基于OrCAD/Pspice 9平臺(tái)的電子電路設(shè)計(jì)

　　1　引言

　　OrCAD/Pspice 9軟件是美國(guó)知名度很高的EDA公司OrCAD公司和開發(fā)PSpice軟件的Microsim公司于1998年實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合后推出的Pspice的最新版本。他跟EWB等都是當(dāng)前國(guó)際上關(guān)于電子電路設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用非常廣泛的優(yōu)秀軟件，與其他電路仿真軟件(Protel99)相比，具有界面直觀、操作方便、分析功能更強(qiáng)、元器件參數(shù)庫(kù)及宏摸型庫(kù)也更加豐富等優(yōu)點(diǎn)。他改變了一般電路仿真軟件輸入電路必須采用文本方式的不便，設(shè)計(jì)者采用圖形輸入方式可以很直觀方便地在電路設(shè)計(jì)窗口繪制電路，并對(duì)電路進(jìn)行各種模擬分析，如不符合設(shè)計(jì)要求，可隨時(shí)調(diào)整電路結(jié)構(gòu)及元器件參數(shù)，重新進(jìn)行模擬分析，直到滿足設(shè)計(jì)要求。這種電子電路的分析、設(shè)計(jì)與仿真工作蘊(yùn)含與輕點(diǎn)鼠標(biāo)之間，大大提高了電子電路設(shè)計(jì)者的工作質(zhì)量和效率。

　　OrCAD是一個(gè)軟件包，而進(jìn)行電路摸擬分析的核心軟件是Pspice A/D，為使模擬工作做得更快更好、更具靈活性，OrCAD軟件包提供了5個(gè)配套軟件與之相配合：有電路圖生成軟件(Capture)、激勵(lì)信號(hào)編輯軟件 (StmEd，Stimulus Editor)、模型參數(shù)提取軟

　　件(ModelEd，ModelEditor)、波形顯示和分析模塊軟件(Probe)和優(yōu)化程序軟件 (Optimizer)。使OrCAD/Pspice 9具有了電子工程設(shè)計(jì)的全部分析功能，不但能完成模擬數(shù)字電路分析，而且能完成數(shù)模混合電路分析。其主要分析功能有：

　　(1)直流特性分析　包括靜態(tài)工作點(diǎn)(Bias PointDetail)、直流靈敏度(DCSensitivity)、直流傳輸特性(TF，Transfer Function)和直流特性掃描(DCSweep)分析。

　　(2)交流分析　包括頻率特性(ACSweep)和噪聲特性(Noise)分析。

　　(3)瞬態(tài)分析　包括瞬態(tài)響應(yīng)分析(TransientAnalysis)和傅里葉分析(FourierAnalysis)。

　　(4)參數(shù)掃描　包括溫度特性分析(TemperatureAnalysis)和參數(shù)掃描分析(Parametric Analysis)。

　　(5)統(tǒng)計(jì)分析　包括蒙托卡諾分析(MC，MonteCarlo)和最壞情況分析(WC，Worst Case)。

　　(6)邏輯模擬　包括邏輯模擬(DigitalSimulation)、數(shù)/?；旌夏M(Mixed A/DSimulation)和最壞情況時(shí)序分析(Worst-Case timing Analysis)。

　　下面以具體實(shí)例來說明電子電路的設(shè)計(jì)與分析。

　　2　OrCAD/Pspice 9在電路設(shè)計(jì)分析中的應(yīng)用實(shí)例

　　設(shè)計(jì)OTL功率放大器，其具體內(nèi)容和步驟如下。

　　2.1　建立電路原理圖

　　(1)創(chuàng)建原理圖文件　在Windows 98桌面上，執(zhí)行[開始/程序/OrCADDemo/Capture CISDemo]命令，進(jìn)入Capture操作環(huán)境。選取菜單命令[File/NewProject]，屏幕上將出現(xiàn)NewProject對(duì)話框。在這個(gè)對(duì)話框的Name欄中，將要分析的OTL基本放大電路起名為al.ddb，并選定設(shè)計(jì)項(xiàng)目類型為“Analog or Mixed SignalCircuit”。

　　(2)載入仿真元件庫(kù)　在NewProject對(duì)話框完成新建文件設(shè)置后，點(diǎn)擊OK，進(jìn)入元器件符號(hào)庫(kù)設(shè)置框;在這上將出現(xiàn)電路圖編輯窗口。

