摘要 介紹了PSpice仿真軟件的基本功能和特點。通過教學實例，論述了將PSpice仿真軟件引入實驗教學和實踐的方法，結果表明在模擬電子技術實驗教學中引入PSpice仿真軟件可將理論和實踐有機結合，有益于傳統(tǒng)模擬電子技術實驗教學方法的補充和改進。
關鍵詞 PSpice仿真軟件；模擬電子技術；實驗教學；電路仿真

    隨著計算機技術的發(fā)展，利用計算機的仿真技術對電路進行設計、分析和調(diào)試已成為趨勢。一是其可替代采用簡化電路模型估算電路特性進行驗證的傳統(tǒng)設計方式，同時可高效地進行電路參數(shù)確定和方案優(yōu)選，并在設計初期對產(chǎn)品的性能進行可靠預測，從而提高設計質(zhì)量、縮短設計周期、節(jié)省設計費用，因此成為了現(xiàn)代設計方法中重要的組成部分；二是利用仿真軟件得出電路性能受電路中關鍵參數(shù)的影響，可更好地掌握電路的特性和指標，對實際電路調(diào)試工作具有指導意義。目前電子電路CAD(Computer Aided Design)及EDA(Electronic Design Auto mation)已成為電路分析和設計中不可或缺的工具。CAD／EDA仿真軟件也將是電子類專業(yè)學生需要掌握的專業(yè)技能之一，所以必須將計算機仿真技術引入到模擬電子技術實驗教學中，將傳統(tǒng)的模擬電子技術實驗教學與計算機進行的仿真實驗相結合，提高課程的教學質(zhì)量和實驗效率。
    目前流行的電子線路仿真設計軟件有EWB、Protel、PSpice、Muhisim等，由于PSpice具有高超的電路仿真能力，因此在模擬電路仿真實驗教學中得到最廣泛應用。在電路系統(tǒng)仿真方面，PSpice則獨具特色，是一個多功能的電路模擬試驗平臺；該軟件由于收斂性好，適用于系統(tǒng)和電路級仿真，具有快速、準確的仿真能力。因此文中將PSpice仿真軟件引入模擬電子技術實驗教學中，為學生提供一個積極創(chuàng)新的仿真實驗平臺，將仿真實驗平臺與傳統(tǒng)的實驗方式有機結合。通過教學實踐表明，基于PSpice軟件平臺的仿真實驗是對傳統(tǒng)實驗教學模式的補充和改進。

1 PSpice仿真軟件簡介
    PSpice (Personal Simulation Program with IC Emphasis)由Spice發(fā)展而來，是用于微機系列的通用電路分析程序，也是出現(xiàn)較早的電路設計自動化軟件之一，可進行模擬電路分析、數(shù)字電路分析和模擬數(shù)字混合電路分析。目前，最新版本是Cadence公司的OrCAD／PSpice是眾多計算機輔助設計的工具軟件中精度較高的軟件工具之一。
    PSpice作為一種通用電路分析程序，能分析和模擬一般條件下的各種電路特性，主要包括：Schematics、PSpice、Probe、Stmed(Stimul us Editor)、Parts、PSpice Optimizer 6大模塊，具有電路圖繪制、模擬仿真及圖形后處理功能，可用于各種電路實驗和測試，以便修改與
優(yōu)化設計。其不僅支持文本輸入，還支持圖形輸入，同時擁有龐大的元器件庫、參數(shù)模型庫以及種類齊全的測試儀器儀表等。隨著軟件自身的發(fā)展，其自動化程度更高、功能更完善、運行速度更快且操作界面清晰簡潔。通常PSpice軟件的主要分析功能有：直流工作點分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、交流小信號分析、參數(shù)掃描、零極點、傳遞函數(shù)、直流靈感度、交流靈感度和蒙特卡洛法等。
    PSpice軟件對電路進行模擬仿真的過程共分為8個階段：新建設計項目、電路圖生成、電路特性分析類型和分析參數(shù)設置、運行PSpice A／D程序、模擬結果的顯示與分析、電路設計優(yōu)化與修正以及設計結果輸出等。

2 PSpice的應用
    下面通過3個具體仿真實驗，闡述PSpice軟件在模擬電子技術實驗教學中的應用情況。
    (1)差分放大電路電壓傳輸特性實驗。在Schematics繪圖編輯器中繪制的差分放大電路如圖1所示，其中圖1(a)中三極管Q1、Q2的發(fā)射極反饋電阻Re1=Re2=0，圖1(b)中Q1、Q2的發(fā)射極反饋電阻Re1=Re2=200 Ω。差分放大電路電壓傳輸特性是輸出電壓圖1(a)中Vo1、Vo2或圖1(b)中Vo3、Vo4和輸入電壓Vi1的關系曲線。根據(jù)要求分析采用直流掃描分析(DCSweep)。所謂直流掃描分析是指將電路中某一參數(shù)作為輸入變量，以某一電壓或電流為輸出變量，對自變量在其變化范圍內(nèi)的每個取值，計算輸出變量的變化情況。選擇輸入電壓Vi1為自變量，令其取值從-500 mV線性增長至500 mV，步長5 mV。運行PSpice仿真軟件，仿真結果可通過文本文件輸出，也可由波形模塊Probe窗口輸出。該實驗采用Probe窗口輸出，能方便直觀地得到圖1(a)和圖1(b)差分放大電路的電壓傳輸特性曲線，如圖2和圖3所示。

