63orcad软件的电路仿真

OrCAD/PSpice9的电路仿真方法1、概述1.1PSpice软件PSpice是一个电路通用分析程序，是EDA中的重要组成部分，它的主要任务是对电路进行模拟和仿真。该软件的前身是SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis），由美国加州大学伯克莱分校于1972年研制。1975年推出正式实用化版本SPICE2G，1988年被定为美国国家标准。1984年Microsim公司推出了基于SPICE的微机版本PSpice（Personal-SPICE），此后各种版本的SPICE不断问世，功能也越来越强。进入20世纪90年代，随着计算机软件的飞速发展，特别是Windows操作系统的广泛流行，PSpice又出现了可在Windows环境下运行的5.1、6.1、6.2、8.0等版本，也称为窗口版，采用图形输入方式，操作界面更加直观，分析功能更强，元器件参数库及宏模型库也更加丰富。1998年1月，著名的EDA公司OrCAD公司与开发PSpice软件的Microsim公司实现了强强联合，于1998年11月推出了最新版本OrCAD/PSpice9。为了迅速推广普及OrCAD/PSpice9软件，OrCAD公司提供了一张试用光盘OrCAD/PSpice9Demo，它与商业版是完全一致的，不同之处只是在元器件上受到一定的限制，因此又被称为普及版。本章将以普及版为例简要介绍OrCAD/PSpice9的功能及使用方法。本书中所有的虚拟实验都是用OrCAD/PSpice9Demo完成的，所引用的屏幕画面也都是出自于OrCAD/PSpice9Demo软件。1.2OrCAD/PSpice9可支持的元器件类型OrCAD/PSpice9可模拟以下6类常用的电路元器件：·基本无源元件，如电阻、电容、电感、传输线等。·常用的半导体器件，如二极管、双极晶体管、结型场效应管、MOS管等。·独立电压源和独立电流源。·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，如门电路、传输门、触发器、可编程逻辑阵列等。·常用单元电路，如运算放大器、555定时器等。在这里集成电路可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结构。表2.1.1列出了OrCAD/PSpice9可支持的元器件类别及其字母代号。特别注意表中的字母代号是OrCAD/PSpice9为不同类别的元器件所规定的代号，在画电路图时元器件编号的第一个字母必须按表中规定，否则出错。1.3OrCAD/PSpice9可分析的电路特性OrCAD/PSpice9可分析的电路特性有6类15种：·直流分析，包括静态工作点（BiasPointDetail）、直流灵敏度（DCSensitivity）、直流传输特性（TF：TransferFunction）、直流特性扫描（DCSweep）分析。·交流分析，包括频率特性（ACSweep）、噪声特性（Noise）分析。·瞬态分析，包括瞬态响应分析（TransientAnalysis）、傅里叶分析（FourierAnalysis）。·参数扫描，包括温度特性分析（TemperatureAnalysis）、参数扫描分析（ParametricAnalysis）。·统计分析，包括蒙托卡诺分析（MC：MonteCarlo）、最坏情况分析（WC：WorstCase）。·逻辑模拟，包括逻辑模拟（DigitalSimulation）、数/模混合模拟（MixedA/DSimulation）、最坏情况时序分析（Worst-CasetimingAnalysis）。