PSpice 快速入门

前 言 PSpice 是 SPICE 应用在 PC 机上的程序， SPICE 程序（ Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis ）是美国加州大学 （ U.C Berkeley ）柏克莱分校 1972 年开发的，是一种通用电路分 析程序。能够分析和模拟一般条件下的各种电路特性。在众多的 CAD 工具软件中， SPICE 程序是精度最高 ，最受欢迎的软件 工具，许多 EDA 系统软件的电路模拟部分是应用 SPICE 程序来完 成的。 1988 年 SPICE 被定为美国国家工业标准。 PSPICE 分为商业版和学生版（ PSpice Student ），学生版本可 以免费下载。限制 64 个节点。 PSpice A/D 能够进行模拟电路分析、数字电路分析和数模混合电 路分析。 PSpiceA/D 由六大功能模块组成：电路图绘制程序 Schematic Editor ；电路仿真程序 PSpice Simulator ；元器件建模 程序 Model Editor ；信号源编辑器 Stimulus Editor ；输出波形后 处理程序 Probe ；电路设计优化程序 PSpice Optimizer 。

1 ．电路输入文件 PSpice 程序待仿真电路有两种输入方式，文本输入和图形输入。 文本输入方式是用 PSpice 编程语言编程，保存为扩展名 cir (*.cir) 的文本文件。图形输入方式是在绘图编辑器（ Schematic Editor ） 中直接绘制电路图，计算机直接保存为扩展名 sch 图形文件。 绘图：打开 Schematics 窗口，从菜单 Draw 中选取 Get New Part 命令，即打开元器件的符号库 (*.slb) ，选取元器件符号图，放 (place) 在绘图版面，连线，完成电路原理图绘制。 ①元件管脚不能重叠。 ②输出端不能悬空。任意节点对地要有直流通路。 ③元件旋转 CTRL+R 镜像 CTRL+F ，在 Edit 菜单中，可以选 取对元件旋转和编辑的命令。 ④零伏电压源相当于电流表，串接电路中，求静态工作点。 ⑤文件名、路径必须英文，输入文件（ *.cir ）和（ *.sch ）必 须保存于英文路径和英文名称。

2 ．元件描述和参数设置 元件描述由三部分构成：符号名称、线性参数值和模型参 数。元件参数和电路标号在元件属性中（ Attributes ）描述， 非线性元件参数由元件模型语句（ Model ）来描述，元件 属性中只给出它的模型名称。 ①元件关键字不能改写。线性元件 R L C ，非线性元件 Q D J 等。元件名称可以由 8 个英文字母或数字构成，第一个字 母是关键字，由 PSpice 程序定义，字母大小写没有区别。 例如 Rb1 、 Ce 、 Q1 、 D2 、 Vin 。 UA741 VSIN VPULSE GND-EARTH OFFPAGE ②元件参数采用实际工程单位制，电压用 V 、电流用 A 、时间 用 S 、电阻用 Ω 、频率用 Hz 等，元件参数的单位通常可以忽略。 V A S F H 不用写， 数值要写成 =u =m 10 3 =k 10 6 =meg ，或者用字母 E 代表 10 ， 10 3 =1E+3 、 =1E-3 ， PSpice 不区分大小写。 元件属性的 VALUE 项可以定义元件参数值，元件属性的 IC 项 设置电容的初始电压、电感的初始电流。

③修改参数 R L C 双击数值直接改写， 模型参数；非线性元器件（包括电阻、电容、电 感）都有电路模型，由.model 语句给出或者是用 子电路 (.subckt ）来描述。 Q D J 选中，当前色红 色。 选 EDIT--MODEL--EDIT INSTANCE MODEL （ TEXT ）修改 BF=β 电路仿真的精度主要由元器件的模型参数来决定。 PSpice 选用了较精确的模型。模型参数很多，并 且给出了参数的缺省值，仿真时可直接从模型库 （扩展名 lib ）调用元器件模型，并可以通过 Edit 菜 单的 Model 命令调出模型参数，加以修改。

3 ．电源描述 PSpice 的信号源分为两类：独立源和受控源。 独立源有五种主要电源模型：指数源、脉冲源、 调幅正弦信号源、分段线性源、单频调频源。 受控源有四种类型，可以由多项式和多种数学表 达式及表格组成。 电源关键字 V 表示电压源， I 表示电流源。 电源的参数可以在其属性窗中赋值（双击电源图 形符号，即可打开其属性窗）。

附表 1 几种主要的独立源描述 类型名电源类型参数设置应用场合举 例 DC 直流源 DC 直流信号值直流分析 (DC Sweep) DC=5V AC 交流源 AC 交流幅值交流分析 (AC Sweep) AC=10mV SIN 调幅正弦信 号源 Voff 直流偏置 Vampl 幅度（单峰 值） Freq 频率 TD 延迟时间 DF 阻尼 因子 Phase 相移 瞬态分析 (tran) 正弦稳 态频率响应 SIN(0 10m 1k )

