pspice暂态仿真+交流仿真辅导讲义附常见错误提示.docx

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pspice暂态仿真+交流仿真辅导讲义附常见错误提示

电路的暂态分析（TRAN分析）

一、暂态分析语句

暂态分析也称瞬态分析，是PSpice仿真分析中运用最多、最复杂、最耗时的分析。

暂态分析是一种非线性时域分析，它可以在暂态分析电源被设置后（或没有暂态分析电源，只是利用储能元件的初值），计算出电路的各输出变量（节点电压、支路电流等）随时间变化的规律。

在暂态分析中，需要计算暂态偏置点。

计算暂态偏置点的方法与计算直流偏置点的方法不同，直流偏置点被看作固定偏置点。

对于固定偏置点（无交流信号）的分析计算，电路电压的初值对于偏置点和线性参数没有影响，而且电路中的电容被看成开路，电感被看成短路。

但对于暂态偏置点（有交流小信号），在计算偏置点和非线性元件的小信号参数时，节点电压和支路电流的初值也考虑在内。

因此有初值的电容和电感也被看作是电路的一部分而保留下来。

暂态分析语句格式：

输出偏置点数据（<／OP>）：

.TRAN语句中带有可选项“／OP”后缀时，输出有关暂态偏置点的详细数据，这是因为在暂态分析时计算的偏置点数据和直流的数据是不同的，暂态分析的数据包含电路的初始条件。

输出分析数据的间隔（print-stepvalue）：

打印或绘图输出的时间增量。

由于暂态分析是变步长计算，故输出的数据量是很大的，合理地选择输出分析数据的间隔能够使合适的数据输出到输出文件。

暂态分析终止时间（final-time-value）：

该时间即为暂态分析终止时间。

输出数据开始时间（）：

该项是输出数据（打印或绘图）的开始时间，即从此时间到“暂态分析终止时间”这段时间内输出数据。

若缺省该项，则程序默认开始时间为0.0。

注意，无论“输出数据开始时间”为多少，暂态分析都从时间为零开始，只不过在时间为零到输出数据开始时间这段时间间隔里没有数据输出而已，而且这段时间间隔内的暂态分析数据也没被存储起来。

分析步长上限（）：

该项是分析计算时的最大步长，该项缺省时其默认值为（final-time-value—no-printvalue）／50.0和print-step-value值中的较小值。

在希望保证分析最大步长小于输出分析数据的间隔时，该选择项是有用的。

在PSpice作暂态分析计算时，分析步长是根据电路的变化而变化。

即暂态分析时程序采用变步长的算法以保证精度和速度，但在分析中，变化的最大的步长不能超过分析步长上限。

使用初值条件（）：

此任选项是和电容、电感等元件的初始条件设定以及节点电压和支路电流初始条件条件设置语句（.IC）一起使用的。

在电容和电感的描述语句中有一选择项（电容电压、电感的初始值），若该项存在，则在暂态分析语句后面必须加上使用初始值条件（）选项，否则即使设置了初始条件，分析中初始值也不会产生效果。

