PSpice 快速入门.

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1 PSpice 快速入门

2 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。

3 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。

4 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。

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6 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。

7 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。

8 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。

9 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）。

10 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 )

11 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

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13 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 U 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

14 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

15 方波

16 T1<t2 t2<t3

17 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。

18 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。

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20 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

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22 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

23 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

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25 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

26 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

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29 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。

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31 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。

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33 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

34 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。

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36 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)。

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38 （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。

39 （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)。

40 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。

41 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。