EDA电路仿真

EDA 电路仿真
一、PSpice 直流仿真实践
1.直流电路如图所示，试求节点电压V(2)。

R2I 1
I 2 25A
I 3
50A
电路描述文件如下：
1006070108 R1 1 2 6 R2 2 3 6 R3 3 4 6 R4 4 5 6 R5 5 0 6 R6 1 0 6 I1 1 0 25 I2 4 5 25 I3 4 3 50 .DC I1 0 25 25 .PRINT DC V(2) .PLOT DC V(2) .PROBE .OP .END
仿真分析的结果可在File-BrowseOutput 菜单下观看。

下面就是结果：
I1 V(2) 0.000E+00 5.000E+01 2.500E+01 -5.000E+01
可以看出，当I1为25A 时，节点电压v(2)=-50V 。

这一结果也可以在图形后处理程序(Probe)中查看。

如图1-1：
图1-1节点电压V(2)的波形图
2.电路如图所示，试验证基尔霍夫电流、电压定律。

（试证明，流入节点0的电流代数和为零；节点0，1，2，3，0构成的回路电压降代数和为零。

）
8
4
电路描述文件如下：
1006070108
R1 1 2 8
R2 1 2 4
R3 2 3 6
R4 1 0 2
R5 3 4 3
R6 4 0 3
IS 4 0 3
VS 3 0 16
.DC VS 0 16 16
.PRINT DC I(R4) I(VS) I(R6) I(IS)
.PRINT DC V(0,1) V(1,2) V(2,3) V(3,0)
.PLOT DC I(R4) I(VS) I(R6) I(IS)
.PLOT DC V(0,1) V(1,2) V(2,3) V(3,0)
.OP
.END
程序运行结果如下：
节点0处的电流如下：
VS I(R4) I(VS) I(R6) I(IS)
0.000E+00 0.000E+00 -1.500E+00 -1.500E+00 3.000E+00 1.600E+01 1.500E+00 -5.667E+00 1.167E+00 3.000E+00
节点0，1，2，3，0构成的回路电压降如下：
VS V(0,1) V(1,2) V(2,3) V(3,0) 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 0.000E+00 1.600E+01 -3.000E+00 -4.000E+00 -9.000E+00 1.600E+01
节点0处电流代数和为:
I(R4)+I(VS)+I(R6)+I(IS)=1.5A-5.667A+1.167A+3A=0A
节点0，1，2，3，0构成的回路电压降代数和为：
V(0,1)+V(1,2)+V(2,3)+V(3,0)=-3V-4V-9V+16V=0V
故基尔霍夫电流、电压定律在电路中成立。

3.非线性电路如图所示，其中非线性电阻的电阻大小和温度的关系为
])T -T (005.0)T -T (02.01[0.8T R T R 2000
33⨯+⨯+⨯⨯=）（）（，求在27度、38度和50度时电路节点电压V(2)。

