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

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。