实验一电子电路PSPICE程序辅助分析(一)

实验一电子电路PSPICE程序辅助分析（一）一、实验目的1、了解电子EDA技术的基本概念。2、熟悉PSPICE软件的实验方法。二、实验仪器1、计算机（486以上IBMPC机或兼容机，8M以上内存，80M以上硬盘）。2、操作系统Windows95以上。三、预习要求1、熟悉PSPICE中的电路描述、PSPICE的集成环境、PSPICE中的有关规定和PSPICE仿真的一般步骤。2、了解电子EDA技术的基本概念。四、实验内容（一）画电路图单极共射极放大器电路如图1-1所示，画出电路图。1、放置元件（1）用鼠标单击“开始”按钮，再在“程序”项中打开Schematics程序（单击Schematics）则屏幕上出现Schematics程序主窗口如图1-2所示。（2）选择菜单中Draw|GetNewPart项或单击图标工具栏中“”图标，弹出如图1-3所图1-1单极共射极放大器图1-2示的元件浏览窗口PartBrowser。（3）在PartName编辑框中输入元件名称。此时，在Description信息窗口中出现该元器件的描述信息，这里我们先输入BJT名称Q2N2222。（如果不知道元器件名称，可以单击Libraries，打开库浏览器LibraryBrowser,在Library窗口中单击所需元件相应的库类型，移动Part窗口中右侧滚动条，单击列表中的元器件，在Description中查看描述信息，判断所选器件是否需要，若是，则单击OK关闭LibraryBrowser，此时，PartBrowser对话窗的PartName编辑框中显示的即为选中的元器件。（4）单击Place，将鼠标箭头移出PartBrowser窗口。这时箭头处出现该元器件符号。（5）移动箭头将元器件拖到合适的位置，若需要，可以用快捷键Ctrl＋R或Ctrl＋F旋转或翻转符号（也可用菜单项Edit|Rotate或Edit|Flip来完成）。（6）单击鼠标左键，将元器件放置在页面上。此时，BJT出现在原理图页面上。如果需要可继续单击左键，放置多个同类元器件，它们的标号自动排序。（7）单击右键结束放置操作。（8）用鼠标单击PartName编辑框，将焦点移回PartName编辑框中。（9）重复（3）到（7）的步骤。将其它元器件，如电阻（R）、电容（C）、电源（VDC）、地（EGND）和信号源（VSIN）放置在页面上。为突出输出端，我们在输出端放置了BUBBLE符号（用于与其它电路连接的符号）。（10）元器件放置完后，单击Close关闭PartBrowser窗口。还有另一种放置元器件的方法：如果知道所用元器件的名称可以不打开PartBrowser窗口，直接在“”中输入源器件名称并按Enter键，将元器件调出，放置在页面上。如果想删除不需要的元器件，可以用鼠标单击选中该元器件（元器件符号变成红色），然后选择菜单项Edit|Cut就可以将元件删除（也可用键盘上的Delete键删除）。2、画电路连线（1）选择菜单Draw|Wire或点击“”图标，此时鼠标箭头变成一只笔。（2）将笔尖移到元件引脚端点击左键，再将笔尖移到要连接的另一元件引脚端单击左键，则完成一根连线的连接。（3）重复第（2）步画完所有连线。（4）单击右键，取消画线状态。3、为放大电路重要节点加标号（1）双击Rc到BJT集电极间的连线，弹出Label对话框（也可以通过选择菜单项Edit|Label打开）。（2）在编辑栏中填Vc，然后单击OK确认返回。此时，在连线附近出现Vc标号。如果图1-3没有必要，这一步可以不做。（二）编辑修改源器件标号和参数1、用鼠标点击要编辑修改的元件符号，符号变成红色表示被选中。假设选中负载电阻RL。2、选择菜单项Edit|Attributes…或在元件符号上双击鼠标左键，弹出如图1-4所示的属性编辑对话框。这里打开了电阻的属性对话框。3、单击需要编辑的属性行（属性行前有*号的属性在此不能修改），在Name和Value编辑框中分别显示属性名称和该属性的值。