电子电路CAD实验指导书.docx

1、电子电路CAD实验指导书电子电路CAD课程实验指导书光电工程学院2016年11月目录实验一 电路图绘制及基本电路特性分析实验 1一、实验目的 1二、实验内容及步骤 1三、实验报告要求 7实验二 参数扫描分析和统计分析实验 8一、实验目的 8二、实验内容 81、温度分析 82、参数扫描分析 103、Monte Carlo分析 144、Worst Case分析 16三、实验报告要求 17实验三 电路性能分析实验 18一、实验目的 18二、实验内容 181、四阶Butterworth低通滤波电路 182、RLC电路 233、放大器设计仿真 25三、实验报告要求 25实验四 逻辑电路、数/模混合电路分

2、析实验 26一、实验目的 26二、实验内容 261、移位寄存器 262、石英晶体振荡器 28实验五 综合应用实验 30一、实验目的 30二、实验内容及要求 30附录一 实验报告格式要求 32附录二 常用库文件名及元器件 33实验一 电路图绘制及基本电路特性分析实验一、实验目的熟悉并掌握OrCAD/PSpice软件的使用，并掌握用Capture软件包正确绘制电路图的方法和步骤；熟悉并初步学会使用OrCAD/PSpice软件进行基本电路特性分析的方法。二、实验内容及步骤1、差分对放大电路的基本特性分析A电路图绘制部分通过绘制下图所示的差分对放大电路图，熟悉OrCAD/PSpice软件环境设置及电路

3、图绘制方法。用OrCAD/PSpice软件生成电路图的方法和步骤：（1）调用Page Editor1、在数据盘中建立自己的文件夹。注意：文件夹名不能用中文命名。2、执行程序中OrCAD Release 9.1/Capture CIS启动Capture软件，执行File/New/Project子命令新建设计项目，在Name栏内输入设计项目名称，在设计项目类型栏内选择“Analog or Mixed Signal Circuit”选项，在路径名栏内选择第1步建立的文件夹。注意：设计项目名称只能用英文、数字、拼音命名。3、按默认的方式配置元器件符号库。4、启动Page Editor模块5、根据需要设

4、置运行环境参数，也可采用系统的默认设置。（2）绘制电路图1、绘制元器件符号：从OrCAD/Capture符号库中调用合适的元器件符号，如电阻、电容、晶体管、电源和接地符号等放于电路图中合适的位置。对分层式的电路设计，还需要绘制各层次框图。2、元器件间的电连接：包括互连线、总线、电连接标识符、节点符号及节点名等。对分层式的电路设计，还需要绘制框图端口符。3、绘制电路图中辅助元素：图纸标题栏、添加“书签”、绘制特殊符号以及注释性文字说明。（3）检查并修改电路图（4）将绘制完成的电路图利用复制、粘贴的方式输入到Word文档的实验报告中。提示：图中的双极晶体管Q1、Q2、Q3从BIPOLAR.olb符

5、号库中调用；电阻从ANALOG.olb库中调用符号R；V1调用SOURCE.olb库中的VAC符号；VCC和VEE调用CAPSYM.olb库中的电源符号；接地符号调用SOURCE.olb库中名称为0的符号。B. 电路分析部分对所绘制的差分对电路进行以下基本电路特性分析：（1）直流工作点（Bias Point）及直流传输特性（Transfer Function）分析。分析设置：输入为V1，输出为V（out2），观察并记录OUT输出文件中有关部分内容。操作1：建立分析文件、设置分析参数：执行OrCAD/Capture主菜单中PSpice/New Simulation Profile，在Name栏输

6、入模拟类型组名称，如DC，单击Create键，弹出模拟设置对话框，按图中所示设置好分析参数，单击确定键。操作2：启动PSpice仿真程序：执行OrCAD/Capture主菜单中PSpice/Run，弹出OrCAD Pspice A/D窗口，执行View/Output File子命令，从中找出各节点的电压值、总功耗、输出电阻、小信号直流增益等，按实验报告的要求将相关参数复制到实验报告中。（2）直流特性扫描分析（DC sweep）。参数设置说明：扫描变量：V1；扫描类型：Linear，01V；增量：0.1V；观察V（OUT2）V1曲线。操作1：设置分析参数：执行OrCAD/Capture主菜单中的

