OrCAD简明教程(打印)

OrCAD/PSpiceA/D9.21 简明教程

绪论

电子电路CAD 技术的发展概况电子电路CAD 技术是电子信息技术发展的杰出成果,它的发展与应用引发了一场工业设计和制造领域的，给企业带来了巨大经济效益。当今, 电路CAD 技术及其应用水平已成为衡量一个国家科技现代化和工业现代化水平的重要标志之一。

电子电路CAD 技术是指以计算机硬件和系统软件为基本工作平台, 继承和借鉴前人在电路和系统、图论、拓扑逻辑优化和人工智能理论等多学科的最新科技的成果而研制成的电子电路CAD 通用支撑软件和应用软件包。其目的在于帮助电子设计工程师开发新的电子系统与电路、IC、PCB（印刷电路板）、FPGA（现场可编程门阵列）、CPLD（复杂可编程逻辑器件）等产品。实现在计算机上调用元器件库、连线画图、编制激励信号文件、确定跟踪点、调用参数库以及模拟程序等手段去设计电路。

如把电子设计自动化（EDA）技术，看作电子电路CAD 技术的高级阶段.那么，电路CAD 可看作EDA 的初期和基础。于是，EDA 的发展大致可分为以下几个阶段：

第一阶段---70 年代到80 年代初期：电子电路CAD 理论研究发展迅速，成为电子电路领域的新兴学科。此时电子电路CAD 技术还没有形成系统,仅是一些孤立的软件程序。但是它们已取代了靠手工进行的繁琐计算、绘图和检验的方式，显示出其强大的活力。

第二阶段---80 年代后期：随着计算机与集成电路高速发展,是电子电路CAD 技术真正的实现了自动化的时期。出现了EDA(Electronic Design Automation 电子设计自动化)产业。这一阶段能够实现电路仿真、布局布线、IC 参数提取与检验等,并集成为一个有机的EDA 系统，其设计规模已达10 万门电路以上。在这里说明一下，通常不把EDA 和电子CAD 作严格区分，本书也沿用这种说法。

第三阶段---90 年代以后：微电子技术飞速发展,一个芯片可以集成百万甚至千万个晶体管,工作速度可达到几个GB/s。此时电子系统的特点是：电路的高度复杂化、微型化、保密化；设计周期性短和成本低；设计要综合应用最新成果具有先进性、竞争性和较长的生命周期；设计要于工艺等。这种需求促使电子系统朝着多功能、高速度、智能化的趋势发展。所以有人说，EDA 是90 年代电子电路设计的。

一、OrCAD 9.21 的使用（基础篇）

电子设计自动化软件--OrCAD 9.2 是OrCAD 公司于2000 年5 月推出的产品。OrCAD9.2 采用的是Top-down 设计策略，增加了PSpice 的优化设计，实现了人工智能布线，加强了技术经济管理（简称CIS）内容，绘图准确、美观清晰、功能强、操作简便，给企业带来了巨大经济效益。因此，在国内外受到越来越多用户的欢迎。Orcad 9.2 主要包括以下三部分内容：

·原理图输入、器件信息管理系统OrCAD Capture CIS 9.2

·模拟数字混合电路分析与设计OrCAD 9 PSpise 9.2

·印制版电路图设计OrCAD Layout 9.2

它（OrCAD 9.2）与OrCAD 9.0 的基本内容相同，主要不同点是将可编程逻辑器件设计部分Express 删去，改用Cadence FPGA studio 承当。但仍然保留CaptureVHDL 语言，可以支持应用Actel、Philips、Lucent、Altera、Xilinx 等专业厂家生产的FPGA 器件进行设计。仍然保留与Protel PCB 之间的转换。

OrCAD 公司又于2001 年3 月推出最新产品OrCAD 9.2 Lite Edition (简称OrCAD9.21)。这里介绍如何使用OrCAD/Capture 9.21 绘制电路图和使用OrCAD/PSpiseA/D9.21 进行电路分析。为叙述方便将其内容分为两篇，本篇介绍一些基本操作（基础篇），其他内容由下一篇(进阶篇)再做进一步介绍。

_· 1 安装OrCAD 9.21

Orcad Release 9.2（试用版）软件拥有正式版的全部功能，它只是在存盘时对设计的尺寸有所局限，安装试用版所需硬件环境推荐如下：

_   ·具有32MB 内存的Pentium 90MHz 微机；

_   ·安装软件需要硬盘空间约为260MB；

_   ·显示器需要256 色或以上的VGA 显示卡；

_   ·安装盘为光盘，必须有一个CD-ROM 驱动器；

_   ·16-bit 声卡（推荐使用，可以没有）。

此软件的全部产品都要求在Windows 95/98 或者Windows NT 4.0 的环境下运行。本节以Windows 98 环境为例，说明它的安装和使用步骤。

安装步骤如下：

（1）把Orcad Family Rel 光盘插入光驱（设为G 驱动器）中，并把显示器设置成为256 色（或增强色16 位），分辨率800×600，不然看不见程序的整个窗口。

