电路仿真实验报告要求

电路计算机仿真分析

实验指导

武汉大学电气工程学院

电工仿真实验室

2006.11 PSPICE 简介

PSPICE 简介

1984年,美国MicroSim公司推出了基于SPICE的微机版PSPICE(Personal-SPICE).可以说在同类产品中,它是功能最为强大的模拟和数字电路混合仿真EDA软件,在国内普遍使用.它可以进行各种各样的电路仿真,激励建立,温度与噪声分析,模拟控制,波形输出,数据输出,并在同一窗口内同时显示模拟与数字的仿真结果.无论对哪种器件哪些电路进行仿真,都可以得到精确的仿真结果,并可以自行建立元器件及元器件库.

在目的个人电脑广使用的向用的商用仿真软件中,以Pspice A/D系列最受人众欢迎. PSPICE 是面向PC 机的通用电路仿真软件, 该软件具有强大的电路图绘制功能,电路模拟仿真功能,图形后处理功能和元器件符号制作功能,模拟仿真快速准确,并提供了良好的人机交互环境,操作方便,易学易用.软件的用途非常广泛,不仅可用于电路分析和优化设计,还可用于电子线路,电路,信号与系统等课程的计算机辅助教学.与印刷线路板设计软件配合使用,还可以实现电子设计自动化.这些特点使得PSPICE 受到广大电子设计工作者,科研人员和高校师生的热烈欢迎,国内许多高校已将PSPICE 列入电子类本科生和硕士生的辅修课程. PSPICE 软件在国外非常流行.在大学里,它是工科类学生必会的分析与设计电路的工具;在公司中,它是产品从设计,实验到定型过程中不可缺少的设计工具.世界各国的半导体元件公司为它提供了上万种模拟和数字元件组成的元件库,使PSPICE 软件的仿真更可信,更真实. PSPICE 软件几乎完全取代了电路和电子电路实验中的元件,面包板,信号源,示波器和万用表.有了PSPICE 软件就相当有了电路和电子学实验室.

PSPICE 的功能

PSPICE 用于模拟电路,数字电路及模数混合电路的分析以及电路的优化设计.

PSPICE 的分析功能主要体现在以下几方面:

直流分析:当电路中某一参数(称为自变量)在一定范围内变化时,对自变量的每一个取值,计算电路的直流偏置特性(称为输出变量).

交流分析:作用是计算电路的交流小信号频率响应特性.

噪声分析:计算电路中各个器件对选定的输出点产生的噪声等效到选定的输入源(独立的电压或电流源)上.即计算输入源上的等效输入噪声.

瞬态分析:在给定输入激励信号作用下,计算电路输出端的瞬态响应.

基本工作点分析:计算电路的直流偏置状态.

蒙特卡罗统计分析:为了模拟实际生产中因元器件值具有一定分散性所引起的电路特性分散性,PSpice提供了蒙特卡罗分析功能.进行蒙特卡罗分析时,首先根据实际情况确定元器件值分布规律,然后多次"重复"进行指定的电路特性分析,每次分析时采用的元器件值是从元器件

值分布中随机抽样,这样每次分析时采用的元器件值不会完全相同,而是代表了实际变化情况.完成了多次电路特性分析后,对各次分析结果进行综合统计分析,就可以得到电路特性的分散变化规律.与其他领域一样,这种随机抽样,统计分析的方法一般统称为蒙特卡罗分析(取名于赌城Monte Carlo),简称为MC分析.由于MC分析和最坏情况分析都具有统计特性,因此又称为统计分析.

最坏情况分析:蒙特卡罗统计分析中产生的极限情况即为最坏情况.

参数扫描分析:是在指定参数值的变化情况下,分析相对应的电路特性.

温度分析:分析在特定温度下电路的特性.

在电路设计方面,PSPICE 提供了电路设计过程中所需要的各种元器件符号和绘图手段,电路设计师可以直接在PSPICE 的电路图编辑器中设计电路图.利用PSPICE的电路分析功能,可以测试电路的各项性能指标,测试电路在高温,高压等极端条件下的承受能力.利用PSPICE 中提供的各种观测标识符,可以观测电路图中任意点,任何变量以及各种函.数表达式的波形和数据.可以对电路进行优化设计,将多个设计方案进行比较.从电路方案的选型,分析,修改,优化设计及最终确定,整个设计过程中不涉及任何硬件和纸笔,不仅能节省开支,简化设计手段,而且大大缩短了设计周期,提高了设计精度.

