PSPICE的应用Ⅰ

例一、在图16-1所示电路中，当电阻Rl的阻值以10Ω为间隔，从1Ω线性增大到1KΩ时，分析电阻Rl上的电压变化情况。

1. 目的：通过本例的介绍，将详细说明如何运用PSpice软件绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型的设置，并会从Probe窗口看输出结果。

2. 开始模拟电路之前，必须先用[Schematic]将电路图画出来。

选择程序项[Schematics]进入绘制电路图窗口如图16-1所示。

 

图16-1 绘制电路图窗口

窗口顶部行为窗口标题栏，显示当前程序项名称和所编辑的文件名称，新建电路图必须以某个名称保存以后才有文件名。

第二行为主菜单栏，[Schematics]的所有操作都可通过选择菜单中相应的栏目来完成。

第三行为图标工具栏，每个图标代表菜单中一项常用的操作，点中图标即可完成相应的操作，提高了操作效率。各图标对应的菜单项如图16-2所示，

 

图16-2 图标工具栏

其功能分别为新建、打开、存盘、打印、剪切、复制、粘贴、撤消、恢复、重画、放大、缩小、部分放大、部分缩小、画线、画总线、画框、选择元器件、属性编辑、元件符号编辑（行为常用快捷按钮）。

屏幕中间主要区域为原理图编辑区，也就是原理图页面。它是一块均匀划分的网格区域，用户可以选择Options=>Display Options…显示方式设置，打开或关闭网格开关（Grid On），也可重新设置网点之间间隔（Grid Size）。

窗口底部是辅助信息提示栏，显示当前光标位置、操作功能提示和操作命令。通过操作功能提示栏，用户可得知每一菜单项的功能。

3.步骤：

（一）、绘制电路原理图（所要绘制图如16-3所示）

 

                       图16-3 电路原理图

1）. 从符号库中提取元器件符号或端口符号

先开启[Schematic],点选[Draw/Get New Part],或单击工具栏上的取元件图标，即可打开如图16-4对话框。该对话框列出了全局符号库中的所有符号。可以在Part Name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[<<Basic]按钮可以选择是否显示符号图形。

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Part Name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。

在本例中不仅需要取出三个电阻、两个直流电压源和一个接地端，还要取出符号PARAM将电阻的阻值定义为全局变量，因本例是一个以电阻阻值为扫描变量的例子。

 

图 16-4 符号提取对话框

2）. 摆放元件

（1）摆放前

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。

（2）摆放符号

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。可多次摆放，单击右键结束。

（3）摆放后

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）。

3）. 连线

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[Draw Wire]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。

4）. 定义或修改元器件符号及导线属性

下面以R1为例，介绍两种修改符号属性值的方法。

方法一：利用电阻R1的属性表修改其值。

（1）双击R1符号，打开R1属性表，如图16-5所示。

 

图16-5 电阻R1属性表

（2） 单击属性项VALUE=1K，属性名VALUE和值1K分别出现在Name和Value文本框中。

（3）将Value文本框中1K改为100，并单击[Save Attr]，保存新属性。单击[OK]确认退出。

方法二：单独修改R1的各属性值。

（1）单击R1的编号R1，打开图16-6所示符号参考编号对话框。

（2）将对话框中的R1改为修改的编号，并按[OK]。

（3）用同样的方法，双击电阻R1的阻值1K，可以将阻值改为100。

按上述方法修改其他符号。在修改PARAM的属性表中，代表Rl阻值的变量名var定义为PARAM的一个参数名，即NAME1=var，阻值定义为1k的相应参数值，即VALUE1=1k。一个PARAM符号多可以定义三个全局变量。

 

图16-6 R1符号参考编号对话框

定义各符号的参数后，终的电路图如前所示。在电路中，电阻的阻值是变化的，注意要将变量名var加大括号。

5. 根据电路分析需要，在图中加入特殊用途符号和注释文字。

6. 起名存盘。

（二）、设定要模拟的内容

1. 执行[Analysis/Setup]菜单命令，进入分析类型对话框，如图16-7。

 

图16-7 分析类型对话框

2. 点选你想要模拟的项目，然后进入个别设定视窗。常用的模拟内容有：

AC Sweep:交流扫描分析（包括躁声分析），要找频率响应用这项。
　　DC Sweep:直流扫描分析，一般的I-V特性用这项。
　　Bias Point Detail:直流工作点分析即可节点的偏压分析，通常一定选，是确省状态。
　　Parametric:参数扫描分析，你可以在电路中设定参数（可以是元件参数、温度等），做改变此项参数的分析。
　　Transfer Function :直流小信号传输函数，你可以定义一个输入和输出，找它们之间的关系（比值）。
　 Transient:瞬态分析（包括傅里叶分析），寻找信号时间的关系。

