在第三章中，按照电路特性分类介绍了用 Pspice分析电路的基本方法。一般来说，测量电子电路用的就是这些方法。有些电路指标的测试可以直接用基本方法，比如测量静态工作点用静态工作点分析方法，测量频率特性用交流分析方法等。但也有些电路指标的测试可使用多种方法，有些指标的测试需要一点技巧。下面介绍几种常用测试方法和测试技巧。

第五章 用 OrCAD/Pspice 测量电子电路的常用方法

一 .测量电压放大倍数 1 ．直耦放大器 用直流传输特性分析（ TF 分析）最方便，并能同时求出电

路输入电阻和输出电阻。 举例：实验 6 差动放大器 注意该法只能用于分析直耦电路，不能分析阻容耦合电路。 2 ．阻容耦合放大器 可用以下方法测量阻容耦合放大器的电压放大倍数。 （ 1 ）设置瞬态分析。分析后，得到输出、输入的波形图，启

动标尺测出它们的峰值，两者相除，即得到电压放大倍数。 （ 2 ）设置交流分析。分析后，得到幅频特性，可直接测出电

压放大倍数。

（ 2 ）进行交流分析。运行后在 Probe 窗口中，执行Trace/Add Trace 命 令 ，选 择 V （ Out ） / V（ Vs:+ ） 作 输 出 量 。启动标尺测出中频处的电压放大倍数。

举例：实验 3 基本放大器解：用上述两种方法测试。（ 1 ）进行瞬态分析。运行后得到输入输出波形。启动标尺测

出 VO 、 VS 的峰值，两者相除，得到电压放大倍数。

0

Out

C1

10UVcc

12V

Rb

360k

RL2k

Q1

Q2N2222Vs

Rc2k

C2

10U

二 .测量输入输出电阻 1 ．直耦放大器 同测量电压放大倍数一起用直流传输特性分析（ TF 分析）

求出。 举例：实验 6 差动放大器 2 ．阻容耦合放大器 （ 1 ）设置交流分析，得到输入电阻、输出电阻的频率特性，

用标尺测出中频区的输入电阻、输出电阻。 （ 2 ）设置瞬态分析，按照输入电阻、输出电阻的实际测试方

法测出。

举例：实验 3 基本放大器。求输入电阻、输出电阻。解：用设置交流分析的方法测量（ 1 ）进行交流分析后，在 Probe 窗口中，执行 Trace/Add

Trace 命令，选择 V （ Vs:+ ） /I （ C1 ）作输出量，显示出输入电阻的频率特性，启动标尺测出在 ƒ =10kHz 处的输入电阻≈ 888.8 。

（ 2 ）将电路的输入端短路，负载开路，在输出端加一信号源VO 。进行交流分析后，在 Probe 窗口中，执行 Trace/Add Trace 命令，选择 V （ VO:+ ） /I （ C2 ）作输出量，显示出输出电阻的频率特性。启动标尺测出在 ƒ=10kHz 处的输出电阻≈ 1.78K 。

三 .测量最大输出幅度、输出功率 1 ．设置直流扫描分析通过直流扫描分析，可得到电路的输入输出特性曲线，

从曲线上可读出最大输出幅度。通过直流扫描分析，也可得到电路的输出功率、管耗和

电源提供的功率随输出电压变化的曲线，从曲线上可读出最大输出功率或某一输出幅值下的功率。

但这一方法不能用于有隔直电容的电路。

2 ．设置瞬态分析 通过瞬态分析，可得到电路的输出波形，然后将横轴改为

输入变量，得到电路的输入输出特性曲线，从曲线上可读出最大输出幅度。

瞬态分析后，根据输出功率的定义

利用 Probe 中信号运算的功能可得到上述积分曲线，在 t等于周期 T时刻曲线上的值，就是相应的功率值。

这一方法也适用于有隔直电容的电路。

tivT

PT

d10

ooo

举例：互补对称功率放大器如图所示。求最大不失真输出幅度 Vom 、最大输出功率 Pom 和电源提供的功率 Pv 。

解：分别用上述两种方法测量。 （ 1 ）用直流扫描分析。 ① 求最大不失真输出幅度 Vom 。 进行直流（ DC ）扫描分析：设

置输入信号 VIN 为变量，扫描范围为 -12 ～ +12V 。运行后，得到如图 2.5.6 所示的电压传输特性曲线。启动标尺，可读出最大不失真输出幅度 Vom≈6.5V 。

