《電子電路CAD》課程實驗指導書

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1、Four short words sum up what has lifted most successful individuals above the crowd: a little bit more. ------------------------------------------author ------------------------------------------date 《電子電路CAD》課程實驗指導書 實驗二 基本電路特性分析實驗 《電子電路CAD》 課程實驗指導書 潘銀松 薛 聯(lián)

2、 光電工程學院 2009年3月 -------------------------------------------------- 目 錄 實驗一 電路圖繪制及基本電路特性分析實驗 1 實驗二 參數(shù)掃描分析和統(tǒng)計分析實驗 7 實驗三 電路性能分析實驗 14 實驗四 邏輯電路、數(shù)/?；旌想娐贩治鰧嶒?21 實驗五 綜合應用實驗 26 實驗六 電路印制板設計實驗 28 練 習 題 31 附錄一 實驗報告格式要求 34 附錄二 實驗五參考波形 35 附錄三 常用庫文件名及元器件 38

3、 實驗一 電路圖繪制及基本電路特性分析實驗 一、實驗目的 熟悉并掌握OrCAD/PSpice軟件的使用，并掌握用Capture軟件包正確繪制電路圖的方法和步驟；熟悉并初步學會用OrCAD/PSpice軟件進行基本電路特性分析的方法。 二、實驗內(nèi)容及步驟 1. 差分對放大電路的基本特性分析 A．電路圖繪制部分 1Vac 0Vdc 通過繪制下圖所示的差分對放大電路圖，熟悉OrCAD/PSpice軟件環(huán)境設置及電路圖繪制方法。 用OrCAD/Capture軟件生成電路圖的方法和步驟： （1）調(diào)用Page Editor ①在數(shù)據(jù)盤中建立自己的文件夾。注意：

4、文件夾名不能用中文命名。 ②執(zhí)行程序中OrCAD Release 9.1/Capture CIS啟動Capture軟件，執(zhí)行File/New/ Project子命令新建設計項目，在Name欄內(nèi)輸入設計項目名稱，在設計項目類型欄內(nèi)選擇“Analog or Mixed Signal Circuit”選項，在路徑名欄內(nèi)選擇第①步建立的文件夾。注意：設計項目名稱只能用英文、數(shù)字、拼音命名。 ③按默認的方式配置元器件符號庫。 ④啟動Page Editor模塊。 ⑤根據(jù)需要設置運行環(huán)境參數(shù)，也可采用系統(tǒng)的默認設置。 （2）繪制電路圖 ①繪制元器件符號：從OrCAD/Capture符號庫中調(diào)用

5、合適的元器件符號，如電阻、電容、晶體管、電源和接地符號等放于電路圖中合適的位置。對分層式的電路設計，還需繪制各層次框圖。 ②元器件間的電連接：包括互連線、總線、電連接標識符、節(jié)點符號及節(jié)點名等。對分層式的電路設計，還需繪制框圖端口符。 ③繪制電路圖中輔助元素：圖紙標題欄、添加“書簽”、繪制特殊符號以及注釋性文字說明。 （3）檢查并修改電路圖. （4）將繪制完成的電路圖利用復制、粘貼的方式輸出到Word文檔的實驗報告中。 提示：圖中的雙極晶體管Q1、Q2、Q3和Q4從BIPOLAR.olb符號庫中調(diào)用；電容CLOAD和電阻RBIAS、RC1、RC2、RS1、RS2從ANALOG.olb

6、庫中調(diào)用符號C和符號R；V1調(diào)用SOURCE.olb庫中的VAC符號；V2和V3調(diào)用SOURCE.olb庫中的VDC符號；VDD和VEE調(diào)用CAPSYM.olb庫中的電源符號；“接地”符號調(diào)用SOURCE.olb庫中名稱為0的符號。 B．電路分析部分 對所繪制的差分對電路進行以下基本電路特性分析： （1）直流工作點(Bias Point)及直流傳輸特性(Transfer Function)分析。分析設置：輸入為V1，輸出為V(out2)，觀察并記錄OUT輸出文件中有關部分內(nèi)容。 操作1：建立分析文件、設置分析參數(shù)：執(zhí)行OrCAD/Capture主菜單中PSpice/New Simula