7、PSpice/New Simulation Profile子命令，在Name栏键入模拟类型组名称，单击Create，弹出如下对话框，按对话框中设置，单击确定按钮。操作2：启动Pspice仿真程序输出波形：执行OrCAD/Capture主菜单中PSpice/Run子命令，若无错误，出现Probe窗口，执行Trace/Add Trace子命令或相应的工具图标，弹出波形添加对话框，如图1.5所示。在左侧的输出变量的列表中选取或在Trace Expression栏中键入要输出量的表达式，单击OK，在Probe窗口即出现所要输出的波形。操作3：将输出波形复制到实验报告：在Probe窗口主菜单中执行Win

8、dows/Copy to Clipboard子命令，在弹出的Copy to Clipboard对话框中，单击OK，波形图就输入到了剪贴板，在Word格式的实验报告中粘贴即可。提示：以上操作是每次电路分析实验的基本步骤，以下分析和实验只说明分析要求，不再详述以上步骤。（3）AC分析（AC sweep）及噪声分析。参数设置如图1.7所示，观察并记录V（OUT2）与频率的曲线，输出噪声（V（ONOISE）和输入噪声（V（INOISE）分别与频率的关系曲线（用2个Y坐标显示在同一个图上），并记录OUT输出文件中的噪声分析结果（要求记录Freq=1KHz的数据）。提示：有关坐标的添加、删除、设置等操作，

9、在Probe窗口主菜单Plot中进行。（4）瞬态（TRAN）及傅里叶分析：将V1换成用于瞬态分析的激励信号VSIN（在Source库中），设置成等幅正弦波（Voff=0V，Vampl=0.1V，f=5MegHz），分析参数设置见下图，观察记录V（OUT2）、V（V1：+）波形（用2个坐标表示）；在Probe中用FFT按钮对V（OUT2）进行傅里叶分析，标出其直流分量、基波和三次谐波分量值，记录所得波形；打开OUT输出文件，观察傅里叶分析结果的数据。Output File Options设置对话框三、实验报告要求1、给出所绘制的差分对放大电路图。2、给出差分对放大电路各节点的电压值、总功耗、小信

10、号直流增益（V（OUT2）/V_V1）、输入电阻值和输出电阻值。3、给出V（OUT2）V_V1曲线，X轴设为0300mv，Y轴设为512.5V。4、给出AC/Noise分析得到的V（OUT2）频率的曲线，输入噪声频率、输出噪声频率的曲线（用2个Y轴在同一坐标中表示），并给出OUT输出文件中Freq=1KHz时的噪声分析结果数据。5、给出瞬态及傅里叶分析的相关曲线：V（OUT2）、V（V1：+）（在同一张图上，用2个坐标表示）；给出在Probe窗口下对V（OUT2）的傅里叶分析后的曲线，要求标出其直流分量、基波和三次谐波分量值；给出OUT输出文件中傅里叶分析结果的数据。实验二 参数扫描分析和统计

11、分析实验一、实验目的 熟悉并初步学会使用OrCAD/Pspice软件进行参数扫描分析和统计分析的方法。二、实验内容1、温度分析分析如图2.1所示的恒流源式差分放大电路在-40、-20、0、20、40、60、80和100的输出V(out2)频率特性。观察和分析温度对V(out2)幅度的影响，按实验报告要求记录相关的实验结果。 操作步骤如下：（1）：设置基本特性分析参数：对所绘制的恒流源式差分放大电路设置交流小信号特性分析参数，如图2.2所示。（2）设置温度分析参数：在图2.2的options参数设置框中，选择Temperature(Sweep)，相应的温度分析参数设置如图2.3所示。 （3）启动

12、Pspice仿真程序，从下图所示的批次选择对话框中选取需要的温度批次。 （4）将Probe窗口中显示的输出曲线复制到实验报告中，并简单说明。2、参数扫描分析对恒流源式差分放大电路进行参数扫描分析，观察并记录实验结果。操作步骤如下：（1）修改电阻Rc1和Rc2的阻值为“变化的参数”，具体做法是：将电阻值10k修改为Rval。从图形符号库SPECIAL.olb中调出PARAM符号放在电路图的空白处；双击PARAM符号弹出以下属性参数对话框： 按按钮，按图2.6所示设置新增的Rval参数，单击即完成设置。选中Rval属性将其值设置为10k，单击（Display）按钮，设置显示Rval的名称及其值，单