Out

0

0

0

0

Vin

6.5V

Vcc1

12V

RL16

Q1

R20.5k

R10.5k

Q2

D1

Vcc2

12V

D2

② 求最大输出功率 Pom 和电源提供的功率 Pv 。 进行直流（ DC ）扫描分析，将 X 轴变量改为 V （ Out ），

将 X 轴刻度范围改为（ 0 ～ 7V ）。 根据 Po 、 Pv 的定义，执行 Trace/Add Trace 命令后，在

“ Trace Expression” 文本框中键入“ V （ Out ） * I（ RL） /2”，得到 Po 曲线。同理键入“ ABS(V （ VCC1:+ ） * I （ VCC1 ） /1.414)”，可得电源提供功率 Pv曲线。启动标尺可读出最大输出功率 Pom≈1.36W，此时电源提供的功率 Pv≈3.49W。

注：由于功率的定义是有效值电压乘以有效值电流，而直流分析得到的相当于峰值电压和峰值电流，所以在求 Po 曲线时，用电压乘以电流再除以2 （即）。电源电压 VCC1 和 VCC2 是直流量，所以在求 Pv 曲线时只除以即可。又因为 VCC1 和 VCC2 只在半个周期有电流，当电路对称时，表达式 ABS（ V （ VCC1:+ ） * I （ VCC1 ） /1.414）求出的是两个电源的总功率。

（ 2 ）用瞬态分析。 ① 求最大不失真输出幅度 Vom 。 将输入信号振幅设置为 12V （电源电压），进行瞬态分析，得到电路的输出波形。然后将横轴改为 V （ VIN ： + ），得到电路的输入、输出特性曲线与图 2.5.6 基本一致，启动标尺可读出最大不失真输出幅度 Vom≈6.5V 。 ② 求最大输出功率 Pom 和电源提供的功率 PV 。 将输入信号设置为振幅 =6.5V ，频率 =1kHz 。进行瞬态分析，分析时间为： 0 ～ 1ms （ 1个周期）。 运行后，根据 Po 的定义，在“ Trace Expression”文本框中键

入输出功率的积分表达式“ S（ V （ Out ） * I （ RL）） *1000”，得到 Po 的积分曲线。启动标尺读出在 t=T （周期）= 1ms 时的值，即最大输出功率 Pom≈1.16W。

（表达式中乘以 1000 是因为 Po 等于积分表达式除以周期 T ， T=1ms ，所以要乘以 1000 ）

同理，根据 PV 的定义在“ Trace Expression”文本框中键入积分表达式“ S（ V （ VCC1:+ ） * I（ VCC1 ）） *1000”，可得如图 2.5.9所示的积分曲线。启动标尺读出在 t=1ms （周期）时的值，即此时电源提供的功率≈ 1.74W。

用积分表达式算出的是一个电源提供的功率，两个电源提供的总功率 PV≈3.48W。

四 . 根据指标要求确定某元件的参数值 这属于电路的设计方法，常用两种方法来完成。 （ 1 ）设置直流扫描分析：这种方法主要用来分析与

直流有关的性能分析，如静态工作点等。 （ 2 ）电路性能分析（ Performance Analysis ）与

参数扫描分析、瞬态分析、交流分析、直流分析等相配合：可分析参数变化对电路各种性能指标的影响，依此来确定元件的参数值。

举例：放大电路如图所示，要求 Vi=0 时 VO=0 ，求 Re 的取值。解：用上述两种方法分析（ 1 ）用直流扫描分析。① 将 Re 设置成全局变量 {Rval}。 ② 设置直流扫描分析：在参数设置框中，选 Global Parameter 作变量类型，“扫描变量”选为 Rval ，变量的变化范围： 10 ～30k ，步长： 2k 。