7、tion Profile，在Name欄鍵入模擬類型組名稱，如DC，單擊Create鍵，彈出模擬設置對話框，按圖中所示設置好分析參數(shù)，單擊確定按鈕。 操作2：啟動PSpice仿真程序：執(zhí)行OrCAD/Capture主菜單中PSpice/Run，彈出OrCAD Pspice A/D窗口，執(zhí)行View/Output File子命令，從中找出各節(jié)點的電壓值、總功耗、輸入電阻、輸出電阻、小信號直流增益等，按實驗報告的要求將相關參數(shù)復制到實驗報告中。 （2）直流特性掃描分析(DC sweep)。參數(shù)設置說明：掃描變量：V1；掃描類型：Linear，0～1V；增量：0.1V；觀察V(OUT2)～V1曲線

8、。 操作1：設置分析參數(shù)：執(zhí)行OrCAD/Capture主菜單中的PSpice/New Simulation Profile子命令，在Name欄鍵入模擬類型組名稱，單擊Create，彈出如下對話框，按對話框中設置，單擊確定按鈕。 操作2：啟動Pspice仿真程序輸出波形：執(zhí)行OrCAD/Capture主菜單中PSpice/Run子命令，若無錯誤，出現(xiàn)Probe窗口，執(zhí)行Trace/Add Trace子命令或相應的工具圖標，彈出波形添加對話框，在左則的輸出變量列表中選取或在Trace Expression欄中鍵入要輸出量的表達式，單擊OK，在Probe窗口即出現(xiàn)所要輸出的波形。 操作3：

9、將輸出波形復制到實驗報告：在Probe窗口主菜單中執(zhí)行Windows/Copy to Clipboard子命令，在彈出的Copy to Clipboard對話框中，單擊OK，波形圖就輸入到了剪貼板，在Word格式的實驗報告中粘貼即可。 提示：以上操作是每次電路分析實驗的基本步驟，以下分析和實驗只說明分析要求，不再詳述以上步驟。 （3）AC 分析(AC sweep)及噪聲分析。參數(shù)設置見下圖，觀察并記錄V(OUT2)與頻率的曲線，輸出噪聲(V(ONOISE))和輸入噪聲(V(INOISE))分別與頻率的關系曲線(用2個Y坐標顯示在同一個圖上)，并記錄OUT輸出文件中的噪聲分析結(jié)果( 要求記錄

10、Freq=1KHz的數(shù)據(jù))。 提示：有關坐標的添加、刪除、設置等操作，在Probe窗口主菜單Plot中進行。 （4）瞬態(tài)(TRAN)及傅里葉分析：將V1換成用于瞬態(tài)分析的激勵信號VSIN（在Source庫中），設置成等幅正弦波（Voff=0V，Vampl=0.1V，f=5MegHz），分析參數(shù)設置見下圖，觀察記錄V(OUT2)、V(V1:+)波形(用2個坐標表示)；在Probe中用FFT按鈕對V(OUT2)進行傅里葉分析，標出其直流分量、基波和三次諧波分量值，記錄所得波形；打開OUT輸出文件，觀察傅里葉分析結(jié)果的數(shù)據(jù)。 Output File Options設置對話框 2．模擬二極

11、管的V-I 特性曲線，以及溫度為0℃、27℃、50℃、80℃時的正向特性曲線，二極管的伏安特性的測試電路及設置見教材P77圖3.10。 3. 分析和模擬教材P80圖3.19所示的滯回比較器的電壓傳輸特性。 三、實驗報告要求 1．給出所繪制的差分對放大電路圖。 2．給出差分對放大電路各節(jié)點的電壓值、總功耗、小信號直流增益（V(OUT2)/V_V1）、輸入電阻值和輸出電阻值。 3．給出V(OUT2)～V_V1曲線，X軸設為0~300mv，Y軸設為5~12.5V。 4． 給出AC/Noise分析得到的V(OUT2)和頻率的曲線，以及輸入噪聲和頻率、輸出噪聲和頻率的曲線(用2個Y

