电路课设报告

1、目录1.仿真软件PSpice概述11.1 PSpice 简介11.2 Pspice的仿真软件结构11.3 PSpice的基本操作22 RLC串联电路的谐振分析32.1创建电路图32.2理论分析42.3模拟过程及参数设置.82.4模拟结果和比较分析.93单管放大电路的分析153.1原理电路图153.2电路理论分析163.3电路仿真174课程设计的心得体会245参考文献25精品1仿真软件PSpice概述1.1 PSpice 简介用于模拟电路仿宜的 SPIC E （Simulation Program with Integrated Circuit E mphasis ） 软件于1972年由美国加州

2、大学伯克利分校的计算机辅助设计小组利用FORTR A N语 言开发而成，主要用于大规漠集成电路的计算机辅助设计oSPIC E的正式版SPICE 2G 在1975年正式推出，但是该程序的运行环境至少为小型机。1985年，加州大学伯克 利分校用C语言对SP1CE软件进行了改写，并由M1CROSIM公司推出。1988年SPICE 被定为美国国家工业标准。与此同时，各种以SPICE为核心的商用模拟电路仿真软 件，在SPICE的基砒上做了大量实用化工作，从而使SP1CE成为晟为流行的电子电 路仿宜软件。PSpice是一个电路通用分析程序，它主要是实现对电路进行模拟和仿真。在电子设计 肖动化发展的过程中，

3、PSpice起到了重要的作用。该程序通过对电路进行漠拟计算，达到 辅助电路设计的冃的。PSpice可以用两种方式输入：网单输入文件（即程序的输入）和电路图输入。由于电 路图输入更为方便快捷，冈此我们常常利用电路图编辑工具来编辑电路图以及设置和分析 各种过程参数。OrCAD/PSpicC9程序有庞大的元件库，可以模拟6类常用的电路元器件：基本无源元 件，如电阻，电容，电感，传输线等；常用的半导体器件，如二极管，双极晶体管，结型 场效应管，MOS管等；独立电压源和独立电流源；各种受控电压源，受控电流源和受控开 关；基本数宇电路单元，如门电路，传输门，触发器，可编程逻辑阵列等；常用单元电路, 如运算

4、放大器，555定时器等。OrCAD/PSpicC9中采用的是实用工程单位制，如电压用伏（V）,电流用安（A）,功率 用瓦（W）等。在运行中，PSpice会根据具体对象肖动确定其单位。用户在输入数据时， 代表单位的字母可以省去。例如给电压源赋值时，键入12和12V意思一样。PSpice中的数宇采用科学表示方式，即可以使用整数，小数和以1（）为底的指数。用指 数表示时，底数1（）用E来表示。1.2 Pspicc的仿真软件结构OrCAD/Pspice9是一个软件包,它共有六大功能漠块，分别是PspiceA/D, Capture, Probe, Stimulus Editor, Model Edito

5、r 和 Optimizer。各模块的功能简述如下：0)电路模拟分析的核心模块PspiccA/D。它实现电路的仿真与分析，可分析的电路 特性有6类15种：笫一类直流分析，包括静态工作点，直流灵敏度，宜流传输特性，直流 特性扫描分析。笫二类交流分析，包括频率特性，噪声特性分析。第三类瞬态分析，包括 瞬态响应分析，傅立叶分析。第四类参数扫描，包括温度特性分析，参数扫描分析。笫五 类统计分析，包括彖托卡诺分析，晟坏情况分析。第六类逻辑模拟，包括逻辑模拟，数/ 模混合模拟，晟坏情况时序分析。在使用的过程中，它接受网单文件的输入，并列方程进 行计算求解，晟后输出结果。仿真的结果一般由图形文件(*.DAT)

6、和数据文件(LOUT) 两部分组成。(2) 电路图编辑模块。其主要功能是以人机交互方式在屛幕上绘制电路图，设置电路 中元器件的参数，生成多种格式要求的电连接网表。在改程序中可直接运行Pspicc及其他 配套功能模块。(3) 激励信号编辑模块。其主要功能是以人机交互方式生成电路模拟中需要的各激励 信号源，包括瞬态分析中需要的脉冲，分段线性，调幅正弦，调频，指数等5种信号波， 形和逻辑模拟中需要的时钟，脉冲，总线等各种信号。(4) 模拟参数编辑模块。其主要功能是编辑来自厂家的器件的数据信息，生成Pspicc 模拟时所需要的模拟参数。闵为尽管PspiccA/P的模拟库中提供了 1万多种元器件和单元