③ 运行后，得到 VO 与 Re 的关系曲线，启动标尺测出Re=15k 时， VO=0V 。

Vo

0

0

00

VCC 12V

Rc210k

Re33k

Re{re} VEE

12V

Q2

Q3

Rc312k

Rb21k

Rc110k

Vin

Q1

PARAMETERS:

Rb1

1k

（ 2 ）用电路性能分析（ Performance Analysis ）与参数扫描分析、瞬态分析相配合。

① 将 Re 设置成全局变量 {Rval}。 ② 输入信号 Vin选正弦电压源，并将其振幅 Vamp 设置成 0 。 ③ 进行瞬态特性分析和参数扫描分析，在参数对话框中将“扫

描变量”选为 Rval，变化范围： 10 ～ 30k ，步长： 2k 。 ④ 运行 Pspice 。在多批运行结果选择框，将其全部选入。 ⑤ 在 Probe 窗口中执行 Trace/Performance Analysis 命令，

出现对话框后，按“ OK”按钮。屏上出现电路性能分析窗口。

　⑥ 执行 Trace/Add Trace 命令，选中特征函数 Max（），再选 输 出 变 量 V （ Vo ） ，则屏上 出现 Max （ V （ Vo ））与 Rval的关系曲线，启动标尺测出 Re=15k 时， VO=0V 。

五 . 测量具有滞回特性器件的传输特性 测量传输特性一般用直流（ DC ）分析。但直

流分析不易作出迟滞回环。因此测量施密特触发器、迟滞比较器等这类具有滞回特性器件的传输特性时应用瞬态分析，在瞬态分析后，将X 轴变量改为输入变量即可。

举例 1 ：迟滞比较器电路如图所示，作出其电压传输特性。 解：（ 1 ）输入信号选分段线性源，设置参数为： T1=0s ， V1

=-10V； T2=1s ， V2=10V； T3=2s ， V3=-10V 。得一三角波形信号。

Out

0

0

0

uA741

3

2

74

6

+

-

V+V-

OUT

R420k

R1

10k

V215V

R2

1kV115V

D1R3

20k

D2

D1N750Vi

（ 2 ）设置瞬态分析。 运行后，将 X轴变量改为V（ VIN： +），即可得到具有迟滞回环的传输特性，可以看出两个阈值电压分别为 VT+=5V，VT-=-5V 。

举例 2 ：实验 26 555 定时器组成的施密特触发器

（ 3 ）电压传输特性。在瞬态分析后，点选 V （ VO ）并将 X 轴变量改为 V （ Vi ：+ ），即可得到电压传输特性。

（ 4）输入正弦信号（振幅 =5V ，频率 =1kHz ），观看输出波形。

Vo

0

0

Vcc +5V

R110K

555D1

234

567

8GN

D

TRIGGEROUTPUTRESET

CONTROLTHRESHOLDDISCHARGE

VCC

RL1G

Vi C10.01u

（ 1）绘制电路图。输入信号选分段线性源，设置参数为： T1=0s，V1=0V； T2=1s， V2=5V； T3=2s， V3=0V。 得一三角波信号。

（ 2 ）进行瞬态分析，得到输入输出波形。启动标尺测出阈值电压VT+ 、 VT- 的值。

六 . 数 /模混合电路的分析测量 对于数 /模混合电路，内部节点可分为模拟型节点、数字型节

点和接口型节点 3 种。 Pspice9 处理接口型节点的基本方法是为数字逻辑单元库中的每一个逻辑单元同时配备 AtoD 和 DtoA 两类接口型等效子电路。其中 AtoD 子电路的作用是将模拟信号转换成数字信号， DtoA 子电路则相反。在分析数 /模混合电路时， Pspice9会根据电路的具体情况自动插入一个或多个接口型子电路，以实现数字和模拟两类信号之间的转换。所以数 /模混合电路的分析与数字电路的分析基本相同。