应用举例：

.TRAN5US1MS暂态分析时间为1ms，输出数据间隔5μs

.TRAN5US1MS200US1NS

暂态分析时间1ms，在200μs～1ms范围内输出数据，输出数据间隔5μs，分析计算的步长上限为1ns。

.TRAN1NS100NS0NS.1NSUIC

暂态分析时间为100ns，在0～100ns的范围内输出数据，输出数据间隔1ns，分析计算的步长上限为0.1ns，使用初始条件。

二、暂态分析初始条件设置语句

在暂态分析时，各节点都可以设置初始电压。

预先设置的电压值可以在暂态分析中辅助暂态偏置点的计算，一旦偏置点计算完毕而开始暂态分析时，该语句所设置的初始条件便失去作用，并不影响以后的暂态分析。

暂态分析初始条件设置语句格式：

要使用.IC语句，必须在暂态分析语句（.TRAN）后面加上使用初始值条件选项。

在确定使用初始条件后，暂态分析先不进行直流偏置点分析，而根据给定的初始条件进行暂态分析。

当.TRAN语句中没有指定选项时，在暂态分析时先进行直流偏置点的计算，并将电路的直流解作为暂态分析的初始值。

通常，若在元件描述语句中使用了初始条件项（1C=value），则元件描述语句中的选项（IC=value）优先于.IC语句，但二者的作用是等价的。

该语句对直流偏置点计算语句（.OP）和直流分析语句（.DC）不起任何作用。

应用举例：

.ICv（4）=2.3VV（7）=4.75V

设置节点4的电压为2.3V，节点7的电压为4.75V。

三、傅立叶分析语句

傅立叶分析是对暂态分析的结果进行谐波分析，即在选定的时域内进行傅立叶积分，计算出直流分量、基波到九次谐波7分量。

从输出文本文件可以读到傅立叶分析结果，在后图形处理器（PROBE）界面下也可以观察到谐波分布图。

傅立叶分析是以暂态分析为基础的，傅立叶分析语句必须与暂态分析语句同时使用。

傅立叶分析语句格式：

傅立叶分析并不是使用了暂态分析的全部结果，而是仅仅使用了暂态分析终止时间前一个周期时段的暂态分析结果，即若想进行傅立叶分析，暂态分析的时间要大于一个周期的时间。

应用举例：

.FOUR100KV（5）I（VSENSE）

对节点5的电压和流过电压源VSENSE的电流进行傅立叶分析，基波频率为100kHz。

例题：

1.电路如图所示，试求该电路的暂态响应，观察电感电流，电压。

（IL0=0）

电路描述文件（eg5.cir）

Example-5

I101PWL（002U3A3U0）

L1010mH

.TRAN0.2US5US

.PRINTTRANV（L）I（L）

.END

运行程序，进入图形后处理程序（Probe），并自ADD_TRACE，命令下输入V

（1）、I（L）后，观察电感两端电压、电流的暂态波形。

说明：

因为电流按线性规律变化，所以电感电压波形为直线。

eg2．电路如图所示，输入电压V1为脉冲源，上升时间0.001ms，下降时间0.001ms，脉冲下沿值为0V，脉冲上沿值为12V，脉冲宽度60ms，周期80ms，波形如图所示。

设Uc（0）=0，试求U（R2）、电容电压波形。

（eg6.cir）

example6

v110pulse（01200.0010.0010.060.08）（初值幅值延时上升时间下降时间脉宽周期）

r1126k

r2206k

r3236k

c1302uf

.tran0.1ms80ms

.probe

.end

电流波形I（r1）=I（r2）+I（r3）

上机作业：

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。

（ex-4-1.cir）

vs10pwl（03232.01040）

2．二阶电路如图所示。

电容器有初始电压10V，当电阻分压分别是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。

（ex-4-2.cir）

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=2.5kΩ时，电路过阻尼放电（

），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=2kΩRLC串联电路是临界阻尼放电（

），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=0.5kΩ，RLC串联电路是欠阻尼（振荡）放电（

），电容波形周期性改变方向，储能元件周期性交换能量。

电路的交流分析（AC分析）

一、交流分析语句

交流分析实际上是属于频域分析。

在进行交流分析之前，程序先计算电路的直流偏置点，并在偏置点附近对电路中的非线性器件的参数作线性化处理，然后在编程者所指定的频率范围内，对线性化处理后的电路进行频率扫描分析。