Voff 直流偏置 Vampl 幅度（单峰值） Freq 频率 TD 延迟时间 DF 阻尼因子 Phase 相移

类型名电源类型参数设置应用场合举 例 PULSE 脉冲源 V1 初始值 V2 峰值 TD 延迟时间 TR 上升时间 TF 下 降时间 PW 脉宽 PER 周期 瞬态分析方波 PULSE(0 5 10U U 20U) PWL 分段线性 源 T1 V1 T2 V2 ……T10 V10 时间和电压（电流） 值坐标点对 瞬态分析 PWL(0 0 1us 4V…) SRC 简单源 DC 直流 AC 交流幅 值 TRAN 瞬态值 可以当作 DC 、 AC 或瞬态源 DC 5V AC 10mV TRAN 5V

V1 初始值 V2 峰值 TD 延迟时间 TR 上升时间 TF 下降时间 PW 脉宽 PER 周期

方波

t1>t2 t2>t3

4 ．电路分析设置 PSpice 有多种分析功能，电路分析需要在菜单 Analysis 的 Setup 选项 中进行参数设置，选中的分析选项打对号 (Enabled ）。 分析项的参数设置不正确，分析不能正常进行， PSpice 程序将给出 错误 (error) 信息。 错误信息可从输出文件 (*.out) 读取。 分析设置完成，运行 Simulate 命令，程序对电路进行分析。

附表 2 分析项参数设置 分析项参数说明设置说明 AC Sweep 交流分析 AC Sweep Type 交流扫描类型 Linear 线性扫描，频率线性增长 Octave 倍频程扫描，频率以 8 倍 率增长 Decade 十倍频程扫描，频率以 10 倍率增长 Total Pts. 每一频程内的打印点数 Start Freq 扫描起始频率 End Freq 扫描截止频率 倍频程扫描的频率 为对数轴，起始频 率不能为 0 。

Swept Var. Type 扫描变量类型： Voltage Source 电压源 Temperature 温度 Current Source 电流源 Model Parameter 模型参数 Global Parameter 通用参数 Sweep Type 扫描类型： Linear 线性扫描 Octave 倍频程扫描 Decade 十倍频程扫描 Value list 扫描变量值列表 Start Value 扫描变量起始值 End Value 扫描变量结束值 Increment 扫描变量线性增长值 Pts./Decade 扫描变量每频程内的打印点数 DC Sweep 直流分析

输出波形横轴为选中的扫描变量，扫描变量名必须 与电路已有的相符。 如： Voltage Source Name V1 ， V1 必须存在 如： Model Name Q2N2222 Param.Name BF （ Q2N2222 三极管必须存在 ） 0 V1 BF

Bias Point Detail 静态工作点 分析 程序自动设置输出结果在输出文件 *.out 中给出 Transfer Function 小信号传递函 数分析 Output Variable 输出变量 Input Source 输入电源名 输出变量是输出节点标号 或输出节点名称，必须与 电路输出文件定义一致。 Transient 瞬态分析 Print Step 打印间隔 Final Time 分析结束时间 No-Print Delay 初始延迟打印时间 Step Ceiling 开始保存分析数据的时间 Detailed Bias Pt. 给出详细输出偏置点的信息 打印间隔 可设 0-20ns ， 分析时长可设输入信号的 N 个周期。 该项可忽略

5 ．输出波形处理 PSpice 的分析结果存放在两个文件中。 与波形有关的计算结果存放在 *.dat 文件中，由 Probe 程序调用显 示输出波形。 与数字有关的计算结果存放在 *.out 文件中。 Probe 程序运行，打开波形显示窗口。对几个主要命令说明如下： 在 Trace 菜单中： 命令项 Add Traces 选择输出电压（电流）波形曲线； 命令项 Fourier 是输出波形的快速付里叶变换； Cursor 项调用指针，显示输出坐标值； Goal Functions 项输出数据的分析特征函数； Eval Goal Function 项计算全局函数值。

执行 Add Traces 命令，调出输出变量选择窗口（ Simulation Output Variables ）和输出变量数学运算和函数窗口（ Functions or Macros ）； 在确定了运算函数和输出变量后，得出输出波形表达式（ Trace Expression ）。 例如 DB(V(RL:1)) ，表示对输出节点电压 V(RL:1) 求 DB 运算； ABS((V(Q1:c)-V(Q1:e))*IC(Q1)) ，表示对 BJT 的 Q1 发射结电压和 集电极电流乘积取绝对值。

