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        PSpice仿真技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)中的運(yùn)用

        2022-01-14 09:14:44孫水生喻小平
        光源與照明 2021年5期
        關(guān)鍵詞:電子電路四階仿真技術(shù)

        孫水生,喻小平

        江西工程學(xué)院,江西 新余 338000

        0 引言

        迄今為止,PSpice仿真工具依舊是業(yè)內(nèi)最優(yōu)秀的電路仿真工具,也是目前流行的電子電路仿真軟件之一,實(shí)現(xiàn)PSpice仿真技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)工作中的運(yùn)用,不僅可以對(duì)模擬電路進(jìn)行基本電路特性分析,而且能夠?qū)ζ溥M(jìn)行蒙特卡羅分析和最壞情況分析,進(jìn)而達(dá)到電子電路設(shè)計(jì)的主要目標(biāo)。因此,文章主要針對(duì)PSpice仿真技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)中的運(yùn)用進(jìn)行闡述,希望對(duì)國(guó)內(nèi)電子電路設(shè)計(jì)工作的發(fā)展起到一定的參考作用。

        1 PSpice仿真軟件概述

        PSpice仿真軟件具有非常強(qiáng)大功能,可以在電子電路設(shè)計(jì)過(guò)程中發(fā)揮重要的作用。該軟件中的電子電路圖繪制功能、電路防震功能等都可以在設(shè)計(jì)過(guò)程中進(jìn)行運(yùn)用,將其運(yùn)用在電子電路設(shè)計(jì)工作中能夠?qū)崿F(xiàn)以圖形方式進(jìn)行輸入,同時(shí)可以自動(dòng)檢查電路,節(jié)省了設(shè)計(jì)人員的工作時(shí)間,使其能夠設(shè)計(jì)出更加科學(xué)合理的電子電路,對(duì)各項(xiàng)社會(huì)事業(yè)的發(fā)展具有重要的意義[1]。

        將PSpice仿真技術(shù)運(yùn)用在電子電路設(shè)計(jì)中,用戶可以依據(jù)工作需要、自身需要,針對(duì)電子電路中不同的參數(shù)設(shè)置進(jìn)行相對(duì)應(yīng)的調(diào)整和處理,從而對(duì)所設(shè)計(jì)的電子電路進(jìn)行模擬分析。同時(shí),通過(guò)運(yùn)用計(jì)算機(jī)設(shè)備,還能夠?qū)ζ渲械念l率響應(yīng)、輸出信號(hào)等進(jìn)行設(shè)計(jì)和處理,以便后續(xù)進(jìn)行分析,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)效果的最優(yōu)化。在傳統(tǒng)電子電路設(shè)計(jì)工作中,需要消耗大量的時(shí)間進(jìn)行設(shè)計(jì)和分析,往往需要進(jìn)行多次的往復(fù)循環(huán)和調(diào)整,才可使相關(guān)的電子電路指標(biāo)達(dá)到合格,在這一過(guò)程中將耗費(fèi)大量的精力和資源[2],而在電子電路設(shè)計(jì)中應(yīng)用PSpice仿真技術(shù)后,能夠?qū)崿F(xiàn)高性價(jià)比的電子電路設(shè)計(jì),這也是現(xiàn)代電子電路設(shè)計(jì)工作發(fā)展的主要目標(biāo)之一。

        2 PSpice仿真技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)工作中的具體應(yīng)用

        PSpice仿真技術(shù)的功能主要分為以下兩大模塊:基本分析模塊和高級(jí)分析模塊。其中,基本分析模塊當(dāng)中包含直流分析、交流分析和瞬態(tài)分析;高級(jí)分析模塊則包含參數(shù)掃描、溫度分析、蒙特卡羅分析等。文章主要以RC正弦波振蕩電路介紹瞬態(tài)分析及傅里葉分析為主;并以四階低通巴特沃思濾波器為例介紹交流分析。

        2.1 RC正弦波振蕩電路的瞬態(tài)分析

        瞬態(tài)分析又被稱為時(shí)域分析,相關(guān)的電子電路設(shè)計(jì)工作人員在給定輸入激勵(lì)信號(hào)之后,需要對(duì)電子電路輸出端的瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)行計(jì)算[3]。

        傅里葉分析主要指在瞬態(tài)分析過(guò)程中,對(duì)電子電路輸出端的最后一個(gè)周期性波形進(jìn)行諧波分析,在這一過(guò)程中需計(jì)算得出電子電路的直流分量、基波分量等的幅值和相位以及電路失真度等,從而在輸出文本文件中獲取傅里葉分析的具體結(jié)果,從Probe功能窗口能夠觀察得到諧波分布圖。RC正弦波文氏電橋振蕩電路圖[4]如圖1所示。

        圖1 RC正弦波文氏電橋振蕩電路圖

        2.2 四階低通巴特沃思濾波器的交流分析

        四階低通巴特沃思濾波器電路圖如圖2所示。從圖2可以看出,四階低通巴特沃思濾波器的交流分析與正弦穩(wěn)態(tài)電路的頻域分析效果類似[5]。

        圖2 四階低通巴特沃思濾波器電路圖

        綜上所述,通過(guò)運(yùn)用PSpice仿真技術(shù)能夠分析傳遞函數(shù)的幅頻特性和相拼特性,從而實(shí)現(xiàn)小信號(hào)電壓增益、電流增益、互阻增益等,進(jìn)而給電子電路設(shè)計(jì)的設(shè)計(jì)和應(yīng)用帶來(lái)便利。

