用OrCAD測(cè)量電子電路的常用方法.ppt

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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(cè)量電子電路用的就是這些方法。有些電路指標(biāo)的測(cè)試可以直接用基本方法，比如測(cè)量靜態(tài)工作點(diǎn)用靜態(tài)工作點(diǎn)分析方法，測(cè)量頻率特性用交流分析方法等。但也有些電路指標(biāo)的測(cè)試可使用多種方法，有些指標(biāo)的測(cè)試需要一點(diǎn)技巧。下面介紹幾種常用測(cè)試方法和測(cè)試技巧。,第五章用OrCAD/Pspice測(cè)量電子電路的常用方法,一.測(cè)量電壓放大倍數(shù),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(shí)求出電路輸入電阻和輸出電阻。舉例：實(shí)驗(yàn)6差動(dòng)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(cè)量阻容耦合放大器的電壓放大倍數(shù)。（1）設(shè)置瞬態(tài)分析。分析后，得到輸出、輸入的波形圖，啟動(dòng)標(biāo)尺測(cè)出它們的峰值，兩者相除，即得到電壓放大倍數(shù)。（2）設(shè)置交流分析。分析后，得到幅頻特性，可直接測(cè)出電壓放大倍數(shù)。,（2）進(jìn)行交流分析。運(yùn)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(dòng)標(biāo)尺測(cè)出中頻處的電壓放大倍數(shù)。,舉例：實(shí)驗(yàn)3基本放大器解：用上述兩種方法測(cè)試。（1）進(jìn)行瞬態(tài)分析。運(yùn)行后得到輸入輸出波形。啟動(dòng)標(biāo)尺測(cè)出VO、VS的峰值，兩者相除，得到電壓放大倍數(shù)。,二.測(cè)量輸入輸出電阻,1．直耦放大器同測(cè)量電壓放大倍數(shù)一起用直流傳輸特性分析（TF分析）求出。舉例：實(shí)驗(yàn)6差動(dòng)放大器2．阻容耦合放大器（1）設(shè)置交流分析，得到輸入電阻、輸出電阻的頻率特性，用標(biāo)尺測(cè)出中頻區(qū)的輸入電阻、輸出電阻。（2）設(shè)置瞬態(tài)分析，按照輸入電阻、輸出電阻的實(shí)際測(cè)試方法測(cè)出。,舉例：實(shí)驗(yàn)3基本放大器。求輸入電阻、輸出電阻。解：用設(shè)置交流分析的方法測(cè)量（1）進(jìn)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(dòng)標(biāo)尺測(cè)出在?=10kHz處的輸入電阻≈888.8W。（2）將電路的輸入端短路，負(fù)載開路，在輸出端加一信號(hào)源VO。進(jìn)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(dòng)標(biāo)尺測(cè)出在?=10kHz處的輸出電阻≈1.78KW。,三.測(cè)量最大輸出幅度、輸出功率,1．設(shè)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(shè)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(jù)輸出功率的定義利用Probe中信號(hào)運(yùn)算的功能可得到上述積分曲線，在t等于周期T時(shí)刻曲線上的值，就是相應(yīng)的功率值。這一方法也適用于有隔直電容的電路。,,舉例：互補(bǔ)對(duì)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(cè)量。（1）用直流掃描分析。①求最大不失真輸出幅度Vom。進(jìn)行直流（DC）掃描分析：設(shè)置輸入信號(hào)VIN為變量，掃描范圍為-12～+12V。運(yùn)行后，得到如圖2.5.6所示的電壓傳輸特性曲線。啟動(dòng)標(biāo)尺，可讀出最大不失真輸出幅度Vom≈6.5V。,②求最大輸出功率Pom和電源提供的功率Pv。進(jìn)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（0～7V）。根據(jù)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(dòng)標(biāo)尺可讀出最大輸出功率Pom≈1.36W，此時(shí)電源提供的功率Pv≈3.49W。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(dāng)于峰值電壓和峰值電流，所以在求Po曲線時(shí)，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(shí)只除以即可。