1、 課程設計任務書學生姓名: 專業班級: 電信0804指導教師: 工作單位: 信息工程學院 題 目: 電路caa課程設計基于pspice的節點電壓、支路電流分析初始條件:1. 提供實驗室機房及其pspice軟件；2. 自選一電路圖（3個節點、4條支路以上）。要求完成的主要任務：(包括課程設計工作量及其技術要求,以及說明書撰寫等具體要求):1、熟練運用pspice軟件創建電路、模擬電路、顯示或繪制結果（至少有三條曲線以上）；2、使用該軟件進行電路的節點電壓、支路電流分析；3、獨立完成課程設計說明書，課程設計說明書按學校統一規范來撰寫，具體包括： 目錄； 理論分析； 程序設計； 程序運行結果及圖表分

2、析和總結； 課程設計的心得體會（至少800字，必須手寫。）； 參考文獻（不少于5篇）。時間安排: (1) 布置課程設計任務，查閱資料， 學習pspice軟件 兩天； (2) 用pspice軟件進行電路分析 一天半； (3) 完成課程設計報告書及答辯 一天半； 指導教師簽名: 年 月 日系主任(或責任教師)簽名: 年 月 日 目 錄課程設計任務書 .11. pspice軟件簡介 .21.1 pspice的起源與發展.21.2 pspice仿真軟件的優越性.21.3 pspice的模擬功能.31.4 pspice的模擬功能.42. 電路原理.6 .3. 電路圖設計.63.1設計原理圖.63.2 所

3、用到的器件.83.3 對電路圖的理論分析.84. 仿真曲線分析.10 4.1支路電流仿真曲線.10 4.2節點電壓仿真曲線.105. 課程設計心得.116. 參考文獻.127. 附件：科生課程設計成績評定表.13第一章pspice軟件簡介 pspice是較早出現的eda軟件之一，1985年就由microsim公司推出，在電路仿真方它的功能可以說是最為強大，在國內被普遍使用，現在使用較多的是pspice6.2，工作于windows環境，占用硬盤空間20多m，整個軟件由原理圖編輯、電路仿真、激勵編輯、元器件庫編輯、波形圖等幾個部分組成，使用時是一個整體，但各個部分各有各的窗口。pspice發展至今

4、，已被并入orcad，成為orcadpspice，但pspice仍然單獨銷售和使用，新推出的版本為pspice9.1，工作于windows9598nt平臺上，要求是奔騰以上cpu、32m內存、50m以上剩余硬盤空間、800x600以上顯示分辨率，是功能強大的模擬電路和數字電路混合仿真eda軟件，它可以進行各種各樣的電路仿真、激勵建立、溫度與噪聲分析、模擬控制、波形輸出、數據輸出、并在同一個窗口內同時顯示模擬與數字的仿真結果，無論對哪種器件哪些電路進行仿真，包括igbt、脈寬調制電路、模數轉換、數模轉換等，都可以得到精確的仿真結果，對于庫中沒有的元器件模塊，還可以自己編輯。它在internet上

5、的網址與orcad公司一樣。 pspice程序簡介 pspice是由spice發展而來的用于微機系列的通用電路分析程序。spice(simulation program with integrated circuit emphasis)是由美國加州大學伯克莉分校于1972年開發的電路仿真程序。隨后，版本不斷更新，功能不斷增強和完善。1988年spice被定為美國國家工業標準。目前微機上廣泛使用的pspice是由美國microsim公司開發并于1984年1月首次推出的。spice有工業版（production version）和教學版(evaluation version）之分，本書介紹1986

6、年8月推出的pspice6.3版本（microsim evaluation version 6.3，即教學版，有時也稱為學生版）。它能進行模擬電路分析、數字電路分析和模擬數字混合電路分析。 pspice6.3可以對眾多元器件構成的電路進行仿真分析，這些元器件以符號、模型和封裝三種形式分別存放在擴展名為slb、lib和plb三種類型的庫文件中。*.slb庫中的元器件符號用于繪制電路圖；*.lib庫中的元器件模型用于電路仿真分析；*.plb庫中的元器件封裝形式用于繪制印刷電路板的版圖。在電路仿真分析中只用到前兩個庫。1.1 pspice6.3運行環境 硬件環境：486以上的ibmpc機或兼容機，8