        3 PSpice仿真技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)中的應(yīng)用效果

        傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)工作需要反復(fù)進(jìn)行設(shè)計(jì)和試驗(yàn)的循環(huán),但是難以達(dá)到既定的工作效率目標(biāo),對(duì)電子電路設(shè)計(jì)質(zhì)量將造成較大的負(fù)面影響。在電子電路設(shè)計(jì)中運(yùn)用PSpice仿真技術(shù),能夠促進(jìn)電子電路設(shè)計(jì)水平的提升,降低資源上的消耗,實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比的電子電路設(shè)計(jì)。

        3.1 促進(jìn)集成電路的發(fā)展

        實(shí)現(xiàn)電子電路設(shè)計(jì)中PSpice仿真技術(shù)的運(yùn)用后,能夠使得集成電路獲得較好的發(fā)展。從集成電路的角度上來(lái)說(shuō),伴隨著不同電子技術(shù)產(chǎn)品的迭代更新,其對(duì)于集成電路的要求和需求都具有較大的提升[6],這一點(diǎn)在逐年增加的密度指標(biāo)上尤為明顯。其中,加熱電路廣泛應(yīng)用于飛機(jī)、電子留言板、醫(yī)療存儲(chǔ)設(shè)備等設(shè)施中。與其他大多數(shù)加熱元件一樣,加熱電路通過(guò)電阻加熱工作,其中涉及電流、熱傳遞和結(jié)構(gòu)變形的多物理過(guò)程。通過(guò)運(yùn)用PSpice仿真技術(shù),可以對(duì)加熱電子電路的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)高性價(jià)比的電子電路設(shè)計(jì)。因此,在后續(xù)的電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和研發(fā)工作中,需要促進(jìn)電子電路設(shè)計(jì)中PSpice仿真技術(shù)的運(yùn)用,提升電子產(chǎn)品的可靠性。同時(shí),在電子電路設(shè)計(jì)中運(yùn)用PSpice仿真技術(shù)能夠提升電子電路設(shè)計(jì)工作的效率,提升電路設(shè)計(jì)的準(zhǔn)確率。

        3.2 促進(jìn)電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方式的多樣化

        目前,傳統(tǒng)的電子產(chǎn)品開(kāi)發(fā)方式和模式已經(jīng)難以滿足社會(huì)發(fā)展的需求,因此在電子產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)和電子電路設(shè)計(jì)工作中,需要促進(jìn)其多樣化的發(fā)展。在電子電路設(shè)計(jì)中運(yùn)用PSpice仿真技術(shù),可以使電子電路的設(shè)計(jì)修改、調(diào)試等工作的準(zhǔn)確性得以提升,而且能夠打破電子電路的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)的局限性,這是傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)方式、模式所難以做到的。因此,在后續(xù)的電子電路設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)工作過(guò)程中,需要重視仿真技術(shù)的運(yùn)用,尤其是PSpice仿真技術(shù)的運(yùn)用。其中,使用模擬濾波器向?qū)Ш蛯?shí)際運(yùn)算放大器在幾分鐘內(nèi)設(shè)計(jì)低通、高通或帶通濾波器。設(shè)計(jì)過(guò)程中,可以觀察濾波器設(shè)計(jì)的理想規(guī)格與實(shí)際電路行為特性,快速評(píng)估權(quán)衡運(yùn)算放大器規(guī)格(包括增益帶寬、噪聲和電源電流),以確定滿足用戶需要的最佳濾波器設(shè)計(jì)。

        3.3 使電路功能得到有效的驗(yàn)證

        在傳統(tǒng)電子電路設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)工作中,由于受到技術(shù)的限制,導(dǎo)致電路功能得不到有效的驗(yàn)證,導(dǎo)致容易出現(xiàn)資源浪費(fèi),難以保障其工作效率和質(zhì)量。在電子電路設(shè)計(jì)中運(yùn)用PSpice仿真技術(shù),可以有效驗(yàn)證電路設(shè)計(jì)的功能性,降低相關(guān)問(wèn)題的發(fā)生概率,從而提升產(chǎn)品質(zhì)量,減少相關(guān)電子產(chǎn)品的研發(fā)時(shí)間。例如,運(yùn)用PSpice仿真技術(shù),可以模擬使用光電二極管向?qū)гO(shè)計(jì)跨導(dǎo)放大器電路與光電二極管接口,從工具內(nèi)置器件庫(kù)中選擇一個(gè)光電二極管或輸入自定義光電二極管規(guī)格,快速考量權(quán)衡帶寬、峰值(Q)和ENOB/SNR,同時(shí)修改電路參數(shù),并立即查看圖中的脈沖響應(yīng)、頻率響應(yīng)和噪聲增益結(jié)果,這是傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)模式所難以達(dá)到的效果。

        4 結(jié)論

        傳統(tǒng)的電子電路設(shè)計(jì)工作存在較大的限制,在設(shè)計(jì)質(zhì)量、設(shè)計(jì)效率方面都得不到有效的保障,在這種情況下,需要加強(qiáng)電子電路設(shè)計(jì)中PSpice仿真技術(shù)的運(yùn)用。同時(shí),PSpice仿真技術(shù)還具有較大的發(fā)展空間,后續(xù)需要進(jìn)一步優(yōu)化和完善PSpice仿真技術(shù)在電子電路設(shè)計(jì)中的相關(guān)運(yùn)用。

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