又因?yàn)閂CC1和VCC2只在半個(gè)周期有電流，當(dāng)電路對(duì)稱時(shí)，表達(dá)式ABS（V（VCC1:+）*I（VCC1）/1.414）求出的是兩個(gè)電源的總功率。,（2）用瞬態(tài)分析。①求最大不失真輸出幅度Vom。將輸入信號(hào)振幅設(shè)置為12V（電源電壓），進(jìn)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(dòng)標(biāo)尺可讀出最大不失真輸出幅度Vom≈6.5V。②求最大輸出功率Pom和電源提供的功率PV。將輸入信號(hào)設(shè)置為振幅=6.5V，頻率=1kHz。進(jìn)行瞬態(tài)分析，分析時(shí)間為：0～1ms（1個(gè)周期）。運(yùn)行后，根據(jù)Po的定義，在“TraceExpression”文本框中鍵入輸出功率的積分表達(dá)式“S（V（Out）*I（RL））*1000”，得到Po的積分曲線。啟動(dòng)標(biāo)尺讀出在t=T（周期）=1ms時(shí)的值，即最大輸出功率Pom≈1.16W。（表達(dá)式中乘以1000是因?yàn)镻o等于積分表達(dá)式除以周期T，T=1ms，所以要乘以1000）,同理，根據(jù)PV的定義在“TraceExpression”文本框中鍵入積分表達(dá)式“S（V（VCC1:+）*I（VCC1））*1000”，可得如圖2.5.9所示的積分曲線。啟動(dòng)標(biāo)尺讀出在t=1ms（周期）時(shí)的值，即此時(shí)電源提供的功率≈1.74W。用積分表達(dá)式算出的是一個(gè)電源提供的功率，兩個(gè)電源提供的總功率PV≈3.48W。,四.根據(jù)指標(biāo)要求確定某元件的參數(shù)值,這屬于電路的設(shè)計(jì)方法，常用兩種方法來完成。（1）設(shè)置直流掃描分析：這種方法主要用來分析與直流有關(guān)的性能分析，如靜態(tài)工作點(diǎn)等。（2）電路性能分析（PerformanceAnalysis）與參數(shù)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(shù)變化對(duì)電路各種性能指標(biāo)的影響，依此來確定元件的參數(shù)值。,舉例：放大電路如圖所示，要求Vi=0時(shí)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。①將Re設(shè)置成全局變量{Rval}。,②設(shè)置直流掃描分析：在參數(shù)設(shè)置框中，選GlobalParameter作變量類型，“掃描變量”選為Rval，變量的變化范圍：10～30k，步長(zhǎng)：2k。③運(yùn)行后，得到VO與Re的關(guān)系曲線，啟動(dòng)標(biāo)尺測(cè)出Re=15k時(shí)，VO=0V。,（2）用電路性能分析（PerformanceAnalysis）與參數(shù)掃描分析、瞬態(tài)分析相配合。①將Re設(shè)置成全局變量{Rval}。②輸入信號(hào)Vin選正弦電壓源，并將其振幅Vamp設(shè)置成0。③進(jìn)行瞬態(tài)特性分析和參數(shù)掃描分析，在參數(shù)對(duì)話框中將“掃描變量”選為Rval，變化范圍：10～30k，步長(zhǎng)：2k。④運(yùn)行Pspice。在多批運(yùn)行結(jié)果選擇框，將其全部選入。⑤在Probe窗口中執(zhí)行Trace/PerformanceAnalysis命令，出現(xiàn)對(duì)話框后，按“OK”按鈕。屏上出現(xiàn)電路性能分析窗口。⑥執(zhí)行Trace/AddTrace命令，選中特征函數(shù)Max（），再選輸出變量V（Vo），則屏上出現(xiàn)Max（V（Vo））與Rval的關(guān)系曲線，啟動(dòng)標(biāo)尺測(cè)出Re=15k時(shí)，VO=0V。,五.測(cè)量具有滯回特性器件的傳輸特性,測(cè)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(cè)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(shí)應(yīng)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(hào)選分段線性源，設(shè)置參數(shù)為：T1=0s，V1=-10V；T2=1s，V2=10V；T3=2s，V3=-10V。得一三角波形信號(hào)。,（2）設(shè)置瞬態(tài)分析。運(yùn)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(gè)閾值電壓分別為VT+=5V，VT-=-5V。