PSpice 快速入门

前 言 电子电路的计算机辅助分析与设计技术（Computer Aided Analysis and Design, CAD）是电子电路设计人员必须掌握的设计工具，电子电路和大规模集成电路的设计与制造都要通过CAD 工具来实现。 电子电路CAD 技术是将设计的电路通过原理图输入或文本输入方式，输入到CAD 编辑工具，通过计算机完成电路仿真、布线、调试修改等工作，实现优化设计。 CAD 技术采用了复杂精确的元件模型和电路模型，多种分析指令和模拟仿真测试方法，可以方便地修改元件参数来调节电路的性能，并给出多种电路仿真输出结果。通过仿真电路输出的模拟波形，可以精确地检查电路的性能指标是否符合设计要求，提高了设计效率和设计质量。 CAD 技术已成为电路设计工程师不可缺少的工具。 国内常用的电子电路CAD 工具软件有Pspice、升级版OrCAD 16.0、Multisim 11.0 和Protel 6.0 等，这些软件仿真电路的核心部分都是Spice 程序。 Spice 是由美国加州大学伯克利分校1972 年开发的。1975 年，伯克利分校又推出升级版Spice 2，然后发展到Spice 3A、Spice 3G 等。由于Spice 源程序是开放的，使得程序能够迅速地发展、改进。电路分析功能不断扩充，算法不断完善，元器件和模型不断增加与更新，分析精度和运行时间的有效改善，使其成为工业和科研上电路模拟的多功能实验工具。Spice 已经在1988 年被美国定为国家工业标准工具。

PSpice 程序能够实现一个电路实验室的全部功能，对复杂的电路系统进行模拟电路分析、数字电路分析和数模混合电路分析。 PSpice 程序含有高精度元器件模型，有庞大的元件库。元件库中有无源器件模型，如电阻、电容、电感、传输线等；有半导体器件模型，如二极管、双极型晶体管、结型场效应管（JFET）、MOS 场效应管（MOSFET）； 有各种电源，如独立电压源和独立电流源，受控电压源和受控电流源。 PSpice 程序还有数字/模拟（A/D，D/A）转换接口电路、数字电路器件库。 PSpice 程序可以建立多种宏模型电路，可以实现多种数学运算、逻辑运算及表格数据等黑匣子电路功能。 PSPICE分为商业版和学生版（PSpice Student），学生版本可以免费下载。限制64个节点。 PSpiceA/D由六大功能模块组成： 电路图绘制程序Schematic Editor； 电路仿真程序PSpice Simulator； 元器件建模程序Model Editor； 信号源编辑器Stimulus Editor； 输出波形后处理程序Probe； 电路设计优化程序PSpice Optimizer。

1．电路输入文件 PSpice程序待仿真电路有两种输入方式，文本输入和图形输入。文本输入方式是用PSpice编程语言编程，保存为扩展名cir (*.cir)的文本文件。图形输入方式是在绘图编辑器（Schematic Editor）中直接绘制电路图，计算机直接保存为扩展名sch图形文件。 绘图：打开Schematics窗口，从菜单Draw中选取Get New Part命令，即打开元器件的符号库(*.slb)，选取元器件符号图，放(place)在绘图版面，连线，完成电路原理图绘制。

正确绘图需要注意的事项 ①元件管脚不能重叠。 ②输出端不能悬空。任意节点对地要有直流通路。 ③元件旋转CTRL+R 镜像CTRL+F，在Edit菜单中，可以选取对元件旋转和编辑的命令。 ④文件名、路径必须英文，输入文件（*.cir）和（*.sch）必须保存于英文路径和英文名称。

