黑龙江大学OrCAD Pspice第10讲

黑大电子工程学院徐仲晖制作PSpice为用户提供文本方式输入电路手段。并可以根据电路输入文件（文本方式）进行模拟。本讲主要对文本方式的基本元件、元件模型和拓扑结构进行介绍。本讲内容摘要复习前讲第5章SPICE电路元器件描述语句本讲总结本讲作业本讲实践指导§5.3器件描述语句§5.2元件描述语句§5.1Spice电路元器件描述语句基础§5.4电源描述语句§5.5库函数黑大电子工程学院徐仲晖制作复习前讲返回电路仿真波形的分析与处理设置波形显示方式用于数据分析的评估函数用于数据分析的特征函数波形分析黑大电子工程学院徐仲晖制作§5.1Spice电路元器件描述语句基础§5.1.2电路描述语句的基本格式§5.1.1PSpice所支持的元器件类型目录目录§5.1.4PSpice程序中的单位§5.1.3PSpice程序中的数字§5.1概述黑大电子工程学院徐仲晖制作§5.1概述返回黑大电子工程学院徐仲晖制作黑大电子工程学院徐仲晖制作1、运行2、运行黑大电子工程学院徐仲晖制作3、运行黑大电子工程学院徐仲晖制作+为换行符主题黑大电子工程学院徐仲晖制作§5.1.1PSpice所支持的元器件类型返回使用PSpice程序进行电路模拟的过程，首先是利用Schematics程序在元器件符号库中的元器件模型的基础上建立电路原理图，即把具有特定名称的各种元器件按照规定格式输入到计算机之中，再进行计算、分析。电路特性的模拟精度与器件的模型精度直接相关。黑大电子工程学院徐仲晖制作1.基本无源元件，如电阻、电容、电感、导线等；2.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;3.独立电压源和独立电流源;4.各种受控电压源、受控电流源和受控开关;5.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;6.常用单元电路，如运算放大器、555定时器等。OrCADPSpice9可模拟以下6类常用的电路元器件：黑大电子工程学院徐仲晖制作OrCADPSpice9可支持的元器件类别及其名称首字母如下面所示：表5.1.0元器件名称首字母表首字母元器件名称首字母元器件名称B砷化镓场效应管N数字输入器件C电容O数字输出器件D二极管Q双极性晶体管E电压控制电压源R电阻F电流控制电流源S压电开关G电压控制电流源T传输线H电流控制电压源U数字器件I独立电源V独立电压源J结型场效应管W流控开关K互感（变压器）X子电路调用L电感Z绝缘栅双极性管M场效应管主题黑大电子工程学院徐仲晖制作§5.1.2电路描述语句的基本格式返回Spice语言中电路元件的名称必须使用元件类型关键字作为第一个字母，元件名称最多可以用8位字母表示。无源器件描述语句格式为：元件名正节点负节点元件值元件模型名或参数其中：是必有项，[]是可选项。规定空格为间隔符。元件名是由元件名称首字母、下划线和元器件别名构成。别名可以是元器件序列名或其他标识符；元件值为PSpice规定的数值和物理单位组成。黑大电子工程学院徐仲晖制作I_I1NODE10SIN0515.9155000L_L1NODE1NODE20.1HR_R10NODE21C_C10NODE21在概述的RLC电路中:电阻R1的节点为NODE2,0，阻值为1；电感L1的节点为NODE1，NODE2,电感的值为0.1H;电容C1的节点为NODE2,0，电容的值为1F。它们的描述语句分别为：黑大电子工程学院徐仲晖制作PSpice将电源分为两大类：独立源和受控源。独立源描述语句的格式为：电源名称N+N-[DC直流值][AC幅值相位]++[瞬时值][模型名和参数]其中：N+为电压正节点，N-为电压负节点；N+电位必须高于N-，正电流从N+流向N-；语句中DC、AC和瞬态值的默认值为0。在直流分析时，要设置DC值；在交流分析时，要设置AC值，其相位值如省略则为0，在进行时域分析时，可以设置随时间变化的电源，如脉冲源、指数电源、正弦波等。