《电路仿真与PCB设计》课件第3章

3.1晶体管基本放大电路的仿真

3.2谐振电路的仿真

3.3含有运放的直流电路的仿真

3.4有源负载电路的仿真

第3章PSpice软件的实际应用

3.1.1设置静态工作点

1.用Schematics创建电路图

(1)打开电路图编辑器Schematics。运行Schematics，进入电路图编辑器界面。

下面我们将按图3-1所示进行电路图编辑。3.1晶体管基本放大电路的仿真图3-1电路编辑器最后编辑的电路图

(2)选择晶体三极管，更改模型属性。选取菜单【Draw】中的【GetNewPart】项，在弹出的元器件浏览对话框中的【PartName】输入晶体管的型号Q2N3904，单击【Place&Close】确定，将晶体管的名称设置为Ql。这里要修改该晶体管的放大倍数，将其改为50。下面来看看PSpice是如何更改元器件参数的属性的。

首先单击要更改参数的晶体管Ql(如被选中将呈现红色)，然后单击菜单【Edit】中的【Model】项，弹出模型编辑框“EditModel”，再单击上面的【EditInstanceModel(Text)】按钮，弹出模型编辑框“ModelEditor”如图3-2所示，将其中的“Bf”值改成50，然后单击【OK】按钮确认即可。图3-2模型编辑框

(3)选取电阻元件，并修改其参数属性。在菜单【Draw】中选择【Place】，填入“R”，然后在如图3-1所示电路图中合适的位置以同样的方法放置5个电阻。双击电阻的名称，将5个电阻的名称依次设为Rb1、Rb2、Rc、Re和RL，然后双击电阻阻值的大小并将它们的大小依次改为33 k、10 k、3.3 k、1.3 k和5.1 k。

(4)选取电容，修改其参数属性。在菜单项【Draw】中选择【GetNewPart】，然后在弹出的元件浏览对话框中填入“C”，将电容放置到如图3-1所示电路的合适位置。用同样的方法再取出3个电容。双击各个电容的名称，将它们依次命名为C1、C2，C3，双击它们的大小，将它们的大小依次设置为10μF、10μF和50μF。现在读者对如何放置一般的元器件并修改它们的参数特性已经掌握，后面就不再详细介绍了。

(5)选取其他的元器件。选取直流电压源(VDC)、正弦瞬态源(VSIN)、连接器(BUBBLE)、地(EGND)，并设置其参数属性，如图3-1所示。

(6)用导线按照图3-1所示连接电路图，保存绘制好的电路图。

2.对静态工作点的温度稳定性分析

电路图编辑好后读者就可以设置想要分析的类型了，这里先了解此电路的静态工作点。选择菜单项【Analysis】中的【Setup】项，弹出分析类型设置对话框如图3-3所示，确定静态工作点分析“BiasPointDetail”项被选中，然后单击【Close】按钮关闭该对话框。图3-3设置为静态工作点分析设置完后，单击菜单【Analysis】中的【Simulate】项，在PSpiceA/D计算完成后，就可以看电路的静态工作点了。单击菜单项【Analysis】中【DisplayResultsonSchematics】的【Enable】项，然后选择【DisplayResultonSchematics】中的【EnableVoltageDisplay】和【EnableCurrentDisplay】，此时在电路图编辑器的界面下可明显地看到电路的静态工作电压和静态工作电流，如图3-4所示。从图中我们可以明显看到Ib=33.15µA，Ic=1.400mA，Vce=7.380 - 1.863 = 5.517V，这就是该电路的直流工作点。图中所示的各个电压和电流值的有效位数是可以调节的，单击菜单【Analysis】中【DisplayResultonSchematics】中的【DisplayOption】项，弹出如图3-5所示的对话框，可以进行数据有效位数的显示设置。图3-4电路图编辑器给出的静态工作电流和电压图3-5数据有效位数设置对话框一般的放大电路随着温度的变化直流工作点会有漂移，这使静态工作点不稳定，输出波形产生严重的畸变，导致放大电路不能正常工作，这将在后面讲到。而上述的放大电路是静态工作点较稳定的电路，下面用PSpice来分析该放大电路的静态工作点的温度稳定性。用PSpice对电路进行直流扫描分析，扫描变量设为温度，就可以看出该电路的这个特性。

