orCADPSpice電路特性分析實(shí)習(xí)報(bào)告

1、北華大學(xué)orcad/pspice電路分析實(shí)習(xí)報(bào)告學(xué)院：電氣信息學(xué)院專業(yè)：電子信息工程專業(yè)學(xué)號(hào)：20121605.姓名：指導(dǎo)老師：孫繼元實(shí)習(xí)日期：2013.06.032013.06.07目錄一、 orccad軟件簡(jiǎn)介3二、 實(shí)習(xí)內(nèi)容6三、 實(shí)習(xí)目的6四、 六個(gè)電路圖7五、 電路特性分析111. 偏壓點(diǎn)分析112. 直流掃描分析143. 交流掃描分析184. 瞬態(tài)分析225. 噪聲分析256. 溫度分析29六、 實(shí)習(xí)心得33一、 orcad軟件簡(jiǎn)介pspice( simulation programwith integratedcircuit emphasis) 是在20世紀(jì)70年代，由美國加利福

2、尼亞大學(xué)伯克萊分校在模擬電子電路的研究中開發(fā)的一種用以分析、設(shè)計(jì)和測(cè)試復(fù)雜電子電路的軟件工具。在商品化社會(huì)中，美國的microsim公司進(jìn)一步將其逐步完善，包裝為一個(gè)能應(yīng)用于不同領(lǐng)域的商品化版本。為了能在pc機(jī)上運(yùn)行spice, microsim公司在1983年推出pspice軟件產(chǎn)品，pspice與spice，使用同樣的運(yùn)算規(guī)則和語法，該產(chǎn)品分教育版和工業(yè)版兩種。教育版在國外大學(xué)中非常流行，是電類師生必備的計(jì)算機(jī)輔助教學(xué)工具之一。教育版較工業(yè)版，除了提供的技術(shù)支持和用戶需求不同外，減少了許多功能; 但從教學(xué)角度看，教育版完全能滿足電路分析和設(shè)計(jì)在教學(xué)上的需要。microsim公司是歡迎和支持

3、人們使用教育版的，help 中所有實(shí)例是在免費(fèi)使用的pspice版本上運(yùn)行的。pspice軟件中有世界主要半導(dǎo)體元件公司提供的元件庫供調(diào)用，主要用在電子電路的分析與設(shè)計(jì)之中。電路課程中只用到由理想電路元件所組成的各種理想模型，而不涉及具體的電子元器件。因此用pspice輔助電子電路教學(xué)，更簡(jiǎn)單、更方便。從而使pspice成為最流行的電子電路的仿真軟件。80年代以來，采用自由格式語言的pspice5.0 版本，在我國得到廣泛應(yīng)用。pspice 從6.0 版本開始引入圖形界面。1998 年世界上著名的eda 商業(yè)軟件開發(fā)商orcad公司與microsim公司正式合并，此microsim公司的psp

4、ice產(chǎn)品正式并入orcad公司的商業(yè)cad系統(tǒng)中orcad公司正式推出的orcad pspice release 9.0 與傳統(tǒng)的spice相比較，pspice9.0具有六大功能模塊:*核心模塊pspicea/d;* 電路原理圖設(shè)計(jì)模塊capture,*激勵(lì)信號(hào)編輯模塊stimuluseditor;* 模型參數(shù)提取模塊;* 模擬顯示和分析模塊;*優(yōu)化模塊optimizerpspice9.0 在以下三個(gè)方面有重大變革:(1) 不但能對(duì)模擬電路進(jìn)行仿真，還能對(duì)數(shù)字電路、數(shù)/ 模混合電路進(jìn)行仿真;(2) 在對(duì)電路進(jìn)行直流、交流和瞬態(tài)分析的基礎(chǔ)上，對(duì)較復(fù)雜電路還能實(shí)現(xiàn)蒙特卡羅分析，最壞環(huán)境分析及優(yōu)化