　　(3)調(diào)用仿真元件　在電路圖編輯窗口下，啟動(dòng)[Place/Part]命令，屏幕上出現(xiàn)元器件符號(hào)選擇框，可以分別選取電阻、電容、二極管、三極管和激勵(lì)圖形符號(hào)，放置于電路圖中適當(dāng)位置。再選取菜單命令[Place/Wire]，啟用連線模式完成連線;選取菜單命令[Place/NetAlias]，啟用節(jié)點(diǎn)設(shè)置模式完成節(jié)點(diǎn)的設(shè)置。

　　(4)對(duì)元器件屬性進(jìn)行編輯　雙擊各元件和激勵(lì)源圖標(biāo)，分別選取相應(yīng)的名稱和符號(hào)?；綩TL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器電路圖生成如圖1所示(電容C3開路，電阻R2短路)。設(shè)計(jì)三極管的β=50。

　　2.2　參數(shù)設(shè)置

　　要得到最大的不失真輸出功率，必須保證電路具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。調(diào)整偏壓電阻Rp，使輸出級(jí)的中點(diǎn)(K點(diǎn))電壓等于電源電壓的1/2。即Vk=Vom=VCC/2。

　　(1)輸入信號(hào)Vi選正弦電壓源，并將其振幅VAMP設(shè)置成0。

　　(2)將Rp設(shè)置成全局變量{Rp｝，對(duì)電路同時(shí)進(jìn)行瞬態(tài)特性分析(Transient Analysis)和參數(shù)掃描分析(Parametric Analysis)?！皰呙枳兞俊边x為Rp，變量的變化范圍：12～16 kΩ，步長(zhǎng)為0.4 kΩ。

　　(3)運(yùn)行Pspice，在Probe窗口中執(zhí)行 電路性能分析命令，得到如圖2所示的分析結(jié)果，可見當(dāng)Rp=14.7 kΩ時(shí)，Vk=VCC/2=6 V。

　　2.3　模擬分析及分析結(jié)果

　　在理想情況下，電路的最大不失真輸出電壓幅度Vom=VCC/2，最大不失真輸出功率為Pom=(Vom/V2)2/RL=VCC2/8RL=0.36 W。

　　2.3.1　測(cè)量圖1電路的最大不失真輸出功率

　　(1)將輸入正弦信號(hào)Vi的振幅VAMLP設(shè)置成全局變量{Vamp｝，同時(shí)進(jìn)行瞬態(tài)特性分析(Transient Analysis)和參數(shù)掃描分析(Parametric Analysis)。“掃描變量”選為Vamp，變量的變化范圍：0～100 mV，步長(zhǎng)為20 mV。

　　(2)運(yùn)行Pspice，在Probe窗口中執(zhí)行電路性能分析命令，得到如圖3所示的分析結(jié)果，可見在Vo(振幅)3.32 V時(shí)，進(jìn)入非線性區(qū)，即Vom3.32 V，得Pom=Vom2/2RL=0.11 W。

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　　2.3.2　測(cè)量自舉電路的最大不失真輸出功率

　　將電路改接成自舉電路(將電容C3和 電阻R2接入)如圖1所示，重復(fù)內(nèi)容2.3.1的步驟得到如圖4所示的分析結(jié)果，可見在Vo(振幅)5.73 V時(shí)，進(jìn)入非線性區(qū)，即Vom5.73 V，得Pom=0.33 W。

　　可見在V0(振幅)5.73V時(shí)，進(jìn)入非線性區(qū)，即Vom5.73V，得Pom=0.33V。通過以上仿真分析可見自舉電路更接近于理想功率放大器。因?yàn)樽耘e電路中多了電容C3和電阻R2，當(dāng)R2C3的乘積足夠大時(shí)，利用電容兩端的電壓不能突變的原理，當(dāng)K點(diǎn)電位向VCC接近時(shí)，A點(diǎn)電位也會(huì)隨之升高，從而保證Q2管有足夠的基極電流，使最大輸出電壓幅度Vom接近VCC/2。

　　3　結(jié)語(yǔ)

　　從上述例子可見，該軟件對(duì)于驗(yàn)證電路原理，開發(fā)設(shè)計(jì)新電路提供了極為方便的平臺(tái)，同時(shí)具有很大的靈活性。也為電子技術(shù)課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)帶來了新的活力。所以這種軟件一經(jīng)推出就立即倍受歡迎。

　　參考文獻(xiàn)

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