（2）如果你的光驱支持自动播放功能的话，机器可自行启动其安装程序，或运行光盘主菜单下的Setup.exe 文件，出现如图1-1 所示的欢迎安装界面。

（3）单击【Next】按钮，出现安装选择对话框，如图1-2 所示，我们选择CaptureCIS（也可以选择Capture）、PSpice 即可完成本章介绍的功能。

（4）单击【Next】按钮，显示安装目录对话框，如图1-3 所示。系统默认目录是：C：\\ Program Files \\ Orcad Lite；要改变安装目录，请单击【Browse】按钮，更改设置，如D：\\Orcad。

（5）单击【Next】，出现选择程序启动菜单文件夹名称对话框，如图1-4 所示，此名称出现在Windows 的“开始\程序”菜单中，可选定默认名称“Orcad FamilyRelease 9.2 Lite Edition”或随意更改，如“Orcad 9.21”。

（6）继续单击【Next】按钮，出现是否装入“ODBC”组件的对话框，如图1-5所示。Orcad 中的信息管理系统需要安装微软公司的ODBC，用户可单击【是】。

（7）弹出已选定的要安装程序块名称及安装目录的信息框，如图1-6 所示。

（8）单击【Next】，接受协议，系统拷贝ODBC 文件，完成后弹出如图1-7 所示的对话框，选择“Let me restart the system later”，单击【完成】，继续拷贝其它程序块。

（9）最后所有程序块安装完毕后，出现如图1-8 所示的信息框。若要浏览ReleaseNotes 请选定“Launch the internet browser to view the Release Notes”，单击【Finish】完成全部安装工作，且退出安装。

_· 2 使用Capture CIS 9.21 绘制电路图

1. Capture CIS 的启动和退出

1.1 Capture CIS 的启动

Orcad 安装成功后，就可以启动和使用Capture 程序。启动方法如下：

（1）将鼠标箭头指到“开始”按钮，打开“开始”菜单；

（2）将鼠标箭头上移到“程序”命令，打开“程序”菜单，如图1-9 所示；

     

（3）将鼠标箭头右移到“Orcad Family Release 9.2 Lite Edition”（与图1-4 中的命名相同）命令，打开Orcad 菜单；

     

（4）将鼠标箭头再右移到“Capture CIS Lite Edition”菜单并单击，出现英文Orcad Capture 的基本操作界面，如图1-10 所示。至此，Capture 程序即启动成功。

Orcad/ Capture CIS 称为Orcad 软件的“总调度和经理”，这里仅介绍其作为PSpice 的原理图输入功能。

启动Capture 以后就可以进行绘制电路图的操作了。

1.2 Capture CIS 的退出

Orcad 9.21 应用程序的操作方法与Window 98 窗口应用程序的操作方法类似。本章在介绍Orcad 9.21 使用方法时，对所提到的窗口程序的概念不再做详细说明。

关闭Capture CIS 程序有3 种方式，方法如下：

（1）从系统控制菜单关闭

_   单击“系统控制菜单”图标，如图1-10 所示，再单击其中的“关闭”命令，程序关闭。

（2）从文件菜单退出

单击“File”菜单，再单击其中的“Exit”命令，程序退出。

（3）使用关闭按钮

单击Orcad Capture 程序窗口右上角的“关闭按钮”，程序关闭。此方法最简单，只需要单击一次鼠标键。

2.创建新电路图文件

图10 是Capture CIS 的基本操作界面，在绘制电路图时，这个界面会发生变化。每次开始绘制新电路图时，需要首先创建新电路图文件，有2 种方式实现，方法如下：

（1）使用菜单：打开“File”菜单，并选择其中的“New”命令，如图1-11 所示。将鼠标箭头右移到“Design”命令，单击鼠标，进入电路图绘制状态， 如图1-12 所示，出现两个窗口专案管理窗口和电路原理图绘制窗口。画图可以在电路原理图窗口开始了！

     

     

（2）使用快捷键按钮：将鼠标箭头指到工具栏中的新建按钮，单击鼠标键，出现如图1-13 所示的对话框，要求在打开的“Name”编辑框中输入文件名，在下面的圆钮选框中选择画原理图“Analog”，最后指定文件所放的文件夹后，单击【OK】，则也会出现图1-12 所示的电路原理图绘制窗口。

     

（3）如果在图1-11 所示画面中，进入Project（工程）则有如下三种选择，如图1-14 所示：即可选择简单的(simple.opj)带激励源和偏置的画版；或者层次的(hierarchical.opj) 画版；也可以是一张白纸Create a blank pro)做画版。这一点也是OrCAD9.21 对OrCAD9.0 做的改进。

      

3.绘制电路原理图

假设我们想要画一张单管放大电路图，如图1-15 所示，首先要构图，明确各元件的位置，然后开始取放元件。

  

3.1 加载元件库

当你第一次启用Capture CIS 程序时，或者新电路图元件不在已经加载的元件库中时，需要做加载元件库操作。

步骤如下：

（1）利用菜单栏启动Place/Part 命令，或者单击右恻绘图工具栏的按钮，便打开取放元件对话框，如图1-16 所示。

     

