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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。

图1-1单极共射极放大器

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。

图1-2

（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所示的元件浏览窗口PartBrowser。

图1-3

（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。

图1-4

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。

图1-5

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。

4、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。

图1-6

图1-7

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。

图1-8

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。

图1-9

图1-10

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1-11

图1-12

5、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TraceExpression编辑行中输入Vp（Uo）-Vp（Ui:

＋），该表达式为Uo与Ui的相位差。

（7）重复第

（2）步，在TraceExpression编辑行中输入V（Ui:

＋）/I（Ui），该表达式表示输入阻抗。

图1-13

（8）单击OK返回。

此时，上面的波形显示框就是放大电路的输入阻抗频率响应。

按照习惯，幅频响应摆在上边。

为此，可先点中幅频响应表达式，利用剪切粘贴功能将它移到上边的显示框，同样将输入阻抗频率响应移到下边。

最后放大电路的幅频响应、相频响应及输入阻抗频率响应曲线如图1-13所示。

2、观测Au，FL和FH

为了获得曲线上几个特殊点的具体数值，如中频增益、上下限截止频率、中频相移等。

我们可以打开游标观测这些值。

具体的方法是：

（1）单击幅频响应显示框区域，使其变为活动显示框（即，SELL>>指向幅频响应显示框）。

图1-14

（2）选择菜单Tools|Couror|Display或相应图标“

”，激活游标。

右下角出现游标值显示窗（ProbeCursor）如图1-14所示，A2为曲线起点坐标值，第一个数是横坐标值，第二个知识纵坐标值；A1为游标当前坐标值；dif为A1与A2的差值（注意，当有多个波形显示框时，ProbeCursor中显示的是当前活动显示框中曲线的坐标值。

）

（3）按动鼠标左键移动鼠标，将游标移到曲线中频区，从A1显示的当前游标值中可以读得增益为19.717dB。

（4）选择菜单项Tools|Labe|Mark，将当前游标的坐标值标注在曲线附近。

（5）将游标移到高频区并观察A1纵坐标的变化，当他从中频区的值下降约3dB时，A1横坐标值就是上限截止频率。

（6）重复第（4）步，在曲线上标注该点的值。

（7）重复第（5）、（6）步，求出下限截止频率。

（8）单击相频响应相应框区域，使其变为活动显示窗。

再单击相频响应曲线表达式Vp（Uo）-Vp（Ui：

+）前的曲线图标符“□”。

（9）重复第（3）、（4）步，可得到中频区的相移。

用类似的方法也可得到中频区的输入阻抗。

上面介绍了用PSPICE程序分析放大电路一般过程，重点放在过程和操作方法上。

下面介绍用PSPICE程序分析放大电路各种性能指标的方法。

（10）再选择菜单项Tools|Cursor|Display或相应图标，取消游标。

此时，图1-13变成图1-15的形式。

图中第二条曲线的纵坐标数值上的“d”表示“度”（即“゜”）。

（八）从输出文件中查看仿真结果

图1-15

除静态工作点分析BiasPointDetail将结果存入输出文件（.out）外，直流小信号灵敏度分析Sensitivity和小信号传递函数值分析TransferFunction等也将仿真结果也存入输出文件。

本例题只要分析静态工作点，下面从输出文件中查看仿真结果。

在Schematics程序主窗口中选择菜单项Analysis|ExamineOutput，或在PSPICE窗口中选择菜单项File|ExamineOutput,打开输出文件。

这里，例题的文本输出文件test_1.out被打开，文件主要包括以下几个部分的内容：

1、电路描述信息

（1）分析功能设置信息

（2）所使用的模型库

（3）原理图网表

（4）原理图中元件别名（标名）及元件引脚号与电路节点的关系

2、有源器件模型参数值

3、电路各节点静态电压值及电源（包括信号源）的静态电流和功耗

4、有源器件静态参数值，其中包括静态电流和电压

前3部分内容与分析功能设置无关，第4部分是设置了BiasPointDetail分析功能后才有的。

如果设置了Sensitivity和TransferFunction分析功能，第3部分以后的内容又会有所不同。

五、实验研究与思考

1、按实验各项要求，打印仿真波形和曲线图。

2、讨论电路参数对频率特性的影响。

3、讨论PSPICE的功能和仿真步骤。

实验二电子电路PSPICE程序辅助分析

（二）

一、实验目的

1、掌握电子电路PSPICE程序辅助分析的一般步骤。

2、了解PSPICE程序辅助分析的方法。

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、分析电路元件参数改变对特性曲线的影响。

四、实验内容

1、按图2-1画出原理图。

图2-1

2、分析电压增益中幅频响应和相频响应，并求中频增益，上、下限截止频率。

3、改变Ce在1uF到100uF之间变化时，试求下限频率fL的变化范围。

（1）电路的Q点分析。

选择Analysis\Setup中的BiasPointDetail进行分析，编译仿真后，在Schematics原理图编辑窗口点击图标“

”可以在原理图上看到各点的电压电流参数，也可以打开输出文件观察，得到如下结果（即Q点参数）：

IB=10.57uA，IC=1.554mA，UC=6.873V，UE=2.034V

（2）设置ACSweep分析，仿真后在Probe窗口中可观察到电路如图2-2所示电压增益的幅频响应和相频响应。

放大电路的A=16.429dB,fL=735.642Hz,fH=1.0312MHz.