2．元件描述和参数设置 元件描述由三部分构成：符号名称、线性参数值和模型参数。元件参数和电路标号在元件属性中（Attributes）描述，非线性元件参数由元件模型语句（Model）来描述，元件属性中只给出它的模型名称。 ①元件关键字不能改写。线性元件R L C，非线性元件Q D J 等。元件名称可以由8个英文字母或数字构成，第一个字母是关键字，由PSpice程序定义，字母大小写没有区别。例如Rb1、Ce、Q1、D2、Vin。 UA741 VSIN VPULSE GND-EARTH OFFPAGE ②元件参数采用实际工程单位制，电压用V、电流用A、时间用S、电阻用Ω、频率用Hz等，元件参数的单位通常可以忽略。 V A S F H不用写， 数值要写成 10-6=u 10-3=m 103=k 106=meg，或者用字母E代表10，103 =1E+3、10-3=1E-3，PSpice不区分大小写。 元件属性的VALUE项可以定义元件参数值，元件属性的IC项设置电容的初始电压、电感的初始电流。

③修改参数 R L C 双击数值直接改写， 模型参数；非线性元器件（包括电阻、电容、电感）都有电路模型，由.model语句给出或者是用子电路(.subckt）来描述。Q D J 选中，当前色红色。 选EDIT--MODEL--EDIT INSTANCE MODEL（TEXT）修改BF=β 电路仿真的精度主要由元器件的模型参数来决定。PSpice选用了较精确的模型。模型参数很多，并且给出了参数的缺省值，仿真时可直接从模型库（扩展名lib）调用元器件模型，并可以通过Edit菜单的Model命令调出模型参数，加以修改。

3．电源描述 PSpice的信号源分为两类：独立源和受控源。 独立源有五种主要电源模型：指数源、脉冲源、调幅正弦信号源、分段线性源、单频调频源。 受控源有四种类型，可以由多项式和多种数学表达式及表格组成。 电源关键字V表示电压源，I表示电流源。 电源的参数可以在其属性窗中赋值（双击电源图形符号，即可打开其属性窗）。

附表1 几种主要的独立源描述 类型名 电源类型 参数设置 应用场合 举 例 DC 直流源 DC直流信号值 直流分析 (DC Sweep) 举 例 DC 直流源 DC直流信号值 直流分析 (DC Sweep) DC=5V AC 交流源 AC 交流幅值 交流分析 (AC Sweep) AC=10mV SIN 调幅正弦信号源 Voff直流偏置 Vampl幅度（单峰值） Freq频率 TD延迟时间 DF阻尼因子 Phase相移 瞬态分析 (tran) SIN(0 10m 1k 0 0 0 )

Voff直流偏置 Vampl幅度（单峰值） Freq频率 TD延迟时间 DF阻尼因子 Phase相移

类型名 电源类型 参数设置 应用场合 举 例 PULSE 脉冲源 V1初始值 V2峰值 TD延迟时间 TR上升时间 TF下降时间 PW脉宽 PER周期 瞬态分析 方波PULSE(0 5 10U 0 0 10U 20U) PWL 分段线性源 T1 V1 T2 V2 ……T10 V10 时间和电压（电流）值坐标点对 PWL(0 0 1us 4V…) SRC 简单源 DC直流 AC交流幅值 TRAN瞬态值 可以当作DC、AC或瞬态源 DC 5V AC 10mV TRAN 5V

V1初始值 V2峰值 TD延迟时间 TR上升时间 TF下降时间 PW脉宽 PER周期

方波

T1<t2 t2<t3

4．电路分析设置 PSpice有多种分析功能，电路分析需要在菜单Analysis的Setup选项中进行参数设置，选中的分析选项打对号(Enabled）。 分析项的参数设置不正确，分析不能正常进行，PSpice程序将给出错误(error)信息。 错误信息可从输出文件(*.out)读取。 分析设置完成，运行Simulate命令，程序对电路进行分析。

附表2 分析项参数设置 分析项 参数说明 设置说明 AC Sweep 交流分析 AC Sweep Type 交流扫描类型 Linear 线性扫描，频率线性增长 Octave倍频程扫描，频率以8倍率增长 Decade十倍频程扫描，频率以10倍率增长 Total Pts. 每一频程内的打印点数 Start Freq 扫描起始频率 End Freq扫描截止频率 倍频程扫描的频率为对数轴，起始频率不能为0。