,舉例2：實(shí)驗(yàn)26555定時(shí)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(diǎn)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(hào)（振幅=5V，頻率=1kHz），觀看輸出波形。,（1）繪制電路圖。輸入信號(hào)選分段線性源，設(shè)置參數(shù)為：T1=0s，V1=0V；T2=1s，V2=5V；T3=2s，V3=0V。得一三角波信號(hào)。（2）進(jìn)行瞬態(tài)分析，得到輸入輸出波形。啟動(dòng)標(biāo)尺測(cè)出閾值電壓VT+、VT-的值。,六.數(shù)/模混合電路的分析測(cè)量,對(duì)于數(shù)/?；旌想娐罚瑑?nèi)部節(jié)點(diǎn)可分為模擬型節(jié)點(diǎn)、數(shù)字型節(jié)點(diǎn)和接口型節(jié)點(diǎn)3種。Pspice9處理接口型節(jié)點(diǎn)的基本方法是為數(shù)字邏輯單元庫(kù)中的每一個(gè)邏輯單元同時(shí)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(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，DtoA子電路則相反。在分析數(shù)/模混合電路時(shí)，Pspice9會(huì)根據(jù)電路的具體情況自動(dòng)插入一個(gè)或多個(gè)接口型子電路，以實(shí)現(xiàn)數(shù)字和模擬兩類信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換。所以數(shù)/模混合電路的分析與數(shù)字電路的分析基本相同。為了適應(yīng)不同的分析要求，每個(gè)AtoD和DtoA子電路模型均分為4個(gè)級(jí)別，設(shè)置方法是雙擊邏輯單元符號(hào)，在出現(xiàn)的參數(shù)設(shè)置框中的一項(xiàng)名為IO-LEVEL的參數(shù)欄中鍵入1、2、3或4。該參數(shù)內(nèi)定值為1。,舉例：計(jì)數(shù)器與A/D轉(zhuǎn)換器組成的階梯波發(fā)生器如圖所示，分析各點(diǎn)波形。,解：（1）設(shè)置脈沖信號(hào)時(shí)鐘脈沖CP：選用時(shí)鐘信號(hào)源DigClock，參數(shù)設(shè)置為OFFTIME=0.05ms，ONTIME=0.05ms。清零脈沖Cr：選用基本信號(hào)源符號(hào)STIM1。參數(shù)設(shè)置為：COMMAND1：0s1COMMAND2：0.1ms0COMMAND3：0.2ms1（2）各邏輯單元的接口模型級(jí)別均采用內(nèi)定值。（3）進(jìn)行瞬態(tài)分析。分析時(shí)間：0～4ms，運(yùn)行后，在Probe窗口下執(zhí)行Trace/AddTrace命令后，用光標(biāo)依次點(diǎn)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(shù)變化曲線的作法,可用下述方法作出電路性能指標(biāo)隨某一元器件參數(shù)的變化關(guān)系：（1）用直流掃描分析（DCSweep）。該功能主要用來分析與直流有關(guān)的性能指標(biāo)，如靜態(tài)工作點(diǎn)等。（2）用參數(shù)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(lián)合使用，可分析參數(shù)變化對(duì)電路各種性能指標(biāo)的影響。（3）用電路性能分析（在PerformanceAnalysis）與（2）中的分析方法相結(jié)合，可將任一電路參數(shù)設(shè)置為X坐標(biāo)的變量，從而得到電路特性隨某一元器件參數(shù)的變化曲線。,1．用直流掃描分析（DCSweep）方法,舉例：實(shí)驗(yàn)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(shí)Vk=Vcc/2。,分析步驟如下：①調(diào)用Capture繪制好電路圖。②將Rp設(shè)置成全局變量{Rp}。方法是雙擊Rp的阻值，在出現(xiàn)的“DisplayProperties”設(shè)置框中，將其值設(shè)置為{Rp}。然后調(diào)出PARAM符號(hào)，雙擊該符號(hào)，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(shè)置的參數(shù)Rp稱為全局參數(shù)。③對(duì)電路進(jìn)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(zhǎng)為1k。④運(yùn)行后，選擇V（K）作輸出變量，即得到V（K）與Rp的關(guān)系曲線，從圖中可以很容易地看出當(dāng)Rp=14.746kW時(shí)VK=VCC/2=6V。,分析（2）：選Rp=14.746K，溫度從-50C0變化到+100C0時(shí)，靜態(tài)VK值的變化曲線。