(1)打开分析类型设置对话框。选择菜单项【Analysis】中的【Setup】项，在弹出的分析类型设置对话框中选中直流扫描分析“DCSweep”，单击【DCSweep】按钮，弹出直流扫描分析设置框，按照图3-6所示进行设置。图3-6直流扫描分析对温度扫描的设置

(2)选择菜单项【Analysis】中的【Simulate】，调用PSpiceA/D对电路进行仿真计算。

(3)在电路图编辑器界面下选择菜单项【Markers】中的【ClearAll】，清除所有的“Markers”。然后单击菜单【Markers】中的【MarkCurrentintopin】，把“CurrentMarker”加在晶体管Q3的集电极上。

(4)激活Probe。在Probe界面下看到了Ic(Q1)和温度的函数曲线。利用Probe界面下的光标工具Cursor，测得当温度为－30℃和70℃时Ic(Q1)分别为1.2724mA和1.4864mA，曲线如图3-7所示。图3-7Ic(Q1)随温度变化的曲线

3.静态工作点对动态范围的影响

以上对直流工作点进行了计算和温度稳定性的仿真和讨论，下面来了解电路的工作点设置对电路的影响。

(1)静态工作点在截止区。这种情况下，首先要修改电路。双击电阻Rb2的大小，将电阻Rb2的大小设成6 k，保存电路。双击正弦电压源Vs，弹出它的属性设置对话框，按照图3-8所示进行设置。将电压偏移“VOFF”设为0 V，电压幅度“VAMPL”设为50 mV，正弦电压源的频率“FREQ”设为1 kHz。在每次更改参数的值后，都要单击【SaveAttr】按钮将该属性保存，否则它会弹出对话框提示保存属性。属性设置完毕后，单击【OK】按钮确认。电路更改完毕。图3-8正弦电压源的属性设置然后进行分析类型的设置。选择菜单项【Analysis】中的【Setup】，在弹出的分析类型选择对话框中取消原来的直流扫描分析“DCSweep”，选中瞬态分析“Transient”，单击【Transient】按钮，在弹出的瞬态分析设置框(如图3-9所示)中对瞬态分析进行设置。其中打印步长“PrintStep”设为20 ns，终止时间“FinalTime”设为5 ms，最大步长“StepCeiling”设置为1μs。单击【OK】按钮确认。图3-9瞬态分析设置现在调用PSpiceA/D来对电路进行仿真。选择菜单【Analysis】中的【Simulate】项对电路进行仿真。再选择菜单【Markers】中的【MarkCurrentintoPin】，将“CurrentMarker”放置到连接器out的一端，以便在Probe中观察放大电路输出的波形。图3-10显示直流工作点先来看看Rb2为6k时，电路的静态工作点。进入Schematics界面下，选中菜单项【Analysis】中的【DisplayResultsonSchematics】下的【Enable】，然后单击菜单【Analysis】，选中【DisplayResultsonSchematics】中的【EnableCurrentDisplay】和【EnableVoltageDisplay】两项，在Schematics下的电路图中就可观察到电路的静态工作点(如图3-10所示)，可以看出Ic(Q1) = 881.90µA，Vce(Q1) = 9.090V。激活Probe，观察输出的波形曲线，如图3-11所示。从图中可以明显地看出，输出波形出现了正半周切顶、截止失真，其动态范围为1.6527V。这是由于静态工作点太低，当输入信号逐渐增大时，输出电压首先出现了截顶失真。图3-10显示直流工作点图3-11工作点在截止区时放大器的输出波形

