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      Orcad Pspice電路仿真軟件在半導(dǎo)體元器件特性模擬分析中的應(yīng)用

      2014-11-18 03:30:06楊遷遷
      關(guān)鍵詞:輸出特性波形特性

      楊遷遷

      (河南工業(yè)和信息化職業(yè)學(xué)院,河南 焦作 454000)

      引言

      Orcad Pspice仿真軟件作為目前全球最流行的電路分析軟件,在電子線路設(shè)計中起到很好的作用,筆者在學(xué)習(xí)這款軟件過程中,總結(jié)了一些心得,與廣大學(xué)習(xí)者一起分享。

      1.Orcad Pspice仿真軟件的主要功能模塊

      Orcad軟件包中進(jìn)行電路模擬分析的核心軟件是Pspice A/D。為使模擬工作做的更好、更快,Orcad軟件包中還提供了5個配套軟件。

      (1)電路圖設(shè)計軟件Capture。采用電路圖繪制軟件Capture后,用戶只需以人機交互圖形編輯方式在屏幕上繪制好電路原理圖,設(shè)置好分析參數(shù),即可在Capture環(huán)境下繼續(xù)完成電路模擬。

      (2)激勵信號波形編輯軟件(StmED:Stimulous Editor)。在對電路特性進(jìn)行分析時,瞬態(tài)分析和邏輯模擬分析需要的輸入激勵信號波形各不相同。StmED軟件就是一個激勵信號波形編輯器,可以交互方式生成電路模擬中需要的各激勵信號波形。

      (3)模型參數(shù)提取軟件(ModelED:Model Editor)。Pspice A/D模型參數(shù)庫中包括了一萬多種元器件和單元集成電路的模型參數(shù),基本能滿足一般用戶模擬分析電路特性的需要。

      (4)模擬結(jié)果波形顯示和分析模塊(Pspice/Probe)。PspiceA/D完成電路模擬以后可自動調(diào)用Probe模塊。該模塊主要有顯示電路中的節(jié)點電壓、支路電流波形、模擬結(jié)果的再分析處理、數(shù)字電路中邏輯錯誤問題的檢測3種主要功能。

      (5)優(yōu)化程序Optimizer Optimizer??稍陔娐纺M的基礎(chǔ)上,根據(jù)用戶規(guī)定的電路特性約束條件,自動調(diào)整電路元器件參數(shù),以滿足某一電路指標(biāo)要求。以下舉例論述仿真軟件的功能。

      2.二極管的伏安特性分析曲線

      (1)以D1N4148為例,給出其伏安特性曲線,計算它的死區(qū)電壓和反向擊穿電壓,并觀察模型參數(shù)對正向特性的影響。

      (2)設(shè)定分析為DC Sweep分析,設(shè)定參數(shù)后,可以得到如圖2所示曲線。

      從圖中可知二極管的反向擊穿電壓約為100V。

      圖1 二極管的仿真電路圖

      圖2 二極管的V-I特性曲線圖

      3.三極管的輸出特性曲線

      (1)以Q2N3904為例,①給出其輸出特性的仿真曲線,②估算其電流放大倍數(shù)β的值,③觀察溫度對輸出特性的影響。

      (2)設(shè)定為DC sweep分析,設(shè)定參數(shù)后,可以得到如圖4所示曲線。

      圖4 三極管的輸出特性曲線

      (3)測量并計算β值。點擊TraceCursorDisplay菜單命令,出現(xiàn)一個光標(biāo)在橫軸和縱軸上的記錄值,用鼠標(biāo)左鍵分別點擊Ib=0、0.1mA、0.2 mA、0.3mA、0.4mA、0.5mA的曲線的適當(dāng)部位,則光標(biāo)記錄如表1所示。

      Vce=1V附近的電流測量值

      其中β=ΔIc(Q1)/ΔIb,結(jié)果表明,β值隨Ib(Q1)的增大而逐漸減小,這從曲線之間的間隔逐漸變窄所顯示的結(jié)果是一致的。

      4.CMOS反相器的電壓傳輸特性(溫度分析)

      (1)試用一個N溝道增強型場效應(yīng)管和一個P 溝道增強型場效應(yīng)管構(gòu)成一個CMOS反相器。①給出反相器的電壓傳輸特性曲線并測量它的轉(zhuǎn)態(tài)電壓Vt的值。②運行溫度分析,測量溫度分別為10C、40 C和70C時的轉(zhuǎn)態(tài)電壓Vt的值。

      (2)設(shè)置直流掃描分析,觀察電壓傳輸特性。從圖5中可以估算出轉(zhuǎn)態(tài)電壓約為4.8V。

      圖5 CMOS的電壓傳輸特性曲線

      (3)設(shè)置溫度分析,觀察Vt受溫度的影響。將上述直流掃描分析設(shè)置中的起始值和終止值分別改為4.5V和5V,以便將模擬曲線在X軸放大。在Temperature(s):欄中輸入10、40、70三個溫度值,運行程序后,得出圖6所示曲線。

      圖6 CMOS反相器在不同溫度下的傳輸特性

      并利用軟件的標(biāo)尺功能,可以測得3個溫度下的轉(zhuǎn)態(tài)電壓VT分別為4.7855V、4.816V和4.8461V。

      5.應(yīng)用總結(jié)

      Orcad Pspice作為最好的電路分析軟件,已成為電子設(shè)計工程師必不可少的軟件工具,作者在使用過程中,配合現(xiàn)有實訓(xùn)設(shè)備,對教學(xué)取得了較好的效果,對學(xué)生的學(xué)習(xí)有很大的促進(jìn)作用。

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