5、分析;(3) 電路圖繪制完成后，不僅可以直接進(jìn)行電路仿真，還可隨時(shí)分析觀察仿真結(jié)果?，F(xiàn)在廣泛使用的是orcadpspice9.0版，可在網(wǎng)站上下載相關(guān)軟件。如在模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)及高頻電子技術(shù)的教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)用該教育軟件，對(duì)于提高電子技術(shù)的教育質(zhì)量將起到積極的推動(dòng)作用主要功能及特點(diǎn)：1.不僅可以對(duì)模擬電路進(jìn)行直流、交流、瞬態(tài)等基本電路特性分析，而且可進(jìn)行噪聲分析、溫度分析、優(yōu)化設(shè)計(jì)等復(fù)雜的電路特性分析。2.不僅可以對(duì)模擬電路進(jìn)行計(jì)算機(jī)輔助分析，而且可對(duì)數(shù)字電路、數(shù)/模混合電路進(jìn)行計(jì)算機(jī)模擬。3.科研再windows環(huán)境下，以人機(jī)交互方式運(yùn)行。繪制好電路圖以后，即可直接進(jìn)行電路模擬，無需用

6、戶編制繁雜的輸入文件。再模擬過程中，可以隨時(shí)分析觀察模擬結(jié)果，從電路圖上修改設(shè)計(jì)。4.orcad軟件集成了電路原理圖繪制、印制電路板設(shè)計(jì)、數(shù)字/模擬電路仿真、可編程邏輯器建設(shè)計(jì)等等功能，它的元器件庫也是所有eda軟件中最豐富的，再世界上它一只是eda軟件的首選。orcad軟件系統(tǒng)中主要包括：orcad/capture cis(電路圖設(shè)計(jì))；orcad/pspice a/d （數(shù)/模混合模擬）；orcad/layout plus(pcb設(shè)計(jì))等，其中每一部分可以根據(jù)需要單獨(dú)使用，也可以共同組成完整的eda系統(tǒng)。orcad軟件系統(tǒng)的幾個(gè)主要軟件的功能和特點(diǎn)： orcad/capture：它是orc

7、ad軟件包中的共用軟件，也是其他兩個(gè)軟件的基礎(chǔ)。orcad/capture操作界面友好、直接形象、使用方便；操作功能強(qiáng)大、靈活，項(xiàng)目管理科學(xué)有效，適應(yīng)性很強(qiáng)，支持國際上多種標(biāo)準(zhǔn)。orcad/pspice a/d：這是一個(gè)通用電路模擬軟件，除了對(duì)數(shù)字電路和數(shù)/?；旌想娐纺M外，還具有優(yōu)化設(shè)計(jì)功能。orcad/layout plus：這是一個(gè)印制電路板pcb設(shè)計(jì)軟件，可以直接將生成的電路圖通過手工或自動(dòng)布局布線方式轉(zhuǎn)為pcb設(shè)計(jì)。它的元器件封裝庫非常豐富，是一款名副其實(shí)的高檔、專業(yè)pcb設(shè)計(jì)的eda軟件。二、 實(shí)習(xí)內(nèi)容orcad capture的使用，控制元件屬性顯示，繪制總線，折線，橢圓等，并且

8、可放置說明文字及文件插圖，繪制電路圖并對(duì)電路圖進(jìn)行偏壓點(diǎn)分析（bias point detail）、直流分析(dc sweep)、交流分析(ac sweep)、瞬態(tài)分析(transient analysis)、噪聲分析(noise analysis)、溫度分析(temperature amalysis)。常用的元件庫有：source.olb pwrmos.olb analog.olb diode.olb opmap.olb 7400.olb discrete.olb bipolar.olb breakout.olb。三、 學(xué)習(xí)目的1. 學(xué)會(huì)安裝orcad軟件，了解并熟悉使用orcad pspi

9、ce軟件系統(tǒng)。2. 學(xué)會(huì)在capture中創(chuàng)建電路并運(yùn)行出指定分析類型及仿真類型。3. 掌握運(yùn)行仿真結(jié)果的方法，并學(xué)會(huì)分析數(shù)據(jù)及圖形。4. 了解電路一些基本原件的使用方法。5. 此次實(shí)習(xí)的目的不僅讓大家如何使用capture的繪圖頁編輯程序同時(shí)也增強(qiáng)大家的動(dòng)手能力和實(shí)踐能力。6. 認(rèn)識(shí)到該軟件對(duì)今后學(xué)習(xí)專業(yè)知識(shí)的重要性，讓我們意識(shí)到應(yīng)該如何學(xué)習(xí)一個(gè)新的軟。四、 六個(gè)電路圖圖一：圖二：圖三：圖四：圖五;圖六：五、 電路特性分析1. 偏壓點(diǎn)分析(bia s point detail)主要應(yīng)用于歐姆定律的驗(yàn)證。當(dāng)電壓源為某一值時(shí)，電路內(nèi)各節(jié)點(diǎn)的電壓值與各分支的電流值。其主要功能時(shí)驗(yàn)證某一個(gè)電路在直流