(2)工作点工作在饱和区。首先将Rb2的大小改为20k。双击与晶体管Q1的发射极和集电极连接的导线，分别给这两段导线命名为“Le”和“Lc”，如图3-12所示。给导线命名有很多好处，可以在网单文件中清晰地看出各个节点，以便于分析和保存电路图。

然后选择菜单【Analysis】中的【Simulate】，开始仿真计算，在这里由于还是进行瞬态分析，而且分析的设置一样，所以就没有重复进行设置。也可以通过网单文件来分析电路。选中菜单【Analysis】中的【ExamineOutput】，观察输出网单文件(读者可自行生成并分析)。图3-12给导线命名从网单文件中可以得到很多该电路的各个参数信息，包括分析类型、输入电路网单文件、别名语句、晶体管的模型参数、各个节点的直流电压、电压源的工作情况及功耗和晶体管的直流工作点。从网单文件中关于晶体管的直流工作点输出中，可以非常容易地得到静态工作点Ic和Vce，这个放大电路的工作点Ic = 2.34mV，Vce =1.17V。其中Vce还可以根据各节点的直流电压得出Vce = VLc－VLe =4.2841 V－

3.1152 V = 1.17 V。只有学好电路的描述语句才能把相关的网单文件看明白，电路描述语句可参考其他相关资料，本书由于篇幅等原因不再介绍。此时的直流工作点我们已经得到，工作点明显比Rb2 = 6 k时提高了。下面利用Probe来观察输出的波形曲线。激活Probe，得到如图3-13所示的输出波形。图3-13工作点在饱和区时的输出波形曲线

(3)工作点工作在放大区。首先，将Rb2的大小改为14 k，然后双击正弦电压源，在弹出的属性设置对话框中更改其大小改为20mV，保存电路图。

分析类型的设置都不用改，选择菜单项【Analysis】中的【Simulate】进行仿真计算。计算完后，选择菜单【Analysis】中的【ExamineOutput】项，在输出的网单文件的晶体管直流工作电流中找到电路的静态工作点Ic = 1.84 mA，Vce = 3.46 V。

最后激活Probe观察输出的波形，输出波形如图3-14所示。图3-14工作点在放大区时的输出波形曲线3.1.2计算放大电路的输入输出电阻

1.输入电阻的测量

选中原来的输入正弦电压源，按“Del”键将其删除。然后单击菜单项【Draw】中的【GetNewPart】，打开元器件浏览对话框，在“PartName”框中输入“VAC”，单击【Place&Close】，将此元件放在合适的位置。VAC是交流电压源，用于进行交流小信号分析。双击该元件的名称，将其命名为V1，然后双击该元件，弹出属性设置对话框，如图3-15所示。将交流电压源的大小“ACMAG”设成15 mV，相位“ACPHASE”设置成0。单击【OK】按钮确认。在更改每项属性时都要单击“SaveAttr”保存属性设置。图3-15交流电压源属性设置

修改完电路后，将电路图保存。选中菜单【Analysis】中的【Setup】项，打开分析类型选择对话框，取消瞬态分析“Transient”，然后选中交流小信号分析“ACSweep”。单击按钮【ACSweep】，弹出交流小信号分析对话框，按照图3-16所示进行设置。其中交流扫描类型“ACSweepType”选择“Decade”，表示按照数量级进行扫描了；扫描参数“SweepParameters”框中“Pts/Decade”中设为101，表示每个数量级中扫描100个点，起始频率“StartFreq”设置为10Hz，终止频率“EndFreq”设置为10MHz。单击【OK】按钮确认。图3-16交流扫描分析设置选择菜单【Analysis】中的【Simulate】，开始仿真计算。在仿真计算完成后，激活Probe，选择菜单【Trace】中的【DeleteAll】，然后单击菜单【Trace】中的【Add】，弹出跟踪变量选择框“AddTraces”，如图3-17所示。图3-17跟踪变量选择框这时会在Probe界面下出现输入电阻R(in)=V(in)/I(Cl)随频率变化的扫描曲线，如图3-18所示。选择菜单【Tools】中的【Cursor】的【Display】项，调出Cursor工具，测得在中频阶段输入电阻大约为0.577 k。图3-18输入电阻随频率变化的曲线