为了适应不同的分析要求，每个 AtoD 和 DtoA 子电路模型均分为 4个级别，设置方法是双击逻辑单元符号，在出现的参数设置框中的一项名为 IO-LEVEL 的参数栏中键入 1 、 2 、3 或 4 。该参数内定值为 1 。

0

0

0

HI

LO

VoCp

Cr

74161

1

3456

21079

1413121115

CLR

ABCD

CLKENTENPLOAD

QAQBQCQD

RCO

DSTM3

R1

10

R2

10k

131211109876

5

3

4

DB7DB6DB5DB4DB3DB2DB1DB0

AGND

OUT

REF

10V

CLKDSTM1

8 D/A位 转换器

举例：计数器与 A/D转换器组成的阶梯波发生器如图所示，分析各点波形。

解：（ 1 ）设置脉冲信号 时钟脉冲 CP ：选用时钟信号源 DigClock ，参数设置为 OFFTI

ME =0.05ms ， ONTIME=0.05ms 。 清零脉冲 Cr ：选用基本信号源符号 STIM1 。参数设置为： COMMAND1 ： 0s 1

COMMAND2 ： 0.1ms 0

COMMAND3 ： 0.2ms 1

（ 2 ）各逻辑单元的接口模型级别均采用内定值。 （ 3 ）进行瞬态分析。分析时间： 0 ～ 4ms ，运行后，在 Probe

窗口下执行 Trace/Add Trace 命令后，用光标依次点选 Cr 、CP 、 QA 、 QB 、 QC 、 QD 、 V （ Uo ）即可得到各输入输出端的波形。

七 . 电路特性随元器件参数变化曲线的作法 可用下述方法作出电路性能指标随某一元器件参数的变

化关系：（ 1 ）用直流扫描分析（ DC Sweep ）。该功能主要用来分析

与直流有关的性能指标，如静态工作点等。（ 2 ）用参数扫描分析与 AC 分析、 DC 分析、瞬态分析等

中的一种或几种联合使用，可分析参数变化对电路各种性能指标的影响。

（ 3 ）用电路性能分析（在 Performance Analysis ）与（ 2 ）中的分析方法相结合，可将任一电路参数设置为 X坐标的变量，从而得到电路特性随某一元器件参数的变化曲线。

1 ． 用直流扫描分析（ DC Sweep ）方法举例：实验 8 带自举的 OTL 功率放大器如图所示，分析（ 1 ）： Rp 选多大，静态时 Vk=Vcc/2 。

0

0

K Vo

A

Q2

Q3

Rc680

Re51

RL50

RP{Rp}

R1

5.1k

C2

500u

C1

20u

Ce

50u

Vcc

12V

Vi

20mv

R2

150

C3500u

D2

D1PARAMETERS:14.746K

Q1

分析步骤如下： ① 调用 Capture绘制好电路图。 ② 将 Rp 设置成全局变量 { Rp} 。方法是双击Rp 的阻值，在

出现的“ Display Properties” 设置框中，将其值设置为 {Rp} 。然后调出 PARAM符号，双击该符号，在元器件属性编辑器中，按 New 按钮，在新增属性框中键入Rp 并按 OK 按钮。这样设置的参数 Rp 称为全局参数。