7、m以上內存，最好有80m以上硬盤空間（pspice6.3完全安裝將占用63m左右的空間），標準鍵盤及vga以上顯示適配器，鼠標，cd-rom驅動器（用于安裝pspice）。 軟件環境：windows3.x、windows95或windowsnt3.51以上。 1.2 pspice功能簡介 pspice6.3可執行的主要分析功能如下： 1. 直流分析： 包括電路的靜態工作點分析；直流小信號傳遞函數值分析；直流掃描分析；直流小信號靈敏度分析。在進行靜態工作點分析時，電路中的電感全部短路，電容全部開路，分析結果包括電路每一節點的電壓值和在此工作點下的有源器件模型參數值。這些結果以文本文件方式輸出。

8、直流小信號傳遞函數值是電路在直流小信號下的輸出變量與輸入變量的比值，輸入電阻和輸出電阻也作為直流解析的一部分被計算出來。進行此項分析時電路中不能有隔直電容。分析結果以文本方式輸出。 直流掃描分析可作出各種直流轉移特性曲線。輸出變量可以是某節點電壓或某節點電流，輸入變量可以是獨立電壓源、獨立電流源、溫度、元器件模型參數和通用（global）參數（在電路中用戶可以自定義的參數）。 直流小信號靈敏度分析是分析電路各元器件參數變化時，對電路特性的影響程度。靈敏度分析結果以歸一化的靈敏度值和相對靈敏度形式給出，并以文本方式輸出。 2. 交流小信號分析： 包括頻率響應分析和噪聲分析。pspice進行交流分

9、析前，先計算電路的靜態工作點，決定電路中所有非線性器件的交流小信號模型參數，然后在用戶所指定的頻率范圍內對電路進行仿真分析。 頻率響應分析能夠分析傳遞函數的幅頻響應和相頻響應，亦即，可以得到電壓增益、電流增益、互阻增益、互導增益、輸入阻抗、輸出阻抗的頻率響應。分析結果均以曲線方式輸出。 pspice用于噪聲分析時，可計算出每個頻率點上的輸出噪聲電平以及等效的輸入噪聲電平。噪聲電平都以噪聲帶寬的平方根進行歸一化。它們的單位是v/hz1/2。 3. 瞬態分析： 即時域分析，包括電路對不同信號的瞬態響應，時域波形經過快速傅里葉變換（fft）后，可得到頻譜圖。通過瞬態分析，也可以得到數字電路時序波形。

10、 另外，pspice可以對電路的輸出進行傅里葉分析，得到時域響應的傅里葉分量（直流分量、各次諧波分量、非線性諧波失真系數等）。這些結果以文本方式輸出。 4. 蒙特卡羅（monte carlo）分析和最壞情況（worst case）分析： 蒙特卡羅分析是分析電路元器件參數在它們各自的容差（容許誤差）范圍內，以某種分布規律隨機變化時電路特性的變化情況，這些特性包括直流、交流或瞬態特性。 最壞情況分析與蒙特卡羅分析都屬于統計分析，所不同的是，蒙特卡羅分析是在同一次仿真分析中，參數按指定的統計規律同時發生隨機變化；而最壞情況分析則是在最后一次分析時，使各個參數同時按容差范圍內各自的最大變化量改變，以得

11、到最壞情況下的電路特性。2.電路原理在電路中任意選擇某一節點為參考節點，其他節點為獨立節點，這些節點與參考節點之間的電壓成為節點電壓，節點電壓的參考極性是以參考節點為負，其余獨立節點為正。由于任一支路都連接在兩個節點上，根據kvl，不難斷定支路電壓就是兩個節點電壓之差。如果每一個支路電流都可由支路電壓來表示，那么它也一定也可以用節點電壓來表示。在具有n個節點的電路中寫出其中（n-1）個獨立節點的kcl方程，就得到變量為（n-1）個節點電壓的共（n-1）個獨立方程，稱為節點電壓方程，最后由這些方程解出節點電壓，從而求出所需的電壓、電流。這就是節點電壓法。 對一個具有b條支路和n個節點的電路，當以