2.输出电阻的测量

首先修改电路。将原来电路的交流电压源V1的信号幅度设为0，这就表示撤掉了输入信号源；然后将负载电阻RL的大小改为5000 M，这相当于短路。然后选择菜单【Draw】中的【GetNewPart】项打开元器件浏览对话框，在“PartName”框中输入“VAC”，将该交流电压源放到合适的位置，然后双击该电压源的名称，将其命名为V2，双击该电压源的大小，将其大小设置为15 mV。以同样的方法取出地(EGND)、连接器(BUBBLE)，将该连接器命名为out。连接如图3-19所示。保存电路图。图3-19测量输出电阻时的电路图计算完毕后，激活Probe。单击菜单【Trace】中【Add】项，打开“AddTrace”对话框进行编辑，使其中文本框“TraceExpression”为V(out)/(C2)，然后单击【OK】按钮确认。在Probe界面下会看到下面的V(out)/(C2)随频率变化的曲线，也就是输出电阻随频率变化的曲线，如图3-20所示。从该曲线可以看出输出电阻随频率的增大而逐渐减小，在中频段有很长一部分几乎处于一条直线，利用Probe提供的光标工具“Cursor”可以测得在中频时输出电阻约为3.057kΩ。这里输出电阻的变化主要是由输出耦合电容引起的。输出电阻的测量还可以利用另外一种方法，也就是利用直流传输函数分析直接计算，具体如何实现这里就不介绍了，读者可以查阅相关资料。图3-20输出电阻随频率变化的曲线3.1.3放大电路的频响特性及其电压增益

放大电路的目标就是将微弱的信号放大到合适的大小，以便于检测、分析。电压增益是一个放大电路最关心的问题。先来看看图3-19电路的电压增益。

将图3-19的电路改为测量放大电路输入电阻时的形式。将交流信号源V2和与之相连的连接器(out)和地(EGND)删除。将负载电阻改为5.1k，然后将输入的交流信号源V1的大小改为15 mV。保存电路图。分析类型采用交流扫描分析。单击菜单项【Analysis】中的【Setup】，打开分析类型选择对话框，然后单击【ACSweep】按钮，弹出交流扫描分析设置框。交流扫描分析设置如图3-21所示，其他的均未改变，和输入输出电阻时设置的一样，只是将终止频率“EndFreq”设置为100MHz。图3-21交流扫描分析然后选择菜单【Analysis】中的【Simulate】项，开始仿真计算。计算结束后，激活Probe。单击菜单【Trace】中的【Add】项，弹出跟踪变量设置对话框“AddTraces”。在左右两边的列表框中进行适当的选择，使“TraceExpressions”中为V(out)/V(in)，单击【OK】按钮确认。则在Probe中输出的V(out)/V(in)随频率变化的曲线即电压增益随频率变化的曲线，如图3-22所示。在Probe中，利用菜单【Tools】下的光标工具“Cursor”测量中频段时电压增益约为130。图3-22电压增益随频率变化曲线首先选择菜单【AnaIysisn】中的【ProbeSetup】，弹出Probe的设置对话框，如图3-23所示。图3-23对Probe进行设置

(1)然后将耦合电容Cl的大小设为1000µF(足够大)，输出藕合电容C2为10µF，旁路电容C3为50µF，而其他的元件属性不变，并在连接器(out)上加一个“VoltageMarker”。下面进行分析设置，打开交流扫描分析对话框，按照图3-24进行设置。然后单击【OK】按钮确认。将文件另存为fangdal。图3-24交流扫描分析设置

