的波形。②执行Plot/AddPlottoWindow命令，屏幕上添加一个空白的波形显示区。③再执行Trace/AddTrace命令，在AddTrace对话框选择V（Vs:+），点OK按钮，在新加的波形显示区显示出输入信号Vs的波形。Time0s0.4ms0.8ms1.2ms1.6ms2.0msV(Out)-1.0V0V1.0VV(Out)V(Vs:+)-5.0mV0V5.0mVSEL2．用于瞬态分析的5种激励信号源（1）脉冲源（PULSE）。选取脉冲源符号VPULSE或（IPULSE）。例如设定参数如下：V1=0.3V，V2=3.6V，PER=20us，PW=10us，TD=2us，TF=1us，TR=1us。可得如图所示的脉冲波形。Time0s10us20us30us40usV(Vs:+)0V2.0V4.0VV(Vs:+)参数名称单位内定值V1起始电压VV2脉冲电压VPER脉冲周期sTSTOPPW脉冲宽度sTSTOPTD延迟时间s0TF下降时间sTSTOPTR上升时间sTSTOP（2）正弦源（SIN）。共有6个参数需要设置。例如设定参数如下：VOFF=0，VAMPL=5MV，FREQ=1kHz，TD=0，DF=0，PHASE=0。可得如图所示的正弦波形。Time0s0.4ms0.8ms1.2ms1.6ms2.0msV(Vs:+)-5.0mV0V5.0mVV(Vs:+)参数名称单位内定值VOFF直流偏置电压VVAMPL振幅VFREP频率Hz1/TSTOPTD延迟时间sDF阻尼系数1/sPHASE相位延迟度（3）指数源（EXP）。（4）分段线性源（PWL）。分段线性信号波形由几条线段组成，所以在参数设置时，只需给出线段转折点的坐标值即可。最多允许给出10对坐标值。这是一个很有实用价值的信号源，它可以把任意的信号用微小的直线段去逼近，从而得到任意信号源。例如设定参数如下：T1=0s，V1=0V；T2=1s，V2=5V；T3=2s，V3=0V。可得如图所示的三角波信号。Time0s0.4s0.8s1.2s1.6s2.0sV(Vs:+)0V2.5V5.0V三.傅里叶分析傅里叶分析就是在瞬态分析完成后，计算输出波形的直流、基波和各次谐波分量。因此傅里叶分析应在瞬态分析后进行。例：对基本放大电路进行傅里叶分析。（1）在分析类型和参数设置框中设置好瞬态分析的参数后，点击OutFileOptions按钮。在Printvaluesintheoutput栏中填入“40us”。选中PerformFourierAnal（在小方块中打对号）。在Center栏中填入“1k”，意思是基波频率为1kHz。在Numberof栏中应填入要求计算的谐波次数，缺省值为9。在Output栏中填入“V（Out）”。（2）运行Pspice。（3）查看分析结果。在Probe窗口中，点选View/OutputFile命令，可看到傅里叶分析结果。四.直流分析直流分析又称DC分析，就是当电路中某一参数在一定范围内变化时求电路的直流特性。可以利用这一分析作出电路的传输特性曲线、晶体管的输入输出特性曲线等。值得注意的是，DC分析只能用于分析直耦电路，不能分析阻容耦合电路。例：差动放大电路如图所示，设三极管Q1、Q2的β=50，画出电路的电压传输特性曲线。Vo2Vo10000Rb11kVEE10VRc110kQ2Rb21kQ1Q2N2222Re10kVs0.1VRc210kVCC10V（1）用Capture软件画好电路图。（2）将三极管设置为β=50。（3）设置分析类型和参数：在Analysistype栏中选“DCSweep”；在Option栏中选“PrimarySweep”。在Sweepvariable栏中选“Voltagesource”，在Name栏中填入“Vs”。意思以电压源Vs作为变量。在Sweeptype栏中选“Linear”。在Start栏中填入“-0.3”，在End栏中填入“+0.3V”，在Increment栏中填入“0.03V”。意思是Vs从-0.3V～+0.3V作线性变化，步长为0.03V。（4）运行Pspice。（5）查看分析结果：在Probe窗口中，用光标依次点中V（Vo1）和V（Vo2），即显示该电路电压传输特性曲线。V_VS-300mV-200mV-100mV0mV100mV200mV300mVV(Vo1)V(Vo2)0V5V10VV(Vo2)五.