PSpice仿真軟件在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應用

摘要 介紹了PSpice仿真軟件的基本功能和特點(diǎn)。通過(guò)教學(xué)實(shí)例，論述了將PSpice仿真軟件引入實(shí)驗教學(xué)和實(shí)踐的方法，結果表明在模擬電子技術(shù)實(shí)驗教學(xué)中引入PSpice仿真軟件可將理論和實(shí)踐有機結合，有益于傳統模擬電子技術(shù)實(shí)驗教學(xué)方法的補充和改進(jìn)。
關(guān)鍵詞 PSpice仿真軟件；模擬電子技術(shù)；實(shí)驗教學(xué)；電路仿真

隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，利用計算機的仿真技術(shù)對電路進(jìn)行設計、分析和調試已成為趨勢。一是其可替代采用簡(jiǎn)化電路模型估算電路特性進(jìn)行驗證的傳統設計方式，同時(shí)可高效地進(jìn)行電路參數確定和方案優(yōu)選，并在設計初期對產(chǎn)品的性能進(jìn)行可靠預測，從而提高設計質(zhì)量、縮短設計周期、節省設計費用，因此成為了現代設計方法中重要的組成部分；二是利用仿真軟件得出電路性能受電路中關(guān)鍵參數的影響，可更好地掌握電路的特性和指標，對實(shí)際電路調試工作具有指導意義。目前電子電路CAD(Computer Aided Design)及EDA(Electronic Design Auto mation)已成為電路分析和設計中不可或缺的工具。CAD／EDA仿真軟件也將是電子類(lèi)專(zhuān)業(yè)學(xué)生需要掌握的專(zhuān)業(yè)技能之一，所以必須將計算機仿真技術(shù)引入到模擬電子技術(shù)實(shí)驗教學(xué)中，將傳統的模擬電子技術(shù)實(shí)驗教學(xué)與計算機進(jìn)行的仿真實(shí)驗相結合，提高課程的教學(xué)質(zhì)量和實(shí)驗效率。
目前流行的電子線(xiàn)路仿真設計軟件有EWB、Protel、PSpice、Muhisim等，由于PSpice具有高超的電路仿真能力，因此在模擬電路仿真實(shí)驗教學(xué)中得到最廣泛應用。在電路系統仿真方面，PSpice則獨具特色，是一個(gè)多功能的電路模擬試驗平臺；該軟件由于收斂性好，適用于系統和電路級仿真，具有快速、準確的仿真能力。因此文中將PSpice仿真軟件引入模擬電子技術(shù)實(shí)驗教學(xué)中，為學(xué)生提供一個(gè)積極創(chuàng )新的仿真實(shí)驗平臺，將仿真實(shí)驗平臺與傳統的實(shí)驗方式有機結合。通過(guò)教學(xué)實(shí)踐表明，基于PSpice軟件平臺的仿真實(shí)驗是對傳統實(shí)驗教學(xué)模式的補充和改進(jìn)。

1 PSpice仿真軟件簡(jiǎn)介
PSpice (Personal Simulation Program with IC Emphasis)由Spice發(fā)展而來(lái)，是用于微機系列的通用電路分析程序，也是出現較早的電路設計自動(dòng)化軟件之一，可進(jìn)行模擬電路分析、數字電路分析和模擬數字混合電路分析。目前，最新版本是Cadence公司的OrCAD／PSpice是眾多計算機輔助設計的工具軟件中精度較高的軟件工具之一。
PSpice作為一種通用電路分析程序，能分析和模擬一般條件下的各種電路特性，主要包括：Schematics、PSpice、Probe、Stmed(Stimul us Editor)、Parts、PSpice Optimizer 6大模塊，具有電路圖繪制、模擬仿真及圖形后處理功能，可用于各種電路實(shí)驗和測試，以便修改與
優(yōu)化設計。其不僅支持文本輸入，還支持圖形輸入，同時(shí)擁有龐大的元器件庫、參數模型庫以及種類(lèi)齊全的測試儀器儀表等。隨著(zhù)軟件自身的發(fā)展，其自動(dòng)化程度更高、功能更完善、運行速度更快且操作界面清晰簡(jiǎn)潔。通常PSpice軟件的主要分析功能有：直流工作點(diǎn)分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、交流小信號分析、參數掃描、零極點(diǎn)、傳遞函數、直流靈感度、交流靈感度和蒙特卡洛法等。
PSpice軟件對電路進(jìn)行模擬仿真的過(guò)程共分為8個(gè)階段：新建設計項目、電路圖生成、電路特性分析類(lèi)型和分析參數設置、運行PSpice A／D程序、模擬結果的顯示與分析、電路設計優(yōu)化與修正以及設計結果輸出等。

2 PSpice的應用
下面通過(guò)3個(gè)具體仿真實(shí)驗，闡述PSpice軟件在模擬電子技術(shù)實(shí)驗教學(xué)中的應用情況。
(1)差分放大電路電壓傳輸特性實(shí)驗。在Schematics繪圖編輯器中繪制的差分放大電路如圖1所示，其中圖1(a)中三極管Q1、Q2的發(fā)射極反饋電阻Re1=Re2=0，圖1(b)中Q1、Q2的發(fā)射極反饋電阻Re1=Re2=200 Ω。差分放大電路電壓傳輸特性是輸出電壓圖1(a)中Vo1、Vo2或圖1(b)中Vo3、Vo4和輸入電壓Vi1的關(guān)系曲線(xiàn)。根據要求分析采用直流掃描分析(DCSweep)。所謂直流掃描分析是指將電路中某一參數作為輸入變量，以某一電壓或電流為輸出變量，對自變量在其變化范圍內的每個(gè)取值，計算輸出變量的變化情況。選擇輸入電壓Vi1為自變量，令其取值從-500 mV線(xiàn)性增長(cháng)至500 mV，步長(cháng)5 mV。運行PSpice仿真軟件，仿真結果可通過(guò)文本文件輸出，也可由波形模塊Probe窗口輸出。該實(shí)驗采用Probe窗口輸出，能方便直觀(guān)地得到圖1(a)和圖1(b)差分放大電路的電壓傳輸特性曲線(xiàn)，如圖2和圖3所示。

對比分析圖2和圖3可知，圖1(b)中差分電路引入負反饋后(Re1=Re2=200 Ω)增加了放大電路的線(xiàn)性工作區，但傳輸特性的斜率變小，使放大電路的增益減小。采用PSpice仿真軟件可方便得出差分電路的電壓傳輸特性曲線(xiàn)，若采用物理實(shí)驗的方法，則需對輸入電壓Vi1取一系列值，列表分別測輸出電壓，再根據所測的數據繪制電壓傳輸特性曲線(xiàn)。