10、電壓源或電流源的作用下，是否正常工作。操作步驟：1、設(shè)置偏壓點(diǎn)分析參數(shù) 選擇pspicenew simulation profile 功能選項(xiàng)。在name欄輸入bias，在 inherit from欄內(nèi)設(shè)為none.最后點(diǎn)擊 create按鈕，將會(huì)打開simulation setting-bias對(duì)話框。用analysis頁的 analysis type 欄內(nèi)的下拉列表，選擇bias point選項(xiàng)來設(shè)置執(zhí)行偏壓點(diǎn)分析。 2、存檔 3、啟動(dòng)pspice進(jìn)行仿真并觀察輸出文件的內(nèi)容 設(shè)置好參數(shù)后用pspicerun功能選項(xiàng)來啟動(dòng)pspice 程序進(jìn)行仿真 6個(gè)偏壓點(diǎn)分析后的圖形第一個(gè)：第二個(gè)：第

11、三個(gè)：第四個(gè)：第五個(gè)：第六個(gè)：2. 直流掃描分析（dc sweep）所謂直流掃描分析就是當(dāng)電路中某一參數(shù)（稱為自變量）在一定范圍內(nèi)變化時(shí)，對(duì)自變量的每一個(gè)取值計(jì)算電路的直流偏置特性（稱為輸出變量）。操作步驟：1、設(shè)置dc sweep直流掃描分析參數(shù) 使用 pspiceedit simulation setting 功能選項(xiàng)打開已建好的bias仿真設(shè)置文件。在analysis 頁的analysis type 欄下拉列表里選擇dc sweep選項(xiàng)來設(shè)置執(zhí)行直流掃描分析。（掃描模式）欄選擇linear線性模式，start（起始值）欄設(shè)為0,end(結(jié)束值)欄設(shè)為5，increment( 增加量)欄設(shè)

12、為0.1。點(diǎn)擊【確定】退出simulation setting-bias對(duì)話框。 2、存檔并執(zhí)行仿真。 3、觀察仿真波形結(jié)果 （1） 選擇trceadd trace或【insert】打開 add trace 對(duì)話框。在trace expression欄內(nèi)選擇i(rl)或輸入i（rl）.然后點(diǎn)擊【ok】。這時(shí)的 pspice 窗口就輸出如下圖波形。 （2）.要顯示波形的另一種做法就是會(huì)capture窗口用放探針的方法。6個(gè)直流掃描分析后的仿真圖形第一個(gè)：第二個(gè)：第三個(gè)：第四個(gè)：第五個(gè)：第六個(gè)：3. 交流掃描分析（ac sweep）是針對(duì)電路性能因信號(hào)頻率改變所作的頻域分析。作用是計(jì)算電路的交流小

13、信號(hào)頻率響應(yīng)特性。它能夠計(jì)算出電路的幅頻各相頻相應(yīng)。操作步驟：1、分析參數(shù)的設(shè)置 使用 pspicenew simulation profile。在name欄里輸入如ac-sweep的名稱。點(diǎn)擊【create】.在analysis 頁的analysis type 欄下拉列表里選擇a c sweep/noise選項(xiàng)來設(shè)置執(zhí)行交流掃描分析。ac sweep type欄內(nèi)各項(xiàng)設(shè)置：logarthmi:decade （以十倍頻方式掃描）；start（起始頻率）欄設(shè)為10k；end(終止頻率)欄設(shè)為10meg;points/decade(表示每十倍頻所計(jì)算的點(diǎn)) .ac sweep type欄內(nèi)設(shè)為de