表2.1.1OrCAD/PSpice9可支持的元器件类别及其字母代号（按字母顺序）字母代号元器件类别字母代号元器件类别BCaAs场效应晶体管N数字输入C电容O数字输出D二极管Q双极晶体管E压控电压源R电阻F流控电流源S电压控制开关G压控电流源T传输线H流控电压源U数字电路单元I独立电流源USTIM数字电路激励信号源J结型场效应管（JFET）V独立电压源K互感（磁芯）、传输线耦合W电流控制开关L电感X单元子电路调用MMOS场效应管（MOSFET）Z绝缘栅双极晶体管（IGBT）1.4OrCAD/PSpice9中的单位和数字Pspice中采用的是实用工程单位制，如电压用伏（V）、电流用安培（A）、电阻用欧姆（Ω）、功率用瓦特（W）等。在运行中，Pspice会根据具体对象自动确定其单位。用户在输入数据时，代表单位的字母可以省去。例如给电压源赋值时，键入12和12V意思一样。Pspice中的数字采用科学表示方式，即可以使用整数、小数和以10为底的指数。用指数表示时，底数10用字母E来表示。对于比较大或比较小的数字，还可采用10种比例因子，如表2.1.2所示。例如1000、1E3和1K都表示同一个数。特别注意：（1）比例因子可用大写也可用小写，含义是一样的，如m和M都表示10-3。而国标规定，m表示10-3，M表示106，我们通常的习惯也是这样。为了防止混淆，在该软件中用MEG表示10+6。这一点在使用时应特别小心，稍一疏忽就会出错。（2）比例因子只能用英文字母，如10-6用U或u表示，而国标规定10-6用表示。这一点在使用时也应注意，如电容容量C=1×10-6F，应写成C=1u（或1U）。表2.1.2OrCAD/PSpice9中采用的比例因子符号比例因子国家标准符号比例因子国家标准F10-15fM10-3mP10-12pK10+3kN10-9nMEG10+6MU10-6μG10+9GMIL25.4×10-6T10+12T2、用Capture绘制电路图的方法进行电路模拟分析的第一步是在屏幕上画出电路图，这个任务是由Capture软件完成的。用Capture画一张新电路图一般要经过7个步骤：调用Capture软件、新建设计项目、配置元器件符号库、取放元器件、取放电源与接地符号、连线与设置节点名、元器件属性参数编辑。2.1调用Capture软件在计算机上选择命令集：程序/OrCADDemo/CaptureCISDemo，点击后就会在屏幕上出现Capture启动窗口，如图2.2.1。图2.2.1Capture启动窗口2.2新建设计项目在OrCAD软件包中，每一个设计或分析任务都被当作一个项目，由项目管理器（ProjectManager）统一管理。因此每开始一个新的任务就等于新建一个设计项目，要调用项目管理器为新建项目起个名，并确定有关的设置。具体操作如下：在图2.2.1Capture启动窗口下选择File/New/Project，如图2.2.2所示。图2.2.2新建设计项目点击之。屏幕上将出现如图2.2.3所示的NewProject对话框。在这个对话框中进行如下设置：（1）给设计项目起名。在Name栏中键入项目名，例如我们为将要分析的基本放大器起名为Amp。（2）选定设计项目类型。图2.2.3中有4个选项可供选择。如只对绘制的电路进行Pspice分析，应选“AnalogorMixedSignalCircuit”，我们就选此项。如电路图要用于印制电路版设计，则应选“PCBoardWizard”或“ProgrammableLogicWizard”。如只绘制电路不进行任何分析，则应选“Schematic”。图2.2.3NewProject对话框2.3配置元器件符号库在NewProject对话框完成新建项目设置后，点击OK，屏幕上将出现如图2.2.4所示的元器件符号库设置框。在这里为你将要画的电路选择元器件符号库。图2.2.4元器件符号库设置框设置框左端列出了Pspice软件中提供的元器件库清单，右端是为新建项目配置的元器件库文件。你所画电路需要哪个库文件，就在左框中选中，点击Add按钮，即将该库文件增至右框。反之，从右框选中一个库文件，点击Remove按钮，即将该库文件从右框剔除。如果你对每个库文件中都存放着哪些元器件不清楚的话，不妨将它们全部选进右框，或者直接按“完成”按钮，自动选入。