（2）单击【Add Library .】按钮，出现库文件浏览对话框，如图1-17 所示，其中有一个文件夹PSpice 和34 个库文件。

      

（3）若要对电路进行模拟分析，必须加载PSpice 中的库文件。选择文件夹PSpice并单击【打开】，对话框的内容变为如图1-18 所示，出现8 个库文件。

      

根据需要选择一个要加载的库文件后（例如（analog），单击【打开】，窗口对话框返回如图1-15 所示。只是库文件显示区中加入了analog 库，如图1-19 所示。

（5）若需要加入其它库文件，重复步骤（2）～（4）。

     

（6）若需要卸载某个库文件，可用鼠标点选该文件，再单击【Remove Library】，库文件名从库文件显示区消失。

（7）全面减少手工数据输入量是提高EDA 软件水平的一个重要任务。除了在OrCAD软件数据库（工业版有6000 多个）中找到所需元器件外，还可入网的Internet用户从50 多万个远程数据库中，查找或下载120 万个元器件。如图1-20 所示的网上下载通道。双击找到的元器件就可以把它摆在原理图上。与此同时，该元器件的物理封装、生产厂家、元器件编号、价格、仿真模型以及其它技术资料的WWW 地址都可以通过本地网或Internet 远程网上的元器件数据库关联到了该元器件，设计效率空前提高。

    

    

3.2 取放元件

首先应清楚电路图中的元件分别在哪个库中，若不知道，需要查找元件的来源库，有两种方式：

在图1-15 库文件显示区中，选定某个库，接下来在元件选择区中一一点击元件名称，则元件图形出现在浏览区中，进而判断是不是要取放元件，如图1-18 所示，图中点选了“eval”库中的“Q2N2222”三极管元件，其原理图符号出现在浏览区中。

另一种查找元件的来源库的方式是启动查找程序。在如图1-16 所示的对话框中，单击【Part Search】，出现元件查找对话框，如图1-21 所示。在Part 栏中键入元件名称，再单击【Begin Search】按钮，在Libraries 栏中出现查找结果。点击【Cancel】返回图1-18 中。

    

在图1-18 中选择元件所在的库（在库文件显示区）和需要的元件（在元件选择区）,单击【OK】。选定元件出现在电路图绘制窗口，通过移动鼠标移动元件的位置、布图，单击鼠标放置元件，每单击一次放置一个相同的元件。当单击鼠标右键时弹出快捷菜单，如图1-22 所示，可对元件做各种操作，快捷菜单中包括10 项命令：

End Mode：结束取放操作；         Mirror Horizontally：水平翻转；

Mirror Vertically：垂直翻转；        Rotate：逆时针旋转90°；

Edit Properties：编辑元件属性；      Place Database Part：放数据库元件；

Ascend Hierarchy：上升层级：       Zoom In：放大视窗；

Zoom Out：缩小视窗；             Go To：跳到指定位置。

经常选择“End Mode”，结束一次取放元件操作。

3.3 放置偏置电源和接地符号

利用菜单栏启动Place/Power 命令，或者单击绘图工具栏的按钮，便打开取放电源对话框，如图1-23 所示，第一次打开也需要加载电源库，电源的取放方法同上述元件。

利用菜单栏启动Place/ Ground 命令，或者单击绘图工具栏的按钮，便可打开放置地符号对话框，如图1-24 所示，地符号的放置方法同元件，读者学过或看过前面的电路CAD 技术基础，当然会明白必须设置零节点的必要性，因为SPICE是用改进的节点法列写方程的。零节点是指定的参考点，惟有指定零节点才能保证方程是的,否则认为出错,此事学过就懂，没学过就只能知其然了。

3．4 连接线路和放置节点

当元件、电源和接地点放置完毕后，接下来就是连接电路了。在Capture 中，元件的接脚上都有一个小方块，表示接线的地方。利用菜单栏启动Place/Wire 命令，或者单击绘图工具栏的按钮，光标变成十字状，将光标移到元件的接脚，单击鼠标，画线开始。移动光标可画出一条线，当到达另一个接脚时，再单击鼠标，便可完成一段走线。此时光标仍然处于画线状态，若要结束画线，可单击鼠标右键，选择菜单“End Wire”。

当某元件位置不合适时，可单击该元件，即选中该元件，使鼠标箭头指向元件、单击并拖动，元件便移到新的位置。

当需要放置节点时，利用菜单栏启动Place/Junction 命令，或者单击绘图工具栏的按钮，一个节点跟随鼠标箭头移动，单击鼠标放置节点。若要结束放置节点，可单击鼠标右键，选择菜单“End Mode”。

3．5 元件属性编辑

当电路图刚绘制完成时，各元件均标注着元件序号和元件值，如图1-25 所示，它们都是省缺值，可根据需要将它们改成设计要求值，这就是元件属性的编辑。

首先选定要编辑属性的元件，单击鼠标选定单个元件，或者单击拖动鼠标选定若干元件（或全部）。再利用菜单栏启动Edit/Properties 命令，或者单击鼠标右键，在弹出的快捷菜单中，选定Edit Properties 命令，即可开启元件的属性编辑对话框，如图1-26 所示。