③ 对电路进行直流扫描分析。选择 Globai Parameter 变量类型，变量名为 Rp ，扫描范围为 5k 到 30k ，步长为 1k 。

④ 运行后，选择 V （ K ）作输出变量，即得到 V （ K ）与Rp 的关系曲线，从图中可以很容易地看出当 Rp=14.746

k 时 VK=VCC/2=6V 。

分析（ 2 ）：选 Rp=14.746K ，温度从 -50C0 变化到 +100 C0

时，静态 VK 值的变化曲线。 分析步骤： ①　按照上述方法，对电路进行 DC Sweep 分析。在 DC Sw

eep 设置对话框中选择 Tempera 变量类型，扫描范围为 -50℃到 +100℃，步长为 25℃， Linear 扫描类型。

②　运行后，选择 V （ K ）作输出变量，即得到 V （ K ）与温度的关系曲线，如图 3 所示。可见当温度从 -50C0

变化到 +100 C0 时， Vk 的静态值从 6.8V 变化到 5.38V 。

分析（ 3 ）：选 Rp=14.746K ，分析 Rp 从 10k 变化到 20k时，电路的频率特性。

分析步骤： ①Vs 选交流电压源，振幅 =10 mV 。② 将 Rp 设置成 {Rp} 。 ③ 对电路同时进行交流分析和参数扫描分析。在参数分析

对话框中将“扫描变量”选为 Rp ，变量的变化范围定为 10k ～ 20k ，步长为 2k 。

④ 运行 Pspice 。运行结束后屏幕上出现多批运行结果选择框，按“ OK” 按。

⑤ 在常规的 Probe 窗口中选 V （ Vo ）作输出变量，可得到分析结果如图 4 所示。

2 ．用参数扫描与其他分析方法相配合

图 4的分析结果是当Rp取上述规定的 6个值时的频率特性，X 轴变量是频率。如果想得到频带宽度与 Rp 的关系曲线或中频放大倍数与 Rp 的关系曲线，即将 X 轴变量变为 Rp ，可进行电路性能分析：

⑤ 作完步骤④后在 Probe 窗口中执行 Trace/Performance Analysis 命令，出现对话框后，按“ OK”按钮。屏上出现电路性能分析窗口（与 Probe 窗口类似， X 轴变为 Rp ）

⑥ 在电路性能分析窗口中执行 Trace/Add Trace 命令，调用特征函数 Bandwidth（ V （ VO ）， 3 ），得到电路的 3dB带宽与Rp 的关系曲线如图 5 所示。

⑦ 调用特征函数Max（ V （ Vo ） /V （ Vin： + ））得到电路的电压放大倍数与Rp 的关系曲线如图 6 所示。

3 ．用电路性能分析（ Performance Analysis ）

分析：将 Q1 的模型参数 BF（即 β）设置成变量，变化范围定为 50～ 200，对电路同时进行交流分析（ AC Sweep Analysis ）和参数扫描分析（ Parametric Analysis）。在 Probe 窗口中执行电路性能分析命令，调用特征函数Max（ V （ Vo ） /V （ Vin： + ））得到电路的中频电压放大倍数与β的关系曲线如图 7 所示。

分析（ 5 ）：输入为正弦信号时，在输出基本不失真的情况下输入信号的最大幅度是多少？

分析：将输入正弦信号 Vs 的振幅 Vamp 设置成全局变量 { Vamp }，同时进行参数扫描分析、瞬态分析和电路性能分析，得到如图 8 所示的分析结果，可见当 Vamp =39.304mV 时， Vo 进入非线性区，此时 Vo=5.6694V 。

分析（ 4）：三极管 Q1 的 β变化对电路中频增益的影响。

结论：通过以上例子可以看出，用 OrCAD/PSpice9可以很

方便地描绘出各种电路性能电路与元器件参数的关系曲。特别是它的电路性能分析具有很强的功能，它能把电路中的各种参数设置成变量，并在分析结果中将该变量变换成 X 轴变量加以显示，使其电路特性随元器件参数变化的关系一目了然。所以它在电路设计特别是优化设计中得到广泛的应用。

1 . 建一个Word文件：（文件名用姓名） 将分析电路图、分析类型、分析参数设置、分析结果（包括各

种波形图及文本结果）诸项存入Word文件中。 2. 完成后，将 OrCAD文件（同名的所有文件）与Word文件

一同存入软盘，交上。 3. 对分析电路的要求： 2000级电类专业的同学，可从《模拟电子技术基础》教材中的

练习题中选取，电路不要太简单。 其他同学，可从《电子电路实验与虚拟技术》教材中的 28个

实验项目中选取，必须自己完成。 分析项目（类型）应在 3项以上。

作业要求