Pspice教程

1PSPICE软件的简介与使用1.1PSPICE的发展与现状根据实际电路（或系统）建立模型，通过对模型的计算机分析、研究和试验以达到研制和开发实际电路（或系统）的目的，这一过程，称为计算机仿真（Simulation）的高效、高精度、高经济性和高可靠性，因此倍受业界喜爱。在设计或分析各类开关电源时,计算机仿真起了重要的作用。数字仿真手段可用以检验设计的系统是否满足性能要求。应用数字仿真可以减少电路实验的工作,与电路实验相比,计算机仿真所需时间要少得多,并可以更全面、更完整地进行,以期改进设计质量。目前流行的许多著名软件如PSpice、Icape等，它们各自都有其本身的特点。而随着Windows的全面普及，PSpice推出了Windows版本，用户不用象DOS版那样输入数据网表文件，而是图形化，只需选择相应的元器件的图标代号，然后使用线连接就可以自动生成数据网表文件，整个过程变得直观简单。因此它已广泛应用于电力电子电路（或系统）的分析中。用于模拟电路仿真的SPICE（SimulationProgramwithIntegratedCircuitEmphasis）软件于1972年由美国加州大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用FORTRAN语言开发而成，主要用于大规模集成电路的计算机辅助设计。SPICE的正式实用版SPICE2G在1975年正式推出，但是该程序的运行环境至少为小型机。1985年，加州大学伯克利分校用C语言对SPICE软件进行了改写，1988年SPICE被定为美国国家工业标准。与此同时，各种以SPICE为核心的商用模拟电路仿真软件，在SPICE的基础上做了大量实用化工作，从而使SPICE成为最为流行的电子电路仿真软件。PSPICE则是由美国Microsim公司在SPICE2G版本的基础上升级并用于PC机上的SPICE版本，其中采用自由格式语言的5.0版本自80年代以来在我国得到广泛应用，并且从6.0版本开始引入图形界面。1998年著名的EDA商业软件开发商ORCAD公司与Microsim公司正式合并，自此Microsim公司的PSPICE产品正式并入ORCAD公司的商业EDA系统中。目前，ORCAD公司已正式推出了ORCADPSPICERelease9.0，与传统的SPICE软件相比，PSPICE9.0在三大方面实现了重大变革：首先，在对模拟电路进行直流、交流和瞬态等基本电路特性分析的基础上，实现了蒙特卡罗分析、最坏情况分析以及优化设计等较为复杂的电路特性分析；第二，不但能够对模拟电路进行，而且能够对数字电路、数/模混合电路进行仿真；第三，集成度大大提高，电路图绘制完成后可直接进行电路仿真，并且可以随时分析观察仿真结果。PSpice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，以图形方式输入，自动进行电路检查，生成网表，模拟和计算电路。它的用途非常广泛，不仅可以用于电路分析和优化设计，还可用于电子线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印制版设计软件配合使用，还可实现电子设计自动化。被公认是通用电路模拟程序中最优秀的软件，具有广阔的应用前景。1.2PSPICE的组成和应用范围一、PSpice的组成以PSpiceforWindows为例，它是一个名为MicroSimEval8.0的软件包。该软件包主要包括Schematics、PSpice、Probe、Stmed（StimulusEditor）、Parts、PSpiceOptimizer等。其中：1.Schematics是一个电路模拟器。它可以直接绘制电路原理图，自动生成电路描述文件，或打开已有的文件，修改电路原理图；可以对元件进行修改和编辑；可以调用电路分析程序进行分析，并可调用图形后处理程序（Probe）观察分析结果。