(2)将输出耦合电容C2改为1000µF(足够大)，输入耦合电容Cl为10 µF，旁路电容C3为50 µF，其他元件不变，并在连接器(out)上加一个“VoltageMarker”。分析设置也采用交流扫描分析，设置如图3-24所示。将文件另存为fangda2。

(3)将旁路电容C3的大小设为1000 µF(足够大)，输入耦合电容C1为10 µF，输出耦合电容C2为10 µF，其他元件不变，并在连接器(out)上加一个“VoltageMarker”。分析设置采用交流扫描分析，设置如图3-24所示，将文件另存为fangda3。

(4)将输入耦合电容C1的大小设为10 µF，输出耦合电容C2设为10 µF，旁路电容C3的大小设为50 µF，其他元件属性不变，并在连接器(out)上加一个“VoltageMarker”。分析设置也采用交流扫描分析，设置如图3-24所示，将文件另存为fangda4。

打开文件fangdal，选择菜单【Analysis】中的【Simulate】进行仿真计算。计算完毕后，激活Probe。在Probe中看到了V(out)随频率变化的曲线。然后依次将三个电路(fangda2、fangda3及fangda4)进行仿真。每次仿真完后在Probe中就会多一条曲线。对四个电路仿真完毕后，在Probe中可看到在同一屏幕上出现了四条曲线，如图3-25所示，分别是四个电路文件仿真得到的V(out)/V(in)随频率变化的输出波形曲线。图3-25几种情况低频响应的比较如图3-26所示的RLC串联谐振电路，利用PSpice测试该电路的幅频特性，确定其通带宽，如果通带宽小于40kHz，试采用耦合谐振的方式改进电路，使其通带宽满足设计要求。

具体操作步骤如下：

(1)在PSpice的Schematics环境下编辑电路。取出元件，摆放到合适的位置，画导线连接电路，电路图连接完毕，再给每个元件分别赋值。为了观察仿真结果的输出波形，还应在电路中设置支路电流标识符。3.2谐振电路的仿真图3-26RLC串联谐振电路

(2)单击【Analysis/ElectricalRuleCheck】对电路做电路规则检查。注意有无悬浮节点和零参考点等。如果出现错误，则重新修改编辑电路，重新进行电路规则检查，直到没有错误为止，然后就可以进行下一步工作了。

(3)单击【Analysis/Setup】对所编辑的电路进行分析类型的设置。可以设置当前电路为交流扫描分析。设置为线性扫描，扫描点数为100，开始频率为450kHz，结束频率为

1500kHz。设置完成后可以对编辑的电路进行仿真计算了。

(4)设置仿真计算完成后，将自动调用图形后处理程序，运行仿真程序，输出波形如图3-27所示。图3-27Probe图形窗口输出的图形由图3-27可以知道，电路的谐振频率为1MHz，通带宽小于40kHz，不满足设计要求。改进后的电路如图3-28所示。图3-28改进后的电路图

(5)按照上述步骤连接电路，其中耦合电感的参数设置为：L1 = 100 μH，L2 = 100 μH，耦合系数COUPLE = 0.022。然后进行电路规则检查，再对编辑好的电路进行仿真计算，自动调用图形后处理程序，可以得到如图3-29所示的波形。图3-29Probe图形窗口输出的图形含有运放的直流电路如图3-30所示。接下来我们研究如何利用PSpice求解电路中R1，R2的电流和运放的输出电压；同时在(0～4)V范围内调节电压源V1的源电压，观察运放输出电压Vn2的变化，总结运放输出电压Vn2与源电压V1之间的关系。确定该电路电压比(Vn2/V1)的线性工作区。3.3含有运放的直流电路的仿真图3-30含有运放的直流电路具体操作步骤如下：