13、击确认操作。 通过以上步骤，从而将电阻Rc1和Rc2的阻值修改为了“变化的参数”，修改后的恒流源式差分放大电路如图2.9所示。 （2）按图2.2的AC Sweep分析设置参数后，选中Options参数设置框中的Parametric Sweep，按下图所示进行参数扫描分析的设置。 （3）保存一次后，启动Pspice程序进行模拟，进入Probe窗口后，在批次选择对话框中选取要输出的曲线。（4）对输出曲线V(out2)进行必要的标注后，复制到实验报告中。（5）在Probe窗口，在主菜单中选择Trace/Performance Analysis或按下按钮进行性能分析，选择Trace/Add Trace

14、或按下按钮，对输出的7条V(out2)曲线用MAX()函数得到差分放大电路的最大增益随Rc1、Rc2阻值的变化曲线，将其复制到实验报告中。Add Trace窗口如图2.11所示。3、Monte Carlo分析完成恒流源式差分放大电路的MC分析，重复分析次数为10次。观察、记录输入曲线及MC分析的比较统计结果。操作步骤如下：（1）修改恒流源式差分放大电路中的电阻Rc1、Rc2为阻值可发生随机变化的器件，并设置电阻的模型参数，具体步骤为：用Breakout.olb元件库中的Break元件取代原电阻，双击该电阻符号，在属性参数对话框中将Value项改为10k，如图2.12所示，编号仍用Rc1、Rc2

15、表示。选中刚替换的Rbreak电阻后，执行Capture中的Edit/Pspice Model，将模型参数编辑框中的“.model Rbreak RES R=1”修改为“.model Rbreak RES (R=1 DEV=5%)”，保存并关闭模型参数编辑窗口。 （2）按图2.2的AC Sweep分析参数设置后，选中Options参数设置框中的Monte Carlo/Worst Case按图2.14所示进行MC分析的参数设置。 按下，添加List model parameter values in the output file选项，如下图所示： （3）保存后，启动Pspice程序进行仿真，进

16、入Probe窗口后，在批次选择对话框中选取需要输出的曲线。（4）适当设置X、Y坐标后将输出曲线复制到实验报告中。（5）在Probe窗口中，点击打开OUT输出文件，观察并记录MC分析结果的数据，并找出与标称值偏差最大的Rc1、Rc2的阻值，记录到实验报告中。4、Worst Case分析完成恒流源式差分放大电路的WC分析，观察并记录OUT文件中4次分析结果和分析结论。操作步骤如下：（1）和MC分析一样，将恒流源式差分放大电路中的电阻Rc1、Rc2用Rbreak替换，再将模型参数R=1设置为R=1 DEV=5%。具体操作步骤如3-(1)所述。（2）按图2.2的AC Sweep分析参数设置后，选中Op

17、tions参数设置框中的Monte Carlo/Worst Case按图2.16所示进行WC分析的参数设置。 按下，添加List model parameter values in the output file选项，并在Find对话框中选择“the maximum value(MAX)”，如下图所示：（3）保存后，启动Pspice程序进行仿真，进入Probe窗口后，在批次选择对话框中选取需要输出的曲线。（4）适当设置X、Y坐标后将输出曲线复制到实验报告中，并进行说明。（5）点击打开OUT输出文件，观察WC分析结果并将分析结果的数据记录到实验报告中。三、实验报告要求1、给出温度分析的电路图和分

18、析结果，并简单说明温度对电路特性的影响。2、给出参数扫描分析的电路图和分析结果，并简单说明参数的变化对电路特性的影响；给出恒流源式差分放大电路的最大增益随Rc1、Rc2阻值的变化曲线。3、给出MC分析的电路图和分析结果输出曲线，注意适当设置X、Y坐标范围，使曲线显示清楚；在OUT文件中截取MC分析结果并给出Rc1、Rc2的阻值中和标称值偏差最大的。4、给出WC分析结果的输出曲线，注意适当设置X、Y坐标范围，使曲线显示清楚；在OUT文件中截取WC分析结果数据。实验三 电路性能分析实验一、实验目的 熟悉并初步学会用OrCAD/Pspice软件作电路性能分析的方法。二、实验内容1、四阶Butterw

19、orth低通滤波电路 分析图3.1所示的四阶Butterworth低通滤波电路的最大增益和带宽与电阻R2的关系，观察Vdb(out)、Vp(out)的AC分析曲线，Vdb(out)的参数扫描曲线。Bandwidth(Vdb(out)和Max(Vdb(out)与Rval的关系曲线。操作步骤如下：（1）绘制电路图：电阻、电容在Analog.olb中；OP-27在OPAMP.olb中；电源在source.olb中。（2）按图3.2所示设置AC分析参数。 （3）保存后，启动Pspice程序进行仿真，进入Probe窗口添加Vdb(out)、Vp(out)（增加一个Y坐标显示）的AC分析曲线，并将其复制到