即它是集PSpice、Probe、Stmed和PSpiceOptimizer于一体，是一个功能强大的集成环境。2.PSpice是一个数据处理器。它可以对在Schematics中所绘制的电路进行模拟分析，运算出结果并自动生成输出文件和数据文件。3.Probe是图形后处理器，相当于一个示波器。它可以将在PSpice运算的结果在屏幕或打印设备上显示出来。模拟结果还可以接受由基本参量组成的任意表达式。4.Stmed是产生信号源的工具。它在设定各种激励信号时非常方便直观，而且容易查对。5.Parts是对器件建模的工具。它可以半自动地将来自厂家的器件数据信息或用户自定义的器件数据转换为PSpice中所用的模拟数据，并提供它们之间的关系曲线及相互作用，确定元件的精确度。6.PSpiceOptimizer是优化设置工具。它可根据用户指定的参数、性能指标和全局函数，对电路进行优化设计。二、PSpice的应用范围1.PSpice用于模拟电路、数字电路及数模混合电路的分析及电路优化设计。（1）制作实际电路之前，仿真该电路的电性能，如计算直流工作点（BiasPointDetail），进行直流扫描（DCSweep）与交流扫描（ACSweep），显示检测点的电压电流波形等。（2）估计元器件变化（Parametric）对电路造成的影响。（3）分析一些较难测量的电路特性，如进行噪声（Noise）、频谱（Fourier）、器件灵敏度（Sensitivity）、温度（Temperature）分析等。（4）优化设计。所谓电路优化设计，是指在电路的性能已经基本满足设计功能和指标的基础上，为了使得电路的某些性能更为理想，在一定的约束条件下，对电路的某些参数进行调整，直到电路的性能达到要求为止。调用PSpiceOptimizer模块对电路进行优化设计的基本条件如下：(1)电路已经通过了PSpice的模拟，相当于电路除了某些性能不够理想外，已经具备了所要求的基本功能，没有其他大的问题。(2)电路中至少有一个元器件为可变的值，并且其值的变化与优化设计的目标性能有关。在优化时，一定要将约束条件（如功耗）和目标参数（如延迟时间）用节点电压和支路电流信号表示。(3)存在一定的算法，使得优化设计的性能能够成为以电路中的某些参数为变量的函数，这样PSpice才能够通过对参数变化进行分析来达到衡量性能好坏的目的。当电路的功能已经大致完成，但仍需要对一些指标进行优化，这时调用PSpiceOptimizer来完成优化过程是相当方便的。如果用户能够观察出具体是什么因素影响了电路的某项性能，从而知道调节哪些参数可使该性能更加理想；那么，应用PSpiceOptimizer对该电路进行调整也是完全合适的。需要强调的是，PSpiceOptimizer的自动化设计程度也是相对的，如果所设计的电路距离它的基本功能还相差甚远的话，用PSpiceOptimizer来进行优化设计是很难达到理想效果的。同时它不能创建电路，不能对电路中的敏感元素进行优化设计。2.PSpice的分析功能主要体现在以下几方面：（1）直流分析。（2）交流扫描分析(ACSweep)。（3）瞬态分析(Transient)。（4）蒙特卡罗分析（MonteCarlo）和最坏情况分析（WorstCase）。（5）温度特性分析（Temperature）和数字电路分析（DigitalSetup）。分析功能在以后章节会进一步做更详细的介绍。1.3PSPICE软件的使用1.3.1Schematics功能简介PSPICE利用软件包内Schematics程序提供电路图形编辑环境.双击PSPICE程序组的Schematics进入编辑环境,如图1.1所示.图1.1实验电路编辑在电路编辑窗口上方有11个下拉式菜单,单击不同的菜单,会弹出各自的子菜单,单击相应的子命令,可以完成编辑电路,设置分析电路的类型和运行仿真程序,观测仿真结果等工作.除了下拉菜单方式选取命令以外,Schematics还提供一种图标工具栏的快捷方式选取命令.