交流分析所对应的信号源必须为独立交流电源（AC源），尽管PSpice对在电路中有多少个交流信号源没有限制，但一般在电路中仅设一个非零交流电源（AC源）。

交流分析能够计算出电路的幅频响应和相频响应，或频域传输函数。

通常为了分析方便，一般设置交流信号源的幅值为单位1，相位为零，这样输出变量值即直接为输出对输入的传输函数值。

交流分析语句格式：

扫描类型（sweep-type）：

必须是LIN（线性扫描）、OCT（2倍频程扫描）、DEC（10倍频程扫描）中的一种。

一般多使用DEC扫描。

扫描点数（sweep-point-value）：

对于LIN扫描，扫描点数为线性频率变化范围内所取的分析点数，点与点之间的距离为频率的增量。

对于OCT和DEC扫描，扫描点数为每个频程段内所取的分析点数。

应用举例：

.ACL1N10100HZ200HZ；线性扫描，扫描频率初值是100HZ，终值是200Hz，10个扫描点。

.ACOCT101KHZ20KHZ；2倍频程扫描，扫描频率初值1kHz，终值20kHz，每2倍频程10个扫描点。

.ACDEC201MEG100MEG；10倍频程扫描，扫描频率初值1MEG，终值100MEG，每10倍频20个扫描点。

使用交流分析语句时必须注意：

在交流分析中所有的变量都被认为是复数变量；

在分析规定的扫描频率范围内，所有交流电源（信号源）的工作频率都随扫描频率一起变化：

虽然在交流分析语句中并未出现被扫描电源（信号源）的名字，但是在电路中必须设置一个交流电源，否则所有输出结果为零，交流分析无意义；

扫描频率的终值一定大于初值；

扫描点数必须大于零；

交流分析的结果可以在执行.PRAT，.PLOT输出语句输出的输出文件上观看或在图形后处理程序（PROBE）的窗口上以图形的方式观看。

二、噪声分析语句

在交流分析的基础上，可以对电路进行噪声分析。

在分析噪声的过程中，PSpice首先计算每一个电阻和半导体元件产生的噪声，此时电阻和半导体元件就成为噪声源。

由于各个噪声源互不相关，所以在输出端可以得到噪声有效值之和，再根据电路的输出和输入量的增益，计算出等效的输入端噪声。

直流灵敏度分析语句格式：

噪声输出端节点号（V（node<，node>））：

该项既可以是节点电压号，又可以是两个节点之间电压号，例如V（3）、V（3,4）。

等效输入端独立电源名（name）：

该项是等效输入端独立电源名，该电源可以是电压源，或者是电流源，它不是真正的噪声发生器，只是一个等效噪声发生的位置。

选择项扫描频率间隔值（）：

该选择项为扫描频率间隔值，用于定义噪声分析的输出量间隔。

在每个频率间隔点，电路中每个噪声源的噪声将被打印出来，若该选择项没有，则不打印该信息。

若输入端是电压源，则等效到输入端的噪声单位是

：

若输入端是电流源，则等效到输入端的噪声单位是

。

输出端噪声单位通常总是

。

噪声分析总与交流分析一同进行，所以.NOISE语句要和.AC语句一起出现。

应用举例：

.NOISEV（5）V1N

该语句是指将节点5处的噪声电压折算到输入电压源VIN处。

.NOISEV（3,4）Vt25

将节点3和4之间的电压折算到输入电压源Vt处，每隔25Hz输出一个噪声计算值。

一、交流电路仿真分析

RC电路如图所示，试求电路的幅频特性和相频特性。

（带通选频）

example4（程序EG4.cir）

v110AC1

r1121k

c123100pf

r2301k

c230100pf

.acdec1025hz250meghz

.printacvp（3）v（3）

.probe

.end

分析结果可以在图形后处理程序（Probe）观看。

在ADD_TRACE命令下键入V（3），然后调用CURSOR命令中的maX命令可以找到最大值。

观看V（3）随信号源V1频率变化的幅频特性（V1的幅值不变）。

对于幅频特性，当信号源的频率为

时，输出电压信号幅度是输入电压信号幅度的1/3,这一结论可以从图中得到结论。

RC并联选频电路的相频特性也可以在图形后处理程序（Probe）观看。

当信号源的频率为

时，输出电压相位和输入电压相位相同。

利用CURSOR命令找出相位为0的频率值，可以发现其频率值是同前面幅频特性中的频率值对应。

说明：

在Pspice的交流分析中，要观察某变量的相频特性，在ADD_TRACE命令下键入变量名时在变量后面加上一个P即可。

输出结果如下：

exercise3****

****ACANALYSISTEMPERATURE=27.000DEGC

**************************************************************

FREQVP（3）V（3）

2.500E+019.000E+011.571E-05

3.147E+019.000E+011.978E-05

3.962E+019.000E+012.490E-05

4.988E+018.999E+013.134E-05

6.280E+018.999E+013.946E-05

7.906E+018.999E+014.967E-05

9.953E+018.999E+016.253E-05

1.253E+028.999E+017.873E-05

1.577E+028.998E+019.911E-05

1.986E+028.998E+011.248E-04

2.500E+028.997E+011.571E-04

3.147E+028.997E+011.978E-04

3.962E+028.996E+012.490E-04

4.988E+028.995E+013.134E-04

6.280E+028.993E+013.946E-04

7.906E+028.991E+014.967E-04

9.953E+028.989E+016.253E-04

1.253E+038.986E+017.873E-04

1.577E+038.983E+019.911E-04

1.986E+038.979E+011.248E-03

2.500E+038.973E+011.571E-03

3.147E+038.966E+011.977E-03

3.962E+038.957E+012.489E-03

4.988E+038.946E+013.134E-03

6.280E+038.932E+013.945E-03

7.906E+038.915E+014.967E-03

9.953E+038.893E+016.253E-03

1.253E+048.865E+017.871E-03

1.577E+048.830E+019.908E-03

1.986E+048.786E+011.247E-02

2.500E+048.730E+011.569E-02

3.147E+048.660E+011.975E-02

3.962E+048.573E+012.484E-02