20、实验报告。 （4）按照实验二的2-(1)操作步骤设置R2的参数值，在属性参数对话框中将Value项改为8.66k。在AC分析的基础上，按下图设置参数扫描分析的参数： （5）启动Pspice程序进行仿真，从批次选择对话框中选取需要输出的曲线，在Probe窗口添加Vdb(out)曲线，将显示曲线复制到实验报告。（6）完成最大增益和通频带带宽的性能分析：在Probe窗口主菜单中，利用Window/New Window新开一显示窗口，然后用Trace/Performance Analysis或按下打开性能分析，将弹出图3.4所示对话框，点击即启动性能分析，启动性能分析后的界面如图3.5所示。利用Tra

21、ce/Add Trace或按下按钮，如图3.6所示在曲线添加窗口的Goal Functions中选用LPBW函数，在Trace Expression对话框中输入函数的自变量Vdb(out)和3，单击得到Vdb(out)的3db带宽曲线。在Probe窗口主菜单中，利用Plot/Add Y Axis添加一坐标轴，再添加曲线，此时选用Max()函数得到最大增益Vdb(out)随Rval阻值的变化曲线。如右图所示，利用Plot/Axis Setting将X轴坐标设置为Log，最后将得到的两条曲线复制到实验报告中。（7）观察400套滤波器的1db带宽分布直方图：将电路中所用的电阻、电容分别用Breako

22、ut.olb库中的Rbreak和Cbreak替换，然后按照实验二3-(1)操作步骤设置电阻、电容的模型参数变化：将Rbreak的模型参数改为“.model Rbreak RES (R=1 DEV=1%)”，将Cbreak的模型参数改为“.model Cbreak RES (C=1 DEV=5%)”。按图3.2与图3.8所示设置AC分析和MC分析参数。为减少数据量，对图3.8的Data Collection选项进行设置，选中“at Markers Only”。在AC分析和MC分析参数设置完成后，在out输出端添加Vdb探针，如图3.9所示。启动Pspice程序进行仿真，在批次选择对话框中选择所有

23、的曲线输出。进入Probe窗口后新开一窗口，点击进行Performance Analysis分析，再点击添加性能分析函数LPBW(Vdb(out),1)，记得到1db带宽的分布直方图，将直方图复制到实验报告中。尝试设计一个Butterworth带通滤波器，重复上述操作。滤波器设计科查询书籍或者参考滤波器设计软件。此要求选作。2、RLC电路 对图3.10所示的RLC电路，分析过冲时间和上升时间与R的关系，观察I(L)曲线，Overshoot(L)和GenRise(L)与R的关系曲线。操作步骤如下：（1）绘制RLC电路图：Iin在Source.olb库中选择IPWL符号，其为分段线性电流源。R在R

24、breakout.olb库中选择Rbreak符号，按照实验二的2-(1)操作步骤设置R的参数值R=0.5。（2）按图3.11和图3.12所示设置瞬态分析参数和参数扫描分析参数。（3）保存后，启动Pspice程序进行仿真，在批次选择对话框中选中所有曲线输出，通过Add Trace添加R阻值分别为0.5、1、1.5的输出曲线，比如I(L)1，将三条曲线复制到实验报告中并进行比较。（4）新增一显示窗口，利用Pspice的Performance Analysis功能，输出Overshoot(I(L)和GenRise(I(L)和R得关系曲线（在同一张图上，用2个坐标表示），将其复制到实验报告中。3、放大

25、器设计仿真设计一满足图3.13中黑盒子功能的放大电路，并通过仿真求得该放大电路的通频带。三、实验报告要求1、给出4阶Butterworth低通滤波电路分别作参数扫描分析和性能分析的电路图，Vdb(out)、Vp(out)的AC分析曲线，Vdb(out)的参数扫描分析曲线，LPBW(Vdb(out),3)和MAX(Vdb(out)与Rval的关系曲线，400套滤波电路的1db带宽分布直方图。2、给出RLC电路，I(L)Time曲线，Overshoot(I(L)和GenRise(I(L)与R的关系曲线（在一张图上，用两个坐标表示）。 3、给出所设计放大电路的电路图，阐述其原理；在同一坐标内画出放大