这种方式可以通过在View下拉菜单的Toolbar命令中设置.Toolbar将所有命令分为四组图标工具栏,即标准工具栏,绘制电路图工具栏,仿真计算工具栏和注释画图工具栏.单击图表式工具栏内相应的图标,可以完成与下拉式菜单中某些选项相同的工作.标准工具栏中各图标所表示的命令含义与通用的Windows程序具有相同的意义,这里不再赘述.注释画图工具栏提供绘制及插入非电气性质图标的快捷方式,各图表所代表的命令列于表1.1中.表1.1注释画图工具栏图标名称功能弧线在编辑区画弧线矩形框在编辑区画矩形框圆在编辑区画圆折线在编辑区画折线文本在编辑区写入文本文本框在编辑区画文本框图片在编辑区插入图片绘制电路图工具栏,提供提取电路元件,绘制编辑电路图的快捷方式,各图标所代表的命令列于表2.2中.表2.2绘制电路图工具栏图标名称功能线画元件的连接导线总线画电子模块间的数据线元件框画电子模块外框取新元件提取新元件取元件从最近提取的元件列表框中提取元件元件属性定义,修改元件的属性元件符号创建,修改元件符号仿真计算工具栏,提供设置分析类型,运行仿真程序,观察输出结果等快捷方式,各图标所代表的命令列于表1.3中.表1.3仿真计算工具栏图标名称功能设置分析类型在激活Schematics窗口的情况下,设置分析类型仿真运算开始仿真运算当前已编辑完的电路标识颜色在下拉菜单中,选定当前标识的颜色节点电压标识符放置节点电压标识符于仿真电路的节点上,在Probe运行后,给出该节点电压的波形曲线电流标识符放置电流标识符于仿真电路的支路上,在Probe运行后,给出该支路电流的波形曲线显示电压显示偏置电压显示电流显示偏置电流1.3.2电路图的绘制先开启[Schematic],点选[Draw/GetNewPart],或单击工具栏上的取元件图标，即可打开如图1.2对话框。该对话框列出了全局符号库中的所有符号。可以在PartName文本框中键入需要的元件符号，对于不熟悉的元件也可以通过符号名列表的滚动条浏览。单击[Advanced]按钮可以选择是否显示符号图形。图1.2基本元件浏览对话框找到所需的电路符号后，单击该符号，则该符号的名称便显示在PartName文本框中，同时Description文本框中出现一行文字，说明该符号的含义。单击[Place]键可取出元件但不关闭对话框；单击[Place&Close]键取出并关闭对话框；也可双击符号名列表中某一符号将其取出。取出电路符号后，鼠标将自动指向符号的某一个端子，连成电路后，这个端子代表符号的正节点，因此这个端子又称为符号的正端子。水平摆放时，通常使正端子在左侧；垂直时，在上。因此，在摆放符号前通常需将符号旋转一个角度。在执行[Edit/Rotate]菜单命令或[Ctrl+R]可以将符号逆时针旋转90度，执行[Edit/Flip]菜单命令或[Ctrl+F]可将其沿垂直方向对折。取出符号后，单击绘图工作区中的某一点，按一下鼠标左键，符号将沿该点摆放一次。可多次摆放，单击右键结束。摆好后，选中相应的符号（为红色）可对其进行各种操作，如拖动、删除、拷贝及旋转等，也可同时选择多个符号（按住[Shift]键）。PSpice有两种连线方式：水平和垂直折线连接，斜线连接。采用哪种方式取决于直角连线开关的设置情况。（1）利用连线工具[DrawWire]画导线。（2）点选画线工具后，即可看到一个铅笔状的指示。将画笔移到起始端，按鼠标左键，开始引线，要转弯时可按以下鼠标左键，画笔移到终点后在按以下鼠标左键，完成接线。继续画线，直到全部完成后，按鼠标右键结束画线。（3）你可和双击如何一段导线，即会出现LABEL的对话框，可以给这条线段一个名称。在模拟后很有用。（4）及时保存电路图。标识元件符号,输入元件参数值:当从元件库中选取元件到电路图编辑区时,各元件都有一个默认的元件标识符号.双击默认的元件标识符号,弹出元件符号的属性对话框,可以改变对话框内默认的元件符号为自定义的元件符号.根据电路分析需要，在图中加入特殊用途符号和注释文字。把上述的几步工作都做完之后就可以把编辑好的电路图起名存盘了。1.3.3Analysis菜单分析Analy