基于OrCAD/Pspice 9平臺(tái)的電子電路設(shè)計(jì)

時(shí)間：2007-06-11 23:03:00

關(guān)鍵字： ORCAD PSPICE 電子電路設(shè)計(jì) BSP

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[導(dǎo)讀]介紹了EDA技術(shù)軟件OrCAD/Pspice 9的功能及特點(diǎn)，并通過(guò)具體實(shí)例詳細(xì)講解了該軟件在電子電路設(shè)計(jì)與分析中的應(yīng)用，為電子電路設(shè)計(jì)提供了一種新的平臺(tái)。

摘　要：介紹了EDA技術(shù)軟件OrCAD/Pspice 9的功能及特點(diǎn)，并通過(guò)具體實(shí)例詳細(xì)講解了該軟件在電子電路設(shè)計(jì)與分析中的應(yīng)用，為電子電路設(shè)計(jì)提供了一種新的平臺(tái)。
關(guān)鍵詞：OrCAD/Pspice 9；EDA；電子電路；設(shè)計(jì)；計(jì)算機(jī)仿真

1　引言
　　OrCAD/Pspice 9軟件是美國(guó)知名度很高的EDA公司OrCAD公司和開發(fā)PSpice軟件的Microsim公司于1998年實(shí)現(xiàn)強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合后推出的Pspice的最新版本。他跟EWB等都是當(dāng)前國(guó)際上關(guān)于電子電路設(shè)計(jì)與仿真應(yīng)用非常廣泛的優(yōu)秀軟件，與其他電路仿真軟件(Protel99)相比，具有界面直觀、操作方便、分析功能更強(qiáng)、元器件參數(shù)庫(kù)及宏摸型庫(kù)也更加豐富等優(yōu)點(diǎn)。他改變了一般電路仿真軟件輸入電路必須采用文本方式的不便，設(shè)計(jì)者采用圖形輸入方式可以很直觀方便地在電路設(shè)計(jì)窗口繪制電路，并對(duì)電路進(jìn)行各種模擬分析，如不符合設(shè)計(jì)要求，可隨時(shí)調(diào)整電路結(jié)構(gòu)及元器件參數(shù)，重新進(jìn)行模擬分析，直到滿足設(shè)計(jì)要求。這種電子電路的分析、設(shè)計(jì)與仿真工作蘊(yùn)含與輕點(diǎn)鼠標(biāo)之間，大大提高了電子電路設(shè)計(jì)者的工作質(zhì)量和效率。

　　OrCAD是一個(gè)軟件包，而進(jìn)行電路摸擬分析的核心軟件是Pspice A/D，為使模擬工作做得更快更好、更具靈活性，OrCAD軟件包提供了5個(gè)配套軟件與之相配合：有電路圖生成軟件(Capture)、激勵(lì)信號(hào)編輯軟件(StmEd，Stimulus Editor)、模型參數(shù)提取軟件(ModelEd，ModelEditor)、波形顯示和分析模塊軟件(Probe)和優(yōu)化程序軟件(Optimizer)。使OrCAD/Pspice 9具有了電子工程設(shè)計(jì)的全部分析功能，不但能完成模擬數(shù)字電路分析，而且能完成數(shù)?；旌想娐贩治?。其主要分析功能有：

    (1)直流特性分析　
    包括靜態(tài)工作點(diǎn)(Bias PointDetail)、直流靈敏度(DCSensitivity)、直流傳輸特性(TF，Transfer Function)和直流特性掃描(DCSweep)分析?！　?BR>    (2)交流分析　包括頻率特性(ACSweep)和噪聲特性(Noise)分析。
　　(3)瞬態(tài)分析　包括瞬態(tài)響應(yīng)分析(TransientAnalysis)和傅里葉分析(FourierAnalysis)。
　　(4)參數(shù)掃描　包括溫度特性分析(TemperatureAnalysis)和參數(shù)掃描分析(Parametric Analysis)。
　　(5)統(tǒng)計(jì)分析　包括蒙托卡諾分析(MC，MonteCarlo)和最壞情況分析(WC，Worst Case)。
　　(6)邏輯模擬　包括邏輯模擬(DigitalSimulation)、數(shù)/?；旌夏M(Mixed A/DSimulation)和最壞情況時(shí)序分析(Worst-Case timing Analysis)?！　?BR>    下面以具體實(shí)例來(lái)說(shuō)明電子電路的設(shè)計(jì)與分析。

