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1、电子电路 PSPICE 程序辅助分析一、实验目的1、掌握电子电路 PSPICE 程序辅助分析的一般步骤， 2、了解 PSPICE 程序辅助分析的方法二、预习要求1、熟悉 PSPICE 中的电路描述，PSPICE 的集成环境，PSPICE 中的有关规定和 PSPICE 辅助分析的一般步骤， 2、 熟悉 PSPICE 的直流扫描分析，瞬态分析和参数分析。三、实验原理1、按图 3-1 画出原理图。 2、设置 DC Sweep 分析 可将 Ui 的扫描范围定为-12V 到+12V， 仿真后可得到图 3-2 所示的电压传输特性 曲线。 3、设置 Transient 分析 仿真后得到 Uo 的瞬态波形，再
2、选择菜 单 Plot/X Axis Setlings,打开 X Axis Settings 对话框，单击 Axis Variable 按 钮，打开 X 轴变量选择窗（X Axis Varaiable）, 从中选出 V（Ui:+）,返回 Porobe 主窗口。此时，横轴变成输入变量 V（Ui） 。电压传输特性曲线如图 3-3 所示。 （注意，通过 X Axis Variable 选择窗口重选变量后，横轴变量就以所选变量 V（Ui:+） 的形式出现，而不是 U-Ui。 ）图3-1图3-2图3-34设置 Transientp 和 Parametrc 分析 （1）为了在 Parametric 分析时能
3、对 Ui 的幅值进行扫描，必须将 Ui 的幅值定义成变 量，即，在信号源 Ui 的属性编辑对话框中，设置 VAMPL=Ui。(注意，PSPICE 将“” 中的内容看作自定义变量或表达式。自定义变量也称为通变量（global）,变量名可任意 取。) （2）在原理图编辑中增加一个预定义参数 元件 PARAM。打开元件属性编辑对话框，设置变 量名和预定义参数值，即， NAME1=Ui,VALUE1=0V。 （3）打开 Analysis Setup 对话框，单击按 钮 Parametric 弹出对话框，按图中设置好扫描 变量。扫描类型和扫描范围及步长，如图 3-4 所 示，然后返回。 （注意：此时 T
4、ransient 也应设 置好终结时间（Final Times = 2ms） （4）仿真后，进入 Probe 程序窗口，选择 菜单项 Plot|X Axis Settings，打开 X Axis Settings 对话框，选中特性分析选项 （Performance Analysis） ，或在 Probe 程序窗 中直接单击工具栏“”图标。此时，波形显示 框的横轴变成 Ui 变量。 （5）选择菜单项 Trace|Add，打开 Add Trace 对话框，对话框中不仅显示出电路中电 压、电流变量，而且还有很多目标函数（Goal Functions） ，其中包括 Max（1） 。在 Trace Ex
5、pression 编辑框中输入 Max（V（Uo） ） ，便得 到如图 3-5 所示的传输特性曲线。 由图看出，最大输出电压幅值与前两个结 果基本相同。 （注意，图 3-5 的曲线是 Uo 的最大值与 Ui 的关系曲线，Max（V（Uo） ）已将 Uo 的负值转 换为正值，因此，曲线中没有 Uo 的负值部分。 ）四、实验研究与思考对图 3-1 所示的功率放大电路；试求电路的输出功率和效率。分析放大电路功率时可 以采用下面两种分析方法。 1、设置直流扫描分析（DCSweep） 通过 DC Sweep 分析，可以得到输出功率管耗和电源提供的功率随电压变化的曲线， 从曲线上可以读出它们的最大功率或某
6、一输出幅值下的功率。注意这一方法不能用于有隔 直电容的功放电路。图3-4图3-52、设置瞬态分析（Transient） 根据功率的定义，输出功率等于负载上瞬时电压与瞬时电流的乘积在一个周期内积分的平均值，即：同理，电源提供的功率，管耗 duiTPRLTRL001dtiUTPccTccu01。利用 Transient 分析可以得到上述的积分曲线。在 t=等于周期 T 时刻dtiUTPcTceT011曲线上的值，就是相应的功率值。 例题中功率放大电路如图 3-1 所示，试求电路的最大输出功率和效率。 解：我们用两种方法来求解。 1、设置 DC Sweep 分析。设置方法与前面相同。仿真后，为了得到
7、 Po、Pu 随 Uo 变化 的功率曲线，必须将波形显示框的横轴改为 Uo，具体方法是： （1）选择菜单项 Plot|X Axis Settings，打开 X 轴设置对话框。 （2）单击 Data Range 中的按钮，打开 X 轴变量选择框，从中选出 V（Uo） 。 （3）单击 Data Range 中的 User Defined 选项，将 X 轴的范围改为 0 到 6V，单机 OK 返回。 此时，波形显示框的横轴已改成 Uo。接下来选择要显示的曲线。 （4）选择菜单项 Trace|Add 或相应图标，打开对话框，在 Trace Expression 编辑框 中写入功率表达式 V（Uo）I（
8、RL）/2 和电源提供的功率表达式 ABS（V（+Ucc:+） I（+Ucc）/1.414） 。我们便得到功率曲线（ABS（）表示绝对值） 。 注意，功率等于有效值电压乘以有效值电流。直流扫描得到的电压、电流实际上是幅 值，因此，电压乘电流的结果应除 2（即：分母上是） 。但是电源提供的功率中的22 +Ucc 是直流量，所以不必除。根据电路工2作的原理，+Ucc 只在半个周期内提供电流，所 以当电路完全对称时，表达式 V（Ucc：+） I（+Ucc）/1.414 代表两个电源的总功耗。 由图 3-6 可以得到电路的最大输出功率约 为 1.266W，效率约为 29.6%。 2、设置 Transi
9、ent 分析 在进行 Transient 分析之前，要确定最大 不失真输出时 Ui 的幅值。从图 3-2 中看出线 性范围的最大 Ui 的值约为 5V。 将信号源的幅值和频率分别设定为 5V 和 1KHz，用 Transient 分析时，将 Final Time 设为 1ms，只分析一个周期的波形。 仿真后，在 Add Trace 窗中的 Tcace Expression 编辑框中分别写入功率的积分表达 式，便得到 Po、PT、Pu 的积分曲线分别如图 3-7（a 、b、c）所示。由于信号周期 T=1ms，即，1/T=1000Hz，所以曲线的积分表达式中乘了 1000。 注意，（）表示积分运算
10、。PSPICE 中电流参考方向规定：元件引脚电流（如 IC(T1)） ，图3-6流入为“+” ；元件中的电流（） ）由 1 号脚流向 2 号脚；电源内部的电流由“+” 端流向“”端。 图 3-7（a） 、 （b） 、(c)中上面两个波形为用于积分的电压、电流波形。由图（b）可看 出1 只在半个周期内导通，同样，由图（c）知，+Ucc 也只在半个周期内提供电流。因 此，图（b）积分结果 1.2915 只表示 T1 的功耗；图（c）积分结果-2.1798W 只表示+Ucc 提供的功率。电源提供的总功率为+Ucc 和-Ucc 电源提供的功率之和，即，-2.1798W2=- 4.3596W。符号表示电源向外提供功率。 由图（a）得到最大输出功率约为 1.2620W，则效率约为 1.2620W/4.3596W=28.94%。图3-7 特性曲线