第9章 瞬态分析(.TRAN)
PSpice可对大信号非线性电子电路进行瞬态分析,即求电路的时域响应,故称为时域扫描(Time Domain )。
它可在给定激励信号情况下,求电路输出的时间响应、延迟特性;也可在没有任何激励信号的情况下,仅依电路存储的能量作用,求得振荡波形、振荡周期等。
9.1 例题
一阶RC电路如图9-1所示。试利用PSpice进行电路的时域响应(瞬态分析)。
图9-1 RC一阶电路
(1)电路图的绘制。输入电路图名称(如RC),绘制电路图。激励为电压脉冲源,选用Source.olb库中的VPULSE。
电压脉冲源设置参数:
图9-2 参数编辑窗口
点击
按钮,分别键入下面参数的名称和数值: V1=0V(初始值),V2=5V(幅值),TR=0.4μs(上升时间),TF=0.5μs(下降时间),TD=0(延迟时间),PW=10ms(脉冲宽度),PER=20ms(周期)。
(2)创建新仿真文件,名称为TD,注意分析参数设置方法如图9-3所示。
图9-3 瞬态分析参数设置方法
若要对瞬态分析输出文件选项进行设置,可按下
按钮,设置对话框如图9-4所示。
图9-4输出文件设置对话框
(3)执行PSpice分析程序
矩形输入脉冲的周期是T=20ms,当时间常数小于20ms时, RC电路为微分电路,输出电压波形仍是矩形波,而电流波形是一个尖顶波如图9-5所示。
图9-5 微分电路
当R1=2K(或者大于2K),此时 RC电路已经成为积分电路,输出的电压波形已经变换成三角波。
图9-6积分电路Vc的“爬坡过程”
9.2 瞬态源的类型
做瞬态分析时,常用的有5种独立源。
1.脉冲波VPULSE、IPULSE
图9-7 参数编辑栏
参数
含义
单位
V1或I1
初始值
V或A
V2或I2
脉动值
V或A
TD
延迟时间
s
TR
上升(沿)时间
s
TF
下降(沿)时间
s
PW
脉冲宽度
s
PER
周期
s
例如设定参数如下:V1=0,V2=1,TD=1us,TR=0.4us,TF=0.6us,PW=2us,PER=6us。可得如图9-8所示的波形。
图9-8 脉冲源波形
2.正弦源VSIN、ISIN
表9-2 正弦源VSIN、ISIN参数的设置
参数
含义
单位
VOFF或IOFF
直流偏移电压
V或A
VAMPL或IAMPL
振幅
V或A
FREP
频率
Hz
TD
延迟时间
s
DF
阻尼系数
1/s
PHASE
相位延迟
度(o)
例如设定参数如下:VOFF=1,VAMPL=9,FREP=1meg,TD=1u,DF=0.4meg,PHASE=0,可得如图9-9所示的波形。
如VOFF=0(这个零必须填写),TD=0,DF=0,就是通常用的正弦源。
图9-9 正弦波电源波形
3.指数源VEXP或IEXP
表9-3 指数源VEXP或IEXP参数的设置
参数
含义
单位
V1或I1
初始值
V或A
V2或I2
脉动值
V或A
Td1
上升延迟时间
s
Tc1
上升时间常数
s
Td2
下降延迟时间
s
Tc2
下降时间常数
s
例如设定参数如下:V1=2,V2=10,Td1=1m,Tc1=0.3m,Td2=5m,Tc2=0.5m,可得如图9-10所示的波形。
图9-10 指数源波形
4.分段线性源VPWL或IPWL
以坐标方式输入波形,每对值(T1,V1或I1)确定了时间t=T1时分段线形波的值V1,中间值用线形插值方法来确定。
例如设定参数如下T1=0,V1=1;T2=10n,V2=2;T3=15n,V3=2;T4=20n,V4=4;T5=25n,V5=0。可得如图9-11所示的波形。
图9-11 分段线性电源波形
5.周期性折线源VPWL_ENH或IPWL_ENH
表9-4 周期性折线源参数的设置
参数
含义
单位
TSF
时间基准值
s
VSF或ISF
电压或电流基准值
V或A
FIRST_nPAIRS
转折点的坐标对
无
SECOND_nPAIRS
转折点的坐标对
无
THIRD_nPAIRS
转折点的坐标对
无
REPEAT_VALUE
重复次数
次数
例如设定参数如下:TSF=0.5s,VSF=5V, 坐标对为(0,-1)、(1,1)、(2,-1),REPEAT_VALUE=3。
图9-12 周期性折线电源波形
6.单频调频源VSFFM或ISFFM
表9-5 单频调频波VSFFM或ISFFM参数的设置
参数
含义
单位
VOFF或IOFF
直流偏移电压
V或A
VAMPL或IAMPL
振幅
V或A
Fc
载波频率
Hz
Mod
调制指数
无
Fm
调制信号频率
Hz
例如设定参数如下:VOFF=0.5,VAMPL=4,Fc =1.5k,mod=40,Fm =300,可得如图9-13所示的波形。
图9-13 单频调频波电源波形
9.3傅里叶分析(?FOUR)
傅里叶分析是在大信号正弦瞬态分析时,对输
出的最后一个周期波形进行谐波分析,计算出
直流分量、基波和第2~9次谐波分量以及失真
例题:反相运放电路
(1) 电路图的绘制
绘制电路图、元器件符号的呼叫与属性的设置。
图9-14反相运放电路图
(2) 分析参数的设定
图9-15瞬态分析参数设置
对瞬态分析输出文件选项进行设置,按下按钮
。
图9-16输出文件设置对话框
(3) 运行傅里叶分析程序
呼叫V(U1:OUT)瞬态波形,结果如图9-17所示。
图9-17瞬态分析结果
点选
按钮,进行傅里叶分析,结果如图9-18所示。
图9-18 傅里叶分析
当输入电压幅度为1.8V时,得到的是一个被“剪切”的输出电压波形,如图9-19所示。
图9-19输入为1.8V正弦电压时的输出仿真结果
此时的输出波形已经产生饱和,电压波形不再是
标准
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的正弦波,傅立叶分析结果如图9-20所示。
图9-20 输入为1.8V正弦电压时傅里叶分析结果
当输入的电压为15V时,输出波形将产生严重失真,如图9-21所示。
图9-21输入为15V正弦电压时的输出仿真结果
此时输出波形已经产生深度饱和,这时其频谱只含有偶次谐波,傅里叶分析结果如图9-22所示。
图9-22输入为15V正弦电压时的傅里叶分析结果
(4) 查看文字输出文档
图9-23 傅里叶分析的文字结果