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附录B 电路仿真分析 计算机及相关技术的发展极大地促进了电路分析与设计
技术的进步,相应的EDA(Electronic Design Automation) 产品层出不穷,熟练地应用这些产品,已成为提高电路 分析和设计技能的重要手段。 OrCAD(公司名)软件是其中的一种EDA产品 OrCAD软件覆盖了电子设计中的四项核心任务: (1)电路原理图设计 (2)电路仿真及优化设计 (3)印制电路板设计 (4)可编程逻辑设计
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1. OrCAD软件系统的基本组成 电路图编辑软件 Capture 电路仿真/优化设计软件 PSpice/Optimizer
原理图编辑 仿真参数设置 产生网络表 ……. 电路图编辑软件 Capture 软件模拟验证优化设计 电路仿真/优化设计软件 PSpice/Optimizer 将原理图 转化为 印制电路板图 对逻辑电路进行模拟 进行CPLD/FPGA设计 Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis 印制电路板设计软件 Layout Plus 可编程逻辑设计软件 Express
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2 OrCAD/Capture电路图的绘制 (1)启动OrCAD/Capture
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2 OrCAD/Capture电路图的绘制 OrCAD/Capture程序窗口
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2 OrCAD/Capture电路图的绘制 (2)新建设计项目
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2 OrCAD/Capture电路图的绘制 新建项目(New Project)对话框 项目名称 项目类型 项目路径 默认扩展名 .opj
单击OK打开设计项目管理器 项目名称 项目类型 项目路径
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2 OrCAD/Capture电路图的绘制 设计项目管理器(Project Manager) 窗口 设计资源 双击PAGE 进入原理图编辑器
右击Library 载入元件库 输出文件 Pspice仿真资源
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2 OrCAD/Capture电路图的绘制 工作区 双击PAGE → 原理图编辑窗口 标题栏 菜单栏 基本工具栏 PSpice工具栏
绘图工具栏 工作区 状态栏
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2 OrCAD/Capture电路图的绘制 右击Library → 载入元件库对话框 包含模拟电路的无源元件 包含参数可变的元件
包含半导体器件、集成电路等 包含各种独立电源 包含测量器件
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2 OrCAD/Capture电路图的绘制 4.放置电路元件 或者单击按钮
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2 OrCAD/Capture电路图的绘制 放置元件(Place Part)对话框 元件名 元件 列表 元件库列表
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2 OrCAD/Capture电路图的绘制 5. 设置元件属性参数Property 双击图中的元件,可以设置元件属性参数,
PCB Footprint(封装形式) Value (电气参数值) Reference (元件编号)
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2 OrCAD/Capture电路图的绘制 6. 连接线路: 7. 放置接地符号(设置参考点) 选择菜单Place/Wire
6. 连接线路: 选择菜单Place/Wire 7. 放置接地符号(设置参考点) 选择菜单Place/Ground
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3 OrCAD/PSpice软件简介 SPICE 即重点用于集成电路的模拟程序 PSpice PC机上运行的SPICE
(Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) 即重点用于集成电路的模拟程序 PSpice PC机上运行的SPICE OrCAD/PSpice软件主要功能 模拟电路仿真 数字电路仿真 模拟数字混合电路仿真(PSpice A/D)
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3 OrCAD/PSpice软件简介 OrCAD/PSpice软件中最基本的4种仿真类型 (1)直流分析:分析直流工作点(即直流响应)
(2)直流扫描分析:改变电路中某个参数(自变量)的 取值,并对其每个取值分析所产生的的直流响应 (3)交流小信号频率特性分析:先计算电路的直流工作 点,然后使交流电源的频率在一定范围内变化,并用交 流小信号等效电路分析电路的交流信号响应。 (4)瞬态分析:在给定激励作用下分析电路的暂态响应
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3 OrCAD/PSpice电路仿真的基本流程
对设计任务采用 项目管理方式 新建设计项目(Project) 人机交互方式编辑电路图,是仿真分析的输入 绘制电路图(OrCAD/Capture) 仿真分析类型及参数设置(Profile) 4种基本分析类型之一,附加相应的其它类型 执行仿真(PSpice A/D) 在Probe窗口中显示响应波形,在有关文件中存放响应数据 仿真结果分析(PSpice Probe)
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3 OrCAD/PSpice电路仿真的基本流程
一般地,在仿真过程中,如果电路设计方案不合适、电路图 生成中出错,或分析参数设置不当,都会导致仿真不能正常 进行,此时可能需要修改电路设计,或者纠正电路图的绘制 错误,或者重新设置仿真分析的参数。 另外,对于完整的电子设计自动化(EDA)过程,还可以在 仿真分析之后,调用PSpice A/D中的优化模块(Optimizer) 对电路进一步进行优化设计;还可以调用OrCAD/Capture 输出全套电路图纸及各种统计报表;还可以将电路设计图传 送给OrCAD/Layout,继续进行印制电路板的设计,等等。
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4 设置仿真分析类型及参数 选择菜单PSpice/New Simulation Profile,
单击按钮Creat 输入仿真文件名 新的仿真文件
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4 设置仿真分析类型及参数 “Simulation Settings”对话框, 缺省选项:通用设置 直流工作点分析
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5. 观察仿真结果 仿真结束后,观察仿真结果的方法 (1)单击快捷工具按钮 和 ,直流工作点分析结果:
(1)单击快捷工具按钮 和 ,直流工作点分析结果: 节点电压和器件电流直接显示在电路图中。
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5. 观察仿真结果 直流工作点仿真结果
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5. 观察仿真结果 (2)单击快捷工具按钮,在原理图中放置电压、电流探 头 、 和 ,可以显示暂态分析中的响应波形。
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5. 观察仿真结果 (3)在输出文件中查看数值结果 选择菜单PSpice/View Output File
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仿真实验2:直流电路的仿真分析 要求: 1、设计一个直流电路: 结构要求:3个节点,4个支路
元件要求:含有1个电压源、1个电流源、1个CCCS (或者CCVS),若干电阻 2、仿真分析各节点电压和元件端子的电流。 3、理论计算仿真结果,并与仿真结果比较。 4、按照实验指导书的要求整理实验报告。
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仿真实验7:频率特性与谐振现象的分析 实验要求: 1、自拟一个高通滤波器电路,要求其低频截止频率为1kHz。
并分析在不同参数下(不同R或C值)输出电压的频率特性。 2. 自拟一个R、L、C并联谐振电路,要求谐振频率为100kHz。 并分析不同R值时,电路中各元件电流的频率特性曲线。 实验报告要求: (1)总结分析电路频率特性时交流扫描分析的设置方法。 (2)打印电路图及输出的频率特性曲线。 (3)得出实验结论,并用电路理论知识加以解释。
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