PSPICE 的版本介绍

由于公司的并购,现在流行的pspice版本如下:pspice8.0,集成pspice的Orcad10.5,集成Orcad 的Cadence15.7等多个版本.实验过程采用Orcad9.2.

Orcad9.2是一个过渡版本,内部包含pspice输入工具schematics(在以后的版本中已经取消了该输入方式).Orcad的原理图输入工具Capture(和Capture CIS).实验过程的操作以Capture为主.

实验要求:

复习相关理论.

查阅相关pspice操作手册.

写出pspice仿真步骤(预习报告).

上机操作.

保存pspice所做的电路图和结果.

实验报告

写出有关实验报告(A4页面,Word文档),包括:

(1)实验名称;

(2)pspice所作电路图;

(3)简单步骤;

(4)实验结果.

(5)手动计算结果.

(5)实验中遇到的问题及解决方法.

(6)思考与讨论.

(7)结论分析.

(8)心得体会.

预备实验Orcad Pspice的基本操作

PSpice分析过程

新建Project(create a design project)

Capture的Project是用来管理相关文件及属性的.新建Project的同时,Capture会自动创建相关

的文件,如DSN,OPJ文件等,根据创建的Project类型的不同,生成的文件也不尽相同.

根据不同后续处理的要求,新建Project时必须选择相应的类型.Capture支持四种不同的Project类型

在菜单栏中选择file>new>Project:

开始绘制电路图

新建project后,进入Schematic窗口,则在窗口右边会出现下图的工具栏:

Place part(放置器件)

在Capture中,调用器件非常方便,即使您不清楚器件在库中的名称,也可以很容易查找并调出使用.使用Capture CIS还可以让您通过Internet到Cadence的数据库(包含1万多个器件信息)里查找器件.

点击Place part快捷按钮或点击place>part将调出如下对话框:

点击part search…按钮,调出下面的器件搜索对话框:

连线及放置数据总线(Place wire or bus)

点击Place wire(或place bus)按钮进入连线(或放置数据总线)状态,此时鼠标变成十字形,移动鼠标,点击左键即可开始连线(或放置数据总线).

连线时,在交叉而且连接的地方会有一个红点提示,如果你需要在交叉的地方添加连接关系,点击place junction,把鼠标移动到交叉点并点击左键即可.

放置数据总线后,点击place bus entry按钮放置数据总线引出管脚,管脚的一端要放在数据总线上.

放置网络名称(place net name)

点击place net alias按钮,调出place net alias对话框,在alias对话框中输入要定义的名称,然后点击OK退出对话框,把鼠标移动到你要命名的连线上,点击鼠标左键即可.

注意:数据总线与数据总线的引出线一定要定义网络名称.

放置电源和地(place power or GND)

点击Place power(或Place GND),调出如下对话框:

下面主要讲一下在使用PSpice时绘制原理图应该注意的地方.

新建Project时应选择Analog or Mixed-signal Circuit

调用的器件必须有PSpice模型

首先,调用OrCAD软件本身提供的模型库,这些库文件存储的路径为Capture\Library\pspice,此路径中的所有器件都有提供PSpice模型,可以直接调用.

其次,若使用自己的器件,必须保证*.olb,*.lib两个文件同时存在,而且器件属性中必须包含PSpice Template属性.

原理图中至少必须有一条网络名称为0,即接地.

必须有激励源.

原理图中的端口符号并不具有电源特性,所有的激励源都存储在Source和SourceTM库中. 电源两端不允许短路,不允许仅由电源和电感组成回路,也不允许仅由电源和电容组成的割集.

解决方法:电容并联一个大电阻,电感串联一个小电阻.

最好不要使用负值电阻,电容和电感,因为他们容易引起不收敛.

仿真参数设置

建立仿真描述文件

在设置仿真参数之前,必须先建立一个仿真参数描述文件,点击或PSpice>New simulation