用OrCAD測量電子電路的常用方法.ppt

在第三章中，按照電路特性分類介紹了用Pspice分析電路的基本方法。一般來說，測量電子電路用的就是這些方法。有些電路指標的測試可以直接用基本方法，比如測量靜態(tài)工作點用靜態(tài)工作點分析方法，測量頻率特性用交流分析方法等。但也有些電路指標的測試可使用多種方法，有些指標的測試需要一點技巧。下面介紹幾種常用測試方法和測試技巧。,第五章用OrCAD/Pspice測量電子電路的常用方法,一.測量電壓放大倍數,1直耦放大器用直流傳輸特性分析（TF分析）最方便，并能同時求出電路輸入電阻和輸出電阻。舉例：實驗6差動放大器注意該法只能用于分析直耦電路，不能分析阻容耦合電路。2阻容耦合放大器可用以下方法測量阻容耦合放大器的電壓放大倍數。（1）設置瞬態(tài)分析。分析后，得到輸出、輸入的波形圖，啟動標尺測出它們的峰值，兩者相除，即得到電壓放大倍數。（2）設置交流分析。分析后，得到幅頻特性，可直接測出電壓放大倍數。,（2）進行交流分析。運行后在Probe窗口中，執(zhí)行Trace/AddTrace命令，選擇V（Out）/V（Vs:+）作輸出量。啟動標尺測出中頻處的電壓放大倍數。,舉例：實驗3基本放大器解：用上述兩種方法測試。（1）進行瞬態(tài)分析。運行后得到輸入輸出波形。啟動標尺測出VO、VS的峰值，兩者相除，得到電壓放大倍數。,二.測量輸入輸出電阻,1直耦放大器同測量電壓放大倍數一起用直流傳輸特性分析（TF分析）求出。舉例：實驗6差動放大器2阻容耦合放大器（1）設置交流分析，得到輸入電阻、輸出電阻的頻率特性，用標尺測出中頻區(qū)的輸入電阻、輸出電阻。（2）設置瞬態(tài)分析，按照輸入電阻、輸出電阻的實際測試方法測出。,舉例：實驗3基本放大器。求輸入電阻、輸出電阻。解：用設置交流分析的方法測量（1）進行交流分析后，在Probe窗口中，執(zhí)行Trace/AddTrace命令，選擇V（Vs:+）/I（C1）作輸出量，顯示出輸入電阻的頻率特性，啟動標尺測出在=10kHz處的輸入電阻888.8W。（2）將電路的輸入端短路，負載開路，在輸出端加一信號源VO。進行交流分析后，在Probe窗口中，執(zhí)行Trace/AddTrace命令，選擇V（VO:+）/I（C2）作輸出量，顯示出輸出電阻的頻率特性。啟動標尺測出在=10kHz處的輸出電阻1.78KW。,三.測量最大輸出幅度、輸出功率,1設置直流掃描分析通過直流掃描分析，可得到電路的輸入輸出特性曲線，從曲線上可讀出最大輸出幅度。通過直流掃描分析，也可得到電路的輸出功率、管耗和電源提供的功率隨輸出電壓變化的曲線，從曲線上可讀出最大輸出功率或某一輸出幅值下的功率。但這一方法不能用于有隔直電容的電路。,2設置瞬態(tài)分析通過瞬態(tài)分析，可得到電路的輸出波形，然后將橫軸改為輸入變量，得到電路的輸入輸出特性曲線，從曲線上可讀出最大輸出幅度。瞬態(tài)分析后，根據輸出功率的定義利用Probe中信號運算的功能可得到上述積分曲線，在t等于周期T時刻曲線上的值，就是相應的功率值。這一方法也適用于有隔直電容的電路。,舉例：互補對稱功率放大器如圖所示。求最大不失真輸出幅度Vom、最大輸出功率Pom和電源提供的功率Pv。,解：分別用上述兩種方法測量。（1）用直流掃描分析。求最大不失真輸出幅度Vom。進行直流（DC）掃描分析：設置輸入信號VIN為變量，掃描范圍為-12+12V。運行后，得到如圖2.5.6所示的電壓傳輸特性曲線。啟動標尺，可讀出最大不失真輸出幅度Vom6.5V。,求最大輸出功率Pom和電源提供的功率Pv。進行直流（DC）掃描分析，將X軸變量改為V（Out），將X軸刻度范圍改為（07V）。根據Po、Pv的定義，執(zhí)行Trace/AddTrace命令后，在“TraceExpression”文本框中鍵入“V（Out）*I（RL）/2”，得到Po曲線。