7、集成电路的模拟参数，但在实际应用中仍有用户需采用耒包括在模拟参数库中的元器件， 这是Model Editor软件就显得至关重要。(5) 波形显示和分析模块。其主要功能是将PSpicc的分析结果用图形显示出来。(6) 电路设计优化模块。其主要功能是自动调整元器件的参数设计值，使电路的特性 得以改善，实现电路的优化设计。1.3 PSpice的基本操作1.3.1使用Capture模块编辑电路图(1) 新建仿宜设计项目(2) 放置元器件：用鼠标单击原理图绘制窗口，选择Placc/Part,或点击窗口右侧对应的绘图工具快捷縫，出现Place Part对话框。在Part窗口键入元器件名称，点击Part S

8、earch,查找相应的元件。(3) 连线与设置节点：电路图连线。Placc/WirC(shift+w),单击右键，单击End Wire结束连线。设置节点名。Place/Net Alias,在Alias中输入节点名,单击OK,将出现的小方框移到 节点名的位置，单击左縫即可，单击右縫，选中E nd Mode,结束节点名设置。(4) 编辑元件厲性：双击元器件，在Properly Editor对话框中设置参数。或者双击参 数，在Value栏下设置参数。单击C)K即可。1.3.2电路仿真电路仿真包括静态工作点分析(将电路中的电容开路，电感短路，针对电流的直流电 平值，计算电路的直流偏置电压)、瞬态分析(

9、求电路的时域响应)、傅里叶分析(在瞬态 分析完成后，计算输出波形的直流、基波和各次谐波分量)、直流分析(当电路中某一参 数在一定范围内更化时求电路的宜流偏置特性)、直流传输特性分析(计算电路的直流小信 号增益，输入电阻和输出电阻)、交流分析(、参数扫描分析和温度分析等。现在就以宜流分析为例讲述电路仿真的步骤：(1) 用Capture软件画好电路图。(2) 创建仿真简要表，设置分析功能:单击Pspicc/Ncw Simulation Profile命令创建一 个仿真分析简要表，设置分析类型和参数。(3) 运行 Pspicc:选择菜单命令 Pspicc/ Simulation Selected P

10、rofile。(4) 在Probe窗口中,执行Tracc/Add Traces,选择要显示的变量名。单击OK即可 看到电路电压传输特性曲线。2RLC串联电路的谐振分析2.1创建电路图R1C120mH图2.1 RLC串联谐振电路图2.2理论分析221基本原理图2.2所示为RLC串联电路，在可变频的正弦电压源Us激励下，由于感抗.容抗随 频率交动，所以电路中的电压、电流响应亦随频率交动。图2.2 RLC串联谐振示意图电路的输入阻抗z (jw)可表示为：Z(jw) = R + j wL- IwC J频率特性表示为:I Z(jvv) 1=cos(yvv)J 在输入电压Ui为定值时，电路中的电流的的表达

11、式为:可以看出，由于串联电路中同时存在着电感L和电容C,两者的频率特性不仅相反, (感抗与w成正比，而容抗与w成反比)，而且直接相减(电抗角差180 )。可以肯定， 一定存在一个角频率vO,是感抗和容抗相互完全抵消，即X (心0) = X(0) = w0L! = 0叫c由上式可知电路发生谐振的角频率5)和频率fl)为:1H，O = 7ZF可以看书，RLC串联电路的谐振频率只有一个，而且仅与电路中的L、C有关，与电 阻R无关。W0 (或)称为电路的网有频率。因此只有当输入信号Us的频率与电路的固 有频率ft)相同时，才能在电路中激起谐振。取电阻R上的电压U()作为响应，当输入电压Ui的幅值维持不

12、变时，在不同频率的信 号激励下，测出U0之值，然后以F为横坐标，以UO/O为纵坐标，会出光滑的曲线，此 即为幅频特性曲线，如图：在f = f()=处，即幅频特性曲线尖峰所在的频率点产生谐振，此时，XL=Xc,电路呈纯阻性，电路阻抗的的模为晟小。在输入电压。为定值时，电路中的电流达到晟到 晟大值，且与输入电压Ui同相位。从理论上讲，此时U匸Ur=U(),Ul二Uc二QUi,式中的Q称 为电路得品质闵数。2.2.2理论计算结果模为 Z(jw)=根据原理和公式，串联谐振电路的阻抗随频率更化为巾+阳-爲)，阻抗W此可得在W时A (jw) O,(p(jw)O,X作在容性区,Roc在 WwO 时伍(jw)