假设选中Value（大写字母表示属性名）属性行。4、编辑修改Value编辑框中的值。这里我们将1K改为4K。5、单击SaveAttr，保存修改后的值。这时可以看到Value＝4K（如果在Value和Name编辑框中输入新的属性名和值，则可增加一条新的属性。）6、重复（3）（4）（5），编辑修改其它属性值。如，将负载电阻的PKGREF的值改为RL。7、单击OK按钮确认所作的修改，关闭属性编辑对话框。这时，图中的负载电阻标号成为RL、阻值等于4K。8、重复（1）到（7）步，将其它元器件标号和参数改为图1-1所示的值。其中BUBBLE符号定义的标号为Uo。（有源器件的参数（如ß等）不能在属性编辑对话框中修改），必须在模型对话框（ModelEditor）中修改。）注意，信号源参数的设置稍微复杂些。在信号源的属性编辑对话框中，可以看到属性较多，其中正弦信号的幅值VAMPL、频率FREQ和失调电压VOFF（也是正弦信号的直流基准电压）必须设定确定的值。为了进行交流分析还需设定交流幅值AC。此例题中我们设置VAMPL=10mV，FREQ=1k，VOFF=0，AC=10mV。另外也可以直接在电路图上双击元件参数值，弹出图1-5的设置属性值（SetAttributeValue）对话框，单独修改参数值。元件标号也可用类似的方法单独修改。到此为止，我们已得到图1-1所示的电路图。（三）保存画好的电路图1、选择菜单项File|Save，弹出保存文件对话框。2、选定保存文件的路径。3、在文件名编辑框中输入文件名（注意，文件名不能用中文），如test_1。图1-5图1-44、单击保存按钮。（四）设置分析功能根据PSPICE分析功能可以知道：（1）要进行直流工作点分析（BiasPointDetall）；（2）要进行瞬态分析（Transient）；（3）要进行交流分析（ACSweep）。下面我们来设置这些分析功能。1、选择菜单项Analysis|Setup…或相应的图标，弹出如图1-6所示的分析设置对话框Analysissetup。2、用单击BiasPointDetall左边的小方格开关选项，使小方格中显示“”（此时表示对应的分析功能有效），选中该选项，PSPICE仿真时将BJT的静态电压、电流值及其它有关参数存入输出文件（.out）中以备查看。工作点分析功能设置完毕。3、单击瞬态分析设置按钮Transient...，又弹出如图1-7所示的瞬态分析设置对话框Transient。该对话框包括瞬态分析（TransientAnalysis）和傅立叶分析（FourierAnalysis）设置两部分。在此，我们只设置瞬态分析。4、将终结时间（FinalTimes）设为2ms。该参数决定了瞬态分析时间的长度。（PSPICE仿真时将自动将起始时间定为0，并且采用内部时间步长（TimeSetp）计算，仿真过程不断调整时间步长的值。设置StepCeiling的值可以限制内部时间步长的最大值；No-PrintDelay参数决定显示瞬态波形的起始时间。5、单击OK回到图1-5所示的对话框，此时Transient...按钮左边小方格内显示“”，瞬态分析设置完毕。6、单击交流分析设置按钮ACSweep...，弹出交流扫描分析和噪声分析设置对话框ACSweepAnalysisandNoiseAnalysis，如图1-8所示。该对话框包括三个内容设置：扫描类型（ACSweepType）、扫描参数（SweepParameters和噪声分析（NoiseAnalysis）。ACSweepType用来确定以什么步进方式对频率进行扫描；SweepParameters用来设置扫描频率范围和点数。这里我们不做噪声分析。7、在ACSweepType选项中选择Decade方式。（Linear：线性扫描、Octave：倍频程变化扫描、Decade：十倍频程变化扫描）。这样曲线的水平坐标将是对数频率坐标。