12、支路電壓和支路電流為電路變量列方程時，總共有2b個未知量。為了減少求解的方程數，可以利用元件的vcr將各之路電壓以支路電流表示，然后代入kvl方程，就得到以b個支路電流為未知量的b個kvl和kcl方程。這種方法稱為支路電流法。3設計并仿真原理圖 3.1繪制原理圖運行orcad family release 9.2 lite edition中的capture cis lite edition，新建空白項目project，命名為zuoye，通過右側工具欄中的鍵來選擇元器件，如果找不到相應的原件通過add library鍵來添加元件庫。本次課程設計中要用到的是source及analog_p元件庫。然

13、后按表31選擇相應的元器件，放到合適的位置，連線，然后修改各個元件的參數，繪制原理圖結束。圖31此電路為簡單的串并聯電路，其中為直流電壓源，輸出15v的電壓， 與并聯后在串聯所得到的等效電阻再與相并聯接在直流穩壓源的兩端。圖中還插入了三個節點分別是,。其中為參考地點，為此處電壓，設為節點1，為另一個節點，即所設的節點2.所用到的器件器件模型模型庫電阻r1r/analog_pr2r/analog_pr3r/analog_pr4r/analog_p直流電壓源v1vdc/source地00/source 表313.2仿真畫好原理圖后，設置仿真參數。點擊仿真按鈕中最左邊的一個來仿真，首先命名，然后設置

14、相應的參數analysis type設為dc sweep；options選primary sweep；sweep variable選voltage source，其name中寫v1；sweep中選linear，其三個參量設置為0v、15v、1v。設置好后，執行中的最右邊的三角形按鈕，出現probe窗口。執行trace下add trace命令，選擇要顯示的內容，如（等）即可查看相應的圖表。3.3 對電路圖的理論分析 方法一：利用支路電流法解題的步驟： （1）任意標定各支路電流的參考方向和網孔繞行方向。 （2）用基爾霍夫電流定律列出節點電流方程。有n個節點，就可以列出n-1個獨立電流方程。 （3）

15、用基爾霍夫電壓定律列出l=b-（n-1）個網孔方程。說明：l指的是網孔數，b指是支路數，n指的是節點數。 （4）代入已知數據求解方程組，確定各支路電流及方向。利用以上步驟，設電壓源v1的電壓為u1。可通過支路電流法分別算得流過的電流為 流過的電流為 流過的電流為 流過的電流為 流過電壓源的電流為同樣可以推得各個節點電壓的大小：其中選取n0的電壓為參考地點，其電壓值始終為0，從而可以推得節點n1的電壓值為,節點n2的電壓值為方法二：利用節點電壓法解題步驟：（1）選擇參考節點，設定參考方向（2）求節點電壓u（3）求支路電流通過此方法同樣可以分別算得流過 的電流為 流過的電流為 流過的電流為 流過的

16、電流為 流過電壓源的電流為同樣也可以推得各個節點電壓的大小：其中選取n0的電壓為參考地點，其電壓值始終為0，從而可以推得節點n1的電壓值為,節點n2的電壓值為由這些電流電壓的表達式可以看出，各電壓電流隨的變化都是直線變化的，所以可以推測仿真出來的圖像是線性的關系。4. 仿真曲線 4.1支路電流仿真曲線圖41 圖42圖41中從上到下依次是的電流隨電壓源的變化曲線，圖42從上打下一次是從圖中可以看出，的電流都是隨的增加而增加，并且r2的變化速度更加快。這與理論分析中 是現符合的，顯然有然而的電流值卻是隨的增加而反向增大，這是因為我的原理圖（圖31）中的的管腳（pspice中默認是從1流向2）與實際電流的流向是相反的，所以仿真出來的結果是個負值。不難發現其斜率的大小也是與理論分析中 的分析結果是相同的。4.2 節點電壓仿真曲線圖42圖41中從上到下一次是n1,n2,n0節點電壓隨的變化而變化，其中n0是一條恒為0的直線，節點n1就是電源電壓，節點n2的電壓為0.5，這些都是與理論分析完全相符合。 5.課程設計心得7.參考文獻1 周守昌主編. 電路原理（上，下冊）.2版.北京高等教育出版社，2004.2汪建民.pspice電路設計與應用. 北京：國防工業出版社，2004.3邱關源主編.電路（第三版上，下冊）.北京：高等教育出版社，20054hayt w h