26、电路的输入输出曲线；给出所设计放大电路的通频带。实验四 逻辑电路、数/模混合电路分析实验一、实验目的学习用OrCAD/Pspice软件对逻辑电路、数/模混合电路进行分析的方法。二、实验内容1、移位寄存器对下图所示的移位寄存器电路进行逻辑模拟：要求用StmED设置驱动波形，其中时钟信号CLK为脉宽=0.5us，周期=1us，延时为0.1us的时钟信号；输入信号D周期为5us，脉宽为1us，延时为2us；清零信号CLR是在01us为低电平，其余为高电平的清零信号。观察输入/输出波形（输出波形除用二进制显示外，另用16进制、10进制和8进制总线形式显示）。操作步骤（1）绘制移位寄存器电路图：信号源C

27、LR和D在Sourcstm库中选DigStim1，CLK采用DigClock激励信号源，7474在7400库中，Hi在Place Power/Source中。（2）编辑D信号：选中D后，用菜单Edit/Pspice Stimulus启动StmEd窗口，按下图所示设置D信号，然后用Stimulus/New添加CLR信号，根据提示进行设置后再按照要求修改好CLR信号（见下图），保存并退出StmEd窗口。CLK参数的设计如下图所示。（3）按图4.3设置瞬态分析参数（4）保存后启动Pspice程序进行仿真，进入Probe窗口后添加CLK:OUT CLR:OUT、D：OUT、Q3 Q2 Q1 Q0波形，

28、并用Q3:0以总线方式显示Q3 Q2 Q1 Q0的输出；要用16进制、10进制和8进制总线形式显示输出波形，则可在Trace Expression中输入Q3:0;QBusHex;H Q3:0;QBusDec;D Q3:0;QBusOct;O即可。将输出波形复制到实验报告。2、石英晶体振荡器对下图所示石英晶体振荡器电路进行混合模拟分析，观察V（C1:1）、V（R1：1）、V（U1A：A）、VO等波形。操作步骤（1）绘制石英振荡器电路图：QZS1MEG在XTAL库中选，电阻、电容在ANALOG库中，其他元器件在7400库中。（2）按图4.5与图4.6所示设置瞬态分析参数。（3）保存后启动Pspic

29、e程序进行仿真，将需要的输出波形复制到实验报告中，并进行简单分析。（注意：V（U1A：1）和V（C1：1）波形用两坐标轴显示，二者坐标范围设置为0V4V，将两波形分开显示；同时也要仿真VO波形）。三、实验报告要求1、打印移位寄存器模拟得到的输入、输出波形。2、打印石英晶体振荡电路及按要求显示的有关波形。实验五 综合应用实验一、实验目的巩固模拟电路的各种分析方法、电路图修改及分析参数的设置二、实验内容及要求（1）画出如下电路图其中R8为滑动变阻器POT，在Breakout.olb库中。（2）AC分析和噪声分析AC分析：参数设置，起始频率1Hz，终止频率10MEG，频点个数为100。给出V（OUT

30、）的波形。噪声分析：参数设置，Output：V（OUT），I/V：V3，Interval：5.给出输出/输入噪声（V（ONOISE）/V（INOISE）频率曲线（用2个Y坐标显示，输入噪声的Y坐标采用对数表示）。（3）瞬态分析和傅里叶分析瞬态分析：将V1换成VSIN，设置成等幅正弦波（Voff=0V，Vampl=3V，f=1KHz）；R3与接地之间接VSIN（Voff=0V，Vampl=1V，f=50Hz）分析参数设置：运行时间为100ms，从0s开始保存数据。给出V（OUT1）和V（OUT）的波形。傅里叶分析：对V（OUT）进行傅里叶分析，中心频率为1kHz。（4）温度分析温度设置为-15、

31、27、180。给出温度分析的频率响应。（5）参数扫描及性能分析将R1设置成全局参数R，扫描类型：Linear，变化范围：5001500，步长为100。给出R1为500，1000，1500的V（OUT）波形，Max（V（OUT）R和Max（VDB（OUT）R曲线（用两个Y坐标）。（6）MC分析R1、R2采用同一模型参数：model Rmode RES(R=1 LOT=10% DEV=5%)，分析设置：AC扫描分析：1Hz10MEG，100Point/Decade；MC分析：输出变量V（OUT），对组装20套电路进行MC分析，参数变化规律：高斯分布，随机种子数：17533（内定），Save data：ALL，分析结果统计方式：the greatest difference from the nominal run（YMA