8、在SweepParamenters中设置Pts/Decade＝101（每十倍频程101个点）、StartFreq＝1、EndFreq＝100Meg。频率图1-7图1-6图1-8扫描范围可以根据分析结果判断是否合适、不合适可以重新设置。9、单击OK回到图1-6所示的对话框。此时ACSweep...按钮左边小方格内显示“”，交流分析设置完毕。10、三个分析功能都已设置完毕，单击Close按钮关闭AnalysisSetup对话框。（五）仿真选择菜单项Analysis|Simulate或图标“”，开始仿真，运行过程如下：1、进行电路连接规则检查。若有错，则自动停止仿真，打开信息观察框MicroSimMessageViewer，显示错误信息。2、建立网表文件（.cir）。若有错则停止仿真，打开MicroSimMessageViewer，显示错误信息。由于电路图是以test_1文件名保存的，所以网表文件为test_1.cir。3、调用PSPICE仿真程序进行仿真分析，仿真结果的文字信息存入输出文件（.out）。本例题结果存入“test_1.out”和“test_1.dat”文件中。4、仿真结束。如果设置了ACSweep、DCSweep或Transient分析功能。则调用波形后处理程序Probe。以上过程均自动完成。（六）用Probe程序观测仿真结果波形1、启动Probe程序，打开Probe主窗口如图1-9所示。本例仿真结束后自动打开Probe程序窗口。2、在图1-10对话框（若只设置了其中的一种分析类型，不弹出此窗口）中选择分析类型。本例设置了AC和Transient，我们单击Transient先观察瞬态分析结果。这时屏幕上出现波形显示框，其横坐标为时间（Time）。3、在图1-9中选择菜单项Trace|Add或相应图标，弹出如图1-11所示的添加曲线对话框AddTraces。4、从窗口中选择V（Uo），在TraceExpression编辑行出现选中的V（Uo）。（TraceExpression编辑行的使用非常灵活，后面我们还将看到它的灵活使用。）图1-9图1-105、单击OK，此时波形显示框便显示Uo的电压波形。（仿真前可在Schematics窗口中的原理图上用Markers菜单项的功能或点击图标“”，在所关心的节点或支路上进行标注，进入Probe后自动显示标注点的波形。假如我们对Uo进行了电压标注，则不需要在图1-11中选择Uo，就可以显示Uo的电压波形。）6、选择菜单项Plot|AddPlot，添加一个波形显示框。7、重复第（3）步，AddTraces对话框中添加输入电压V（Ui:＋）。8、单击图1-11中AliasName选项，在AddTraces对话框中显示电路所有节点和支路电流，寻找并选中V（Ui:＋）。9、单击OK返回，此时上面的波形显示框便显示出输入电压Ui的波形。最后，输入Ui，输出Uo的波形如图1-12所示。图中SEL指明当前活动显示框是哪一个。在做完第（4）步后直接做第（8）、（9）步，可以将Ui、Uo显示在同一个波形显示窗口中。这里由于输入波形幅值比较小，与输出波形在同一坐标中显示不利于观察，所以添加了一个显示框。（七）用Probe程序观测仿真结果的曲线1、观察放大电路的频率响应（1）在图1-9中选择菜单项Plot|AC,波形显示框的横轴变为频率轴Frequency。（2）选择菜单项Trace|Add或相应的图标“”，弹出图1-11所示的AddTrace对话框。（3）在TraceExpression编辑行中输入dB（V（Uo）/V（Ui:+）），该表达式的含义是：将放大电路的电压放大倍数Uo/Ui转为分贝数。（4）单击OK返回，在TraceExpression编辑行中描述的曲线便出现在波形显示框中，由于本例题在设置AC分析时，ACSweepType选择的是Decade，即十倍频扫描，所以，此时显示的曲线即为波特图。（5）再选择菜单项Plot|AddPlot，添加一个波形显示框。（6）重复第（2）步，在T