(1)在PSpice的Schematics环境下编辑电路。取出元件，摆放到合适的位置，画导线连接电路，电路图连接完毕，再给每个元件分别赋值。其中运放在Analog.slb库中选取LF411。注意维持运放正常工作所需要的两个偏置电源的正负极。为了观察实验结果的输出波形，还要在电路中设置节点电压标识符。

(2)单击【Analysis/ElectricalRuleCheck】对电路做电路规则检查。注意有无悬浮节点和零参考点等。如果出现错误，则重新修改编辑电路，重新进行电路规则检查，直到没有错误为止。

(3)单击【Analysis/Setup】对所编辑的电路进行分析类型的设置。本例可以设置当前电路为直流扫描分析。扫描变量类型选“VoltageSource”，扫描变量名为V1，选中线性扫描，扫描变量开始值为0 V，扫描变量结束值为4 V，线性扫描时扫描变量的增量为1 V。

(4)仿真运算后，单击仿真工具栏里的显示电压和显示电流，结果表明，当V1为1V时，Vn2为-4 V，IR1和IR2的值都为1mA。

(5)设置仿真计算完成后，将自动调用图形后处理程序，运行仿真程序，输出波形如图3-31所示。图3-31Probe图形窗口输出的图形为了在各种应用中满足要求，电流源应具备以下条件：

(1)能够输出符合要求的直流电流。

(2)交流输出电阻大。

(3)对温度的灵敏度低。

(4)静态电流受电压源变化的影响小。

下面介绍镜像电流源、威尔逊电流源和微电流源的基本特点，并对这三种电流源的一些性能进行仿真分析并比较。3.4有源负载电路的仿真3.4.1镜像电流源

电流源一般都是利用镜像电流源电路进行改造而得，所以掌握镜像电流源非常重要。

镜像电流源原理图如图3-32所示。图中两个晶体管的参数完全相同，由于发射极的结电压相同，导致集电极的电流Ic1和Ic2近似相等，进而有输出电流Io近似等于电流Ir。这样就可以通过调节电流k来调节电流Io的大小，而改变电阻R的大小就可以调节电流Ir的大小。由于镜像电流源的参考电流与输出电流呈镜像关系，所以镜像电流源通常又被称为电流镜。图3-32镜像电流源原理图

1.用Schematics建立镜像电流源的电路图

(1)打开Schematics，确认是在Schematics界面进行编辑。编辑的电流镜的电路图如图3-33所示。

(2)在菜单【Draw】中选择【GetNewPart】，然后在弹出的元件浏览对话框中的“PartName”中输入R，单击【P1ace&C1ose】，将电阻放置在合适的位置，并修改其属性，其大小设为10 k，命名为R1，如图3-33所示。

(3)用上面同样的方法取出两个PNP型晶体管Q2N2907A，分别命名为Q1和Q2。图3-33电流镜的电路图

(4)取出直流电压源VDC，将其命名为V1，大小设置为12 V。然后在菜单【Draw】中选择【GetNewPart】项，弹出元件浏览对话框，在“PartName”框中双击“VSRC”的图形，然后将其放置到合适的位置。双击该电压源的名称，在弹出的属性设置对话框中的“ReferenceDesignator”项中输入V2，单击【OK】按钮确认，就将其命名为V2。双击“VSRC”的图形，弹出属性设置对话框，对其进行设置，如图3-34所示。其中直流电压“DC”设置为0V，交流电压“AC”设置为100 mV，瞬态电压“TRAN”不用设置。电压源VSRC的特点是可以同时设置直流电压、交流电压以及瞬态源的值。图3-34电源VSRC的设置

(5)取出地(EGND)，放置在合适的位置。用导线将电路按照图3-33所示连接。然后双击图3-33中所示的两根导线，将其分别命名为“1”和“2”。保存电路图，将该电路图命名为dianliujing1.sch。

