PSpice的4种基本仿真分析详解

PSpice A/D将直流工作点分析、直流扫描分析、交流扫描分析和瞬态TRAN分析作为4种基本分析类型，每一种电路的模拟分析只能包括上述4种基本分析类型中的一种，但可以同时包括参数分析、蒙特卡罗分析、及温度特性分析等其他类型的分析，现对4种基本分析类型简介如下。



1. 直流扫描分析（DC Sweep）



直流扫描分析的适用范围：当电路中某一参数（可定义为自变量）在一定范围内变化时，对应自变量的每一个取值，计算出电路中的各直流偏压值（可定义为输出变量），并可以应用Probe功能观察输出变量的特性曲线。



例对图1所示电路作直流扫描分析





图1



（1）绘图



应用OrCAD/Capture软件绘制好的电路图如图2所示。






"手把手教你PSpice基础篇")





图2



（2）确定分析类型及设置分析参数



a) Simulation Setting（分析类型及参数设置对话框）的进入



•执行菜单命令PSpice/New Simulation Profile，或点击工具按钮，屏幕上弹出New Simulation（新的仿真项目设置对话框）。如图3所示。





图3



•在Name文本框中键入该仿真项目的名字，点击Create按钮，即可进入Simulation Settings（分析类型及参数设置对话框），如图4所示。





图4



b）仿真分析类型分析参数的设置



图2所示直流分压电路的仿真类型及参数设置如下（见图4）：



•Analysis type下拉菜单选中“DC Sweep”；



•Options下拉菜单选中“Primary Sweep”；



•Sweep variable项选中“Voltage source”，并在Name栏键入“V1”；



•Sweep type项选中“Linear”，并在Start栏键入“0”、End栏键入“10”及Increment栏键入“1”。



以上各项填完之后，按确定按钮，即可完成仿真分析类型及分析参数的设置。



另外，如果要修改电路的分析类型或分析参数，可执行菜单命令PSpice/Edit Simulation Profile，或点击工具按钮，在弹出的对话框中作相应修改。



（3）电路的模拟仿真



a）PSpice A/D视窗的启动



执行菜单命令PSpice/Run，或点击工具按钮，即可启动PSpice A/D视窗执行电路的仿真模拟，并且系统可自动调用Probe模块，对模拟结果进行后处理，屏幕显示如图5所示。








b）波形的显示



•执行Probe窗口中的菜单命令Trace/Add Trace，或点击工具按钮，屏幕上弹出Add Trace对话框，如图6所示。








•在Add Trace对话框的左半部列表中移动光标，点选需要显示波形的变量名，则被选中的变量名依次出现在该对话框底部的Trace Expression栏。本例选中V（A）和V（B）两个变量（见图1-26）。选择完毕，按OK按钮，Probe窗口显示图1-22所示的直流分压电路中A、B两点的电压变化波形，如图7所示。








2. 交流扫描分析（AC Sweep）



交流扫描分析即频域分析，用于计算电路的交流小信号频率响应特性。作AC分析时，信号源应使用交流电源VAC或IAC（交流源可通过设置其DC参数作直流分析。具体参见瞬态分析部分），扫描变量是频率。



以如下图的串联谐振回路为例：








画好电路图后，点击菜单中的Analysis->Setup...








在弹出的对话框中，选中AC Sweep








然后点击“AC Sweep”按钮可进行进一步配置，最重要的是扫描的点数、起始频率和截至频率，如下图：





按OK及Close可关闭上述对话框并完成配置，如果电路图无错按F11就可以进行仿真了。



3. 瞬态分析（Transient Analysis）



瞬态分析即时域分析，可在给定激励信号的情况下，分析电路输出的时间响应，也可在没有激励信号，而有储能元件的情况下，求振荡波形。作瞬态分析可使用5种信号源（皆可通过在属性设置框中设置DC、AC值而作直流、交流分析。具体方法稍后介绍），分别是脉冲信号、分段线性信号、正弦信号、调频信号和指数信号，扫描变量是时间。另外，需要指出的是，数字电路只可作瞬态分析，而不可作直流分析或交流分析。