在属性编辑对话框中有7 张标签，单击“Parts”标签，再用鼠标单击要编辑的“Reference”或“Value”列下的相应表格，例如图1-26 中第6 个元件的“2k”，点选后可键入新值。全部编辑完毕后，单击常用工具栏中的按钮存盘。

通常，单个元器件或局部电路属性编辑对话，也可先用鼠标左键圈画出欲调范围，再按下右键如图1-27 所示，选用其中“Edit Properties.”命令即可得出如图1-26 所示的元件的属性编辑对话框。

到此为止，一张用Capture 绘制的电路图全部完成，完成后的电路图如图1--15所示。当然Capture CIS 的功能不仅如此，它能够利用专案经理窗口进行文件管理，元件库零件的修改和制作，自动产生各种报表，电气规则检查等等，这里不再详细叙述。

·3 使用PspiceA/D 9.21 分析电路

PSpice 分析电路在当代产品开发中占有重要的地位。产品设计的最初是根据设计要求画出合理的电路原理图，然后利用PSpice 对电路进行仿真，检验电路是否达到设计要求，与此同时优化参数。待仿真成功后，才能设计印制板电路图（可利用Orcad 自动完成），宣告产品设计完成。

一个电路设计能够使用PSpice 分析和优化的两个必备条件是：

（1）元件必须都有PSpice 的仿真模型,这也是必需进入Pspice 库的原因，如库中没有也可以自建模型，加入库中；

（2）在电路中含有激励源（或者电路中存储能量）。

对于这两点的具体含义和实现方法，在后面的分析举例中逐渐说明。

3.1 电路原理图输入方式

第5 章曾提过PSpice 有两种输入方式，目前多用电原理图输入方式，并统一由Capture 窗口进行输入和调用PSpice 分析。

在图1-10 的Capture 的基本操作界面中，每次开始绘制新电路图时，需要首先创建仿真电路图文件，有2 种方式实现，方法如下：

（1）使用菜单：启动File/New/Project 命令，出现如图1-13 所示新建对话框。

（2）使用按钮：将鼠标箭头指到工具栏中的新建按钮，单击鼠标键，也出现图1-13 所示的对话框。

在打开的对话框中，“Name”编辑框中输入文件名，如“RR”；在下面的圆钮单选框中选择“Analog or Mixed A/D project”，要注意这是由Capture 径直调用PSpice 的按钮，不要选错；最后在“location”中指定文件所放的文件夹后，单击【OK】，则会出现图1-28 所示的PSpice 分析的设计来源选择对话框。

选择“Create a blank pro”（创建空白设计）或“Create based upon an existing pr”（基于已有的设计创建PSpice 文件），通常点选前者。最后单击【OK】，进入到仿真电路图绘制窗口，如图1-29 所示。与上节电路原理图绘制窗口1-12 相比，菜单栏和常用工具栏项发生了变化，但绘图方法同2.3 节。

3.2 创建新仿真文件

当仿真电路图绘制完毕后，首先存盘，然后创建新仿真文件。利用菜单栏启动PSpice/ New Simulation Profile 命令，或者单击常用工具栏的智慧图标按钮，便打开新仿真对话框，如图1-30 所示。

在新仿真对话框的Name 栏中键入仿真文件名（DC1），单击【Create】，弹出仿真参数设置对话框，如图1-31 所示。单击【确定】，返回电路图窗口。

这个参数设置的对话框经常用到，即不同分析内容的不同设置方法。如何设置，是十分重要的，在下面通过举例，说明此对话框的参数束参数设定。

3.3 执行PSpice 程序

当分析参数设定完毕后，就可执行PSpice 程序对电路进行分析了。利用菜单栏启动PSpice/Run 命令，或者单击常用工具栏的图标按钮，屏幕会出现PSpice执行模拟窗口，分析完成后程序会自动调用Probe 显示分析结果波形，如图1-32所示。

在波形窗口只有坐标而没有波形。利用菜单栏启动Trace/Add Trace 命令，或者单击常用工具栏的图标按钮，出现加入波形对话框，从中选择需要显示的电压、电流、电位或电功率后单击【OK】，则波形窗口出现波形。图标和它右侧的4个图标很有用。

3.4 输出窗口的常用操作

（1）只显示波形

在图1-32 中，利用菜单栏选择View/Output Window，或者单击关闭按钮，便可关闭文字窗口，如图1-33 所示。

（2）利用Zoom 菜单调整波形窗口

    