黑大电子工程学院徐仲晖制作主题在PSpice中定义了4种受控源。其描述语句的基本格式为：源名称N+N-NC+NC增益值其中：NC+和NC-是控制电压；N+和N-是受控源的输出节点；增益值为电压、电流增益或者是转移阻抗、转移导纳。黑大电子工程学院徐仲晖制作§5.1.3PSpice程序中的数字返回PSpice中的数值表示采用科学计数法，对于元件所取数值有如下两种规定：用整数、浮点数和指数方式表示。表示指数时，底数10用字母E替代。例如：-5,3,0.12,3.25,1E-3,2.4E+4。用比例因子表示。例如：1.15E+6.1.15M和0.00115G表示相同的数值1500000。为了方便使用，PSpice规定了用特殊符号表示不同数量级的比例因子，如表5-1所示。黑大电子工程学院徐仲晖制作主题附表2.1.2比例因子及其表示的数值比例因子表示数值比例因子表示数值比例因子表示数值F10-15MIL25.4*10-6K103P10-12M10-3MEG106N10-9G109U10-6T1012比例因子可用大写也可用小写，含义是一样的。黑大电子工程学院徐仲晖制作§5.1.4PSpice程序中的单位返回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等表示。其规定与电学中的电参量单位一致，如表5-2所示表5-2缺省的物理单位物理量单位物理量单位物理量单位电阻欧姆电压伏特频率赫兹电感亨利电流安培角度弧度电容法拉黑大电子工程学院徐仲晖制作程序会根据具体对象的模型自动确定其单位。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都是可以的。用希腊字母描述的物理量单位采用变形描述方式，电阻的单位欧姆Ω缺省表示。如5Ω，直接写作5：12kΩ写作12k等。在输入电路描述中，对物理量单位中字母大小均可。主题黑大电子工程学院徐仲晖制作§5.2元件描述语句目录§5.2.2电阻元件目录§5.2.1节点§5.2.3电容元件§5.2.4电感元件§5.2.5互感元件§5.2.6传输线§5.2.7电压与电流控制开关PSpice结合元器件的物理属性，将元器件分成电阻型、电容型、电感型、互感型、传输线型和开关型，方便用户对元器件分类描述：黑大电子工程学院徐仲晖制作返回§5.2.1节点每个元器件必须连接右两个或两个以上节点之间，即要在网表文件中至少出现两次；在描述语句中元件名后紧跟连接节点序号，一般按电流流入元件方排列节点顺序；节点编号可以用非顺序排列的数字，也可以用英文字母或用两者混合编号；节点序号可以不连续。其长度最长可达131个字节，一般限制在8个字节以内．零节点指定为接地节点。节点规则：黑大电子工程学院徐仲晖制作电路分析过程中，电压源被当作短路，电流源被当成开路，半导体元件都可以被当成直流路径的一部分；PSPice要求每一节点必须有到地的直流通路，否则便会报错。有两种情况均会引起此种悬浮节点：节点连接只连接一个元件；电容对地起了隔直作用。对于第一种情况处理悬浮节点的方法只要检查并正确连接器件就可以解决：对第二种情况可以在该悬浮点对地并联一个数百兆欧的大电阻。黑大电子工程学院徐仲晖制作主题电感线圈是不含直流电阻的理想电感，所以当电感线圈与电压源并联时将由现节点短路。处理节点短路的方法是在电感支路中串联接入一个任意阻值的电阻。黑大电子工程学院徐仲晖制作§5.2.2电阻元件Pspice程序定义了多种电阻类型，普通电阻和半导体电阻，另外还有可变电阻。其电阻的符号如下图所示：1、普通电阻在PSpice绘图中电阻元件名字的第一个字母必须是“R”。