基于OrCAD/Pspice 9平臺的電子電路設計

摘　要：介紹了EDA技術軟件OrCAD/Pspice 9的功能及特點，并通過具體實例詳細講解了該軟件在電子電路設計與分析中的應用，為電子電路設計提供了一種新的平臺。
關鍵詞：OrCAD/Pspice 9；EDA；電子電路；設計；計算機仿真

1　引言
　　OrCAD/Pspice 9軟件是美國知名度很高的EDA公司OrCAD公司和開發(fā)PSpice軟件的Microsim公司于1998年實現(xiàn)強強聯(lián)合后推出的Pspice的最新版本。他跟EWB等都是當前國際上關于電子電路設計與仿真應用非常廣泛的優(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、元器件參數(shù)庫及宏摸型庫也更加豐富等優(yōu)點。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，設計者采用圖形輸入方式可以很直觀方便地在電路設計窗口繪制電路，并對電路進行各種模擬分析，如不符合設計要求，可隨時調(diào)整電路結(jié)構(gòu)及元器件參數(shù)，重新進行模擬分析，直到滿足設計要求。這種電子電路的分析、設計與仿真工作蘊含與輕點鼠標之間，大大提高了電子電路設計者的工作質(zhì)量和效率。

　　OrCAD是一個軟件包，而進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個配套軟件與之相配合：有電路圖生成軟件(Capture)、激勵信號編輯軟件(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具有了電子工程設計的全部分析功能，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(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)和最壞情況時序分析(Worst-Case timing Analysis)?！　?BR>    下面以具體實例來說明電子電路的設計與分析。

2　OrCAD/Pspice 9在電路設計分析中的應用實例　　
    設計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，進入Capture操作環(huán)境。選取菜單命令［File/NewProject］，屏幕上將出現(xiàn)NewProject對話框。在這個對話框的Name欄中，將要分析的OTL基本放大電路起名為al．ddb，并選定設計項目類型為“Analog or Mixed SignalCircuit”。
　　(2)載入仿真元件庫　在NewProject對話框完成新建文件設置后，點擊OK，進入元器件符號庫設置框；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［Place/Part］命令，屏幕上出現(xiàn)元器件符號選擇框，可以分別選取電阻、電容、二極管、三極管和激勵圖形符號，放置于電路圖中適當位置。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)點設置模式完成節(jié)點的設置。
　　(4)對元器件屬性進行編輯　雙擊各元件和激勵源圖標，分別選取相應的名稱和符號。基本OTL互補對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)。設計三極管的β＝50。

2．2　參數(shù)設置
　　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。調(diào)整偏壓電阻R_p，使輸出級的中點(K點)電壓等于電源電壓的1/2。即V_k＝V_om＝V_CC/2。
　　(1)輸入信號V_i選正弦電壓源，并將其振幅VAMP設置成0。
　　(2)將R_p設置成全局變量｛R_p｝，對電路同時進行瞬態(tài)特性分析(Transient Analysis)和參數(shù)掃描分析(Parametric Analysis)?！皰呙枳兞俊边x為R_p，變量的變化范圍：12～16 kΩ，步長為0．4 kΩ。
　　(3)運行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，可見當R_p＝14．7 kΩ時，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　測量圖1電路的最大不失真輸出功率
　　(1)將輸入正弦信號V_i的振幅VAMLP設置成全局變量｛Vamp｝，同時進行瞬態(tài)特性分析(Transient Analysis)和參數(shù)掃描分析(Parametric Analysis)?！皰呙枳兞俊边x為Vamp，變量的變化范圍：0～100 mV，步長為20 mV?！　?BR>    (2)運行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，可見在V_o(振幅)?3．32 V時，進入非線性區(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，重復內(nèi)容2．3．1的步驟得到如圖4所示的分析結(jié)果，可見在V_o(振幅)?5．73 V時，進入非線性區(qū)，即V_om?5．73 V，得P_om＝0．33 W。

　　可見在V₀(振幅)5.73V時，進入非線性區(qū)，即V_om5.73V，得P_om=0.33V。通過以上仿真分析可見自舉電路更接近于理想功率放大器。因為自舉電路中多了電容C₃和電阻R₂，當R₂C₃的乘積足夠大時，利用電容兩端的電壓不能突變的原理，當K點電位向V_CC接近時，A點電位也會隨之升高，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
　　從上述例子可見，該軟件對于驗證電路原理，開發(fā)設計新電路提供了極為方便的平臺，同時具有很大的靈活性。也為電子技術課程的教學和實驗帶來了新的活力。所以這種軟件一經(jīng)推出就立即倍受歡迎。

參考文獻

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