—
电路描述文件如下：
1006070108 R1 1 2 3K R2 1 0 4K R3 2 0 ROMD 1K V1 1 0 5
.MODEL ROMD RES (R=0.8*1 TC1=0.8*0.02 TC2=0.8*0.005) .TEMP 27 38 50 .DC V1 LIST 0 5 .PRINT DC V(2) .END
程序运行结果如下：
1006070108**** DC TRANSFER CURVES TEMPERATURE = 27.000 DEG C
******************************************************************************
V1 V(2)
0.000E+00 0.000E+00 5.000E+00 1.053E+00
1006070108**** TEMPERATURE-ADJUSTED VALUES TEMPERATURE = 38.000 DEG C
****************************************************************************** **** RESISTORS
R3 <ROMD>
R 8.528E+04
****************************************************************************** V1 V(2)
0.000E+00 0.000E+00
5.000E+00 4.830E+00
1006070108****TEMPERATURE-ADJUSTED VALUES TEMPERATURE = 50.000 DEG C
****************************************************************************** **** RESISTORS
R3 <ROMD>
R 3.541E+05
****************************************************************************** V1 V(2)
0.000E+00 0.000E+00
5.000E+00 4.958E+00
4.如图所示直流电路中的RL可变，试问RL为何值时它吸收的功率为最大，此最大功率为多少?
电路描述文件如下：
1006070108
R1 1 2 3
R2 1 0 6
RL 2 0 {rr}
IS 0 1 5
.PARAM rr=10
.DC LIN PARAM rr 1 100 1
.PRINT DC W(RL)
.PROBE
.END
程序运行结果如下：
rr W(RL)
1.000E+00 9.000E+00
2.000E+00 1.488E+01
3.000E+00 1.875E+01
4.000E+00 2.130E+01
5.000E+00 2.296E+01
6.000E+00 2.400E+01
7.000E+00 2.461E+01
8.000E+00 2.491E+01
9.000E+00 2.500E+01
1.000E+01
2.493E+01
1.100E+01
2.475E+01
1.200E+01
2.449E+01 1.300E+01 2.417E+01 1.400E+01 2.382E+01 1.500E+01 2.344E+01 1.600E+01 2.304E+01 1.700E+01 2.263E+01 1.800E+01 2.222E+01
1.900E+01
2.181E+01
2.000E+01 2.140E+01 2.100E+01 2.100E+01 2.200E+01 2.060E+01 2.300E+01 2.021E+01 2.400E+01 1.983E+01 2.500E+01 1.946E+01 2.600E+01 1.910E+01 2.700E+01 1.875E+01 2.800E+01 1.841E+01
2.900E+01 1.807E+01
3.000E+01 1.775E+01 3.100E+01 1.744E+01 3.200E+01 1.713E+01 3.300E+01 1.684E+01 3.400E+01 1.655E+01 3.500E+01 1.627E+01 3.600E+01 1.600E+01 3.700E+01 1.574E+01 3.800E+01 1.548E+01
3.900E+01 1.523E+01
4.000E+01 1.499E+01 4.100E+01 1.476E+01 4.200E+01 1.453E+01
4.300E+01 1.431E+01
4.400E+01 1.410E+01
4.500E+01 1.389E+01
4.600E+01 1.369E+01
4.700E+01 1.349E+01
4.800E+01 1.330E+01
4.900E+01 1.311E+01
5.000E+01 1.293E+01
5.100E+01 1.275E+01
5.200E+01 1.258E+01
5.300E+01 1.241E+01
5.400E+01 1.224E+01
5.500E+01 1.209E+01
5.600E+01 1.193E+01
5.700E+01 1.178E+01
5.800E+01 1.163E+01
5.900E+01 1.148E+01
6.000E+01 1.134E+01
6.100E+01 1.120E+01
6.200E+01 1.107E+01
6.300E+01 1.094E+01
6.400E+01 1.081E+01
6.500E+01 1.068E+01
6.600E+01 1.056E+01
6.700E+01 1.044E+01
6.800E+01 1.032E+01
6.900E+01 1.021E+01
7.000E+01 1.009E+01
7.100E+01 9.984E+00
7.200E+01 9.877E+00
7.300E+01 9.771E+00
7.400E+01 9.668E+00
7.500E+01 9.566E+00
7.600E+01 9.467E+00
7.700E+01 9.370E+00
7.800E+01 9.275E+00
7.900E+01 9.181E+00
8.000E+01 9.090E+00
8.100E+01 9.000E+00
8.200E+01 8.912E+00
8.300E+01 8.826E+00
8.400E+01 8.741E+00
8.500E+01 8.658E+00
8.600E+01 8.576E+00
8.700E+01 8.496E+00
8.800E+01 8.417E+00
8.900E+01 8.340E+00
9.000E+01 8.264E+00
9.100E+01 8.190E+00
9.200E+01 8.117E+00
9.300E+01 8.045E+00
9.400E+01 7.974E+00
9.500E+01 7.905E+00
9.600E+01 7.837E+00
9.700E+01 7.770E+00
9.800E+01 7.704E+00
9.900E+01 7.639E+00
1.000E+02 7.575E+0
在ADD_TRACE命令下键入W(RL)，然后调用CURSOR命令中的max命令可以找到最大值并标记。