4.988E+048.462E+013.123E-02

6.280E+048.324E+013.924E-02

7.906E+048.150E+014.925E-02

9.953E+047.933E+016.170E-02

1.253E+057.663E+017.707E-02

1.577E+057.329E+019.587E-02

1.986E+056.918E+011.185E-01

2.500E+056.421E+011.450E-01

3.147E+055.831E+011.751E-01

3.962E+055.147E+012.076E-01

4.988E+054.380E+012.406E-01

6.280E+053.550E+012.714E-01

7.906E+052.682E+012.975E-01

9.953E+051.798E+013.171E-01

1.253E+069.145E+003.291E-01

1.577E+063.413E-013.333E-01

1.986E+06-8.461E+003.297E-01

2.500E+06-1.730E+013.183E-01

3.147E+06-2.613E+012.993E-01

3.962E+06-3.484E+012.736E-01

4.988E+06-4.318E+012.431E-01

6.280E+06-5.091E+012.102E-01

7.906E+06-5.781E+011.776E-01

9.953E+06-6.379E+011.472E-01

1.253E+07-6.883E+011.204E-01

1.577E+07-7.300E+019.748E-02

1.986E+07-7.640E+017.840E-02

2.500E+07-7.914E+016.278E-02

3.147E+07-8.135E+015.012E-02

3.962E+07-8.312E+013.994E-02

4.988E+07-8.453E+013.179E-02

6.280E+07-8.565E+012.529E-02

7.906E+07-8.654E+012.010E-02

9.953E+07-8.725E+011.598E-02

1.253E+08-8.782E+011.270E-02

1.577E+08-8.827E+011.009E-02

1.986E+08-8.862E+018.013E-03

2.500E+08-8.891E+016.365E-03

****09/25/10423:

06:

00****PSpice5.0（Jul1991）****ID#62594****

exercise3

****ACANALYSISTEMPERATURE=27.000DEGC

上机作业：

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。

（程序EX-3-1.cir）

说明：

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）。

不同Q值下Z的实部的频率特性观测：

在ADD_TRACE命令下键入分别表示阻抗实部的表达式R（V

（1）/I（R1））

不同Q值下Z的虚部的频率特性观测：

在ADD_TRACE命令下键入分别表示阻抗实部的表达式IMG（V

（1）/I（R1））

Q为回路的品质因数，当发生谐振时，回路的感抗和容抗相等。

把谐振时的回路感抗值（或容抗值）和回路电阻的比值称为回路的品质因数。

Q=0.5，Q=1时是低通滤波，Q=2，Q=4时是带通滤波。

2.在图示电路中，已知

，Xc=500Ω,XL=1000Ω,RL=2000Ω,

f=50HZ,求电流

。

（程序

EX-3-2.cir）

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。

上机习题1程序及结论：

EXERCISE-3-1

*Q=0.5

R112200

L12310mH

C1301uF

*Q=1

R214100

L24510mH

C2501uF

*Q=2

R31650

L36710mH

C3701uF

*Q=4

R41825

L48910mH

C4901uF

Vin10AC1

.ACDEC100100HZ10KHZ

.PRINTACV（3）VP（3）

.PROBE

.END

SMALLSIGNALBIASSOLUTIOTEMPERATURE=27.000DEGC

**************************************************************

NODEVOLTAGENODEVOLTAGENODEVOLTAGE

（1）0.0000

（2）0.0000（3）0.0000

（4）0.0000（5）0.0000（6）0.0000

（7）0.0000（8）0.0000（9）0.0000

ACANALYSISTEMPERATURE=27.000DEGC

**************************************************************

FREQI（R1）IP（R1）

1.000E+005.007E-021.789E+02

5.000E+011.061E-014.500E+01

上机习题2程序及结论：

因为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。

、

电路描述文件如下：

exercise-3-2

VS10AC100

C1126.366UF

C2306.366UF

L1133.183H

L2203.183H

R1232K

.ACLIN1150

.PRINTACI（R1）IP（R1）

.PROBE

.END

系统输出结果：

FREQI（R1）IP（R1）

1.000E+005.007E-021.789E+02

5.000E+011.061E-014.500E+01

电路的交流分析（AC分析）

一、交流分析语句

交流分析实际上是属于频域分析。

在进行交流分析之前，程序先计算电路的直流偏置点，并在偏置点附近对电路中的非线性器件的参数作线性化处理，然后在编程者所指定的频率范围内，对线性化处理后的电路进行频率扫描分析。

交流分析所对应的信号源必须为独立交流电源（AC源），尽管PSpice对在电路中有多少个交流信号源没有限制，但一般在电路中仅设一个非零交流电源（AC源）。

交流分析能够计算出电路的幅频响应和相频响应，或频域传输函数。

通常为了分析方便，一般设置交流信号源的幅值为单位1，相位为零，这样输出变量值即直接为输出对输入的传输函数值。

交流分析语句格式：

扫描类型（sweep-typ