pspice计算机辅助分析实验分析

pspice计算机辅助分析实验 3.4 直流电路的计算机仿真分析 1、实验目的 1．初步了解PSPICE通用电路仿真软件的使用方法。 2．学会应用PSPICE编辑各种直流电路文件，进行电路的仿真分析。 2、PSPICE直流分析简介 PSPICE是一种通用电路仿真分析软件，主要用于大规模集成电路的设计和分析。PSPICE是SPICE的改进版本，其操作更方便，界面更友好，且可在PC机上使用。随着计算机的普及，电路CAD技术已不仅仅是高层次专业人员设计大规模集成电路的专用工具，一般的电路工程技术人员也可用它处理日常工作中的电路问题。特别是对人工处理起来比较复杂、效率低、准确度又不高的问题，用PSPICE软件辅助分析，效果显著。 PSPICE程序分析的电路，可包含电阻、电感、电容、独立源、四种受控源、传输线、四种通用半导体器件（晶体二极管、双极型晶体管、结型场效应管、MOS场效应管）和自建的半导体器件模型库。对电路可进行线性和非线性直流分析、瞬态分析、线性交流分析，以及灵敏度、温度、容差、噪声等分析。原则上说，对满足条件的电路，不管是简单电路，还是复杂电路，均可进行模拟分析。 使用PSPICE程序的一般步骤为：（1）画出被分析电路的草图，在电路上标出节点号、元件名和数值；（2）用电路描述语句将电路结构、元器件参数和需要分析的内容写成源程序输入计算机，组成一个文件；（3）用PSPICE读入输入文件，自动生成数值分析或图形分析结果。 完整的程序结构 1 标题 2 电路描写语句 3 分析语句 4 输出语句 5 结束语句 PSPICE安装及运行步骤简述如下：（1）在Windows下用SETUP安装PSPICE软件；（2）在可形成输入文件的编辑器中（TEXTEDIT）输入电路源程序，形成一个以.CIR为扩展名的输入文件；（3）在PSPICE程序中的PSPICE.EXE项下调用该输入文件，可生成以.OUT为后缀的数据输出文件和以.DAT为后缀的图形文件，用TEXTEDIT打开.OUT文件可输出数值分析结果，用PROBE打开.DAT文件可输出图形分析结果。如果电路有错，PSPICE将在.OUT文件中报告，可用TEXTEDIT看到出错信息。 例1 首先看一个具体的PSPICE电路文件，下面是图3-6所示电路的CIR文件： CIRCUIT FILE FOR THE CIRCUIT OF FIG.3-6 V1 1 0 8 R1 1 2 4 I1 0 2 5 R2 2 0 6 R3 2 3 7 R4 3 4 9 V2 0 4 8 R5 3 0 10 I2 3 0 6 .END

图3-6 仿真实验例1电路图 在这个电路文件中，第一行叫做标题行，标明所分析的电路。最后一行是.END行，前面必须加一点。中间各行定义电路，一个元件一行。每一行都用一个唯一元件名开始，名字的第一个字母定义了元件类型。跟着名字后面的是元件接入其间的两个节点的编号，跟在节点编号后面的是元件的电气值。标题行可以是空白的，但电路描述（元件行）不能从第一行开始。 在标题行和.END行之间是器件或元件行，其顺序随意，每行包含三个字段：名称字段、节点字段、值字段。在字段之间必须有空格，而且节点字段的节点数值之间也要有空格，空格数量没有严格要求。 名称字段的第一个字母表示元件的类型：R表示电阻、V表示独立电压源、I表示独立电流源。字母不一定要大写，每个R、V或I表示符后面跟着一些标记来识别特定的元件，名称可以由字母或数字组成。 每个节点字段含有两个非负整数，用来识别连接特定元件的节点。对于电阻，节点符号先后没有关系；对于电压源，第一个节点符号必须是标着电压源正极的节点；对于电流源，第一个节点必须是电流流入电流源的节点。 至于节点号，必须有个0节点，这个节点是PSPICE当做接地的节点。其他节点最好是用正整数作为识别，但这些整数不要求是连续的。 值字段就是所用元件的欧姆、伏特、安培的正、负值。电阻值一定不能为零，元件行可以插入注释，方法是在值字段后面加一分号，在分号后面加注释。 例2 作为另一个示例，考虑图3-7所示电路。适用的电路文件是： CIRCUIT FILE FOR THE CIRCUIT OF FIG.3-7 V1 4 0 2E3 R1 4 9 30K R2 0 9 40MEG I1 0 9 70M .END 图3-7 仿真实验例2电路图 在这个电路文件中，可以看到值字段中用后缀字母来表示10的幂。V1语句中的2E3也就是2K。下面是PSPICE后缀字母和对应比例系数的全部列表： F 10-15 U 10-6 MEG 106 P 10-12 M 10-3 G 109 N 10-9 K 103 T 1012 这些后缀字母不一定要大写，PSPICE不区分字母的大小写。 在PSPICE中，四个非独立源都是可用的。它们的标识符是：E表示电压控制的电压源，F表示电流控制的电流源，G表示电压控制的电流源，H表示电流控制的电压源。 例3 作为非独立源语句的例子，考虑图3-8所示电路和下面相应的电路文件。