（3）设置ACSweep分析和Parametric分析，当Ce取1uF、5uF、10uF、20uF、50uF、80uF和100uF时，得到图c所示的电压增益的幅频响应。

由图中看出，Ce在1uF到100Uf7之间变化时，下限频率fL从82758Hz下降到917Hz。

Ce越大，下限频率越低。

（a）电压增益的幅频响应（b）电压增益的相频响应

（c）Ce变化时电压增益的幅频响应

图1-2

实验三电子电路PSPICE程序辅助分析（三）

一、实验目的

1、掌握电子电路PSPICE程序辅助分析的一般步骤，

2、了解PSPICE程序辅助分析的方法

二、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辅助分析的一般步骤，

2、熟悉PSPICE的直流扫描分析，瞬态分析和参数分析。

图3-1

三、实验原理

1、按图3-1画出原理图。

2、设置DCSweep分析

可将Ui的扫描范围定为-12V到+12V，仿真后可得到图3-2所示的电压传输特性曲线。

3、设置Transient分析

仿真后得到Uo的瞬态波形，再选择菜单Plot/XAxisSetlings,打开XAxisSettings对话框，单击AxisVariable按钮，打开X轴变量选择窗（XAxisVaraiable）,从中选出V（Ui:

+）,返回Porobe主窗口。

此时，横轴变成输入变量V（Ui）。

电压传输特性曲线如图3-3所示。

（注意，通过XAxisVariable选择窗口重选变量后，横轴变量就以所选变量V（Ui:

+）的形式出现，而不是U-Ui。

）

图3-3

4．设置Transientp和Parametrc分析

（1）为了在Parametric分析时能对Ui的幅值进行扫描，必须将Ui的幅值定义成变量，即，在信号源Ui的属性编辑对话框中，设置VAMPL={Ui}。

（注意，PSPICE将“{}”中的内容看作自定义变量或表达式。

自定义变量也称为通变量（global）,变量名可任意取。

）

图3-4

（2）在原理图编辑中增加一个预定义参数元件PARAM。

打开元件属性编辑对话框，设置变量名和预定义参数值，即，NAME1=Ui,VALUE1=0V。

（3）打开AnalysisSetup对话框，单击按钮Parametric弹出对话框，按图中设置好扫描变量。

扫描类型和扫描范围及步长，如图3-4所示，然后返回。

（注意：

此时Transient也应设置好终结时间（FinalTimes=2ms）

（4）仿真后，进入Probe程序窗口，选择菜单项Plot|XAxisSettings，打开XAxisSettings对话框，选中特性分析选项（PerformanceAnalysis），或在Probe程序窗中直接单击工具栏“

”图标。

此时，波形显示框的横轴变成Ui变量。

图3-5

（5）选择菜单项Trace|Add，打开AddTrace对话框，对话框中不仅显示出电路中电压、电流变量，而且还有很多目标函数（GoalFunctions），其中包括Max

（1）。

在TraceExpression编辑框中输入Max（V（Uo）），便得到如图3-5所示的传输特性曲线。

由图看出，最大输出电压幅值与前两个结果基本相同。

（注意，图3-5的曲线是Uo的最大值与Ui的关系曲线，Max（V（Uo））已将Uo的负值转换为正值，因此，曲线中没有Uo的负值部分。

）

四、实验研究与思考

对图3-1所示的功率放大电路；试求电路的输出功率和效率。

分析放大电路功率时可以采用下面两种分析方法。

1、设置直流扫描分析（DCSweep）

通过DCSweep分析，可以得到输出功率管耗和电源提供的功率随电压变化的曲线，从曲线上可以读出它们的最大功率或某一输出幅值下的功率。

注意这一方法不能用于有隔直电容的功放电路。

2、设置瞬态分析（Transient）

根据功率的定义，输出功率等于负载上瞬时电压与瞬时电流的乘积在一个周期内积分的平均值，即：

同理，电源提供的功率

，管耗

。

利用Transient分析可以得到上述的积分曲线。

在t=等于周期T时刻曲线上的值，就是相应的功率值。

例题中功率放大电路如图3-1所示，试求电路的最大输出功率和效率。

解：

我们用两种方法来求解。

1、设置DCSweep分析。

设置方法与前面相同。

仿真后，为了得到Po、Pu随Uo变化的功率曲线，必须将波形显示框的横轴改为Uo，具体方法是：

（1）选择菜单项Plot|XAxisSettings，打开X轴设置对话框。

（2）单击DataRange中的按钮，打开X轴变量选择框，从中选出V（Uo）。

（3）单击DataRange中的UserDefined选项，将X轴的范围改为0到6V，单机OK返回。

此时，波形显示框的横轴已改成Uo。

接下来选择要显示的曲线。

（4）选择菜单项Trace|Add或相应图标，打开对话框，在TraceExpression编辑框中写入功率表达式V（Uo）×I（RL）/2和电源提供的功率表达式ABS（V（+Ucc:

+）×I（+Ucc）/1.414）。

我们便得到功率曲线（ABS（）表示绝对值）。

图3-6

注意，功率等于有效值电压乘以有效值电流。

直流扫描得到的电压、电流实际上是幅值，因此，电压乘电流的结果应除2（即：

分母上是

）。

但是电源提供的功率中的+Ucc是直流量，所以不必除

。

根据电路工作的原理，+Ucc只在半个周期内提供电流，所以当电