附表 3 PROBE 输出变量运算和函数 功能符号意义功能符号意义 ABS(X) |X| 求绝对值 QRT(x)X 1/2 B(Kxy) 互感 Kxy 的磁通量密度 SIN(x) Sin(x) 正弦函数 H(Kxy) 互感 Kxy 的磁化强度 COS(x) Cos(x) 余弦函数 EXP(x) e x 指数 ARCTAN(x) 余切函数 DB(x) 20log(|x|) ( 以 10 为底 ) d(y) Y 对 X 求微分 LOG(x) Ln(x)( 以 e 为底的对数 ) S(y) Y 对 X 求积分 LOG10(x) log(x)( 以 10 为底的对数 ) AVG(x) X 的平均值 PWR(x,y)|x| y RMS(x) X 的 RMS 均值

在 Plot 菜单中命令 Axis Settings 设置坐标轴； Add Y Axis 添加纵向坐标轴； Add Plot to Window 增加一个图形窗口； Label 给输出波形加标签。 执行 Axis Settings 命令，弹出设置坐标轴的对话 框。可以设置输出数据范围，选择横坐标是线性 或对数坐标轴。 可以重新设置横坐标变量，点击 Axis Variable 按 键，打开 X Axis Variable 窗口，可更换 X 轴变量。

6 ．输出文件 输出文件 (*.out) 是文本文件，它仅给出分析结果的部分数据和 错误信息 (error warning) ，输出文件的几个主要组成部分： （ 1 ）电路输入文件 (*.cir) ，包含 *.net 文件、 *.als 文件和分析 指令，.END 语句结束。 *.net 网表文件给出元器件的节点标号， *.als 别名文件给出元器件的正节点（ 1 号节点）、负节点（ 2 号节点）的节点标号。 （ 2 ）模型参数，所有元件模型参数全部列出。 （ 3 ）交流小信号分析的输出变量 (SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION) ，交流小信号分析输出变量是.AC 分析的解，给 出电路全部节点 (NODE) 的电压值 (VOLTAGE) 、电压源电流 值 (VOLTAGE SOURCE CURRENTS) 和交流小信号总功耗 (TOTAL POWER DISSIPATION) 。

（ 4 ）静态工作点分析 (Bias Point Detail) 给出工作点信息 (OPERATING POINT INFORMATION) 。 （ 5 ）小信号传输特性 (SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS) ，是直流小信号传输特性分析 (Transfer Function) 的解。给出电压增益 V(out)/Vin ，输入 电阻 INPUT RESISTANCE ，输出电阻 OUTPUT RESISTANCE 。 （ 6 ）直流小信号灵敏度分析 DC SENSITIVITY ANALYSIS 给出各元器件和模型参数在输出节点的直流灵 敏度。元件名称、元件值、元件灵敏度 ELEMENT SENSITIVITY (VOLTS/UNIT) 和元件百分比灵敏度 NORMALIZED SENSITIVITY (VOLTS/PERCENT) 。元件 灵敏度是某元件对输出节点的灵敏度，元件值增长一个单 位值，输出节点电压的相应增长量。

（ 7 ）瞬态分析初始解 (INITIAL TRANSIENT SOLUTION) ， 瞬态分析初始解只给出瞬态分析开始时的电路节点 (NODE) 电压 (VOLTAGE) 、电压源电流 (VOLTAGE SOURCE CURRENTS) 和瞬态分析总功耗 (TOTAL POWER DISSIPATION) 。与交流小信号偏置解 (SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION) 的区别在于，瞬态分析计算电容、电感 的初始值 ( 如 IC=5V) 。

7 ．错误信息 有 3 种常见错误： 1 、绘制电路原理图不符合电路规则，程序直接弹出对话框，指出错误的坐标 点。 2 、电源参数设置、分析参数设置不正确时或电路分析不收敛时， PSpice 程 序给出出错信息（ error ）。错误信息在输出文件的头部（输入文件部分）， 错误信息语句上面一条语句有错。 3 、其他错误信息在输出文件的最后面。 常见的错误信息说明如下： *ERROR*: NO DC PATH TO GROUND FROM NODE number ， 每个节点对地要有直流通路，特别要检查电容回路。 *ERROR*: VOLTAGE SOURCE AND/OR INDUCTOR LOOP INVOLVING L_L3 ，电压源被短路，特别要检查电感回路。 *ERROR* ： VALUE IS ZERO ，这个信息产生是由于电路里有零值电阻， PSpice 程序解电路节点方程，不允许出现零值电阻，零值电阻导致电导无穷 大，运算不收敛。建议电阻值大于 1mΩ 。 *ERROR* ： NO CONVERGENCE IN DC ANALYSIS.LAST NODE VOLTAGES: list ，直流（ DC ）分析不收敛，查看电路连接和器件设置的是 否正确。

实验教学、软件下载 练习题： 3 、 4 、 6 、 7 、 9 、 10 、 11 、 13 、 8 设计题： 要求：不许带 U 盘, 独立完成设计题， 报告： 练习题画出输出波形，将应用的分析指令进行说 明； 设计题要有设计思路、电路原理图、输出波形、 结果分析。 输出数据精确到小数点后三位。