DC Sweep直流分析 Swept Var. Type扫描变量类型： Voltage Source电压源 Temperature温度 Current Source电流源 Model Parameter模型参数 Global Parameter通用参数 Sweep Type扫描类型： Linear线性扫描 Octave倍频程扫描 Decade十倍频程扫描 Value list扫描变量值列表 Start Value 扫描变量起始值 End Value扫描变量结束值 Increment扫描变量线性增长值 Pts./Decade扫描变量每频程内的打印点数

参数分析 参数分析是直流分析之一。在元件库里选取原件PARAM，设置参数名称和数值。例如： NAME1=VAMPL VALUE1=0

在输入信号源里将正弦波的峰值设置为 VAMPL={VAMPL} 大括号表示为通用参数（Global Parameter) 设置参数分析

直流分析的输出波形横轴为选中的扫描变量，扫描变量名必须与电路已有的相符。 如Voltage Source 分析Name V1，V1必须存在 如Model 参数分析Type NPN，Name Q2N2222 Param.Name BF（Q2N2222三极管必须存在 ） V1 BF

Bias Point Detail 静态工作点 分析 程序自动设置 输出结果在输出文件*.out中给出 Transfer Function 小信号传递函数分析 Output Variable输出变量 Input Source输入电源名 输出变量是输出节点标号或输出节点名称，必须与电路输出文件定义一致。 Transient 瞬态分析 Print Step打印间隔 Final Time 分析结束时间 No-Print Delay 初始延迟打印时间 Step Ceiling 开始保存分析数据的时间 Detailed Bias Pt. 给出详细输出偏置点的信息 打印间隔 可设0-20ns， 分析时长可设输入信号的N个周期。 该项可忽略

5．输出波形处理 PSpice的分析结果存放在两个文件中。 与波形有关的计算结果存放在*.dat文件中，由Probe程序调用显示输出波形。 与数字有关的计算结果存放在*.out文件中。 Probe程序运行，打开波形显示窗口。对几个主要命令说明如下： 在Trace 菜单中： 命令项Add Traces选择输出电压（电流）波形曲线； 命令项Fourier是输出波形的快速付里叶变换； Cursor项调用指针，显示输出坐标值； Goal Functions项输出数据的分析特征函数； Eval Goal Function项计算全局函数值。

执行Add Traces命令，调出输出变量选择窗口（Simulation Output Variables）和输出变量数学运算和函数窗口（Functions or Macros）； 在确定了运算函数和输出变量后，得出输出波形表达式（Trace Expression）。 例如DB(V(RL:1))，表示对输出节点电压V(RL:1)求DB运算； ABS((V(Q1:c)-V(Q1:e))*IC(Q1))，表示对BJT的Q1发射结电压和集电极电流乘积取绝对值。

附表3 PROBE输出变量运算和函数 ABS(X) |X|求绝对值 QRT(x) X1/2 B(Kxy) 互感Kxy的磁通量密度 功能符号 意义 ABS(X) |X|求绝对值 QRT(x) X1/2 B(Kxy) 互感Kxy的磁通量密度 SIN(x) Sin(x)正弦函数 H(Kxy) 互感Kxy的磁化强度 COS(x) Cos(x)余弦函数 EXP(x) ex指数 ARCTAN(x) 余切函数 DB(x) 20log(|x|) (以10为底) d(y) Y对X求微分 LOG(x) Ln(x)(以e为底的对数) S(y) Y对X求积分 LOG10(x) log(x)(以10为底的对数) AVG(x) X的平均值 PWR(x,y) |x|y RMS(x) X的RMS均值