图1-2 电阻RL变化时的功率
RL=9Ω时它吸收的功率为最大，此最大功率为25W 。

二、电路的交流分析(AC 分析)
1. RLC 串联电路如图所示，试求电路的幅频特性和相频特性，频率特性，复阻抗的相频特性。

C4
μF
L4R420 +
V —
电路描述文件如下：
1006070108 v1 1 0 ac 1 l1 1 2 10mh r1 2 3 200 c1 3 0 1uf l2 1 4 10mh r2 4 5 100 c2 5 0 1uf l3 1 6 10mh r3 6 7 50 c3 7 0 1uf l4 1 8 10mh r4 8 9 20 c4 9 0 1uf
.ac dec 10 25hz 250meghz .probe .end
在ADD_TRACE 命令下键入V(3),VP(3),V(5),VP(5),V(7),VP(7),V(9),VP(9)得到电路的幅频特性和相频特性。

复阻抗频率特性观测在ADD_TRACE 命令下键入分别表示阻抗模的表达式 V （1）/I （R1）、V （1）/I （R2）、V （1）/I （R3）、V （1）/I （R4）。

复阻抗的相频特性观测在ADD_TRACE 命令下键入分别表示阻抗角的表达式VP （1）/IP （R1）、VP （1）/IP （R2）、VP （1）/IP （R3）、VP （1）/IP （R4）。

如下图：
图2-1 V(3)的幅频特性和相频特性
图2-2 V(5)的幅频特性和相频特性
图2-3 V(7)的幅频特性和相频特性
图2-4 V(9)的幅频特性和相频特性
图2-5 V(1)/I(R1)的幅频特性和相频特性
图2-6 V(1)/I(R2)的幅频特性和相频特性
图2-7 V(1)/I(R3)的幅频特性和相频特性
图2-8 V(1)/I(R4)的幅频特性和相频特性
2.在图示电路中，已知V 0100U s。

∠= ，Xc=500Ω, XL=1000Ω, RL=2000Ω, f=50HZ,求电流I。

注意：Pspice 中所有的元件都必须是用元件的大小表示，不用阻抗表示。

所以必须先计算电感大小和电容大小。

R L Ω
+
—
Xc=500 Ω
Í
H 185.3f 21000f 2X L L L 21===
=ππ，F 6.37500
f 21
fX 21C C C 21μππ=⨯=== 电路描述文件如下：
1006070108 vs 1 0 ac 100 l1 1 3 3.185 l2 0 2 3.185 c1 1 2 6.37uf c2 0 3 6.37uf rl 2 3 2k
.ac dec 10 25hz 250meghz .print ac i(rl) .end
程序运行结果如下：
1006070108
**** AC ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG C
****************************************************************************** FREQ I(rl) 2.500E+01 1.061E-01 3.147E+01 1.353E-01 3.962E+01 1.354E-01 4.988E+01 1.063E-01 6.280E+01 8.325E-02 7.906E+01 6.972E-02 9.953E+01 6.192E-02 1.253E+02 5.731E-02 1.577E+02 5.453E-02 1.986E+02 5.283E-02 2.500E+02 5.177E-02 3.147E+02 5.111E-02 3.962E+02 5.070E-02 4.988E+02 5.044E-02 6.280E+02 5.028E-02 7.906E+02 5.018E-02 9.953E+02 5.011E-02 1.253E+03 5.007E-02 1.577E+03 5.004E-02 1.986E+03 5.003E-02 2.500E+03 5.002E-02 3.147E+03 5.001E-02 3.962E+03 5.001E-02
4.988E+03
5.000E-02
6.280E+03 5.000E-02
7.906E+03 5.000E-02 9.953E+03 5.000E-02 1.253E+04 5.000E-02 1.577E+04 5.000E-02 1.986E+04 5.000E-02 2.500E+04 5.000E-02 3.147E+04 5.000E-02 3.962E+04 5.000E-02 4.988E+04 5.000E-02 6.280E+04 5.000E-02 7.906E+04 5.000E-02 9.953E+04 5.000E-02 1.253E+05 5.000E-02 1.577E+05 5.000E-02 1.986E+05 5.000E-02 2.500E+05 5.000E-02 3.147E+05 5.000E-02 3.962E+05 5.000E-02 4.988E+05 5.000E-02 6.280E+05 5.000E-02 7.906E+05 5.000E-02 9.953E+05 5.000E-02
1.253E+06 5.000E-02 1.577E+06 5.000E-02 1.986E+06 5.000E-02
2.500E+06 5.000E-02
3.147E+06 5.000E-02 3.962E+06 5.000E-02
4.988E+06
5.000E-02
6.280E+06 5.000E-02
7.906E+06 5.000E-02 9.953E+06 5.000E-02 1.253E+07 5.000E-02 1.577E+07 5.000E-02 1.986E+07 5.000E-02 2.500E+07 5.000E-02 3.147E+07 5.000E-02 3.962E+07 5.000E-02 4.988E+07 5.000E-02 6.280E+07 5.000E-02 7.906E+07 5.000E-02 9.953E+07 5.000E-02 1.253E+08 5.000E-02 1.577E+08 5.000E-02 1.986E+08 5.000E-02 2.500E+08 5.000E-02
三、电路的暂态分析(TRAN分析)
1．微分电路如图所示，是观察在改变电容参数下的输入信号和输出信号V（2）的波形图。