2　OrCAD/Pspice 9在電路設(shè)計(jì)分析中的應(yīng)用實(shí)例　　
    設(shè)計(jì)OTL功率放大器，其具體內(nèi)容和步驟如下。

2．1　建立電路原理圖
　　(1)創(chuàng)建原理圖文件　在Windows 98桌面上，執(zhí)行［開始/程序/OrCADDemo/Capture CISDemo］命令，進(jìn)入Capture操作環(huán)境。選取菜單命令［File/NewProject］，屏幕上將出現(xiàn)NewProject對(duì)話框。在這個(gè)對(duì)話框的Name欄中，將要分析的OTL基本放大電路起名為al．ddb，并選定設(shè)計(jì)項(xiàng)目類型為“Analog or Mixed SignalCircuit”。
　　(2)載入仿真元件庫(kù)　在NewProject對(duì)話框完成新建文件設(shè)置后，點(diǎn)擊OK，進(jìn)入元器件符號(hào)庫(kù)設(shè)置框；在這上將出現(xiàn)電路圖編輯窗口。
　　(3)調(diào)用仿真元件　在電路圖編輯窗口下，啟動(dòng)［Place/Part］命令，屏幕上出現(xiàn)元器件符號(hào)選擇框，可以分別選取電阻、電容、二極管、三極管和激勵(lì)圖形符號(hào)，放置于電路圖中適當(dāng)位置。再選取菜單命令［Place/Wire］，啟用連線模式完成連線；選取菜單命令［Place/NetAlias］，啟用節(jié)點(diǎn)設(shè)置模式完成節(jié)點(diǎn)的設(shè)置。
　　(4)對(duì)元器件屬性進(jìn)行編輯　雙擊各元件和激勵(lì)源圖標(biāo)，分別選取相應(yīng)的名稱和符號(hào)?；綩TL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器電路圖生成如圖1所示(電容C₃開路，電阻R₂短路)。設(shè)計(jì)三極管的β＝50。

2．2　參數(shù)設(shè)置
　　要得到最大的不失真輸出功率，必須保證電路具有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)。調(diào)整偏壓電阻R_p，使輸出級(jí)的中點(diǎn)(K點(diǎn))電壓等于電源電壓的1/2。即V_k＝V_om＝V_CC/2。
　　(1)輸入信號(hào)V_i選正弦電壓源，并將其振幅VAMP設(shè)置成0。
　　(2)將R_p設(shè)置成全局變量｛R_p｝，對(duì)電路同時(shí)進(jìn)行瞬態(tài)特性分析(Transient Analysis)和參數(shù)掃描分析(Parametric Analysis)。“掃描變量”選為R_p，變量的變化范圍：12～16 kΩ，步長(zhǎng)為0．4 kΩ。
　　(3)運(yùn)行Pspice，在Probe窗口中執(zhí)行電路性能分析命令，得到如圖2所示的分析結(jié)果，可見(jiàn)當(dāng)R_p＝14．7 kΩ時(shí)，V_k＝V_CC/2＝6 V。

2．3　模擬分析及分析結(jié)果
　　在理想情況下，電路的最大不失真輸出電壓幅度V_om＝V_CC/2，最大不失真輸出功率為P_om＝(V_om/V²)²/R_L＝V_CC2/8R_L＝0．36 W。

2．3．1　測(cè)量圖1電路的最大不失真輸出功率
　　(1)將輸入正弦信號(hào)V_i的振幅VAMLP設(shè)置成全局變量｛Vamp｝，同時(shí)進(jìn)行瞬態(tài)特性分析(Transient Analysis)和參數(shù)掃描分析(Parametric Analysis)。“掃描變量”選為Vamp，變量的變化范圍：0～100 mV，步長(zhǎng)為20 mV?！　?BR> (2)運(yùn)行Pspice，在Probe窗口中執(zhí)行電路性能分析命令，得到如圖3所示的分析結(jié)果，可見(jiàn)在V_o(振幅)?3．32 V時(shí)，進(jìn)入非線性區(qū)，即V_om?3．32 V，得P_om＝V_om²/2R_L＝0．11 W。

2．3．2　測(cè)量自舉電路的最大不失真輸出功率　　
將電路改接成自舉電路(將電容C₃和電阻R₂接入)如圖1所示，重復(fù)內(nèi)容2．3．1的步驟得到如圖4所示的分析結(jié)果，可見(jiàn)在V_o(振幅)?5．73 V時(shí)，進(jìn)入非線性區(qū)，即V_om?5．73 V，得P_om＝0．33 W。

　　可見(jiàn)在V₀(振幅)5.73V時(shí)，進(jìn)入非線性區(qū)，即V_om5.73V，得P_om=0.33V。通過(guò)以上仿真分析可見(jiàn)自舉電路更接近于理想功率放大器。因?yàn)樽耘e電路中多了電容C₃和電阻R₂，當(dāng)R₂C₃的乘積足夠大時(shí)，利用電容兩端的電壓不能突變的原理，當(dāng)K點(diǎn)電位向V_CC接近時(shí)，A點(diǎn)電位也會(huì)隨之升高，從而保證Q₂管有足夠的基極電流，使最大輸出電壓幅度V_om接近V_CC/2。

3　結(jié)語(yǔ)
　　從上述例子可見(jiàn)，該軟件對(duì)于驗(yàn)證電路原理，開發(fā)設(shè)計(jì)新電路提供了極為方便的平臺(tái)，同時(shí)具有很大的靈活性。也為電子技術(shù)課程的教學(xué)和實(shí)驗(yàn)帶來(lái)了新的活力。所以這種軟件一經(jīng)推出就立即倍受歡迎。

參考文獻(xiàn)

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［3］王輔春．OrCAD9．0簡(jiǎn)明教程［M］．北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2000．
［4］康華光．電子技術(shù)基礎(chǔ)(第四版)［M］．北京：高等教育出版社，2000．