在Plot菜单中命令Axis Settings设置坐标轴； Add Y Axis添加纵向坐标轴； Add Plot to Window增加一个图形窗口； Label给输出波形加标签。 执行Axis Settings命令，弹出设置坐标轴的对话框。可以设置输出数据范围，选择横坐标是线性或对数坐标轴。 可以重新设置横坐标变量，点击Axis Variable按键，打开X Axis Variable窗口，可更换X轴变量。

6．输出文件 输出文件(*.out)是文本文件，它仅给出分析结果的部分数据和错误信息(error warning)，输出文件的几个主要组成部分： （1）电路输入文件(*.cir)，包含*.net 文件、*.als 文件和分析指令，.END语句结束。*.net 网表文件给出元器件的节点标号，*.als 别名文件给出元器件的正节点（1号节点）、负节点（2号节点）的节点标号。 （2）模型参数，所有元件模型参数全部列出。 （3）交流小信号分析的输出变量(SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION)，交流小信号分析输出变量是.AC分析的解，给出电路全部节点(NODE)的电压值(VOLTAGE)、电压源电流值(VOLTAGE SOURCE CURRENTS)和交流小信号总功耗(TOTAL POWER DISSIPATION)。

（4）静态工作点分析(Bias Point Detail)给出工作点信息(OPERATING POINT INFORMATION)。 （5）小信号传输特性(SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS)，是直流小信号传输特性分析(Transfer Function)的解。给出电压增益V(out)/Vin，输入电阻INPUT RESISTANCE，输出电阻OUTPUT RESISTANCE。 （6）直流小信号灵敏度分析DC SENSITIVITY ANALYSIS给出各元器件和模型参数在输出节点的直流灵敏度。元件名称、元件值、元件灵敏度ELEMENT SENSITIVITY (VOLTS/UNIT)和元件百分比灵敏度NORMALIZED SENSITIVITY (VOLTS/PERCENT)。元件灵敏度是某元件对输出节点的灵敏度，元件值增长一个单位值，输出节点电压的相应增长量。

（7）瞬态分析初始解(INITIAL TRANSIENT SOLUTION)，瞬态分析初始解只给出瞬态分析开始时的电路节点(NODE)电压(VOLTAGE)、电压源电流(VOLTAGE SOURCE CURRENTS)和瞬态分析总功耗(TOTAL POWER DISSIPATION)。与交流小信号偏置解(SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION)的区别在于，瞬态分析计算电容、电感的初始值(如IC=5V)。

7．错误信息 有3种常见错误： 1、绘制电路原理图不符合电路规则，程序直接弹出对话框，指出错误的坐标点。 2、电源参数设置、分析参数设置不正确时或电路分析不收敛时，PSpice程序给出出错信息（error）。错误信息在输出文件的头部（输入文件部分），错误信息语句上面一条语句有错。 3、其他错误信息在输出文件的最后面。 常见的错误信息说明如下： *ERROR*: NO DC PATH TO GROUND FROM NODE number， 每个节点对地要有直流通路，特别要检查电容回路。 *ERROR*: VOLTAGE SOURCE AND/OR INDUCTOR LOOP INVOLVING L_L3，电压源被短路，特别要检查电感回路。 *ERROR*：VALUE IS ZERO，这个信息产生是由于电路里有零值电阻，PSpice程序解电路节点方程，不允许出现零值电阻，零值电阻导致电导无穷大，运算不收敛。建议电阻值大于1mΩ。 *ERROR*：NO CONVERGENCE IN DC ANALYSIS.LAST NODE VOLTAGES: list，直流（DC）分析不收敛，查看电路连接和器件设置的是否正确。

http://dce.jlu.edu.cn/eeec 实验教学、软件下载 练习题：3、4、6、7、9、10、11、13、 8 设计题： 要求：不许带U盘, 独立完成设计题， 报告： 练习题画出输出波形，将应用的分析指令进行说明； 设计题要有设计思路、电路原理图、输出波形、结果分析。 输出数据精确到小数点后三位。