实验三 电子电路PSPICE程序辅助分析(三).doc

实验三 电子电路PSPICE程序辅助分析（三）
一、实验目的
1、掌握电子电路PSPICE程序辅助分析的一般步骤，
2、了解PSPICE程序辅助分析的方法
二、预习要求
1、熟悉PSPICE中的电路描述，PSPICE的集成环境，PSPICE中的有关规定和PSPICE辅助分析的一般步骤，
2、 熟悉PSPICE的直流扫描分析，瞬态分析和参数分析。
图3-1
三、实验原理
1、按图3-1画出原理图。
2、设置DC Sweep分析
可将Ui的扫描范围定为-12V到+12V，仿真后可得到图3-2所示的电压传输特性曲线。
3、设置Transient分析
仿真后得到Uo的瞬态波形，再选择菜单Plot/X Axis Setlings,打开X Axis Settings对话框，单击Axis Variable按钮，打开X轴变量选择窗（X Axis Varaiable）, 从中选出V（Ui:+）,返回Porobe主窗口。此时，横轴变成输入变量V（Ui）。电压传输特性曲线如图3-3所示。（注意，通过X Axis Variable选择窗口重选变量后，横轴变量就以所选变量V（Ui:+）的形式出现，而不是U-Ui。）
图3-2
图3-3

4．设置Transientp和Parametrc分析
（1）为了在Parametric分析时能对Ui的幅值进行扫描，必须将Ui的幅值定义成变量，即，在信号源Ui的属性编辑对话框中，设置VAMPL={Ui}。(注意，PSPICE将“{}”中的内容看作自定义变量或表达式。自定义变量也称为通变量（global）,变量名可任意取。)
图3-4
（2）在原理图编辑中增加一个预定义参数元件PARAM。打开元件属性编辑对话框，设置变量名和预定义参数值，即，NAME1=Ui,VALUE1=0V。
（3）打开Analysis Setup对话框，单击按钮Parametric弹出对话框，按图中设置好扫描变量。扫描类型和扫描范围及步长，如图3-4所示，然后返回。（注意：此时Transient也应设置好终结时间（Final Times = 2ms）
（4）仿真后，进入Probe程序窗口，选择菜单项Plot|X Axis Settings，打开X Axis Settings对话框，选中特性分析选项（Performance Analysis），或在Probe程序窗中直接单击工具栏“”图标。此时，波形显示框的横轴变成Ui变量。
图3-5
（5）选择菜单项Trace|Add，打开Add Trace对话框，对话框中不仅显示出电路中电压、电流变量，而且还有很多目标函数（Goal Functions），其中包括Max（1）。在Trace Expression编辑框中输入Max（V（Uo）），便得到如图3-5所示的传输特性曲线。
由图看出，最大输出电压幅值与前两个结果基本相同。
（注意，图3-5的曲线是Uo的最大值与Ui的关系曲线，Max（V（Uo））已将Uo的负值转换为正值，因此，曲线中没有Uo的负值部分。）
四、实验研究与思考
对图3-1所示的功率放大电路；试求电路的输出功率和效率。分析放大电路功率时可以采用下面两种分析方法。
1、设置直流扫描分析（DCSweep）
通过DC Sweep分析，可以得到输出功率管耗和电源提供的功率随电压变化的曲线，从曲线上可以读出它们的最大功率或某一输出幅值下的功率。注意这一方法不能用于有隔直电容的功放电路。
2、设置瞬态分析（Transient）
根据功率的定义，输出功率等于负载上瞬时电压与瞬时电流的乘积在一个周期内积分的平均值，即：同理，电源提供的功率，管耗 。利用Transient分析可以得到上述的积分曲线。在t=等于周期T时刻曲线上的值，就是相应的功率值。
例题中功率放大电路如图3-1所示，试求电路的最大输出功率和效率。
解：我们用两种方法来求解。
1、设置DC Sweep分析。设置方法与前面相同。仿真后，为了得到Po、Pu随Uo变化的功率曲线，必须将波形显示框的横轴改为Uo，具体方法是：
（1）选择菜单项Plot|X Axis Settings，打开X轴设置对话框。
（2）单击Data Range中的按钮，打开X轴变量选择框，从中选出V（Uo）。
（3）单击Data Range中的User Defined选项，将X轴的范围改为0到6V，单机OK返回。
此时，波形显示框的横轴已改成Uo。接下来选择要显示的曲线。
（4）选择菜单项Trace|Add或相应图标，打开对话框，在Trace Expression编辑框中写入功率表达式V（Uo）×I（RL）/2和电源提供的功率表达式ABS（V（+Ucc:+）×I（+Ucc）/1.414）。我们便得到功率曲线（ABS（）表示绝对值）。
图3-6
注意，功率等于有效值电压乘以有效值电流。直流扫描得到的电压、电流实际上是幅值，因此，电压乘电流的结果应除2（即：分母上是）。但是电源提供的功率中的+Ucc 是直流量，所以不必除。根据电路工作的原理，+Ucc只在半个周期内提供电流，所以当电路完全对称时，表达式V（Ucc：+）×I（+Ucc）/1.414代表两个电源的总功耗。
由图3-6可以得到电路的最大输出功率约为1.266W，效率约为29.6%。
2、设置Transient分析
在进行 Transient分析之前，要确定最大不失真输出时Ui的幅值。从图3-2中看出线性范围的最大Ui的值约为5V。
将信号源的幅值和频率分别设定为5V和1KHz，用Transient分析时，将Final Time设为1ms，只分析一个周期的波形。
仿真后，在Add Trace 窗中的Tcace Expression编辑框中分别写入功率的积分表达式，便得到Po、PT、Pu的积分曲线分别如图3-7（a 、b、c）所示。由于信号周期T=1ms，即，1/T=1000Hz，所以曲线的积分表达式中乘了1000。
注意，Ｓ（）表示积分运算。PSPICE中电流参考方向规定：元件引脚电流（如IC(T1)），流入为“+”；元件中的电流（Ｉ（ＲＬ））由1号脚流向2号脚；电源内部的电流由“+”端流向“－”端。
图3-7（a）、（b）、(c)中上面两个波形为用于积分的电压、电流波形。由图（b）可看出Ｔ1只在半个周期内导通，同样，由图（c）知，+Ucc也只在半个周期内提供电流。因此，图（b）积分结果1.2915只表示T1的功耗；图（c）积分结果-2.1798W只表示+Ucc提供的功率。电源提供的总功率为+Ucc和-Ucc电源提供的功率之和，即，-2.1798W×2=-4.3596W。符号表示电源向外提供功率。
图3-7 特性曲线
由图（a）得到最大输出功率约为1.2620W，则效率约为1.2620W/4.3596W=28.94%。