    對比分析圖2和圖3可知，圖1(b)中差分電路引入負反饋后(Re1=Re2=200 Ω)增加了放大電路的線性工作區(qū)，但傳輸特性的斜率變小，使放大電路的增益減小。采用PSpice仿真軟件可方便得出差分電路的電壓傳輸特性曲線，若采用物理實驗的方法，則需對輸入電壓Vi1取一系列值，列表分別測輸出電壓，再根據(jù)所測的數(shù)據(jù)繪制電壓傳輸特性曲線。
    (2)二階壓控電壓源低通濾波電路頻率特性實驗。在Schematics繪圖編輯器中繪制的二階壓控電壓源低通濾波器電路如圖4所示，該電路中既引入了正反饋，也引入了正反饋。研究濾波器的頻率特性就是對其在不同信號頻率下的幅頻響應和相頻響應。根據(jù)要求PSpice分析類型采用交流掃描分析(ACSweep)，其作用是計算電路的交流小信號頻率響應特性。

    執(zhí)行仿真，在Probe程序窗口，選擇Trace|Add，打開Add Traces對話框，該對話框顯示電路中電壓和電流變量，且還表示多個目標函數(shù)(Goal Functions)，其中包括DB()和P()。在Trace Expression編輯框中輸入DB(V(U1A：OUT)／V(Vi：+))便可得到如圖5所示的幅頻響應。由圖5可知，圖4所示二階壓控電壓源低通濾波器的截止頻率約為16 Hz，通帶增益約4 dB，均與理論值相同。在Trace Expression編輯框中輸入P(V(U1A：OUT))-P(V(Vi：+))可得到如圖6所示的相頻響應。通過仿真結果，能直觀得到該低通濾波器的幅頻響應和相頻響應。由此可見采用PSpiee仿真軟件可方便地得出模擬電路或電路系統(tǒng)的頻率特性和相頻特性。

    (3)RC正弦波振蕩電路實驗。圖7為在PSpice軟件中畫出的RC正弦波振蕩電路，要求仿真分析該振蕩電路的輸出波形。在圖7所示的電路中，R1、C1和R2、C2構成RC串并聯(lián)選頻網(wǎng)絡，該網(wǎng)絡在正弦波震蕩電路中既為選頻網(wǎng)絡，又為正反饋網(wǎng)絡；二極管D1、D2作為自動穩(wěn)幅元件。振蕩頻率
   
    由于仿真振蕩電路輸出波形是為求電路的時域響應，因此采用瞬態(tài)分析方法(Time Domain／Transient)，執(zhí)行Probe程序，在Probe窗口中得到輸出電壓V(V0)的波形如圖8所示。由圖8可看出，電路從0時刻開始起振，經(jīng)過一段時間的振蕩后，約需25 ms才可達到穩(wěn)定輸出，其中振蕩周期約為35．530-34．445=1．085 ms，與理論計算的頻率相符。即說明該振蕩電路的性能較為可靠。另外，改變C1和C2的值觀察輸出波形，C1和C2變化將影響振蕩正弦波的頻率。由于起振過程較短暫，若采用實際電路進行正弦波振蕩電路實驗，用示波器較難觀測到該過程。

    由上述實驗仿真分析可見，PSpice是功能強大的電路設計與分析計算機仿真的工具，只要畫出電路仿真圖形便可獲取并處理實驗數(shù)據(jù)，形成直觀的波形圖，其電路仿真無論在分析精度、實驗效果等方面部性能良好。

3 結束語
    文中在介紹Pspice軟件的基礎上指出將其引入電子技術實驗仿真教學中的必要性。并例舉出Pspice在模擬電子線路實驗教學中的仿真實例，實踐教學表明：(1)通過Pspice的模擬仿真可使復雜現(xiàn)象的變化過程和電路相關特性，隨時以圖形、曲線或波形等形式來表示。仿真過程中還可不斷的通過修改電路和參數(shù)，及時觀察輸出結果，這有利于加深對電子電路基本概念、特性的理解。另外，也為一些不易在物理實驗室進行的實驗，提供有效解決途徑。(2)在模擬電子實驗課程中除開設驗證性仿真實驗外，還可開設開放性的仿真設計實驗，加快設計速度，提高設計的正確性；并可發(fā)揮學生的主觀能動性和創(chuàng)造性，增強學生的綜合分析能力，啟發(fā)學生的創(chuàng)新思維，大幅提高其分析與設計電路的能力。(3)另外，Pspice仿真實驗無需任何實際的元器件和測量儀器，有效地延伸了實驗時間、空間和場地，同時激發(fā)了學生的學習興趣。
    所以，在模擬電子技術實驗教學中，引入PSpice仿真實驗，不僅可更新實驗教學方法，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力，提高實驗教學效果和質(zhì)量，且降低了實驗成本；同時還可提升學生的計算機應用能力。綜上所述，Pspice仿真實驗是對模擬電子技術實驗的一個有效補充和改進，與傳統(tǒng)實驗相比優(yōu)勢明顯。