直流传输特性分析直流传输特性分析又称TF分析，就是计算电路的直流小信号增益、输入电阻和输出电阻。用它来求解放大器的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻是最方便的。但是该功能属于直流分析范畴，分析时将电路中的电容开路、电感短路。所以只能用于分析直耦电路，不能分析阻容耦合电路。例：求差动放大电路的电压放大倍数、输入电阻和输出电阻。Vo2Vo10000Rb11kVEE10VRc110kQ2Rb21kQ1Q2N2222Re10kVs0.1VRc210kVCC10V（1）设置分析类型和参数：在Analysistype栏中选“BiasPoint”；在Option栏中选“GeneralSettings”。在OutputFileOptions栏中选“Calculatesmall-signalDCgail”。在FromInputsource栏中填入“Vs”，在ToOutput栏中填入“V（Vo1，Vo2）”，意思是求传递函数（Vo1-Vo2）/Vs及从Vs端看进去的输入电阻和从Vo1、Vo2端看进去的输出电阻。（2）运行Pspice。（3）查看分析结果。从中可以看出：双端输出的电压放大倍数AV=-121.3输入电阻Ri=7.33kW双端输出的输出电阻Ro=18.9kW六.交流分析交流分析又称AC分析，就是求电路的频域响应。当输入信号的频率变化时，它能够计算出电路的幅频响应和相频响应。作交流分析时，信号源应用交流源VAC或IAC。也可以用前面介绍的5种激励源，但必须在设置参数时为其交流参数AC项赋值。注意不能用正弦源。例：分析差动放大电路的频率特性。Vo2Vo10000Rb11kVEE10VRc110kQ2Rb21kQ1Q2N2222Re10kVs0.1VRc210kVCC10V（1）用Capture软件画好电路图。信号源Vs选交流电压源VAC，幅值为0.1V。（2）设置分析类型和参数:在Analysistype栏中选“ACSweep/Noise”。在Option栏中选“GeneralSettings”。在ACSweepType栏中选“Logarithmi：Decade”。在Start栏中填入“1k”。在End栏中填入“10MEG”。在Points/Decade栏中填入“4”。意思是每10倍频间隔计算4个点。（4）查看分析结果。在AddTrace对话框下端的“TraceExpression”文本框中键入V（Vo1，Vo2），即显示双端输出的频率特性曲线。（5）查看双端输出时电压增益的波特图。①在Probe窗口中，执行Trace/AddTrace命令，在“TraceExpression”文本框中键入DB（V（Vo1，Vo2）/V（Vs：+）），即显示出电压增益的幅频特性曲线。②点选Trace/AddYAxis，增加一个纵轴。③在“TraceExpression”文本框中键P（V（Vo1，Vo2））/V（Vs：+）），即显示出电压增益的相频特性曲线。Frequency1.0KHz10KHz100KHz1.0MHz10MHz1DB(V(Vo1,Vo2)/V(VS:+))2P(V(Vo1,Vo2)/V(VS:+))10203040501100.0d133.3d166.7d80.0d180.0d2P(V(Vo1,Vo2)/V(VS:+))2．交流分析中的输出变量名作交流分析时，输出变量名除了可用基本格式外，还可在基本格式中的关键字V或I后面加一标示符，以表示输出量类型。下表示出了5种标示符及含义。标示符含义示例M输出变量的振幅VM（Out）：接点Out与地之间交流电压振幅DB输出变量的振幅分贝数VDB（Out）：接点Out与地之间交流电压振幅分贝数P输出变量的相位VDP（Out1，Out2）：接点Out1与Out2之间交流电压相位R输出变量的实部VR（Q1：C）：晶体管Q1集电极的交流电压实部I输出变量的虚部VI（Q1：C）：晶体管Q1集电极的交流电压虚部七.噪声分析噪声分析就是计算电路中每个电阻和半导体器件所产生的噪声。因为噪声电平与频率有关，所以噪声分析是与交流分析一起进行的。分析时要选一个节点作为输出节点，选一个独立电源作等效噪声源。Pspic