分析步驟：①按照上述方法，對(duì)電路進(jìn)行DCSweep分析。在DCSweep設(shè)置對(duì)話框中選擇Tempera變量類型，掃描范圍為-50℃到+100℃，步長(zhǎng)為25℃，Linear掃描類型。②運(yùn)行后，選擇V（K）作輸出變量，即得到V（K）與溫度的關(guān)系曲線，如圖3所示?？梢姰?dāng)溫度從-50C0變化到+100C0時(shí)，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(shí)，電路的頻率特性。分析步驟：①Vs選交流電壓源，振幅=10mV。②將Rp設(shè)置成{Rp}。③對(duì)電路同時(shí)進(jìn)行交流分析和參數(shù)掃描分析。在參數(shù)分析對(duì)話框中將“掃描變量”選為Rp，變量的變化范圍定為10k～20k，步長(zhǎng)為2k。④運(yùn)行Pspice。運(yùn)行結(jié)束后屏幕上出現(xiàn)多批運(yùn)行結(jié)果選擇框，按“OK”按。⑤在常規(guī)的Probe窗口中選V（Vo）作輸出變量，可得到分析結(jié)果如圖4所示。,2．用參數(shù)掃描與其他分析方法相配合,圖4的分析結(jié)果是當(dāng)Rp取上述規(guī)定的6個(gè)值時(shí)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(guān)系曲線或中頻放大倍數(shù)與Rp的關(guān)系曲線，即將X軸變量變?yōu)镽p，可進(jìn)行電路性能分析：⑤作完步驟④后在Probe窗口中執(zhí)行Trace/PerformanceAnalysis命令，出現(xiàn)對(duì)話框后，按“OK”按鈕。屏上出現(xiàn)電路性能分析窗口（與Probe窗口類似，X軸變?yōu)镽p）⑥在電路性能分析窗口中執(zhí)行Trace/AddTrace命令，調(diào)用特征函數(shù)Bandwidth（V（VO），3），得到電路的3dB帶寬與Rp的關(guān)系曲線如圖5所示。⑦調(diào)用特征函數(shù)Max（V（Vo）/V（Vin：+））得到電路的電壓放大倍數(shù)與Rp的關(guān)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(shù)BF（即β）設(shè)置成變量，變化范圍定為50～200，對(duì)電路同時(shí)進(jìn)行交流分析（ACSweepAnalysis）和參數(shù)掃描分析（ParametricAnalysis）。在Probe窗口中執(zhí)行電路性能分析命令，調(diào)用特征函數(shù)Max（V（Vo）/V（Vin：+））得到電路的中頻電壓放大倍數(shù)與β的關(guān)系曲線如圖7所示。分析（5）：輸入為正弦信號(hào)時(shí)，在輸出基本不失真的情況下輸入信號(hào)的最大幅度是多少？分析：將輸入正弦信號(hào)Vs的振幅Vamp設(shè)置成全局變量{Vamp}，同時(shí)進(jìn)行參數(shù)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(jié)果，可見當(dāng)Vamp=39.304mV時(shí)，Vo進(jìn)入非線性區(qū)，此時(shí)Vo=5.6694V。,分析（4）：三極管Q1的β變化對(duì)電路中頻增益的影響。,結(jié)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(shù)的關(guān)系曲。特別是它的電路性能分析具有很強(qiáng)的功能，它能把電路中的各種參數(shù)設(shè)置成變量，并在分析結(jié)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(shù)變化的關(guān)系一目了然。所以它在電路設(shè)計(jì)特別是優(yōu)化設(shè)計(jì)中得到廣泛的應(yīng)用。,1.建一個(gè)Word文件：（文件名用姓名）將分析電路圖、分析類型、分析參數(shù)設(shè)置、分析結(jié)果（包括各種波形圖及文本結(jié)果）諸項(xiàng)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(duì)分析電路的要求：2000級(jí)電類專業(yè)的同學(xué)，可從《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)》教材中的練習(xí)題中選取，電路不要太簡(jiǎn)單。其他同學(xué)，可從《電子電路實(shí)驗(yàn)與虛擬技術(shù)》教材中的28個(gè)實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目中選取，必須自己完成。分析項(xiàng)目（類型）應(yīng)在3項(xiàng)以上。,作業(yè)要求,