在图1-33（或图1-32）中，为了更好地分析和观察波形，可以任意缩放波形大小。启动菜单栏View/Zoom 命令，出现如图1-34 所示菜单，其功能分别如下：

Fit：同常用工具栏的图标，单击后，将整个波形的显示尺寸自动地调整到适合视窗的大小；

In：同常用工具栏的图标，单击后，鼠标箭头变成十字，移到需要加细观察的波形附近，再单击，波形被放大；

Out：同常用工具栏的图标，单击后，鼠标箭头变成十字，移到需要扩大观察波形范围的区域，再单击，波形被缩小；

Area：同常用工具栏的图标，对所选定区域的波形放大；

Previous：回到前一显示画面；

Redraw：更新显示画面；

Pan-New Center：设定所显示波形的中心点。

（3）查看文字输出档

在执行PSpice 分析程序后，产生输出波形的同时还产生了各种文字输出档，如网路表、电气规则检查报告等等。若电路图中元器件的连接不符合电气规定，或有其它的错误，

执行PSpice 分析后不能产生输出波形，会在文字输出档中会报告错误原因，阅读后可帮助修改电路图。

启动菜单View，选择Output File，即可查看文字输出档，如图1-35 所示。输出结果可通过单击下面的两个标签之一而在波形或文字两个窗口间切换。

4 直流分析

下面通过简单的例题，说明如何运用PSpiceA/D9.21 进行常用的直流分析、交流分析、参数分析、瞬态分析、蒙特卡洛分析、数字电路分析、温度分析、最坏情况分析、噪声分析的基本方法。

直流分析：PSpice 可对大信号非线性电子电路进行直流分析。它是针对电路中各直流偏压值因某一参数（电源、元件参数等等）改变所作的分析，直流分析也是交流分析时确定小信号线性模型参数和瞬态分析确定初始值所需的分析。模拟计算后，可以利用Probe 功能绘出Vo- Vi 曲线，或任意输出变量相对任一元件参数的传输特性曲线。

4．1 例题

一个简单的直流分压电路如图1-36 所示。试利用Orcad 的直流分析方法完成该电路的分压分析。

     

分析过程就是本节前面讲述的3.1、3.2、3.3 三步。

（1）电原理图的绘制。输入电路图名称（如RR），绘制电路图。再一次提醒读者：电路图中必须有模拟地“0”的存在才能进行PSpice 分析，因为它用的是改进的节点法。模拟地“0”可以从库Source .olb 中选择“0 ground”

（2）创建新仿真文件，名称为DC1，如图1-30 所示。注意分析参数设置方法，如图1-31 所示。

在仿真设置对话框中选择分析标签“Analysis”；

在“Analysis type”（分析类型）的下拉列表框中点选“DC Sweep”（直流扫描）进行直流分析；

在“Options”（选项）中点选“Primary Sweep”（初级扫描）；

在“Sweep variable”（扫描变量）中点选“Voltage soure”（电压源），且在“Name”中键入“V1”，表示设定电压源V1 为扫描变量；

在“Sweep type”（扫描类型）中单选“Linear”（线性），即V1 做线性扫描分析。在“Start”空白中键入“0V”，表示从0V 开始扫描。在“End”空白中键入“15V”，表示到15V 结束扫描。在“Increment”空白中键入“1V”，表示以1V 为增量扫描。

（3）执行PSpice 分析程序，其结果波形如图1-33（或图1-32）所示。波形显示了R2 电阻两端的电压与直流电源V1 值的关系曲线，结果成线性关系。

其结果波形也是可调的，请看：

1．增加窗口如图1-37 所示。

采用“Plot”命令如图1-38 所示，选用“Add plot to window”命令，就出现如图画面。

2．增减扫描变量若增减扫描变量时用Trace 命令如图1-39 所示，再在菜单栏启动Trace/Add Trace 命令，或者单击常用工具栏的图标按钮，出现加入波形对话框如图1-40 所示，从中选择需要显示的电压、电流、电位或电功率后单击【OK】，则波形窗口出现波形。

    

        

3．查阅文字输出档在分析时经常需要文字输出文件。启动菜单View，选择Output  File，如图1-40 所示。，即可查看文字输出档，如图1-41 所示。

细心的读者早在图1-37 显示的波形图中看出，R1 和R2 中的电流为什么反向？

查阅本例的文字输出档案就知道，原来R1 的参考（正）方向是从N00080（正极性）流向N0011（负极性），R2 却是从0（正极性）流向N0011（负极性）。二者恰恰相反。负载功率为负值亦不足为奇了。

4．学会用节点电压探针在探针： （依次为节点电压、电压、电流和功率）选用节点电压探针，把它放你想探测节点如图1-43 所示。

图1-37 中下方的一幅波形就是用节点电压探针的观察结果。象示波器那样用探针随时任意观察各点波形蛮有意思，不妨试试。

  

5 交流分析

交流分析：PSpice 可对小信号线性电子电路进行交流分析，此时半导体器件皆采用其线性模型。它是针对电路性能因信号频率改变而变动所作的分析，它能够获得电路的幅频响应和相频响应以及转移导纳等特性参数。

5．1 例题

一个简单的RLC 串联电路如图1-44 所示。试用Orcad 对该电路电流频率响应进行交流分析。

（1）电路图的绘制。输入电路图名称（如RLC），绘制电路图。注意：信号源V1 使用Source.olb 库中的VAC 模型，幅值取1V。这样做，V（R1）/VAC=F（即放大倍数）。