同理鍵入“ABS(V（VCC1:+）*I（VCC1）/1.414)”，可得電源提供功率Pv曲線。啟動標尺可讀出最大輸出功率Pom1.36W，此時電源提供的功率Pv3.49W。注：由于功率的定義是有效值電壓乘以有效值電流，而直流分析得到的相當于峰值電壓和峰值電流，所以在求Po曲線時，用電壓乘以電流再除以2（即）。電源電壓VCC1和VCC2是直流量，所以在求Pv曲線時只除以即可。又因為VCC1和VCC2只在半個周期有電流，當電路對稱時，表達式ABS（V（VCC1:+）*I（VCC1）/1.414）求出的是兩個電源的總功率。,（2）用瞬態(tài)分析。求最大不失真輸出幅度Vom。將輸入信號振幅設置為12V（電源電壓），進行瞬態(tài)分析，得到電路的輸出波形。然后將橫軸改為V（VIN：+），得到電路的輸入、輸出特性曲線與圖2.5.6基本一致，啟動標尺可讀出最大不失真輸出幅度Vom6.5V。求最大輸出功率Pom和電源提供的功率PV。將輸入信號設置為振幅=6.5V，頻率=1kHz。進行瞬態(tài)分析，分析時間為：01ms（1個周期）。運行后，根據Po的定義，在“TraceExpression”文本框中鍵入輸出功率的積分表達式“S（V（Out）*I（RL）*1000”，得到Po的積分曲線。啟動標尺讀出在t=T（周期）=1ms時的值，即最大輸出功率Pom1.16W。（表達式中乘以1000是因為Po等于積分表達式除以周期T，T=1ms，所以要乘以1000）,同理，根據PV的定義在“TraceExpression”文本框中鍵入積分表達式“S（V（VCC1:+）*I（VCC1）*1000”，可得如圖2.5.9所示的積分曲線。啟動標尺讀出在t=1ms（周期）時的值，即此時電源提供的功率1.74W。用積分表達式算出的是一個電源提供的功率，兩個電源提供的總功率PV3.48W。,四.根據指標要求確定某元件的參數值,這屬于電路的設計方法，常用兩種方法來完成。（1）設置直流掃描分析：這種方法主要用來分析與直流有關的性能分析，如靜態(tài)工作點等。（2）電路性能分析（PerformanceAnalysis）與參數掃描分析、瞬態(tài)分析、交流分析、直流分析等相配合：可分析參數變化對電路各種性能指標的影響，依此來確定元件的參數值。,舉例：放大電路如圖所示，要求Vi=0時VO=0，求Re的取值。解：用上述兩種方法分析（1）用直流掃描分析。將Re設置成全局變量Rval。,設置直流掃描分析：在參數設置框中，選GlobalParameter作變量類型，“掃描變量”選為Rval，變量的變化范圍：1030k，步長：2k。運行后，得到VO與Re的關系曲線，啟動標尺測出Re=15k時，VO=0V。,（2）用電路性能分析（PerformanceAnalysis）與參數掃描分析、瞬態(tài)分析相配合。將Re設置成全局變量Rval。輸入信號Vin選正弦電壓源，并將其振幅Vamp設置成0。進行瞬態(tài)特性分析和參數掃描分析，在參數對話框中將“掃描變量”選為Rval，變化范圍：1030k，步長：2k。運行Pspice。在多批運行結果選擇框，將其全部選入。在Probe窗口中執(zhí)行Trace/PerformanceAnalysis命令，出現對話框后，按“OK”按鈕。屏上出現電路性能分析窗口。執(zhí)行Trace/AddTrace命令，選中特征函數Max（），再選輸出變量V（Vo），則屏上出現Max（V（Vo）與Rval的關系曲線，啟動標尺測出Re=15k時，VO=0V。,五.測量具有滯回特性器件的傳輸特性,測量傳輸特性一般用直流（DC）分析。但直流分析不易作出遲滯回環(huán)。因此測量施密特觸發(fā)器、遲滯比較器等這類具有滯回特性器件的傳輸特性時應用瞬態(tài)分析，在瞬態(tài)分析后，將X軸變量改為輸入變量即可。