2.分析电流源的电流镜像特性

打开分析类型选择对话框，只选择其中的直流工作点分析“BiasPointDetail”，其他的均不选中。然后选择菜单【Analysis】中的【Simulate】，开始进行分析计算。仿真完毕后，在菜单【Analysis】中选择【ExamineOutput】，查看输出网单文件(包括分析类型设置、输入网单文件、别名语句、晶体管参数等内容)，见表3-1。表3-1镜像电流源的网单文件在菜单【Analysis】中的【DisplayResultsOnSchematics】项中确认【Enable】。然后在菜单【Analysis】中选择【DisplayResultsOnSchematics】中的【EnableCurrentDisplay】项。这时显示各个支路电流如图3-35所示。图3-35各个支路电流

3.偏置电阻R对电流源的影响

下面来分析电阻R1的变化对电流IC(Q1)和IR1的影响。首先来修改电路图。

(1)双击电阻R1阻值的大小，将其值改为{Rval}。

(2)然后在菜单【Draw】中选择【GetNewPart】，在弹出的元件浏览对话框的“PartName”中输入“Param”，将参数模型{Rval}放置到电阻R1的旁边。然后双击“Param”的图形，弹出属性设置对话框，如图3-36所示。其中“NAME1”设为Rval，“VALUE1”设为10 k。图3-36“Param”的属性设置

(3)保存电路图。将该电路图另存为“dianliujing2.sch”。

然后打开分析类型选择对话框，选中直流扫描分析“DCSweep”项和直流工作点分析“BiasPointDetail”项，再单击【DCSweep】按钮，弹出直流扫描分析对话框，如图3-37所示。其中扫描变量类型选择“GlobalParameter”项的其他设置如图3-37所示。图3-37进行直流扫描分析设置设置完毕后，选择菜单【Analyisis】中的【Simulate】项，进行仿真计算。计算完毕后，激活Probe。在Probe界面下，选择菜单【Trace】中的【Add】项，在弹出的变量跟踪选择框中选择“－IC(Q1)”和“IR1”。观察Probe中的曲线，如图3-38所示。图3-38－IC(Ql)和IR1随电阻Rl变化的输出曲线选择菜单【Trace】中的【DeleteAll】，然后单击该菜单下【Add】项，使“TraceExpression”中变量表达式为“IR1+IC(Q1)”，单击【OK】按钮确认。观察Probe中的曲线，如图3-39所示。图3-39电流镜的IR1与IC(Q1)的电流差随电阻Rl的变化曲线

4.电源对电流源的影响

当电流源作为偏置电路时，往往要求工作电流比较稳定，即使电源电压有变化，但所设置的偏流也不能有太大的变化。观察镜像电流源的电流随电源变化时的特性，可以利用PSpice对电压源V1进行直流扫描分析。

选择菜单【Analysis】中的【Setup】项，然后选中直流扫描分析“DCSweep”，单击【DCSweep】按钮，弹出直流扫描分析设置对话框，按照图3-40所示进行设置。图3-40直流扫描分析设置然后在菜单【Analysis】中选择【Simulate】，开始进行模拟计算。计算完毕，激活Probe。在Probe界面下，单击菜单【Trace】中的【Add】，在跟踪变量选择对话步中选择“－IC(Q1)”和“IR1”，在Probe中观察曲线，如图3-41所示。图3-41IR1与－IC(Q1)随电源电压变化曲线

5.电流源的交流输出电阻

在Schematics界面下，打开电路图文件dianliujing1.sch。从前面在该电路dianliujingl.sch进行的直流工作点分析中可以看出，电压Vce(Q1)为－1.20 V，而电流Ic(Q1)为1.22 mA，于是可以计算出直流电阻为9 k左右。