在电路图中设置电流探针。单击图标，在欲测电流的元件（如R）支路上单击，放置电流探针，如图1-44 所示。这样在执行PSpice 分析程序后不需要呼叫波形，探针测试的电流便自动出现在波形输出窗口，支路电压、节点电压和元件功率也可类似设置探针。

     

（2）创建新仿真文件，名称为“AC”。注意交流分析参数设置方法，如图1-45所示。

在仿真设置对话框中选择分析标签“Analysis”；

在“Analysis type”的下拉列表框中点选“AC Sweep/Noise”进行交流分析；

在“Options”中点击“General Settings”；

在“AC Sweep Type”中点选“Linear”，且在“Start”（起始频率）空白中键入“1000”，表示信号源V1 从1000Hz 开始扫描。在“End”空白中键入“15000”，表示到15kHz 结束扫描。在“Total”空白中键入“100”，表示扫描100 个点。高频时多用对数扫描点选“Logar”，此时在“Total”空白中如键入“10”，是表示对数间隔点之间扫描数。

（3）执行PSpice 分析程序，其结果波形见图1-46 所示。波形显示了电路中电流“I（R1）”与信号源V1 的工作频率的关系曲线。结果从曲线可以看出，电路电流在7kHz 附近发生串联谐振，谐振时电路中电流值等于33mA（1V/30Ω），也可以用波形窗口上面的图标直接得出。曲线形状与串联谐振电路实验绘制的曲线相同。

    

5．2 交流的输出格式

交流分析完成后，交流的电压、电流输出格式通常用有效值。用户也可根据需要，将输出变量按表1-1 中所列的格式输出。

表1-1 交流输出变量的格式

交流输出变量	表示方式	举例
电压或电流幅值	M	VM（R1：1）可表示为V1M（R1）。1 为R1 正参考节点的电压幅值。2 为R1 的负参考节点
电压或电流幅角（相位角）	P	VP（R1）为R1 两端的电压幅角
电压或电流实部	R	IRCE（Q1）为晶体管Q1 的集电极和发射极的电压实部
电压或电流虚部	I	II（RL）为负载RL 电流的虚部
电压或电流幅值/dB	DB	IDB(Q2:C)或ICDB（2）为Q2 的集电极电压分贝值
电压或电流的群时延	G	VG（OUT）为OUT 节点的电压的群时延

        

5．3 游标

上述的例题分析结果，如图1-46 图形所示，它虽然直观，但要想从图形中得到精确的数值关系还需借助下面要介绍的游标（Cursors）的功能。其对应的菜单如图1-47 所示。

其快捷方式如下图1-48 所示，具体功能见表1-2。

             

表1-2 各游标（快捷方式）的功能

快捷方式	名称	含义
	Display	启动游标
	Freeze	关闭游标
	Peak	定位光标在下一个最高点
	Trough	定位光标在下一个最低点
	Slope	定位光标在下一个最大斜率点
	Min	定位光标在最低点
	Max	定位光标在最高点
	Point	定位光标在下一个数据点
	Search  Commands…	搜寻命令
	Next  Transition	定位光标在下一个数字转折点(有数字分析时才显亮)
	Previous  Transitions	定位光标在前一个数字转折点(有数字分析时才显亮)
	Plot /Label /Mark	对光标所在点标值

例如探测波形最高点的位置，可启动，图形与数值如图1-49 所示。

在用网表文件输入交流分析时其控制语句为：

_ AC [LIN/OCT/DEC]

其中，选择项[LIN/OCT/DEC]为频率扫描点的取样方式：LIN 为线性扫描；OCT为倍频程（8dB）扫描；DEC 为数量级（10dB）扫描。LIN 用于较窄的频域分析，而DEC 常用于宽频带分析。频率间隔点之间的扫描点数。和分别为起始频率和终止频率。

举例：

_ · AC LIN 101 10HZ 200HZ

_ · ACDEC 10 1K 100MEG

_ ·AC 语句前的“ · ”不能少。为强调这点，有人称其为点语句。介绍这些的目的是对网表文件输入方式有个了解，同时也为了看懂OUTPUT 文件。

6 参数分析

参数分析就是针对电路中的某一参数在一定范围内作调整，利用PSpice 分析得到清晰易懂的结果曲线，迅速确定出该参数的最佳值，这也是用户常用的优化方法。如果严格一点说，前面所讲的直流分析是随电源值步进，交流分析是随频率值步进也是参数分析。这里所说的就更狭义一些。

例1：如图1-50 所示电路中，试用Orcad 参数分析研究电路品质因数对电流频率响应的影响。

      

（1）电路图的绘制。输入电路图名称（如RLC），绘制电路图。注意：电路中变化的参数是R，在属性编辑时，其值用{R}代替，如图1-49 所示。

另外需要放置PARAMETERS 元件，它位于“SPECIAL”库中，元件名称为PARAM。设置PARAM 属性，双击字符“PARAMETERS：”，点击按钮，出现图1-49 所示的“Add New Column”输入框。在“Name”栏中键入“R”，在“Value”栏中键入R 的值为“30”，单击【OK】，关闭PARAMETER 特性编辑器窗口。

