Это руководство по работе в программе OrCAD Pspice предназначено для всех, кто знаком с основными разделами электротехники. При постепенном усложнении задач объясняются все необходимые аспекты работы в OrCAD Pspice, что позволяет творчески применять их при дальнейшем анализе электрических и электронных схем и устройств. Рассмотрение материала начинается с анализа цепей постоянного тока, продолжается анализом цепей переменного тока, затем переходит к различным разделам полупроводниковой электроники. Информация изложена таким образом, чтобы каждый, кто изучал или изучает определенный раздел электротехники, мог сразу же использовать OrCAD Pspice на практике. Больше внимания, чем в других книгах по этой теме, уделяется созданию собственных моделей и использованию встроенных моделей схем в OrCAD Pspice.
На прилагаемом к книге DVD вы найдете демонстрационную версию программы OrCAD PSpice Student Edition 9, которой можно пользоваться свободно. Кроме того, на диске размещена версия OrCAD 10.5 Demo Release, с которой можно работать в течение 30 дней после установки на компьютер.
Содержание:
Предисловие 1
Введение 2
Обзор PSpice 4
1. Анализ цепей на постоянном токе 8
2. Анализ цепей на переменном токе (для установившихся синусоидальных режимов) 21
3. Транзисторные схемы 32
4. Многокаскадные усилители, частотные характеристики и цепи обратной связи 42
5. Операционные усилители 48
6. Переходные процессы и анализ во временной области 55
7. Ряды Фурье и гармонические составляющие 59
8. Устойчивость и автоколебания 63
9. Приборы в PSpice 67
10. Биполярные транзисторы и их модели 73
11. Полевые транзисторы 81
12. Четырехполюсники и пассивные фильтры 86
13. Нелинейные приборы 94
14. Программа Capture 96
15. Транзисторные цепи в Capture 105
16. Операционные усилители в Capture 111
17. Другие темы в Capture 116
Приложение A. Краткое описание директив PSpice 126
Приложение B. Компоненты и директивы PSpice 127
Приложение С. Установка программного обеспечения, руководства и учебника 130
Приложение D. Компоненты: параметры моделей PSpice 131
Приложение E. Стандартные библиотеки компонентов PSpice 135
Примечания 143
Предисловие
Методы анализа цепей широко варьируются в зависимости от сложности задач. Одни схемы требуют решения единственного уравнения, для других требуется решение системы уравнений. Если реакция схемы лежит в широкой полосе частот, анализ проводится как во временной, так и в частотной областях. Чтобы облегчить задачу объемных вычислений, применяются различные инструменты анализа: от тригонометрических таблиц и логарифмических линеек до калькуляторов и компьютеров.
Во многих случаях для решения задач студенту необходимо осознать, на каких базовых законах и принципах должно основываться решение. В некоторых случаях топология цепи задается с помощью описания компонентов, помещенных между различными узлами, и для решения используются компьютерные программы. Существует несколько десятков таких программ для различных областей применения. Если использовать такие языки программирования, как Бейсик, Паскаль или Фортран, можно разработать собственные программы для решения задач различных типов. Более мощные программы, предназначенные для расчета широкого класса электрических цепей при различных условиях, требуют многолетней работы для разработки и модификации.
Такие программные продукты, как Spice, предлагаются преимущественно в качестве программ моделирования интегральных схем. В настоящей книге используется версия Spice, называемая PSpice, коммерческий продукт, разработанный MicroSim Corporation. В 1998 году эта компания влилась в компанию OrCAD, производящую 9 программ. Демонстрационная версия программы, которой комплектуется данная книга, достаточна для выполнения всех упражнений и примеров моделирования, приведенных в ней. Демонстрационная версия полностью функциональна, но работает только с файлами ограниченного объема.
Программа SPICE является одновременно мощной и гибкой. Конечно, это может испугать и озадачить начинающего пользователя, перед которым встает вопрос: "Как использовать этот мощный инструмент наиболее простым способом?"
Вероятно, может показаться глупым решать на PSpice задачи, решение для которых известно заранее, но новички после выполнения такой работы получат уверенность для более успешного дальнейшего продвижения. Поэтому данная книга начинается с анализа цепей постоянного тока, продолжается анализом цепей на переменном токе и только затем переходит к более сложным темам, включая и цепи с полупроводниковыми приборами.
PSpice широко применяется в промышленности, позволяя исследовать работу схем без создания реальных макетов в лаборатории. При этом достигается существенная экономия материалов и рабочего времени. Если проект требует изменений или улучшений, результаты легко могут быть получены на компьютере при изменении исходных условий. Разработчик просто заменяет компоненты, которые обычно используются в реальных цепях, и после этого снова исследует работу и электрические свойства устройства. Обычно трудно бывает предсказать, сколько таких компонентов должно быть заменено. Когда же этим занимается компьютерная программа, она производит утомительные вычисления с меньшей вероятностью ошибок и намного быстрее, чем человек.
Должен ли каждый студент, практик, разработчик изучить SPICE и применять его? Я уверен, что ответ будет, несомненно, положительным. Это справедливо как для академического, так и для профессионального мира. Ваше образование не будет полным без овладения этим ценным инструментом.
Сможет ли SPICE научить вас осуществлять анализ и разработку электрических схем? Я уверен, что ответ будет, безусловно, отрицательным. Изучение основных законов, управляющих поведением электрических цепей, стало в настоящее время еще важнее, чем прежде. A SPICE и другие компьютерные средства лишь освобождают вас от повторения нудных и длительных вычислений.
В процессе вы, конечно, получите некоторые дополнительные знания, которые могли бы иначе пропустить. Вы можете использовать также программу Probe, которая является частью PSpice и позволяет вам, среди прочего, графически построить реакцию цепи на входное воздействие во временной и частотной областях.
Целью этой книги было желание создать простой и легкий для освоения путеводитель по PSpice для студентов, желающих больше узнать о компьютерных средствах анализа цепей. Материал представлен таким образом, чтобы любой изучающий или изучивший различные теоретические разделы мог бы сразу же применить PSpice на практике.
Важным качеством книги является наличие моделей для таких приборов, как биполярные транзисторы (BJT), полевые транзисторы (FET) и операционные усилители (ОУ). Модели должны быть не сложнее тех, что используются для ручного расчета. Например, если Вас интересуют токи и напряжения смещения для биполярных транзисторов, нет необходимости использовать модели, в которых учитываются параметры транзистора на переменном токе. Надеемся, что читатель сможет создать собственные модели для каждого прибора, особенно для тех случаев, когда достаточно использовать линейные аппроксимации.
Следует отметить, что хотя простое чтение материала и может принести вам пользу, гораздо больше информации вы получите при разборе каждой задачи на компьютере. При этом важно, чтобы вы самостоятельно создали входной файл (схему), исследовали ее с помощью PSpice и получили затем выходной файл и/или использовали программу Probe, чтобы получить наглядный графический результат. Только при фактическом эксперименте на компьютере вы сможете оценить свои возможности и получить удовлетворение, когда решение появится на вашем мониторе или будет распечатано на принтере.