Pspice教程
1 PSPICE软件的简介与使⽤
1.1 PSPICE的发展与现状
根据实际电路（或系统）建⽴模型，通过对模型的计算机分析、研究和试验以达到研制和开发实际电路（或系统）的⽬的，这⼀过程，称为计算机仿真（Simulation）的⾼效、⾼精度、⾼经济性和⾼可靠性，因此倍受业界喜爱。在设计或分析各类开关电源时，计算机仿真起了重要的作⽤。数字仿真⼿段可⽤以检验设计的系统是否满⾜性能要求。应⽤数字仿真可以减少电路实验的⼯作，与电路实验相⽐，计算机仿真所需时间要少得多，并可以更全⾯、更完整地进⾏，以期改进设计质量。⽬前流⾏的许多著名软件如PSpice、Icape等，它们各⾃都有其本⾝的特点。⽽随着Windows的全⾯普及，PSpice推出了Windows版本，⽤户不⽤象DOS版那样输⼊数据⽹表⽂件，⽽是图形化，只需选择相应的元器件的图标代号，然后使⽤线连接就可以⾃动⽣成数据⽹表⽂件，整个过程变得直观简单。因此它已⼴泛应⽤于电⼒电⼦电路（或系统）的分析中。
⽤于模拟电路仿真的SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis）软件于1972年由美国加州⼤学伯克利分校的计算机辅助设计⼩组利⽤FORTRAN语⾔开发⽽成，主要⽤于⼤规模集成电路的计算机辅助设计。SPICE 的正式实⽤版SPICE 2G在1975年正式推出，但是该程序的运⾏环境⾄少
为⼩型机。1985年，加州⼤学伯克利分校⽤C语⾔对SPICE软件进⾏了改写，1988年SPICE被定为美国国家⼯业标准。与此同时，各种以SPICE为核⼼的商⽤模拟电路仿真软件，在SPICE的基础上做了⼤量实⽤化⼯作，从⽽使SPICE成为最为流⾏的电⼦电路仿真软件。
PSPICE则是由美国Microsim公司在SPICE 2G版本的基础上升级并⽤于PC 机上的SPICE版本，其中采⽤⾃由格式语⾔的5.0版本⾃80年代以来在我国得到⼴泛应⽤，并且从6.0版本开始引⼊图形界⾯。1998年著名的EDA商业软件开发商ORCAD公司与Microsim公司正式合并，⾃此Microsim公司的PSPICE产品正式并⼊ORCAD公司的商业EDA系统中。⽬前，ORCAD公司已正式推出了ORCAD PSPICE Relea 9.0，与传统的SPICE软件相⽐，PSPICE 9.0在三⼤⽅⾯实现了重⼤变⾰：⾸先，在对模拟电路进⾏直流、交流和瞬态等基本电路特性分析的基础上，实现了蒙特卡罗分析、最坏情况分析以及优化设计等较为复杂的电路特
性分析；第⼆，不但能够对模拟电路进⾏，⽽且能够对数字电路、数/模混合电路进⾏仿真；第三，集成度⼤⼤提⾼，电路图绘制完成后可直接进⾏电路仿真，并且可以随时分析观察仿真结果。
PSpice软件具有强⼤的电路图绘制功能、电路模拟仿真功能、图形后处理功能和元器件符号制作功能，以图形⽅式输⼊，⾃动进⾏电路检查，⽣成⽹表，模拟和计算电路。它的⽤途⾮常⼴泛，不仅可以⽤于电路分析和优化设计，还可⽤于电⼦线路、电路和信号与系统等课程的计算机辅助教学。与印
制版设计软件配合使⽤，还可实现电⼦设计⾃动化。被公认是通⽤电路模拟程序中最优秀的软件，具有⼴阔的应⽤前景。
1.2 PSPICE的组成和应⽤范围
⼀、 PSpice的组成
以PSpice for Windows为例，它是⼀个名为MicroSim Eval 8.0的软件包。该软件包主要包括Schematics、PSpice、Probe、Stmed（Stimulus Editor）、Parts、PSpice Optimizer等。其中：
1. Schematics是⼀个电路模拟器。它可以直接绘制电路原理图，⾃动⽣成电路描述⽂件，或打开已有的⽂件，修改电路原理图；可以对元件进⾏修改和编辑；可以调⽤电路分析程序进⾏分析，并可调⽤图形后处理程序（Probe）观察分析结果。即它是集PSpice、Probe、Stmed和PSpice Optimizer于⼀体，是⼀个功能强⼤的集成环境。
2. PSpice是⼀个数据处理器。它可以对在Schematics中所绘制的电路进⾏模拟分析，运算出结果并⾃动⽣成输出⽂件和数据⽂件。
3. Probe是图形后处理器，相当于⼀个⽰波器。它可以将在PSpice运算的结果在屏幕或打印设备上显⽰出来。模拟结果还可以接受由基本参量组成的任意表达式。
4. Stmed是产⽣信号源的⼯具。它在设定各种激励信号时⾮常⽅便直观，⽽且容易查对。
