PSpice仿真软件在模拟电子技术教学中的应用

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介绍了PSpice仿真软件的基本功能和特点。通过教学实例,论述了将PSpice仿真软件引入实验教学和实践的方法,结果表明在模拟电子技术实验教学中引入PSpice仿真软件可将理论和实践有机结合,有益于传统模拟电子技术实验教学方法的补充和改进。

随着计算机技术的发展,利用计算机的仿真技术对电路进行设计、分析和调试已成为趋势。一是其可替代采用简化电路模型估算电路特性进行验证的传统设计方式,同时可高效地进行电路参数确定和方案优选,并在设计初期对产品的性能进行可靠预测,从而提高设计质量、缩短设计周期、节省设计费用,因此成为了现代设计方法中重要的组成部分;二是利用仿真软件得出电路性能受电路中关键参数的影响,可更好地掌握电路的特性和指标,对实际电路调试工作具有指导意义。目前电子电路CAD(Computer Aided Design)及EDA(Electronic Design Auto mation)已成为电路分析和设计中不可或缺的工具。CAD/EDA仿真软件也将是电子类专业学生需要掌握的专业技能之一,所以必须将计算机仿真技术引入到模拟电子技术实验教学中,将传统的模拟电子技术实验教学与计算机进行的仿真实验相结合,提高课程的教学质量和实验效率。

目前流行的电子线路仿真设计软件有EWB、Protel、PSpice、Muhisim等,由于PSpice具有高超的电路仿真能力,因此在模拟电路仿真实验教学中得到最广泛应用。在电路系统仿真方面,PSpice则独具特色,是一个多功能的电路模拟试验平台;该软件由于收敛性好,适用于系统和电路级仿真,具有快速、准确的仿真能力。因此文中将PSpice仿真软件引入模拟电子技术实验教学中,为学生提供一个积极创新的仿真实验平台,将仿真实验平台与传统的实验方式有机结合。通过教学实践表明,基于PSpice软件平台的仿真实验是对传统实验教学模式的补充和改进。

1 PSpice仿真软件简介

PSpice (Personal Simulation Program with IC Emphasis)由Spice发展而来,是用于微机系列的通用电路分析程序,也是出现较早的电路设计自动化软件之一,可进行模拟电路分析、数字电路分析和模拟数字混合电路分析。目前,最新版本是Cadence公司的OrCAD/PSpice是众多计算机辅助设计的工具软件中精度较高的软件工具之一。

PSpice作为一种通用电路分析程序,能分析和模拟一般条件下的各种电路特性,主要包括:Schematics、PSpice、Probe、Stmed(Stimul us Editor)、Parts、PSpice Optimizer 6大模块,具有电路图绘制、模拟仿真及图形后处理功能,可用于各种电路实验和测试,以便修改与

优化设计。其不仅支持文本输入,还支持图形输入,同时拥有庞大的元器件库、参数模型库以及种类齐全的测试仪器仪表等。随着软件自身的发展,其自动化程度更高、功能更完善、运行速度更快且操作界面清晰简洁。通常PSpice软件的主要分析功能有:直流工作点分析、瞬态分析、傅里叶分析、交流小信号分析、参数扫描、零极点、传递函数、直流灵感度、交流灵感度和蒙特卡洛法等。

PSpice软件对电路进行模拟仿真的过程共分为8个阶段:新建设计项目、电路图生成、电路特性分析类型和分析参数设置、运行PSpice A/D程序、模拟结果的显示与分析、电路设计优化与修正以及设计结果输出等。

2 PSpice的应用

下面通过3个具体仿真实验,阐述PSpice软件在模拟电子技术实验教学中的应用情况。

(1)差分放大电路电压传输特性实验。在Schematics绘图编辑器中绘制的差分放大电路如图1所示,其中图1(a)中三极管Q1、Q2的发射极反馈电阻Re1=Re2=0,图1(b)中Q1、Q2的发射极反馈电阻Re1=Re2=200 Ω。差分放大电路电压传输特性是输出电压图1(a)中Vo1、Vo2或图1(b)中Vo3、Vo4和输入电压Vi1的关系曲线。根据要求分析采用直流扫描分析(DCSweep)。所谓直流扫描分析是指将电路中某一参数作为输入变量,以某一电压或电流为输出变量,对自变量在其变化范围内的每个取值,计算输出变量的变化情况。选择输入电压Vi1为自变量,令其取值从-500 mV线性增长至500 mV,步长5 mV。运行PSpice仿真软件,仿真结果可通过文本文件输出,也可由波形模块Probe窗口输出。该实验采用Probe窗口输出,能方便直观地得到图1(a)和图1(b)差分放大电路的电压传输特性曲线,如图2和图3所示。


对比分析图2和图3可知,图1(b)中差分电路引入负反馈后(Re1=Re2=200 Ω)增加了放大电路的线性工作区,但传输特性的斜率变小,使放大电路的增益减小。采用PSpice仿真软件可方便得出差分电路的电压传输特性曲线,若采用物理实验的方法,则需对输入电压Vi1取一系列值,列表分别测输出电压,再根据所测的数据绘制电压传输特性曲线。

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