   在本例中是一个以电阻的阻值为扫描变量的例子，所以我们要用到DC Sweep。在使用DC Sweep时应注意事项为：

可以做扫描的不是只有直流电压或交流电压，还有所列的其它参数， 图右必须键入电源名称或全局参数名，扫描范围及间隔。假如要扫描的参数不只一个，则可使用Nested Sweep设定第二个扫描。

3. 进入DC Sweep设置窗口后，选Global Parameter（全局参数）和Linear（线性扫描），在Name文本框后格内写入全局参数名var，将Start Value（扫描初长）设为1，End Value（扫描终值）设为1k，Increment（扫描步长）设为10。单击[OK]结束操作。如图16-8。

 

在设置每一种分析类型时，几乎都要在相应的分析参数表中给出具体的分析（输出）变量名。输出变量的分析结果可以通过四种形式表现出来：数值、表格、图案和波形，其中前三种保存在输出文件（*.out）中，在[Schematics]中选中Analysis=>Examine Output可查看分析结果。其波形则需要在Probe中看。

图16-8 分析参数设置对话框

（三）、执行模拟（仿真计算）

当一切设置完之后，便可以启动分析程序[PSpice]对电路进行分析。选择Analysis=>Simulate，或单击常用工具栏中相应的按钮，或按快捷键F11，可以启动（自动建立电路网络表（Analysis=>Create Netlist）,自动进行电路检查（Analysis=>Electrical Rule Check））。

在分析过程中，会显示其运行窗口，如图16-9。如在电路中发现错误，会在运行中用红色文字显示，如图16-10。选择Analysis=>Examine Output可查看错误原因。

 

图16-9 分析运行窗口

 

图16-10 PSpice 分析电路出错显示

若在Analysis=>Probe Setup...中选定Automatically Run Probe After Simulation，在分析无误后自动进入Probe图形后处理器，显示观察波形。

（四）、显示波形

Probe是PSpice对分析结果进行波形处理、显示和打印的有效工具，Probe可以给出波形各点的数据，可以迅速找到波形的极大、极小值点及其他特殊点，给波形加标注，按所需添加坐标设置，还可以保存波形显示屏幕等。它有被称为“软件示波器”。

有两种方法启动Probe程序：

（1）在[Schematics]中，Analysis=>Probe Setup => Auto-run Option设置为Automatically…时，选择Analysis=>Simulate进行仿真分析后会自动调用Probe程序；

（2）在[Schematics]中，选择Analysis=>Run Probe。

有两种方法可以查看变量波形：

（1）利用Probe中的波形跟踪命令Add Trace 输入待观测的变量名或变量的函数名来查看。在Probe窗口，选择Trace=>Add,可以打开波形跟踪对话框。单击变量名列表中的某变量名，使该变量名出现在Trace Command中，单击[OK]，该变量的波形将出现在窗口中；

（2）在电路中加各输出标识来查看。在[Schematics]中，选Markers=>Mark Voltage /Level,可以取出电压观测标识，将其加在电路的某节点上，在分析结束后在Probe窗口会显示该节点电压波形。

在本例中结束分析程序后，将自动进入Probe窗口显示结果如图16-11所示。由图我们可以看出当R1的阻值变化时其电压的变化曲线。

 

图16-11 分析结果

点选[Tools/Cursor...]可以打开游标工具，可以读曲线上的值，即各电阻值所对应的电压值。游标有两个，一个是由较密的点构成的十字线，另一个点较疏。此外它还可以找/值，斜率点。

例二：用PSpice软件模拟戴维南定理和诺顿定理。

1. 测量有源一端口网络等效入端电阻Req和对外电路的伏安特性。其中U1=5V,R1=100Ω,U2=4V,R2=50Ω,R3=150Ω。

2. 根据任务1中测出的开路电压Uoc、输入电阻Req，组成等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。

3. 根据任务1中测出的短路电流Isc、输入电阻Req，组成等效有源一端口网络，测量其对外电路的伏安特性。

目的：学习在PSpice仿真软件中绘制电路图，初步掌握符号参数、分析类型的设置和Probe窗口的简单设置。

步骤：1. 绘制电路原理图（所要绘制图如16-12所示）

 

图16-12 电路原理图

首先在Windows界面下的PSpice程序组中双击[Schematics]，进入电路原理图编辑。
   用鼠标单击绘制[Draw]中的取新元件( Get New Part)项，再单击对话框中元件库（Libraries）的浏览(Browse)。取出电阻R，系统自动命名为R1、R2…R8；直流电压源VDC，自动命名为V1、V2、V3；直流电流源IDC，自动命名为I1；地线EGND，自动设置为0点；一个PARAM符号(为测量原网络的伏安特性，在原a,b端口加一个负载电阻Rl，测其伏安特性时为变量，因此在PARAM中定义一个全局变量var,其参数值为1k，并定义Rl的阻值为变量{var})。
   把元件放在所需位置，在[Draw]中选择(Wire),用鼠标画线将元件连接起来，这样电路图的初绘就完成了。
   然后进行元件参数设置。用鼠标双击相应元件或在编辑[EDIT]菜单中用鼠标单击性质(Attribute)对话框，对相应的参数进行修改（也可以用鼠标双击相应元件处的参数框进行修改）。