电阻的语句格式为：RnameN+N-RNAMEVALUE其中：VALUE是电阻值；RNAME是电阻模型名；电阻模型由.MODEL语句给出；R1kR1k返回黑大电子工程学院徐仲晖制作如果RNAME缺省，VALUE电阻值可正可负，但不能为零；如果RNAME给出，则电阻值与温度的关系式为：RES=VALUE*R*[1+TC1*(T-T0)+TC2*(T-T0)2]式中:R为电阻倍数，默认值为1；TC1为线性温度系数;TC2为二次温度系数，默认值为0;T是工作温度;T0是环境温度，默认值为27℃。参数值在MODEL语句中给出。黑大电子工程学院徐仲晖制作例1：10k普通电阻的Spice描述语句。R_R11210K例2：电阻值为2MΩ,电阻模型名为ARES的电阻，模型参数为R=1，TC1=0.02，TC2=0.005的普通电阻的Spice描述语句。R_R212ARES2MEG.MODELARESRES(R=1TC1=0.02++TC2=0.005)：MODEL语句中给出参数值例3：电阻值为5kΩ，电阻模型名为BRES，模型参数为R=1，TC1=2.5的普通电阻的Spice描述语句。R_RINPUT12BRES5K.MODELBRESRES(R=1TC1=2.5):MODEL语句中给出参数值黑大电子工程学院徐仲晖制作2、半导体电阻半导体电阻在扩散电阻几何描述和信息处理方面扩展了普通电阻的功能。半导体电阻的描述语句格式为:RnameN+N-rvalueRnameL=lW=w如果指定了rvalue值，这一语句与普通电阻语句相同;半导体电阻描述语句的模型与前面提到的一样，模型类型名为Rname;黑大电子工程学院徐仲晖制作半导体电阻的阻值计算与扩散的长度L,宽度w和模型参数相关，由下式给出：rvalue=RSH*[(L-NARROW)/(W-NARROW)]其中:RSH为薄膜电阻系数；W为电阻的宽度，扩散电阻的宽度要等于最小的设计尺寸，默认值为10-6;L为电阻的长度；NARROW为由于刻蚀所产生的隘路。lwNARROW黑大电子工程学院徐仲晖制作半导体电阻的温度特性与普通电阻相同，其参数在.MODEL语句中给出。电阻值与温度的关系式为:RES=rvalue*R*[1+TC1*(T-T0)+TC2*(T-T0)2]式中：R为电阻倍数，默认值为1；TC1为线性温度系数；TC2为二次温度系数，默认值为0;T是工作温度;T0是环境温度，默认值为27℃。黑大电子工程学院徐仲晖制作主题例4：求电阻模型名为RMOD,电阻类型为R,长度l=50um,宽度w=5um,RSH=1OOΩ/m,NARROW=0.25um的半导体电阻的rvalue值。该半导体电阻的描述语句如下：R_R112RMODL=50UW＝5U.MODELRMODRRSH=100NARROW=0.25U根据公式:rvalue=RSH*[(L-NARROW)/(W-NARROW)]得出rvalue＝1047Ω。黑大电子工程学院徐仲晖制作返回§5.2.3电容元件PSpice程序提供了多种电容模型，包括普通电容、半导体电容和可变电容。其电容的符号如下图所示。电容的元件描述语句与电阻十分相似。C1nC1n1、普通电容在PSpice绘图中电容名字的第一个字母必须是“C”。电容的语句格式为：CnameN+N-CNAMEVALUEIC=V0其中：VALUE是电容常数值；IC定义了电容的初始电压值；CNAME是电容模型名;黑大电子工程学院徐仲晖制作如果CNAME省略，VALUE可正可负，但不能为零。如果CNAME给出，电容值与电压、温度的关系式为：CAP=VALUE*C*(1+v*VC1+v2VC2)*[1+TC1++(T-T0)+TC2(T-T0)2]式中：C为电容器倍数，默认值为1;v是初始电压值;VC1为线性电压系数;VC2为二次电压系数；TC1为线性温度系数；TC2为二次温度系数，默认值都为零;T是工作温度;T0为环境温度，默认值为27;参数值在MODEL语句中给出。黑大电子工程学院徐仲晖制作例1：电容值是1OpF的普通电容的描述语句C_ClNODE1NODE210U例2：电容模型名为ACAP,电容常数值20nf,端电压初始值=1.5V,M