目标管理5. Parts是对器件建模的⼯具。它可以半⾃动地将来⾃⼚家的器件数据信息或⽤户⾃定义的器件数据转换为PSpice中所⽤的模拟数据，并提供它们之间的关系曲线及相互作⽤，确定元件的精确度。
6. PSpice Optimizer是优化设置⼯具。它可根据⽤户指定的参数、性能指标和全局函数，对电路进⾏优化设计。
⼆、PSpice的应⽤范围
1. PSpice⽤于模拟电路、数字电路及数模混合电路的分析及电路优化设计。
（1）制作实际电路之前，仿真该电路的电性能，如计算直流⼯作点（Bias Point Detail），进⾏直流扫描（DC Sweep）与交流扫描（AC Sweep），显⽰检测点的电压电流波形等。
（2）估计元器件变化（Parametric）对电路造成的影响。
（3）分析⼀些较难测量的电路特性，如进⾏噪声（Noi）、频谱（Fourier）、器件灵敏度（Sensitivity）、温度（Temperature）分析等。
（4）优化设计。
所谓电路优化设计，是指在电路的性能已经基本满⾜设计功能和指标的基础上，为了使得电路的某些性能更为理想，在⼀定的约束条件下，对电路的某些参数进⾏调整，直到电路的性能达到要求为⽌。
调⽤PSpice Optimizer模块对电路进⾏优化设计的基本条件如下：
(1)电路已经通过了PSpice的模拟，相当于电路除了某些性能不够理想外，已经具备了所要求的基本功能，没有其他⼤的问题。
(2)电路中⾄少有⼀个元器件为可变的值，并且其值的变化与优化设计的⽬标性能有关。在优化时，⼀定要将约束条件（如功耗）和⽬标参数（如延迟时间）⽤节点电压和⽀路电流信号表⽰。
(3)存在⼀定的算法，使得优化设计的性能能够成为以电路中的某些参数为变量的函数，这样PSpice才能够通过对参数变化进⾏分析来达到衡量性能好坏的⽬的。
当电路的功能已经⼤致完成，但仍需要对⼀些指标进⾏优化，这时调⽤PSpice Optimizer来完成优化过程是相当⽅便的。如果⽤户能够观察出具体是什么因素影响了电路的某项性能，从⽽知道调节哪些参数可使该性能更加理想；那么，应⽤PSpice Optimizer对该电路进⾏调整也是完全合适的。需要强调的是，PSpice Optimizer的⾃动化设计程度也是相对的，如果所设计的电路距离它的基本功能还相差甚远的话，⽤PSpice Optimizer来进⾏优化设计是很难达
到理想效果的。同时它不能创建电路，不能对电路中的敏感元素进⾏优化设计。
2. PSpice的分析功能主要体现在以下⼏⽅⾯：
（1）直流分析。
（2）交流扫描分析(AC Sweep) 。
（3）瞬态分析(Transient) 。
（4）蒙特卡罗分析（Monte Carlo）和最坏情况分析（Worst Ca）。
（5）温度特性分析（Temperature）和数字电路分析（Digital Setup）。
分析功能在以后章节会进⼀步做更详细的介绍。
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1.3 PSPICE软件的使⽤
1.3.1 Schematics功能简介
PSPICE利⽤软件包内Schematics程序提供电路图形编辑环境.双击PSPICE 程序组的Schematics进⼊编辑环境，如图1.1所⽰.
图1.1 实验电路编辑
在电路编辑窗⼝上⽅有11个下拉式菜单，单击不同的菜单，会弹出各⾃的⼦菜单，单击相应的⼦命令，可以完成编辑电路，设置分析电路的类型和运⾏仿真程序，观测仿真结果等⼯作.
除了下拉菜单⽅式选取命令以外, Schematics还提供⼀种图标⼯具栏的快捷⽅式选取命令.这种⽅式可以通过在View下拉菜单的Toolbar命令中设置.Toolbar将所有命令分为四组图标⼯具栏，即标准⼯具栏，绘制电路图⼯具栏，仿真计算⼯具栏和注释画图⼯具栏.单击图表式⼯具栏内相应的图标，可以完成
与下拉式菜单中某些选项相同的⼯作.
标准⼯具栏中各图标所表⽰的命令含义与通⽤的Windows程序具有相同的意义，这⾥不再赘述.
注释画图⼯具栏提供绘制及插⼊⾮电⽓性质图标的快捷⽅式，各图表所代表的命令列于表1.1中.
表1.1 注释画图⼯具栏
弧线
矩形框
圆
折线
中国的月亮
⽂本
⽂本框
图⽚
绘制电路图⼯具栏，提供提取电路元件，绘制编辑电路图的快捷⽅式，各图标所代表的命令列于表2.2中.
表2.2 绘制电路图⼯具栏
线
总线
元件框
取新元件
芳玑取元件
元件属性
元件符号
仿真计算⼯具栏，提供设置分析类型，运⾏仿真程序，观察输出结果等快捷⽅式，各图标所代表的命令列于表1.3中.
