基于OrCAD/Pspice 9平台的电子电路设计

摘　要：介绍了EDA技术软件OrCAD/Pspice 9的功能及特点，并通过具体实例详细讲解了该软件在电子电路设计与分析中的应用，为电子电路设计提供了一种新的平台。
关键词：OrCAD/Pspice 9；EDA；电子电路；设计；计算机仿真

1　引言
　　OrCAD/Pspice 9软件是美国知名度很高的EDA公司OrCAD公司和开发PSpice软件的Microsim公司于1998年实现强强联合后推出的Pspice的最新版本。他跟EWB等都是当前国际上关于电子电路设计与仿真应用非常广泛的优秀软件，与其他电路仿真软件(Protel99)相比，具有界面直观、操作方便、分析功能更强、元器件参数库及宏摸型库也更加丰富等优点。他改变了一般电路仿真软件输入电路必须采用文本方式的不便，设计者采用图形输入方式可以很直观方便地在电路设计窗口绘制电路，并对电路进行各种模拟分析，如不符合设计要求，可随时调整电路结构及元器件参数，重新进行模拟分析，直到满足设计要求。这种电子电路的分析、设计与仿真工作蕴含与轻点鼠标之间，大大提高了电子电路设计者的工作质量和效率。

　　OrCAD是一个软件包，而进行电路摸拟分析的核心软件是Pspice A/D，为使模拟工作做得更快更好、更具灵活性，OrCAD软件包提供了5个配套软件与之相配合：有电路图生成软件(Capture)、激励信号编辑软件(StmEd，Stimulus Editor)、模型参数提取软件(ModelEd，ModelEditor)、波形显示和分析模块软件(Probe)和优化程序软件(Optimizer)。使OrCAD/Pspice 9具有了电子工程设计的全部分析功能，不但能完成模拟数字电路分析，而且能完成数模混合电路分析。其主要分析功能有：

    (1)直流特性分析　
    包括静态工作点(Bias PointDetail)、直流灵敏度(DCSensitivity)、直流传输特性(TF，Transfer Function)和直流特性扫描(DCSweep)分析。　　
    (2)交流分析　包括频率特性(ACSweep)和噪声特性(Noise)分析。
　　(3)瞬态分析　包括瞬态响应分析(TransientAnalysis)和傅里叶分析(FourierAnalysis)。
　　(4)参数扫描　包括温度特性分析(TemperatureAnalysis)和参数扫描分析(Parametric Analysis)。
　　(5)统计分析　包括蒙托卡诺分析(MC，MonteCarlo)和最坏情况分析(WC，Worst Case)。
　　(6)逻辑模拟　包括逻辑模拟(DigitalSimulation)、数/模混合模拟(Mixed A/DSimulation)和最坏情况时序分析(Worst-Case timing Analysis)。　　
    下面以具体实例来说明电子电路的设计与分析。

2　OrCAD/Pspice 9在电路设计分析中的应用实例　　
    设计OTL功率放大器，其具体内容和步骤如下。

2．1　建立电路原理图
　　(1)创建原理图文件　在Windows 98桌面上，执行［开始/程序/OrCADDemo/Capture CISDemo］命令，进入Capture操作环境。选取菜单命令［File/NewProject］，屏幕上将出现NewProject对话框。在这个对话框的Name栏中，将要分析的OTL基本放大电路起名为al．ddb，并选定设计项目类型为“Analog or Mixed SignalCircuit”。
　　(2)载入仿真元件库　在NewProject对话框完成新建文件设置后，点击OK，进入元器件符号库设置框；在这上将出现电路图编辑窗口。
　　(3)调用仿真元件　在电路图编辑窗口下，启动［Place/Part］命令，屏幕上出现元器件符号选择框，可以分别选取电阻、电容、二极管、三极管和激励图形符号，放置于电路图中适当位置。再选取菜单命令［Place/Wire］，启用连线模式完成连线；选取菜单命令［Place/NetAlias］，启用节点设置模式完成节点的设置。
　　(4)对元器件属性进行编辑　双击各元件和激励源图标，分别选取相应的名称和符号。基本OTL互补对称功率放大器电路图生成如图1所示(电容C₃开路，电阻R₂短路)。设计三极管的β＝50。

2．2　参数设置
　　要得到最大的不失真输出功率，必须保证电路具有合适的静态工作点。调整偏压电阻R_p，使输出级的中点(K点)电压等于电源电压的1/2。即V_k＝V_om＝V_CC/2。
　　(1)输入信号V_i选正弦电压源，并将其振幅VAMP设置成0。
　　(2)将R_p设置成全局变量｛R_p｝，对电路同时进行瞬态特性分析(Transient Analysis)和参数扫描分析(Parametric Analysis)。“扫描变量”选为R_p，变量的变化范围：12～16 kΩ，步长为0．4 kΩ。
　　(3)运行Pspice，在Probe窗口中执行电路性能分析命令，得到如图2所示的分析结果，可见当R_p＝14．7 kΩ时，V_k＝V_CC/2＝6 V。

2．3　模拟分析及分析结果
　　在理想情况下，电路的最大不失真输出电压幅度V_om＝V_CC/2，最大不失真输出功率为P_om＝(V_om/V²)²/R_L＝V_CC2/8R_L＝0．36 W。

2．3．1　测量图1电路的最大不失真输出功率
　　(1)将输入正弦信号V_i的振幅VAMLP设置成全局变量｛Vamp｝，同时进行瞬态特性分析(Transient Analysis)和参数扫描分析(Parametric Analysis)。“扫描变量”选为Vamp，变量的变化范围：0～100 mV，步长为20 mV。　　
    (2)运行Pspice，在Probe窗口中执行电路性能分析命令，得到如图3所示的分析结果，可见在V_o(振幅)?3．32 V时，进入非线性区，即V_om?3．32 V，得P_om＝V_om²/2R_L＝0．11 W。

2．3．2　测量自举电路的最大不失真输出功率　　
    将电路改接成自举电路(将电容C₃和电阻R₂接入)如图1所示，重复内容2．3．1的步骤得到如图4所示的分析结果，可见在V_o(振幅)?5．73 V时，进入非线性区，即V_om?5．73 V，得P_om＝0．33 W。

　　可见在V₀(振幅)5.73V时，进入非线性区，即V_om5.73V，得P_om=0.33V。通过以上仿真分析可见自举电路更接近于理想功率放大器。因为自举电路中多了电容C₃和电阻R₂，当R₂C₃的乘积足够大时，利用电容两端的电压不能突变的原理，当K点电位向V_CC接近时，A点电位也会随之升高，从而保证Q₂管有足够的基极电流，使最大输出电压幅度V_om接近V_CC/2。

3　结语
　　从上述例子可见，该软件对于验证电路原理，开发设计新电路提供了极为方便的平台，同时具有很大的灵活性。也为电子技术课程的教学和实验带来了新的活力。所以这种软件一经推出就立即倍受欢迎。

参考文献

［1］贾新章．OrCAD/Pspice 9实用教程［M］．西安：西安电子科技大学出版社，2000．
［2］赵雅兴．电子线路PSPICE分析和设计［M］．天津：天津大学出版社，1999．
［3］王辅春．OrCAD9．0简明教程［M］．北京：机械工业出版社，2000．
［4］康华光．电子技术基础(第四版)［M］．北京：高等教育出版社，2000．