电容参数分别为0.1F、0.5F、1F。

vs 1 0 pwl (0 3 2 3 2.01 0 4 0 )
2
电路描述文件如下：
1006070108
vs 1 0 pwl(0 3 2 3 2.01 0 4 0)
r1 2 0 1
.param cc=0.1
c1 1 2 {cc}
.step param cc list 0.1 0.5 1
.tran 0.01 10
.print tran v(2)
.probe
.end
根据程序运行结果对不同电容参数时的输出电压v(2)进行比较如表3-1。

表3-1不同电容参数下输出信号V(2)
在ADD_TRACE命令下键入V1(VS)，V(2),得到在不同电容参数下输入信
号和输出信号V(2)的波形图。

如下所示:
图3-1 电容参数是0.1F时输入信号和输出信号V(2)的波形图
图3-2 电容参数是0.5F时输入信号和输出信号V(2)的波形图
图3-3 电容参数是0.5F时输入信号和输出信号V(2)的波形图
2．二阶电路如图所示。

电容器有初始电压10V，当电阻分别是0.5kΩ、2kΩ、2.5kΩ时，观察电容器上电压、电感上电压和电阻两端的电压暂态响应。

电路描述文件如下：
1006070108
c 1 0 1u ic=10v
l 2 0 1
.param rr=0.5k
r 1 2 {rr}
.step param rr list 0.5k 2k 2.5k
.tran 0.1m 30m uic
.print tran v(c) v(l) v(r)
.probe
.end
根据程序运行结果对不同电阻时，电容器上电压、电感上电压和电阻两端的电压暂态响应进行比较如表3-2。

表3-2不同电阻时电容器上电压、电感上电压和电阻两端的电压暂态响应比较
在ADD_TRACE命令下键入v1(c)，v1(l)，v1(r)，得到电容器上电压、电感上电压和电阻两端的电压暂态响应的波形图。

如下图所示:
图3-4 电阻=0.5kΩ时，电容器上电压、电感上电压和电阻两端的电压暂态响应
图3-5 电阻=2kΩ时，电容器上电压、电感上电压和电阻两端的电压暂态响应
图3-6 电阻=2.5k Ω时，电容器上电压、电感上电压和电阻两端的电压暂态响应
本题目的主要是研究RLC 电路参数变化以后，电路的放电性质发生的变化。

根据参数的不同，电路将产生振荡性和非振荡性放电。

本电路的暂态响应即RLC 串联电路的零输入响应，当R=2.5k Ω时，电路过阻尼放电（C
L
2
R >），电容
在整个过程中始终释放储存的电能，电容器上电压随时间增长逐渐衰减至零。

