PSpice仿真軟件在模擬電子技術(shù)教學(xué)中的應(yīng)用

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

隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，利用計算機的仿真技術(shù)對電路進行設(shè)計、分析和調(diào)試已成為趨勢。一是其可替代采用簡化電路模型估算電路特性進行驗證的傳統(tǒng)設(shè)計方式，同時可高效地進行電路參數(shù)確定和方案優(yōu)選，并在設(shè)計初期對產(chǎn)品的性能進行可靠預(yù)測，從而提高設(shè)計質(zhì)量、縮短設(shè)計周期、節(jié)省設(shè)計費用，因此成為了現(xiàn)代設(shè)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(shù)的影響，可更好地掌握電路的特性和指標(biāo)，對實際電路調(diào)試工作具有指導(dǎo)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(shè)計中不可或缺的工具。CAD／EDA仿真軟件也將是電子類專業(yè)學(xué)生需要掌握的專業(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)實驗教學(xué)中，將傳統(tǒng)的模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)與計算機進行的仿真實驗相結(jié)合，提高課程的教學(xué)質(zhì)量和實驗效率。
目前流行的電子線路仿真設(shè)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驗教學(xué)中得到最廣泛應(yīng)用。在電路系統(tǒng)仿真方面，PSpice則獨具特色，是一個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(tǒng)和電路級仿真，具有快速、準(zhǔn)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)實驗教學(xué)中，為學(xué)生提供一個積極創(chuàng)新的仿真實驗平臺，將仿真實驗平臺與傳統(tǒng)的實驗方式有機結(jié)合。通過教學(xué)實踐表明，基于PSpice軟件平臺的仿真實驗是對傳統(tǒng)實驗教學(xué)模式的補充和改進。

1 PSpice仿真軟件簡介
PSpice (Personal Simulation Program with IC Emphasis)由Spice發(fā)展而來，是用于微機系列的通用電路分析程序，也是出現(xiàn)較早的電路設(shè)計自動化軟件之一，可進行模擬電路分析、數(shù)字電路分析和模擬數(shù)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(shè)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，可用于各種電路實驗和測試，以便修改與
優(yōu)化設(shè)計。其不僅支持文本輸入，還支持圖形輸入，同時擁有龐大的元器件庫、參數(shù)模型庫以及種類齊全的測試儀器儀表等。隨著軟件自身的發(fā)展，其自動化程度更高、功能更完善、運行速度更快且操作界面清晰簡潔。通常PSpice軟件的主要分析功能有：直流工作點分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、交流小信號分析、參數(shù)掃描、零極點、傳遞函數(shù)、直流靈感度、交流靈感度和蒙特卡洛法等。
PSpice軟件對電路進行模擬仿真的過程共分為8個階段：新建設(shè)計項目、電路圖生成、電路特性分析類型和分析參數(shù)設(shè)置、運行PSpice A／D程序、模擬結(jié)果的顯示與分析、電路設(shè)計優(yōu)化與修正以及設(shè)計結(jié)果輸出等。

2 PSpice的應(yīng)用
下面通過3個具體仿真實驗，闡述PSpice軟件在模擬電子技術(shù)實驗教學(xué)中的應(yīng)用情況。
(1)差分放大電路電壓傳輸特性實驗。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。根據(jù)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(shù)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(nèi)的每個取值，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線性增長至500 mV，步長5 mV。運行PSpice仿真軟件，仿真結(jié)果可通過文本文件輸出，也可由波形模塊Probe窗口輸出。該實驗采用Probe窗口輸出，能方便直觀地得到圖1(a)和圖1(b)差分放大電路的電壓傳輸特性曲線，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(fù)反饋后(Re1=Re2=200 Ω)增加了放大電路的線性工作區(qū)，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，若采用物理實驗的方法，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(jù)所測的數(shù)據(jù)繪制電壓傳輸特性曲線。