对电路图文件dianliujing1.sch进行交流扫描分析，可观察该电流源的输出电阻。在Schematics中确认是dianliujing1.sch电路图文件。在分析设置选择框中取消直流扫描分析“DCSweep”，选择交流扫描分析“ACSweep”，单击【ACSweep】按钮，弹出交流扫描分析设置对话框，进行交流分析设置，如图3-42所示。图3-42交流分析设置然后在菜单【Analysis】中选择【Simulate】，进行模拟计算。计算完毕后，激活Probe。单击菜单【Trace】中的【Add】项，在弹出的变量跟踪选择框中进行编辑，使“TraceExpression”中的表达式为“V(Ql:c)/IC(Q1)”。Probe中的曲线如图3-43所示。图3-43输出电阻的频率特性曲线3.4.2威尔逊电流源

在上面的镜像电流源中，输出电流和基准电流之间仅仅是基本相等，当放大系数β不够大时，二者之间的误差更大。下面介绍威尔逊电流源，它是在镜像电流源的基础上经过适当的改进得到的，它较镜像电流源增加了一个晶体管Q3，如图3-44所示。在基本镜像电流源中，由于基极电流的影响，使得输出电流和基准电流总有一定的差异，为了减小这个差异，威尔逊电流源利用Q3的基极电流对之进行补偿，使得输出电流和基准电流基本相同。图3-44威尔逊电流源的电路图

1.用Schematics建立电路图文件

由于威尔逊电流源是在电流镜的基础上改进实现的，所以这里只需对前面的电流镜的电路图文件进行修改即可。

(1)在Schematics界面下打开前面的dianliujing2.sch，然后选择菜单【File】下的【Saveas】将文件另存为weierxunl.sch。然后确认在weierxun.sch电路图文件下。

(2)将原来的导线“1”删除。

(3)点击菜单【Draw】中【PlacePart】项，在绘图工具栏中选择“Q2N2907A”，将该晶体管放置在合适的位置。将其命名为Q3。

(4)用导线将图中元件按照图3-44所示连接。

(5)保存电路图。

2.作静态工作点分析，观察其镜像特性

在分析类型选择对话框中只选中其中的工作点分析“BiasPointDetail”项。在菜单项【Analysis】中选择【Simulate】，开始计算该电路的静态工作点。计算完毕后，选择【Analysis】中的【ExamineOutput】，通过网单文件(见表3-2)来分析电路的工作情况。表3-2威尔逊电流源的网单文件

在Schematics界面下，在菜单项【Andysis】中选择【DisplayResultsonSchematics】，然后确认【Enable】，并在同一菜单下选择【EnableCurrentDisplay】。可以通过工具栏来删除不想显示的电流值，如图3-45所示，可以观察各个支路的电流值。

流过偏置电阻Rl的基准电流IR1为1.055mA，输出电流IC(Q3)为1.049 mA，两者仅相差0.006 mA。这个差值明显比镜像电流源的两个电流差值小，说明在对称特性上威尔逊电流源明显优于镜像电流源。图3-45威尔逊电流源各支路的电流

3.威尔逊电流源的输出电阻

在分析类型设置对话框中选中交流扫描分析“ACSweep”，然后单击按钮【ACSweep】进行交流扫描分析设置。它的交流扫描分析设置与前面的镜像电流源测量输出电阻时一样，如图3-42所示。

在菜单【AnaIysis】中选择【Simulate】项，调用PSpiceA/D进行模拟仿真。计算完毕后，激活Probe，选择菜单【Trace】下【Add】项，弹出变量跟踪选择对话框，在其中进行编辑，使“TraceExpression”中的表达式为“V(Q3:c)/IC(Q3)”，单击【OK】按钮确认。这时Probe出现如图3-46所示的曲线。图3-46交流输出电阻随频率变化的曲线3.4.3微电流源

为了使输出电流为弱电流，但又不能使偏置电阻R1太大(在集成电路中电阻太大不便于集成)，可以在镜像电流源的基础上，引入一个电阻到Ql的发射极上，如图3-47所示。微电流源还提高了对电源变化的稳定性，而且由于Re引入了电流负反馈，因此微电流源的输出