2.4取放元器件完成元器件符号库配置后，点击“完成”按钮，屏幕上将出现如图2.2.5所示的电路图编辑窗口（PageEditor）。图2.2.5电路图编辑窗口现在就可以画图了。例如画一张基本放大电路，如图2.2.6所示。取放元器件的方法如下：0OutQ1Q2N2222C210uC110uVcc12VRc2KRb360KVsRL2K图2.2.6基本放大电路图（1）在电路图编辑窗口下，启动Place/Part命令，或按窗口右侧对应的绘图工具快捷键，幕上出现元器件符号选择框，如图2.2.7所示。图2.2.7元器件符号选择框（2）在图2.2.7中Libraries下方的列表框里点击所需元器件符号所在的符号库名。如三极管Q2N2222在EVAL库中，电阻R和电容C在ANALOG库中，直流电压源VDC和正弦源在SOURCE库中。（3）在图2.2.7的元器件符号列表框中通过右侧滚动条找到所需元器件符号名，点击之，该符号的图形即显示在预览框中。图2.2.7是选取双极型三极管Q2N2222的情况。也可用另一种取元件的方法：如果知道所用元器件名称，可直接在Part栏中键入元器件名称，例如Q2N2222。（4）点击OK键，该元器件即被调至电路图中。此时该元器件随光标移动，移至合适位置时，点击鼠标左键即在该位置放置一个元件。这时如继续移动光标还可在其它位置继续放置元件。（5）点击鼠标右键，屏幕上将出现如图2.2.8所示的快捷菜单，选择其中的EndMode命令即可结束放置元器件的工作。快捷菜单中各项命令的功能见图2.2.8，使用这些命令将使元器件放置与布图变得更方便。结束当前状态将器件符号作Y轴镜像翻转将器件符号作X轴镜像翻转将器件符号逆时针翻转90°修改器件的属性参数放大或缩小显示电路图将光标快速移到指定位置图2.2.8画元器件的快捷菜单（6）如果想删除一个元件，可用鼠标选中该元件，然后点击菜单命令Cut即可删除，也可用键盘上的Delete键删除。2.5取放电源与接地符号1．取放电源符号可同取放元器件一样，在SOURCE库中取电压源或电流源。2．取放接地符号启动Place/Groud，或按对应的绘图快捷键，出现如图2.2.9所示的选择框。在SOURCE库中取“0”符号。图2.2.9取放接地符号2.6连线与设置节点名1.连接线路从符号库取出的元器件，每个引线端都有个小方块供连线用。连线时启动Place/Wire命令，或按对应的绘图快捷键，光标就会变成十字状，将光标移至要连接元件的端点，按鼠标左键，再移动光标，即可拉出一条线，当到达所要连接电路的另一端点时，再按鼠标左键，便完成了一段走线。此时光标仍是活动的，可继续连线。要想结束连线，可按鼠标右键，在调出的快捷菜单中点击EndWire命令。2．设置节点名Capture自动为每个节点设置一个以字母N开头，后面紧跟数字的节点名。如有特殊需要，可自行设置节点名。例如在图2.2.6电路中，想把输出端的节点起名为Out。步骤如下：（1）启动Place/NetAlias命令，或按对应的绘图快捷键，屏幕上出现如图2.2.10所示的设置框。在Alias文本框中键入节点名（例Out）。（2）按OK键，则光标处附着一个小方框，将光标移至设置节点名的位置，按鼠标左键，新节点名即出现在该位置。（3）按鼠标右键，在调出的快捷菜单中点击EndMode命令，结束节点名设置。图2.2.10节点名设置框2.7元器件属性参数编辑Capture自动为每个元器件设置一个元件名和参数值，例如图2.2.6电路中的集电极电阻名为R1，阻值为1k，直流电源名为V1，参数值为0V，这显然不符合我们的要求。因此，在画完电路后，要对元器件属性进行编辑。方法如下：在图2.2.6电路中，按住鼠标左键，拖动鼠标，选中所有要编辑的元器件。然后点击鼠标右键，调出如图2.2.8所示的的快捷菜单，选择执行EditProperties命令，即可开启该元器件群的属性编辑对话框，点击屏幕左下方的Part按钮，便可更改各元器件的名称和参数，如图2.2.1