13、 O,(p(jw)O,X作在感性区，R0.707图26Ul、Uc的幅频特性曲线R二200Q 时，Q =200 0.05 x IO-620x10*=3.16R二400Q 时，Q =1 J 40x107 而 Yo.oixiofR=800Q 时，Q =140x10-38000.01xl06= 1.58= 0.792.3模拟过程及参数设置在PSpicc的Schomtics程序中画好电路图后，按照图设置好参数，分别将电阻的阻值 设置为200、40()、80()欧姆，分别进行仿克，观察棋拟结果波形。设置好参数后，单击Analysis 中的Setup进行仿宜设置。Simulation Settings 一

14、rc!6Opti onsBata CollectionProbe WindowGeneralAnalysisInclude Flies|Librri esSt imul-usAnalysis type:iseOpti on囂tSGenerSettings二Fflonte Carlo/Aorst C镒 Orar am-e trie Seep :Temp erature (Sweep) Sawe Bias Point Load. Bias PointNoise AnalysisExtabl. e di/vIIntervj0-utpu.t File OptionsZncluAe detailed b

15、i as point information for nonlinear corttroiled sources andi i rm、精 III1!确定取消I应用图2.7仿宜参数设置 V(R1:2) - V(R1:1)Frequency(a) 电阻为200欧姆rrequency(b)电阻为40()欧姆rrequency(c)电阻为80()欧姆图2.8电阻上电压的幅频曲线o 1(71)Frequency(a)电阻值为200欧姆精品 4 OrrAD I (VI)Frequency(b)电阻值为40()欧姆 i(VI)Frequency(c)电阻值为800欧姆图rrequency(a)电阻值为200

16、欧姆3.0V-Frequency(b)电阻值为400欧姆Frequency(c)电阻值为800欧姆图2.10电感上电压和电容上电压的幅频曲线Frequency(a)电阻值为200欧姆精品8. OKFrequency8. OK16KHZ0OHz VI(VI) / I(Cl)(b) 电阻值为40()欧姆4 KHz8 KHz12KHzFrequency(c) 电帆值为80()欧姆图2.11阻抗的幅频响应曲线lOOd-lOOdOd4 KHz3 KHz12KHz16KHzOHz P(VI(VI)/I(Cl)Frequency(a)电帆值为20()欧姆精品lOOdD P(V1 (VI)/I (Cl)Fre

17、quency精品(b)电阻值为40()欧姆100d-lOOdOdOHz4 KHz8 KHz12KHz16KHz P(V1 (VI)/I (Cl)Frequency(c)电阻值为80()欧姆图2.12阻抗的相频响应曲线这个电路图有三个模拟，要改变电阻的值来观察在不同的电阻情况下的电流、各电 压以及谐振点、Q值的变化，模拟的结果可以从Probe窗口中的波形图看出来。如图2.7-2.12 所示。电感上和电抗上的电压，趋势是电容上电压先从某一值增加达到晟大值再相交，电感 先相交后达到晟大值再减小。同时，我们可以从图观察到，随着电阻值的增大，电抗曲线 和电感曲线的交点所对应的电压值减小，即Uc(jxvo

18、)二UL(jwo)减小。这是由于：UL = vLI =wLU当 R=200Q 时,3.16x1.5QU2TY3.16x1.5当 R=400Q 时,当 R二 800Q 时,乞=-4 + 3162 1rX + 1.5821 11.58x1.51( 1、J- + 0.7921 1r丿0.79x1.52 Jh +3.16讣7, T)21.58x1.5777/72 +1.582(772-l)20.79x1.57；72 +0.792(；72-1)2当 w二wO 时，U = U = LU =_，当 R 增大时，Uc(jwo)二UL(jwo)减小。R wCR对于阻抗值和阻抗角变化趋势是一样的，只是阻抗值的晟小