其中，电压、电阻的单位缺省值分别为伏特、欧姆。参数确定后，原理图编辑就结束了。其中左图为原网络及参数，中图为其戴维南等效电路，右图为其诺顿等效电路，等效参数待定。起名存盘。

2. 设定要模拟的内容

本例为测电路的开路电压Uoc及短路电流Isc，设定分析类型为DC Sweep。

在[Schematics]主菜单下，用鼠标单击分析[Analysis]中的设置(Setup)，选中DC Sweep设置（在选项前的小框内打勾），进入DC Sweep设置窗口后，选Global Parameter（全局参数）和Linear（线性扫描），在Name文本框后格内写入全局参数名var，将Start Value（扫描初长）设为1P，End Value（扫描终值）设为1G，Increment（扫描步长）设为1MEG。单击[OK]结束操作。(因需要测短路电流，故起点电阻要尽量小，但不能为0；欲测开路电压，终点电阻要尽量大；此时不需要中间数据，为了缩短分析时间步长可以设置大一些。)

3. 仿真计算和显示波形

接着就可以点中[Analysis]中的Creat Netlist建立电路网络表，此时，会要求你存盘，并自动进行电路检查（Electrical Rule Check），如有错误将给出提示。或是可以点中[Analysis]中的仿真计算Simulate（或按快捷键F11）进行仿真。系统会自动进入Probe窗口。

（1）增加坐标轴：由例1的简单介绍可知在 Probe中可以观察变量的波形，有时需要在同一Probe窗口中显示多个变量的波形，可以通过增加X轴或增加Y轴的方法来实现。在Probe窗口，选择Plot=>Add Plot可以增加一个新坐标；选择Plot=>Add Y Axis可以在同一X轴上增加一刻度不同的Y轴。

（2）观测波形各点的数据：在Probe窗口，选择Tools=>Cursor=>Display,活动显示区中会出现十字交叉线，同时，屏幕右下角出现曲线数据显示框，数据框中有三行数据，A1、A2为两个数据指针，dif为A1与A2的差值。利用鼠标或键盘可使十字交叉线左右移动，两个数据指针中的一个始终跟踪着十字交叉点的位置，并将其位置坐标随时记录在数据框中，另一个指针中数据不变，代表十字交叉点的初位置，差值dif随十字交叉点的移动而不断变化。

在许多情况下，我们并不仅仅满足于利用十字交叉线逐点观测数据，常常需要迅速地找到波形的值、值等特殊点，有时还需要在波形上将这些点标注出来；有时为了区分同一显示区的不同波形，也需对波形的名称进行标注。在Probe中都有选项可以直接进行。

（3）在此例中我们要同时测得I(Rl)值即短路电流Isc的值和V(Rl:1)值即开路电压Uoc的值，从而得到输入电阻Req。

选择Plot=>Add Plot增加一个新坐标，选择Trace=>Add...分别在两轴上加I(Rl)和 V(Rl:1)变量。激活显示电流的坐标轴（用鼠标点击该坐标区域），如图16-13。选择Tools=>Cursor=>Display­­显示电流的坐标值列表，选择Tools=>Cursor=>Max显示电流的值，同样可以显示电压的值。测得Isc=130mA，Uoc=3.5455V，则Req= Uoc/ Isc=3.5455/0.13=27.273Ω。

 

图16－13 Probe窗口

4. 由测得的等效参数修改原电路，得出结果。

回到[Schematics]界面，按测得的等效参数修改电路参数，如图16－14。

重新设定扫描参数（DC Sweep），扫描变量仍为全局变量var，线性扫描的起点为1，终点为10K，步长为100。重新启动分析，进入Probe窗口。选择Plot=>X Axis Settings...=>Axis Variable,设置横轴为V(Rl:1)，选择Trace=>Add...分别在三轴上加I(Rl)、I(Rld)和I(Rln)变量。显示结果如图16－15。

 

图16－14 修改后的电路图

 

图16－15 分析结果

选择Tools=>Cursor=>Display显示坐标值列表，点击I(Rl)、I(Rld)和I(Rln)前面的小方块，数值列表中将显示相应坐标中的坐标值。用鼠标拖动十字交叉线，可显示不同电压时的相应电流值。

比较三条伏安特性曲线，便可验证戴维南定理和诺顿定理。

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