例三:二阶电路的仿真:观察RLC串联电路的方波响应,其中f=1KHz,R=5KΩ,L=10mH,C=0.022uF。改变电阻R值,观察电路在欠阻尼、过阻尼和临界阻尼时Uc波形的变化。

目的:进一步学习在PSpice仿真软件中绘制电路图,掌握激励符号的参数配置、分析类型的设置。深入理解Probe窗口的设置。

步骤:1. 绘制电路原理图(所要绘制图如17-1所示)

 


17-1 电路原理图

进入[Schematics]主窗口,绘出所示电路原理图。
   用鼠标单击绘制[Draw]中的取新元件( Get New Part)项,再单击对话框中元件库(Libraries)的浏览(Browse)。取出电阻R1、电感L1、电容C1、接地端EGND、PARAM符号以及信号源V1为脉冲型电压源VPULSE。把元件放在所需位置,在[Draw]对话框里选择(Wire),用鼠标画线将元件连接起来,这样电路图的初绘就完成了。
   然后进行元件参数设置。用鼠标双击相应元件或在编辑[EDIT]菜单中用鼠标单击性质(Attribute)对话框,对相应的参数进行修改(也可以用鼠标双击相应元件处的参数框进行修改)。其中脉冲型电压源VPULSE的参数为V1(起始电压)为0V,V2(峰值电压)为5V,TR(上升时间)为1uS,TF(下降时间)为1uS,PW(脉冲宽度)为500uS,PER(周期)为1mS。
   为了观察V1及C1的波形,可选择Markers=>Mark Voltage/Level取出电压输出标识,指向V1及C1。起名存盘。

2. 在本例中,要进行时域分析即瞬态分析(Transient)和参数扫描分析(Parametric)。
   参数扫描分析通常与其他分析类型(如直流分析、交流分析、瞬态分析等)配合使用,它可以使电路中的某一元件的值按一定方式变化,目的是为了分析电路参数变化时,输出特性曲线或特性参数如何发生变化。它的参数表与直流扫描分析的参数表基本类似,各参数含义也相同。不同之处在于,它用于电路中所有分析类型,而直流扫描分析仅用于直流分析。
   在[Schematics]主菜单下,用鼠标单击分析[Analysis]中的设置(Setup),选中Transient设置(在选项前的小框内打勾),将其时间间隔(Print Step)设为20ns及长度(Final Time)为1ms。Step Ceiling是软件内部计算时间间隔,不用管它。在Parametric中,扫描变量仍为全局变量var,可以选择线性扫描,线性扫描的起点设为1P,终点为5K,步长为500;或者取值扫描,取不同的电阻值,以观察无阻尼、欠阻尼、过阻尼和临界阻尼状态下的各种波形。

3. 启动分析后,在Probe窗口观测波形如图17-2,可以观测到电路在欠阻尼、过阻尼和临界阻尼时Uc波形的变化。

 


17-2 二阶电路的分析结果

注:由例三引出的对一阶电路的仿真,如图17-3。其绘制方法与分析设置同例三。分析结果为图17-4所示。

 

 

17-3 一阶电路原理图

 


17-4 一阶电路的分析结果

例四:模拟电子线路中的最为简单的二极管整流电路仿真。

目的:希望借此使大家了解PSpice在模拟电子电路仿真中的应用方法。

步骤:1. 绘制电路原理图(如下图17-5所示)

 


17-5 电路原理图

首先在Windows界面下的PSpice程序组中双击[Schematics],进入原理图编辑。

用鼠标单击Draw=> Get New Part, 取出电阻R,系统自动命名为R1;正弦电压源VSIN,系统自动命名为V1;取出二极管D1N914,系统自动命名为D1;取出地线EGND,系统自动设置为0点。

把元件放在所需位置,在[Draw]中选择(Wire),用鼠标画线将元件连接起来,这样电路图的初绘就完成了。

然后进行元件参数设置。用鼠标双击相应元件或在编辑[EDIT]菜单中用鼠标单击性质(Attribute)对话框,对相应的参数进行修改(也可以用鼠标双击相应元件处的参数框进行修改)。其中,正弦电压源(Vsin):起始电压(Voff)为0;幅值电压(Vamp1)为10;频率(Freq)10K;电阻R1:Value电阻值为100。

其中,电压、电阻、频率的单位缺省值分别为伏特、欧姆和赫兹。参数确定后,可用鼠标双击需要标注的节点连线,在LABEL 内输入数字(节点数)即可。至此,原理图编辑就结束了。

2. 仿真计算

首先进行仿真分析的设置。本例的仿真内容为瞬态分析,在[Schematics]主菜单下,用鼠标单击分析Analysis=>Setup,选中瞬态分析Transient设置(在选项前的小框内打勾),并将打印步长Print Setup设为20ns,最终时间Final Time设为1ms,计算步长设为2μs。

接着就可以点中[Analysis]中的Creat Netlist建立电路网络表,此时,会要求你存盘,并自动进行电路检查(Electrical Rule Check),如有错误将给出提示。