14、cade，points/decade欄內(nèi)設(shè)為101。 。點(diǎn)擊【確定】退出simulation setting- ac-sweep對(duì)話框。 2、存檔并執(zhí)行仿真 選擇顯示的波形 選擇trceadd trace或【insert】打開 add trace 對(duì)話框。在functions macros 列表中選擇db()函數(shù)。在trace expression欄內(nèi)輸入dbv(v0)/v(vi).然后點(diǎn)擊【ok】。這時(shí)的probe窗口就輸出如下圖波形。 3、 增加一條y軸坐標(biāo)以顯示相位頻譜圖 使用plotadd y asis選項(xiàng)打開另一個(gè)y軸，在add trace 對(duì)話框中在trace expression

15、欄處輸入p(v(v0)/v(vi),單擊【ok】。輸出如下圖。4、為波形圖加上說明文字 選plotlabelpoly-line選項(xiàng)；plotlabeltext選項(xiàng)，在此選項(xiàng)中輸入phase(degree)用來表示p(v(v0)/v(vi)；plotlabelarrow選項(xiàng)。輸出如下波形：6個(gè)交流掃描分析后的仿真圖形第一個(gè)：第二個(gè)：第三個(gè)：第四個(gè)：第五個(gè)：第六個(gè)：4. 瞬態(tài)分析（transient analysis）電路的瞬態(tài)分析就是求電路的時(shí)域響應(yīng)。它可作大信號(hào)非線性電路分析，可在給定激勵(lì)信號(hào)情況下求電路輸入算的實(shí)踐響應(yīng)、延遲特性；也可在沒用任何激勵(lì)信號(hào)的情況下，僅由電路中貯能元件（如l和c）

16、存儲(chǔ)的電磁場(chǎng)能量作用下求振蕩波形、振蕩周期（注意：對(duì)于數(shù)字電路只有瞬態(tài)分析，而無直流和交流分析）。做瞬態(tài)分析時(shí)，常用的由5種獨(dú)立源：脈沖波vpulse、ipulse，正弦電vsin、isin，指數(shù)源vexp或iexp，分段線性vpwl或ipwl，周期行者現(xiàn)原vpwl_enh或ipwl_enh。操作步驟：1、設(shè)置瞬態(tài)分析參數(shù) 使用 pspicenew simulation profile。在name欄里輸入如ti 的名稱。在 inherit from欄內(nèi)設(shè)為none.最后點(diǎn)擊 create按鈕，將會(huì)打開simulation setting-ti對(duì)話框。在analysis 頁的analysis t

17、ype 欄下拉列表里選擇time domain(transient)選項(xiàng)來設(shè)置暫態(tài)分析參數(shù)值，run to time 欄設(shè)為 200ms，指定暫態(tài)分析的最終時(shí)間是200ms ，在start saving data欄內(nèi)鍵入“0”，表示瞬態(tài)分析文件或波形輸出的起始時(shí)間。設(shè)置完后【create】. 2、存檔并執(zhí)行仿真 3、使用probe觀察仿真結(jié)果增加窗口。采用“plot”命令，2次選用”add piot to window” 命令，輸出如下波形： 6個(gè)瞬態(tài)分析后的仿真圖形第一個(gè)：第二個(gè)：第三個(gè)：第四個(gè)：第五個(gè)：第六個(gè)：5. 噪聲分析（transient analysis）電阻和半導(dǎo)體都會(huì)自然而然地

18、產(chǎn)生噪聲，這對(duì)電路工作會(huì)產(chǎn)生相當(dāng)程度的影響。而pspise提供的噪聲分析（noise analysis）就是將噪聲對(duì)輸出信號(hào)所造成的影響給以數(shù)值化，以供設(shè)計(jì)師評(píng)估電路性能之用。元件自然產(chǎn)生的噪聲一般成為白噪聲（white noise）或是熱噪聲（thermal noise）。它所涵蓋的頻率范圍由0hz延伸至頻率無限大。由于它是隨即地產(chǎn)生，無法知道其卻是的大小及發(fā)生的時(shí)間，而且無法避免，所以只能用統(tǒng)計(jì)的方式估算它。這種噪聲能量會(huì)因?yàn)闇囟鹊纳叨兇?，也就是說，電路在高溫狀態(tài)下較易受到白噪聲的影響。操作步驟：1、設(shè)置分析參數(shù) 使用 pspicenew simulation profile。在nam