- 瞬态信号源（均从SOUCE库中调用）的参数设置



a)脉冲信号（VPULSE、IPULSE）



双击VPULSE符号，屏幕弹出VPULSE属性设置框，如图9所示。








按图9设置参数的VPULSE波形如图10所示。








b)分段线性信号（VPWL、IPWL）



双击VPWL符号，屏幕弹出VPWL属性设置框，如图11所示。








通过给出转折点的坐标值实现对VPWL的波形描述，相邻两对坐标值之间用线段连接。



按图11设置参数的VPWL波形如图12所示








c)正弦信号（VSIN、ISIN）



双击VSIN符号，屏幕弹出VSIN属性设置框，如图13所示。





其中DF为阻尼系数



按图13设置参数的VSIN波形如图14所示。








- 瞬态分析的应用



现在通过举例，来说明瞬态分析的应用方法。



例：（1）绘图



应用OrCAD/Capture软件绘制的电路图如图21所示。








两点说明：



a)分段线性源V1的属性设置如图22所示。








b)在V1的正极端加一探针符号，可在开启PSpice A/D视窗后自动呼叫该点电压仿真波形。



（2）确定分析类型及设置分析参数



a) Simulation Setting（分析类型及参数设置对话框）的进入



•执行菜单命令PSpice/New Simulation Profile，或点击工具按钮 ，屏幕上弹出New Simulation（新的仿真项目设置对话框）。



•在Name文本框中键入该仿真项目的名字，点击Create按钮，即可进入Simulation Settings（分析类型及参数设置对话框），如图23所示。





b）Simulation Settings中的各项设置（参见图1-23）：



•Analysis type中选择“Time Domain（Transient）”；



•Option中选择“General Settings”；



•在Run to栏中键入“6ms”，Start saving data中键入“0”。



设置完毕，点击确定按钮。



（3）电路的模拟仿真



a）执行Capture窗口中的菜单命令PSpice/Run，或点击工具按钮 ，即可在启动的PSpice A/D视窗中自动显示探针符号放置处的电压波形（图1-24中显示的V（R1：1）波形即电源V1波形）。



b）执行Probe窗口中的菜单命令Plot/Add Plot to Window，可自动添加一个新的窗口。



c）执行Probe窗口中的菜单命令Trace/Add Trace，或点击工具按钮 ，在 Add Trace对话框中点击V（L1：1），按OK按钮，在新增窗口显示随时间变化的R1、L1接点处电压波形（参见图24）。








一般情况下，直流扫描分析使用直流电源，交流扫描分析使用交流电源，而瞬态分析使用的是瞬态信号源。但需要指出的是，交流源的属性设置框中包含DC参数项，经过设置，交流源也可应用于直流扫描分析电路中。方法是：



•双击交流源（例VAC）。



•将参数“DC”设置某一数值（例设为10）。



按此步骤设置之后，对该电路进行直流扫描分析时，交流源的直流分量即相当于电压值为10V的直流源。



同样的，瞬态信号源包含DC、AC参数项，亦可用于直流或交流分析。设置方法与上类似。






4. 直流工作点分析（Bias Point Detail）



直流工作点分析即将电路中的电容视为开路、电感视为短路，并对电路中各个信号源取其直流电平值，然后计算电路的各直流偏置量（例如节点电压、支路电流及元器件功耗等）。仿真结束后，PSice将结果自动存入扩展名为.out的输出文件中。需要指出的是，即使用户未选择进行直流工作点分析，运行PSice程序时，首先也要进行直流工作点分析。



例：1．绘图








（1）按windows开始按钮，点击程序＼OrCAD Family Release 9.2 Lite Edition\Capture Lite Edition，进入Capture电路图编辑界面。



（2）在SOURCE库中调用直流电压源VDC，在ANALOG库中调用电阻R及受控源G1。



（3）放置接地符号。



（4）连接线路。



（5）设置图中元器件参数值。



其中受控源G1的设置方法如下：



•双击G1，屏幕弹出受控源的属性编辑框，如图27所示。



•在“GAIN”栏键入0.1666。








2．确定分析类型及设置分析参数



（1）执行菜单命令PSpice/New Simulation Profile，或点击工具按钮 ，在New Simulation对话框中键入项目名称，按Create按钮，进入Simulation Settings对话框，如图28所示。



（2）Simulation Settings中的各项设置：



•Analysis type选择“Bias Point”；



•Option选择“General Settings”；



•Output File Options选择“Include detailed bias point information for nonlinear controlled sources and semiconductors”。



设置完毕，点击确定按钮。








3．进行电路仿真



（1）执行菜单命令PSpice/Run，或点击工具按钮 ，调用PSpice A/D软件对该电路图进行仿真模拟。



（2）依次点击工具按钮 、 、 ，则电路图上相应位置依次显示节点电压、支路电流及各元器件上的功率损耗。如图29所示。








(历时9天终于输完了,自己先庆祝一下)