最后就可以点中[Analysis]中的仿真计算Simulate(或按快捷键F11)进行仿真。计算结束,可点中该界面的file下的Examine Output检查仿真结果。

3. 波形显示

计算结束后,进入Probe(可通过主菜单的选项[Options]设置自动进入,也可选Analysis=>Run Probe运行),选择Trace=>Add,在给出的菜单中选ID1(电流)、V1和V2(分别为节点1、2的电压),就可以看到它们的波形,分别如图17-6所示。这些波形可以拷贝在贴板上,供用户使用。

 


 图17-6 分析结果

例五:利用555集成电路产生仿真过程。

目的:进一步加深学习在PSpice仿真软件中绘制电路图,掌握参数配置、分析类型的设置。学会应用其分析问题,得出结果。

步骤:

1. 在PSpice程序组中双击[Schematics],用鼠标单击绘制[Draw]中的取新元件( Get New Part)项,再单击对话框中元件库(Libraries)的浏览(Browse)。取出555集成电路一只、电阻3只、电容2只、接地端1个、直流电源1个。

2. 按照555的使用电路连接好电路图,如图17-7所示。将元件的参数值

1.     设置好,实例中具体的参数见电路图中的各数值。

17-7 电路原理图

4. 在菜单中单击[Analysis]选项,首先选“Electronic Rule Cheak”,它会提示你应先存盘,存完盘后就“Creat Netlist”,接下来就是“Setup”选项中选择要仿真的类型,如:暂态、稳态等,选择其中的参数:扫描间隔、扫描时间等等。最后可以按下仿真图标,就可以在形成一个示波器的图形界面,选择所要观测的节点可以看其电流电压的波形,而且还可以利用函数来求节点间或元件间的电压、电流波形。

   在实例的原理图中将输出端设置为节点1,图17-8便是输出端的电压波形与电容上的电压波形的叠加。从图中我们可以清楚的看到方波和放电波形以

及它们的幅度、周期、占空比等一系列参数。

 

 


17-8 输出显示

如果想改变方波的周期,只需改变原理图充电电容的大小即可以实现。而方波的占空比的改变可以调节R1和R2的阻值来实现。图17-9便是改变了R1和R2阻值的输出端波形,从中可以看出其占空比的变化,因为=RC的改变,所以其周期也改变了。图17-10则是改变了充电电容后输出端的波形,从中可以看出方波周期的变化。

 


17-9 调节阻值后的输出显示

 


17-10 调节电容后的输出显示

例六:对欧姆定律的仿真。

目的:加深学习使用电路绘制程序绘制所需的电路图;学习直流扫描分析(DC Sweep)的设置;学习调用电路仿真程序PSpice执行仿真并显示输出波形,再将仿真结果与欧姆定律相验证。

步骤:1. 调用[Schematics],绘制好电路原理图17-11。按图中所示设置好元器件参数。

17-11 电路原理图

2. 设置分析类型为直流工作点分析,进入DC Sweep设置窗口后,选Global Parameter(全局参数)和Linear(线性扫描),在Name文本框后第一格内写入全局参数名var,将Start Value(扫描初长)设为10,End Value(扫描终值)设为100,Increment(扫描步长)设为10。单击[OK]结束操作。

3. 启动分析后,进入Probe窗口。选择Trace=>Add...在同一坐标轴上分别加I(Rl)和 I(Vl)变量。如图17-12所示。由此图的分析结果我们便可与欧姆定律相验证。

 


17-12 分析结果

例七:设下图所示电路的各电阻均为1Ω,实用计算机求解各节点电压。

目的:通过此例熟悉Pspice确省的分析类型即直流工作点分析(Bias Point Detail)。

步骤:1. 调用[Schematics],绘制好电路原理图17-13。设置好元器件参数,其中所有的电阻值都为1Ω;通用电流信号源(ISRC)的直流电流值(DC)分别为:I1为2A,I2为3A,I3为2A,I4为3A。起名存盘。

 


17-13 电路原理图

2. 设置分析类型并进行仿真计算。由于在对电路进行任何分析之前,必须首先计算电路的直流工作点,因此,直流工作点分析是PSpice中确省分析类型,而且不需要设置分析参数。通过直流工作点分析,可以求出模拟电路中所有节点的直流电压值,所有电压源支路的电流和功率损耗,所有非线性器件的线性化模型,以及数字接点的逻辑电平。所有这些信息都保存在相应的输出文件(*.out)中,可选Analysis=>Examine Output查看。如图17-14所示电压值。分析后的电路图如图17-15。

 


17-14 输出文件

 


17-15 分析后的电路图

从上述的例子可见,PSpice是一个模拟的“实验台”。在它上面,你可以做各种电路实验和测试,以便修改与优化设计。它为我们分析与设计电路提供了强大的计算机仿真工具,利用它对电路、信号与系统进行辅助分析和设计,对电子工程、信息工程和自动控制等领域工作的人员具有很高的实用价值。