表1.3 仿真计算⼯具栏
设
型
松子糖
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仿真运算标识颜⾊节识符电流标识符显⽰电压显⽰电流1.3.2电路图的绘制
先开启[Schematic]，点选[Draw/Get New Part]，或单击⼯具栏上的取元件图标，即可打开如图1.2对话框。该对话框列出了全局符号库中的所有符号。可以在Part Name ⽂本框中键⼊需要的元件符号，对于不熟悉的元件也可以通过符号名列表的滚动条浏览。单击[Advanced>>]按钮可以选择是否显⽰符号图形。
图1.2 基本元件浏览对话框
找到所需的电路符号后，单击该符号，则该符号的名称便显⽰在Part Name ⽂本框中，同时Description⽂本框中出现⼀⾏⽂字，说明该符号的含义。单击[Place]键可取出元件但不关闭对话框；单击[Place&Clo]键取出并关闭对话框；也可双击符号名列表中某⼀符号将其取出。
取出电路符号后，⿏标将⾃动指向符号的某⼀个端⼦，连成电路后，这个端⼦代表符号的正节点，因此这个端⼦⼜称为符号的正端⼦。⽔平摆放时，通常使正端⼦在左侧；垂直时，在上。因此，在摆放符号前通常需将符号旋转⼀个⾓度。在执⾏
[Edit/Rotate]菜单命令或[Ctrl+R]可以将符号逆时针旋转90度，执⾏[Edit/Flip]菜单命令或[Ctrl+F]可将其沿垂直⽅向对折。
取出符号后，单击绘图⼯作区中的某⼀点，按⼀下⿏标左键，符号将沿该点摆放⼀次。可多次摆放，单击右键结束。
摆好后，选中相应的符号（为红⾊）可对其进⾏各种操作，如拖动、删除、拷贝及旋转等，也可同时选择多个符号（按住[Shift]键）。
PSpice有两种连线⽅式：⽔平和垂直折线连接，斜线连接。采⽤哪种⽅式
取决于直⾓连线开关的设置情况。
（1）利⽤连线⼯具[Draw Wire]画导线。
（2）点选画线⼯具后，即可看到⼀个铅笔状的指⽰。将画笔移到起始端，按⿏标左键，开始引线，要转弯时可按以下⿏标左键，画笔移到终点后在按以下⿏标左键，完成接线。继续画线，直到全部完成后，按⿏标右键结束画线。
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（3）你可和双击如何⼀段导线，即会出现LABEL的对话框，可以给这条线段⼀个名称。在模拟后很有⽤。
（4）及时保存电路图。
标识元件符号，输⼊元件参数值：当从元件库中选取元件到电路图编辑区时，各元件都有⼀个默认的元件标识符号.双击默认的元件标识符号，弹出元件符号的属性对话框，可以改变对话框内默认的元件符号为⾃定义的元件符号.
根据电路分析需要，在图中加⼊特殊⽤途符号和注释⽂字。
把上述的⼏步⼯作都做完之后就可以把编辑好的电路图起名存盘了。
1.3.3 Analysis菜单分析
Analysis是Schematics的⼀个重要的下拉式菜单，通过它可实现对所编辑的电路进⾏电路规则检查，创建⽹表和设置电路分析的类型，调⽤仿真运算程序和输出图形后处理程序等.
1.电路规则检查(Electrical Rule Check)
柠檬罗勒检查当前编辑完成的电路是否违反电路规则，如悬浮的节点，重复的编号等.若⽆错误，在编辑窗⼝下⽅显⽰”REC complete”的字样；如发现错误，则弹出错误表，给出错误信息，需要重新修改编辑电路，检查电路.
2.设置电路分析类型
这是仿真运算前最重要的⼀项⼯作，它包含有很多的内容.单击Setup会弹出对话框如图1.3所⽰.在这⾥我们只介绍与电路仿真实验有关的四项.
图1.3 Setup对话框
AC Sweep 设置项
AC Sweep 设置当前电路为交流扫描分析，点击AC Sweep设置项前⾯的选择框，框中显⽰已经选中，单击AC Sweep设置项，可以弹出交流扫描分析的详细设置对话框.其中AC Sweep Type提供了三种不同的AC扫描⽅式，选中Linear表⽰线形扫描.Sweep Parameters要求设置扫描参数.Total Pts表⽰扫描点数.Start Freq, End Fred分别表⽰交流分析的开始频率和结束频率，单位缺省为”Hz”.在进⾏单频率正弦稳态分析时, Start Freq和 End Fred需要设置为同⼀个频率，扫描点数设置为1.
DC Sweep设置项
DC Sweep设置当前电路为直流扫描分析.表⽰在⼀定范围内，对电压源，电流源，模型参数等进⾏扫描.单击DC Sweep可以弹出直流扫描分析的详细设置对话框.其中Swept Var.Type要求选定扫描变量类型.Name要求输⼊扫描变量名.Sweep Type为扫描⽅