图3-8 仿真实验例3电路图 图3-8中，值字段为0的两个“虚设”电压源VD1和VD2是必需的，因为PSPICE要求作为控制量的电流必须流过一个独立电压源。如果这样的电源不存在，那么就必须插入一个0V的“虚设”电压源。 CIRCUIT FILE FOR THE CIRCUIT OF FIG. 3-8 G1 0 1 4 0 8M R1 1 0 6K VD1 2 1 0 R2 3 2 12K H1 3 4 VD2 2K R3 4 5 17K R4 5 0 12K F1 4 0 VD1 3 R5 4 6 13K E1 6 7 5 0 3 R6 8 7 15K VD2 0 8 0 R7 7 9 14K VS 9 0 30 .END 在每个非独立源语句中，说明的头两个节点是连接非独立源的节点，而且，这些节点关于电压极性或电流方向的安排与独立源的相同。 对于电压控制的非独立源，有第二对指定节点，这两点是控制电压产生的两个端点，第一节点是控制电压参考正极点。对于电流控制的非独立源，用一个独立电压源说明符代替第二对节点。这就是通过控制电流的独立电压源的名称，控制电流由电压源的第一说明的节点流向第二节点。每个非独立源语句的最后一个字段是比例系数或倍数。 PSPICE对含理想运算放大器元件电路的分析，从运算放大器模型显然可知，可将其等效成一个高增益（例如50 000或更高）的电压控制电压源来分析。 以上电路文件，得到的电压和电流仅仅是节点电压和独立电压源电流，要得到其他的，要求在源文件中加入.DC控制语句和.PRINT语句。 如果电路中有一个名叫V1的30V直流电压源，适用的.DC控制语句是 .DC V1 30 30 1 （V1是用来举例说明的，任何独立电压源或电流源都可以用.DC控制语句）注意指定两个值是必需的，在此两值都是30，用两个值的原因是允许电压变化。例如，如果要得到三个分析：第一个V1=30V，第二个V1=35V，第三个V1=40V，则语句将是 .DC V1 30 40 5 在此30是第一个电压变量，40是最后一个电压变量，5是变量间的电压增量。 现在，假设希望得到节点4的对地电压、节点2为参考正极的节点2、3之间的电压、电阻器R6两端的电压，其参考正极是已说明的R6电阻器的第一个节点、通过电阻器R2的电流，电流参考方向为流向此电阻器已说明的第一个节点。所要求的.PRINT语句是 .PRINT DC V(4) v(2,3) V(R6) I(R2) 当用.PRINT语句时，只有语句中说明了的电压和电流才会在输出中出现。 .PRINT语句必须含有DC以说明分析的类型。另外，虽非必要，通常在每个直流独立源语句的节点字段和值字段之间加入DC说明，例如， V1 3 4 DC 10. PSPICE要求从每个节点到地有直流通路，对直流电路这几乎不成为问题，但对某些其他的、今后要遇到的电路，则必须考虑。电阻器和电压源（还有电感器）能提供直流通路，但电流源（和电容器）则不能。但总是可以在节点和地之间加入一个阻值巨大的电阻器来提供直流通路，电阻应足够大，使此电阻器的存在不至于显著地影响电路工作。 每个节点至少连接两个电路元件。在开路电路中这个限制会引起一个小问题，简单的解决方案是在开路电路中加入一个电阻巨大的电阻器。 最后，PSPICE不允许有电压源回路（或电感回路），加入一个与其中某个电压源串联的电阻可以解决此问题，但电阻应足够小，使电阻器的存在不至于显著地影响电路工作。 3、仿真实验内容 （1）仿真计算例题（图3-8），理解CIR文件中各语句的含义，并求节点电压V（4）和流过R1的电流I（R1）。 （2）直流电路如图3-9所示，试求节点电压V（2）。 （3）求图3-10中电路的等效电阻Rab，其中各电阻的阻值均为2Ω。 （4）求图3-11所示电路的非独立源吸收的功率。 （5）求图3-12所示电路的电压V10和V20。 （6）图3-13所示直流电路中RL可变，试问RL为何值时它吸收的功率为最大，此最大功率为多少？(选做) 图3-9 仿真实验直流电路图 图3-10 仿真实验求等效电阻Rab电路图 图3-11 仿真实验求非独立源吸收功率电路图

图3-12 仿真实验含运算放大器的电路图