,舉例1：遲滯比較器電路如圖所示，作出其電壓傳輸特性。解：（1）輸入信號選分段線性源，設置參數為：T1=0s，V1=-10V；T2=1s，V2=10V；T3=2s，V3=-10V。得一三角波形信號。,（2）設置瞬態(tài)分析。運行后，將X軸變量改為V（VIN：+），即可得到具有遲滯回環(huán)的傳輸特性，可以看出兩個閾值電壓分別為VT+=5V，VT-=-5V。,舉例2：實驗26555定時器組成的施密特觸發(fā)器,（3）電壓傳輸特性。在瞬態(tài)分析后，點選V（VO）并將X軸變量改為V（Vi：+），即可得到電壓傳輸特性。（4）輸入正弦信號（振幅=5V，頻率=1kHz），觀看輸出波形。,（1）繪制電路圖。輸入信號選分段線性源，設置參數為：T1=0s，V1=0V；T2=1s，V2=5V；T3=2s，V3=0V。得一三角波信號。（2）進行瞬態(tài)分析，得到輸入輸出波形。啟動標尺測出閾值電壓VT+、VT-的值。,六.數/模混合電路的分析測量,對于數/?；旌想娐?，內部節(jié)點可分為模擬型節(jié)點、數字型節(jié)點和接口型節(jié)點3種。Pspice9處理接口型節(jié)點的基本方法是為數字邏輯單元庫中的每一個邏輯單元同時配備AtoD和DtoA兩類接口型等效子電路。其中AtoD子電路的作用是將模擬信號轉換成數字信號，DtoA子電路則相反。在分析數/模混合電路時，Pspice9會根據電路的具體情況自動插入一個或多個接口型子電路，以實現數字和模擬兩類信號之間的轉換。所以數/模混合電路的分析與數字電路的分析基本相同。為了適應不同的分析要求，每個AtoD和DtoA子電路模型均分為4個級別，設置方法是雙擊邏輯單元符號，在出現的參數設置框中的一項名為IO-LEVEL的參數欄中鍵入1、2、3或4。該參數內定值為1。,舉例：計數器與A/D轉換器組成的階梯波發(fā)生器如圖所示，分析各點波形。,解：（1）設置脈沖信號時鐘脈沖CP：選用時鐘信號源DigClock，參數設置為OFFTIME=0.05ms，ONTIME=0.05ms。清零脈沖Cr：選用基本信號源符號STIM1。參數設置為：COMMAND1：0s1COMMAND2：0.1ms0COMMAND3：0.2ms1（2）各邏輯單元的接口模型級別均采用內定值。（3）進行瞬態(tài)分析。分析時間：04ms，運行后，在Probe窗口下執(zhí)行Trace/AddTrace命令后，用光標依次點選Cr、CP、QA、QB、QC、QD、V（Uo）即可得到各輸入輸出端的波形。,七.電路特性隨元器件參數變化曲線的作法,可用下述方法作出電路性能指標隨某一元器件參數的變化關系：（1）用直流掃描分析（DCSweep）。該功能主要用來分析與直流有關的性能指標，如靜態(tài)工作點等。（2）用參數掃描分析與AC分析、DC分析、瞬態(tài)分析等中的一種或幾種聯合使用，可分析參數變化對電路各種性能指標的影響。（3）用電路性能分析（在PerformanceAnalysis）與（2）中的分析方法相結合，可將任一電路參數設置為X坐標的變量，從而得到電路特性隨某一元器件參數的變化曲線。,1用直流掃描分析（DCSweep）方法,舉例：實驗8帶自舉的OTL功率放大器如圖所示，分析（1）：Rp選多大，靜態(tài)時Vk=Vcc/2。,分析步驟如下：調用Capture繪制好電路圖。將Rp設置成全局變量Rp。方法是雙擊Rp的阻值，在出現的“DisplayProperties”設置框中，將其值設置為Rp。然后調出PARAM符號，雙擊該符號，在元器件屬性編輯器中，按New按鈕，在新增屬性框中鍵入Rp并按OK按鈕。這樣設置的參數Rp稱為全局參數。對電路進行直流掃描分析。選擇GlobaiParameter變量類型，變量名為Rp，掃描范圍為5k到30k，步長為1k。