19、值会随着电阻值的增加而 增加。在图中由于电阻值比较小，所以看不出来。阻抗角的交化更为平缓一些。在这三种情况中，谐振频率一直没变，因为由公式:可以看出，谐振频率只取决于电感和电容的大小，与电阻的大小无关。冈此只要电感 和电容没变，谐振频率就不会萸。而对于Qffi,有公式：/（肌）_匕（肌）由电感上电压和电容上电压的幅频曲线图可以得出Uc（jw（）=5（jwo）减小，所以Q值也 随着电阻值的增大而减小。3单管放大电路的分析3.1原理电路图本电路设计采用了三极管的射级偏置放大电路的连接方式。具体电路如下图:C130ufVDFF = 0 VWdPL= 5FREQ= IkhzRb215kRc3k4WvQ

20、1C2Tl-30ufQ2N2222Re2k5Diifs6V1o图3.1射级偏置放大电路注：该图是在OrCAD Capture环境中构造的电路原图。3.2电路理论分析3.2.1静态工作点分析如图所示，本设计电路是为了实现三极管的单管放大功能，则应该保证其中的三 极管能够正常放大。如下图所示，该图为其直流通路，工作电压选取三极管Q2N2222 的额定工作电压12V。然后，为了减小信号源的输出波动以及一些不可预知因素，在 本设计中作者加入了由凡|和&,2组成的基级分压式射级偏置电路来稳定该三极管的静 态工作点，避免三极管受到输入信号波动和温度变化的影响（具体见后的交流扫描的 温度分析），而使得三极管

21、工作在非线性区，从而产生意外的非线性失宜。Rc3kL?1 kRb82IWvesv1Q2N2222Rb2iQIC2TlSOufQ2N22221.104mA1C350uf0图36静态工作点（电流标记）ct430 ufWFF = 0 ”極 沁1PL = 5n泌严FREQ = 1kh2 IQIQ2N2222C2Tl-30ufiC3RgEHuEE50ufn18v工0图37静态工作点（功率标记）由于静态点理论分析时/b较小故近似认为流过的电流等于流过心的电流，闵 此仿真数据与理论分析之间存在误差。3.3.2时域分析（瞬态分析）在设置中，可以设置波形图中有3个周期，即3mso信号源采用的是1kHz,则 设置

22、如下图3.8瞬态分析设置波形图如下（电压、电流截取了前三个周期）:精 III1! 5 OmV VI (Vi)Time图39电压输入波形 VI (RL)Time图3.10电压输出波形-5.0uA - I(Cl)Time图311电流输入波形Time图3.12电流输出波形共射级放大电路是同时对电流电压放大，由上两图可知其电路放大借数为：Av=400mv/ 5mv=80动态理论分析时，由于静态工部位作点分析时存在近似，本身动态分析也存在误差, 故仿真放大俗数与理论分析放大倍数存在误差。3.3.3交流分析交流扫描分析电路图如图所示Cl30uf交流扫描分析的设置如下:Rbl$2kRcskC2卅30ufQ2

23、N2222Rb2 15kRe2k1C3sfluf图3.13交流扫描电路图6Vout&k图314通频带分析设置幅频与相频曲线输出波形图:Frequency图3.15幅频曲线 P(V1 (RL) /VI (VI)Frequency图3.16相频曲线可以看出，通频带中的相位交化不大。故在通频带中，相位稳定。4课程设计的心得体会通过为期一个星期的认真学习和实际操作，我终于完成了本次电路CAA课程设计。精品在本次电路课程设计的过程中，我学到了很多，充分理解了电路的基本原理。在实际 仿真过程中，也遇到了很多困难，但都在自己的自我学习和同学的帮助下得到很好的解决, 通过对电路的仿真我更清晰的看到了随着某种因

24、素的改变，电路参考量的变化，使理论知 识更加宜观生动的展现了出来，加深了我的理解。本次课程设计中，我首先学习怎样使用PSpicc软件。我通过从图书馆借来的书籍和网 上找到的资料，充分了解了 PSpicc的结构组成以及主要功能，并重点学习了其中仿真参 数设置中各个参数的含义以及使用Capture模块编辑电路图的具体步骤和一些细节问题。 然后通过电脑运行PSpicc软件进行一些简单的仿真，通过实际的操作PSpicu软件，我宜切 的体会到理论与实际的差距，虽然之前做了充分的准备，但到实际操作的时候还是遇到很 多的问题，通过查找资料和与同学讨论顺利了解决了操作问题。学会了使用PSpice软件进行仿宜，我开始完成本次电路课设中我的任务。首先根据电 路的理论知识设计好电路图，然后进行理论分析，使自己的