19、e欄里輸入sim.點(diǎn)擊【create】.在analysis 頁的analysis type 欄下拉列表里選擇a c sweep/noise選項(xiàng)來設(shè)置執(zhí)行交流掃描分析。交流掃描分析將start frequency欄設(shè)為10；end frequency欄設(shè)為1g .ac sweep type欄內(nèi)設(shè)為decade，points/decade欄內(nèi)設(shè)為101。 設(shè)置noise analysis欄內(nèi)各噪聲分析的參數(shù)。enable：噪聲分析使能。output voltage:執(zhí)行噪聲分析的電壓差這里選v(v0)。i/v source:指定等效輸入噪聲信號(hào)源。interval:每隔多少頻率計(jì)算一次點(diǎn)這里設(shè)為1

20、0 。2、存檔并執(zhí)行仿真 3、使用probe觀察仿真結(jié)果。 選擇trceadd trace或【insert】打開 add trace 對(duì)話框。選擇v(inoise)和v(onoise).并將橫軸坐標(biāo)的范圍調(diào)整為10hz到1ghz。這時(shí)的probe窗口就輸出如下波形：6個(gè)噪聲分析后的仿真圖形第一個(gè)：第二個(gè)：第三個(gè)：第四個(gè)：第五個(gè)：第六個(gè)：6. 溫度分析（temperature analysis） 電子元件的值受溫度影響而改變，所以設(shè)計(jì)電路時(shí)必須考慮電路是否可以在規(guī)格限定內(nèi)的所有溫度狀態(tài)下均能正常工作。也就是說，在電路仿真中必須加入溫度的考慮才算是完整的設(shè)計(jì)流程。對(duì)于電子元件值受溫度影響的情況，一

21、般是以溫度系數(shù)來描述。溫度系數(shù)并非是一個(gè)固定不變的常數(shù)值，必要時(shí)用一個(gè)函數(shù)來表示它。如果電子元件的值受溫度上升而變大，我們稱它具有正溫度系數(shù)效應(yīng)；如果電子元件的值受溫度上升而變小，我們稱它具有溫度系數(shù)效應(yīng)。操作步驟：1、 繪制出電路圖： （1） 建立一個(gè)新項(xiàng)目，然后繪制電路圖; （2） 設(shè)置電壓源vpulse的各項(xiàng)元件屬性； （3） 要做溫度分析的電路就必須改用具有溫度系數(shù)的元件，它們分別是電阻（rbreak）、電容（cbreak）和電感（lbreak）?，F(xiàn)在設(shè)置電阻、電容的溫度系數(shù)。首先在rbreak元件上單擊鼠標(biāo)左鍵，然后選editpspice model選項(xiàng)，打開model editor

22、窗口，在窗口中鍵入一次項(xiàng)系數(shù)tc1=0.02和二次項(xiàng)系數(shù)tc2=0.04;然后以同樣的方式在cbreak的model editor窗口中輸入tc1=0.03 tc2=0.04。 2、 設(shè)置瞬態(tài)分析和溫度分析參數(shù)： （1）選擇pspicenew simulation profile功能選項(xiàng)或單擊工具欄的快捷按鈕，在name一欄里輸入本仿真參數(shù)文件名稱，單擊“create”按鈕，在simulation settings-bias對(duì)話框中，選擇time domain(transient)analysis,在此窗口中設(shè)置run to time為6us,maximum step size欄設(shè)為 6ns. (2)再將option欄內(nèi)的temperature(sweep)選項(xiàng)打勾設(shè)置溫度參數(shù)。選中repeat the simulation for each of the temperature選項(xiàng)，輸入20 30 40 50 這幾個(gè)數(shù)值。 3、觀察仿真結(jié)果 6個(gè)溫度分析后的仿真圖形第一個(gè)：第二個(gè)：第三個(gè)：第四個(gè)：第五個(gè)：第六個(gè)：六、 實(shí)習(xí)心得通過這次實(shí)習(xí)我不僅加深了我與同學(xué)、老師的了解，它不僅加深同學(xué)與老師的了解，還學(xué)到了好多現(xiàn)代化的東西，讓我受益匪淺！感謝老師這一周來的悉心指導(dǎo)！這次實(shí)習(xí)讓我知道要想真正熟練的掌握一門東西不僅需要老師的指導(dǎo)還需要