（2）创建新仿真文件，名称为PAR。注意分析参数设置方法。

在仿真设置对话框中选择分析标签“Analysis”；

在“Analysis type”的下拉列表框中点选“AC Sweep/Noise”进行交流分析；

在“Options”中首先点击“General Settings”，其它参数设置同图1-44 所示；

在“Options”中再点击“Parametric Sweep”，分析参数设置方法如图1-52所示。在“Sweep variable”中单选“Global parameter”，且在“Parameter”空白中键入“R”，表示对参数R 进行分析。在“Sweep type”中单选“Linear”，即R 做线性扫描分析。在“Start”空白中键入“30”，表示R 从30Ω 开始扫描。在“End”空白中键入“70”，表示R 到70Ω 结束扫描。在“Increment”空白中键入“20”，表示以20Ω 为增量扫描。此设置要求Orcad 对R＝30Ω，50Ω，70Ω 三种情况进行交流分析。

        

（3）执行PSpice 分析程序，其结果波形见图1-53 所示。波形显示了电路中电流“I（R）”

与信号源V1 的工作频率的关系的同时，还反应了电路品质因数对电路响应电流的影

响。最上面的曲线是R＝30Ω 时的电流响应；中间的曲线是R＝50Ω 时的电流响应；

最下面的曲线是R＝70Ω 时的电流响应。从曲线可以看出，随着电路中电阻值的减小，

电路品质因数在增大，曲线变得更加尖锐，表明选择性更好，响应电流增大，且电路

中的串联谐振频率点不受电路电阻值的影响，都在7kHz 附近发生串联谐振。

例2：共射极放大电路如图1-54 所示。试利用Orcad 参数分析讨论共射极放大电路的电压传输特性。

        

（1）绘制电路图，输入电路图名称（如AMP）。

（2）创建新仿真文件，名称为DC，注意分析参数设置方法如图1-55 所示。

在“Analysis type”的下拉列表框中点选“DC Sweep”进行直流分析；在“Options”中点击“Primary Sweep”；在“Sweep variable”中点选“Voltage  soure”，且在“Name”中键入“V1”，表示设定电压源V1 为扫描变量；在“Sweep type”中单选“Linear”，即V1 做线性扫描分析。在“Start”空白中键入“0V”，表示从0V 开始扫描。在“End”空白中键入“1.5V”，表示到1.5V 结束扫描。在“Increment”空白中键入“0.02V”，表示以0.02V 为增量扫描。

（3）执行PSpice 分析程序，其结果波形如图1-56 所示。由波形图可知，当输入电压V1 在

0～0.5V 范围内时，三极管截止，集电极输出电压最高为5V；当输入电压V1 在1.05V

以上时,三极管饱和，集电极输出电压最低约为0.2V 以下；当输入电压V1 在0.5V～

1.05V 之间时,三极管处于放大区，集电极输出电压在5V～0.2V 之间。

（4）修改模型参数

若修改模型参数可如图1-57 所示,调用模型参数编辑命令”Edit PSpice  Model”，提取该器件的模型参数值，如图1-58 所示。

图中模型参数的含义见第5 章第5 节。如依据实测比如Bf=60、Cjc=3p、Cje=2p

将其值写入即可。

7 瞬态分析

瞬态分析：PSpice 可对大信号非线性电子电路进行瞬态分析，也就是求电路的时域响应。它可在给定激励信号情况下，求电路输出的时间响应、延迟特性；也可在没有任何激励信号的情况下，求振荡波形、振荡周期等。瞬态分析运用最多，也最复杂，而且是计算机资源耗费最高的部分。

7．1 例题

一阶RC 电路如图1-59 所示。试利用Orcad 进行电路的时域响应（瞬态）分析。

（1）电路图的绘制。输入电路图名称（如RC），绘制电路图。激励为电压脉冲源，选用Source.olb 库中的VPULSE。

电压脉冲源需要设置参数。用鼠标箭头点击VPULSE 图形，选中后单击鼠标右键，选择Edit properties 命令，出现如图1-60 所示的参数编辑窗口。点击按钮，分别键入下面参数的名称和数值：V1＝0V（初始值），V2＝5V（幅值），TR＝0.4μs（上升时间），TF＝0.5μs（下降时间），TD＝0（延迟时间），PW＝10ms（脉冲宽度），PER＝20ms（周期）。PSpice 库中存有各种类型瞬态分析电压（电流）激励源供调用，脉冲源是其中之一。

（2）创建新仿真文件，名称为TD1，注意分析参数设置方法如图1-61 所示。

    

在“Analysis type”的下拉列表框中点选“Time Domain（Transient）”进行瞬态分析；在“Options”中点选“General Settings”；在“Run to”空白处键入“200ms”，表示模拟运行终止时间；在“Start saving data”空白处键入“0”，表示瞬态分析文件或波形输出的起始时间，如果不为0，比如为40ms，程序仍然从零点开始计算，只是开始时间前的波形不显示，也不存入文档。