運行后，選擇V（K）作輸出變量，即得到V（K）與Rp的關系曲線，從圖中可以很容易地看出當Rp=14.746kW時VK=VCC/2=6V。,分析（2）：選Rp=14.746K，溫度從-50C0變化到+100C0時，靜態(tài)VK值的變化曲線。分析步驟：按照上述方法，對電路進行DCSweep分析。在DCSweep設置對話框中選擇Tempera變量類型，掃描范圍為-50到+100，步長為25，Linear掃描類型。運行后，選擇V（K）作輸出變量，即得到V（K）與溫度的關系曲線，如圖3所示。可見當溫度從-50C0變化到+100C0時，Vk的靜態(tài)值從6.8V變化到5.38V。,分析（3）：選Rp=14.746K，分析Rp從10k變化到20k時，電路的頻率特性。分析步驟：Vs選交流電壓源，振幅=10mV。將Rp設置成Rp。對電路同時進行交流分析和參數掃描分析。在參數分析對話框中將“掃描變量”選為Rp，變量的變化范圍定為10k20k，步長為2k。運行Pspice。運行結束后屏幕上出現多批運行結果選擇框，按“OK”按。在常規(guī)的Probe窗口中選V（Vo）作輸出變量，可得到分析結果如圖4所示。,2用參數掃描與其他分析方法相配合,圖4的分析結果是當Rp取上述規(guī)定的6個值時的頻率特性，X軸變量是頻率。如果想得到頻帶寬度與Rp的關系曲線或中頻放大倍數與Rp的關系曲線，即將X軸變量變?yōu)镽p，可進行電路性能分析：作完步驟后在Probe窗口中執(zhí)行Trace/PerformanceAnalysis命令，出現對話框后，按“OK”按鈕。屏上出現電路性能分析窗口（與Probe窗口類似，X軸變?yōu)镽p）在電路性能分析窗口中執(zhí)行Trace/AddTrace命令，調用特征函數Bandwidth（V（VO），3），得到電路的3dB帶寬與Rp的關系曲線如圖5所示。調用特征函數Max（V（Vo）/V（Vin：+）得到電路的電壓放大倍數與Rp的關系曲線如圖6所示。,3用電路性能分析（PerformanceAnalysis）,分析：將Q1的模型參數BF（即）設置成變量，變化范圍定為50200，對電路同時進行交流分析（ACSweepAnalysis）和參數掃描分析（ParametricAnalysis）。在Probe窗口中執(zhí)行電路性能分析命令，調用特征函數Max（V（Vo）/V（Vin：+）得到電路的中頻電壓放大倍數與的關系曲線如圖7所示。分析（5）：輸入為正弦信號時，在輸出基本不失真的情況下輸入信號的最大幅度是多少？分析：將輸入正弦信號Vs的振幅Vamp設置成全局變量Vamp，同時進行參數掃描分析、瞬態(tài)分析和電路性能分析，得到如圖8所示的分析結果，可見當Vamp=39.304mV時，Vo進入非線性區(qū)，此時Vo=5.6694V。,分析（4）：三極管Q1的變化對電路中頻增益的影響。,結論：通過以上例子可以看出，用OrCAD/PSpice9可以很方便地描繪出各種電路性能電路與元器件參數的關系曲。特別是它的電路性能分析具有很強的功能，它能把電路中的各種參數設置成變量，并在分析結果中將該變量變換成X軸變量加以顯示，使其電路特性隨元器件參數變化的關系一目了然。所以它在電路設計特別是優(yōu)化設計中得到廣泛的應用。,1.建一個Word文件：（文件名用姓名）將分析電路圖、分析類型、分析參數設置、分析結果（包括各種波形圖及文本結果）諸項存入Word文件中。2.完成后，將OrCAD文件（同名的所有文件）與Word文件一同存入軟盤，交上。3.對分析電路的要求：2000級電類專業(yè)的同學，可從模擬電子技術基礎教材中的練習題中選取，電路不要太簡單。其他同學，可從電子電路實驗與虛擬技術教材中的28個實驗項目中選取，必須自己完成。分析項目（類型）應在3項以上。,作業(yè)要求,