选择R=2k ΩRLC 串联电路是临界阻尼放电（C
L
2
R =），电容电压不做振荡变化，
即具有非振荡的性质，其波形与过阻尼情况下波形相似，但是这种过程是振荡和非振荡过程的分界线，此时的电阻被称作临界电阻，将电阻大于临界电阻的电路称为过阻尼电路，反之称为欠阻尼电路。

选择R= 0.5k Ω，RLC 串联电路是欠阻尼（振荡）放电（C
L
2R <），电容波形周期性改变方向，储能元件周期性交换
能量。

四、PSpice 模拟电路仿真
1.电路如图所示，试对运算放大器电路分析输出电压V （6）的幅频特性和相频特性。

三极管参数描述：
Q1 * * * Qmod
.model Qmod npn(bf=80 rb=100 cjc=2pf cje=3pf tf=0.3ns tr=6ns)
电路描述文件如下：
1006070108 vin 1 0 ac 1 vcc 3 0 dc 12 c1 1 2 30u ce 5 0 30u c2 4 6 30u rb1 3 2 40k rb2 2 0 20k rc 3 4 4k
re 5 0 2k rl 6 0 4k q1 4 2 5 Qmod
.model Qmod npn(bf=80 rb=100 cjc=2pf cje=3pf tf=0.3ns tr=6ns) .ac dec 10 1hz 10ghz .probe .op .end
在ADD_TRACE 命令下键入v(6)和vp(6)，得到输出电压V （6）的幅频特性和相频特性。

图4-1 输出电压V （6）的幅频特性和相频特性
五、PSpice 数字电路仿真
1.电路如图所示，输入信号如右图所示，试仿真并分析电路的功能。

电路描述文件如下：
1006070108 .LIB NOM.LIB X1 A AA 7404 X2 B BB 7404
U1 NOR(2) $G_DPWR $G_DGND AA B O1 DGATE2 IO_STD U2 NOR(2) $G_DPWR $G_DGND A BB O3 DGATE2 IO_STD
t/μs
t/μs
B
A
1μs
2μs
5μs
3μs 4μs 0
U3 NOR(2) $G_DPWR $G_DGND O1 O3 O2 DGATE2 IO_STD
.MODEL DGATE2 UGATE ( )
.PROBE
US STIM(2,11) $G_DPWR $G_DGND A B IO_STM 0S 00 +1E-6S 01 2E-6S 10 3E-6S 11 4E-6S 00
.TRAN 1U 5U 0
.PLOT TRAN D(A) D(B) D(O1) D(O2) D(O3)
.END
输出波形如图5-1所示：
图5-1 A,B,O1,O2,03波形图
实现功能为数字比较器
2.模数—数模转换电路如图所示，根据所给程序，体会模数—数模转换电路的工
作原理和数据转换的过程。

Vin处加以正弦信号sin（0 5 4），节点13处加周
期性脉冲信号(时钟信号)。

电路描述文件如下：
1006070108
.LIB NOM.LIB
UADC ADC(8) $G_DPWR $G_DGND Vin 10 0 13 11 12 1 2 3 4 5 6 7 +8 TADC
IO_STD
.MODEL TADC UADC( )
UDAC DAC(8) $G_DPWR $G_DGND Vout 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 TDAC IO_STD
.MODEL TDAC UDAC( )
*US STIM(1,1) $G_DPWR $G_DGND 13 IO_STM LABEL=WW 0s 0 0.005 1 +0.010 GOTO WW
125 TIMES
US STIM(1,1) $G_DPWR $G_DGND 13 IO_STM LABEL=WW 0s 0 0.001 1 +0.002 GOTO WW 125 TIMES
VC1 10 0 DC 5
VC2 9 0 DC 5
V3 Vin 0 sin (0 5 4)
RL Vout 0 1E9
.TRAN 10US 250MS
.OPTIONS ACCT LIST NOPAGE NODE
.PROBE
.END
输出波形如图5-2所示:
图5-2 Vin,Vout波形图。