（3）执行PSpice 分析程序，结果波形见图1-62 所示。其中脉冲波是输入的矩形脉冲，三角波是输出波形。由于电路的时间常数，R1=100 τ＝RC＝100×10×10－6＝1ms，而矩形输入脉冲的周期是T=20ms，因此本例中的RC 电路为微分电路，输出电压波形仍是矩形波，而电流波形是一个尖顶波如图1-62 所示。

当R1=2K（或者大于2K）此时τ＝RC＝2000×10×10－6＝20ms（或>20ms）RC电路已经成为积分电路，输出的电压波形已经变换成三角波，而且在波形输出窗口中可以观察到电容的动态充电过程，即其平均电压值在升高，开始时，是“充得多，放得少”电容电压开始“爬坡”，大约在80ms 后达到动态平衡，即是电容电压“充多少，放多少”保持一个稳定值，如图1-63 所示。这种现象在通常无存储的示波器上是观察不到的。

7．2 瞬态源的类型

做直流分析时是用VDC 或IDC 源；做交流分析时，用的是VAC 或IAC 源（可同时设置DC 分析）。做瞬态分析时，常用的有5 种源（皆可同时设置DC、AC 分析）。

1．脉冲波VPULSE(Pulse)、IPULSE

在Capture 选定VPULSE 图形，按下右键点选Edit Properties，出现如图1-所示的参数编辑栏。

参数的设置见表1-3。

表1-3 脉冲源VPULSE、IPULSE 参数的设置

参数	含义	单位
V1 或I1	初始值	V 或A
V2 或I2	脉动值	V 或A
TD	延迟时间	S
TR	上升时间	S
TF	下降时间	S
PW	脉冲宽度	S
PER	周期	S

例如设定参数如下：V1=0，V2=1，TD=1U，TR=0.4U，TF=0.6U，PW=2U，PER=6U。可得如图1-65 所示的波形。

2．正弦源VSIN(Sinusoidal Waveform)、ISIN

操作方法如同上述，参数的设置见表1-4。

表1-4 正弦源VSIN、ISIN 参数的设置

参数	含义	单位
VOFF 或IOFF	直流偏移电压	V 或A
VAMPL 或IAMPL	振幅	V 或A
FREP	频率	Hz
TD	延迟时间	s
DF	阻尼系数	1/s
PHASE	相位延迟	度（o）

例如设定参数如下：voff=1，vampl=9，frep=1meg，td=1u，df=0.4meg，phase=0，可得如图1-66 所示的波形。

其数学表达式为

如VOFF=0，TD=0，DF=0 就是通常用的正弦源， 。

3．指数源VEXP(Exponential Waveform)或IEXP

参数的设置见表1-5。

表1-5 指数源VEXP 或IEXP 参数的设置

参数	含义	单位
V1 或I1	初始值	V 或A
V2 或I2	脉动值	V 或A
Td1	上升延迟时间	s
Tc1	上升时间常数	s
Td2	下降延迟时间	s
Tc2	下降时间常数	s

例如设定参数如下：v1=2，v2=10，td1=1m，tc1=0.3m，td2=5m，tc2=0.5m，可得如图1-67 所示的波形。

4．分段线性源VPWL(Piece-WuseLinear)或IPWL

以坐标方式输入波形，每对值（T1，V1 或I1）确定了时间t=T1 时分段线形波的值V1，中间值用线形插值方法来确定。有了它，事实上就等于对各种信号波形皆可以描述线段逼近曲线。例如设定参数如下t1=0，v1=1，t2=10n，v2=2，t3=15n，v3=2，t4=20n，v4=4，t5=25n，v5=0 可得如图1-68 所示的波形。

有了分段线性源，就可以对各种信号波形都可以进行描述—用直线段逼近曲线。

5．周期性折线源VPWL_ENH 或IPWL_ENH

这种电源实际是上面的一个简化，其参数的设置见表1-6。

表1-6 周期性折线源参数的设置

参数	含义	单位
TSF	时间基准值	s
VSF 或ISF	电压或电流基准值	V 或A
FIRST_nPAIRS	转折点的坐标对	无
SECOND_nPAIRS	转折点的坐标对	无
THIRD_nPAIRS	转折点的坐标对	无
REPEAT_VALUE	重复次数	次数

例如设定参数如下：TSF=1s，VSF=5V，坐标对为（0，-1） （1，1）（2，-1），REPEAT_VALUE=3，可得如图1-69 所示的波形。

6．单频调频源VSFFM(Singl-Frequency Frequency-Modulated)或ISFFM

参数的设置见表1-7。

表1-7 单频调频波VSFFM 或ISFFM 参数的设置

参数	含义	单位
VOFF 或IOFF	直流偏移电压	V 或A
VAMPL 或IAMPL	振幅	V 或A
Fc	载波频率	Hz
Mod	调制指数	无
Fm	调制信号频率	Hz

计算公式为：

VALUE=voff+vampl*sin(2π*fc*TIME+mod*sin(2π*fm*TIME))

例如设定参数如下：voff=0.5，vampl=4，fc=1.5k，mod=5，fm=300，可得如图1-70 所示的波形。

其它瞬态源与之相类似，不一一介绍。有关数字信号源，将在进阶部分的数字电路分析中予以说明。