12、坐標在同一波形圖上表示)，并給出OUT輸出文件中Freq=1KHz時的噪聲分析結(jié)果數(shù)據(jù)。 5．給出瞬態(tài)及傅里葉分析的相關曲線：V(OUT2)、V(V1：+)(在同一張圖上，用2個坐標表示)；給出在Probe窗口下對V(OUT2)的傅里葉分析后的曲線，要求標出其直流分量、基波和三次諧波分量值；給出OUT輸出文件中傅里葉分析結(jié)果的數(shù)據(jù)。 6．給出模擬用的電路圖；二極管的V-I 特性曲線；溫度為0℃、27℃、50℃、80℃時的正向特性曲線。 7. 給出滯回比較器的電路圖及電壓傳輸特性曲線。 實驗二 參數(shù)掃描分析和統(tǒng)計分析實驗 一、實驗目的 熟悉并初步學會用PSpice軟件進行掃描分

13、析和統(tǒng)計分析的方法。 二、實驗內(nèi)容 1．分析實驗一所繪制的差分對電路在-40℃、-20℃、0℃、25℃、50℃、75℃和100℃的輸出V(OUT2)頻率特性(按實驗一的AC Sweep分析設置參數(shù)，不作噪聲分析)。觀察和分析溫度對V(OUT2)幅度的影響，按試驗報告要求記錄相關的曲線。 操作步驟： （1）設置基本特性分析參數(shù)：對所繪制的差分對電路設置交流小信號特性分析參數(shù)，如下圖所示。 （2）設置溫度分析參數(shù)：在上圖Options參數(shù)設置框中，選擇Temperature(Sweep)，相應的溫度分析參數(shù)設置如下圖。 （3） 啟動Pspice仿真程序，從下圖所示批次選擇對

14、話框中選取需要的溫度批次，再單擊OK即可將輸出曲線顯示在Probe窗口中，將輸出曲線復制到實驗報告中，并簡單說明。 2．對差分對電路進行參數(shù)掃描分析，觀察并記錄有關曲線。 操作步驟： （1）修改電阻RC1和RC2的阻值為“變化的參數(shù)”，具體做法是： ① 將電阻值10K改為{Rval}； ② 從圖形符號庫SPECIAL庫中調(diào)出PARAM符號放在電路圖的空處； ③ 雙擊PARAM符號出現(xiàn)以下屬性參數(shù)對話框： 按NEW……按鈕，按下左圖所示設置新增的Rval參數(shù)，單擊OK即完成設置如下右圖所示。選中Rval屬性，單擊Display按鈕，設置其顯示屬性，單擊OK確認后，關閉屬性參數(shù)對

15、話框； （2）按實驗一的AC Sweep分析設置參數(shù)后，選中Options參數(shù)設置框中的Parametric Sweep，按下圖所示進行參數(shù)掃描分析的設置； （3）保存一次后，啟動Pspice程序進行模擬，進入Probe窗口后，在批次選擇對話框中選取需要輸出的曲線，單擊OK。 （4）對輸出曲線進行必要的標注后，復制到實驗報告中。 （5）在Probe窗口，在主菜單中用Trace/Performance Analysis或按下 按鈕進行性能分析，利用Trace/Add Trace或按下 按鈕，對輸出的7條V(OUT2)曲線選用MAX( )函數(shù)得到差分對電路的最大增益隨RC1、R

16、C2阻值的變化曲線，將其復制到實驗報告中。 3．完成差分對電路的MC分析，重復分析次數(shù)：10。觀察、記錄輸入曲線及MC分析的比較統(tǒng)計結(jié)果。 操作步驟： （1）修改實驗一所畫差分對電路中的電阻RC1和RC2為阻值可發(fā)生隨機變化的器件，并設置電阻的模型參數(shù)變化，具體步驟是： ① 用Breakout元件庫中的Rbreak元件取代原電阻，雙擊該電阻符號，在屬性參數(shù)對話框中將Value項改為10K，編號仍然用RC1、RC2； ② 選中剛替換的電阻符號后，執(zhí)行Capture中的Edit/Pspice Model，將模型參數(shù)編輯框中的.model Rbreak RES R=1修改為.model R

17、C RES (R=1 DEV=5%)，保存并關閉參數(shù)編輯窗口。 (2) 按實驗一的AC Sweep分析設置參數(shù)后，選中Options參數(shù)設置框中的Monte Carlo/Worst Case按下圖所示進行MC分析的設置； 按下More Settings，添加List model parameter values in the output file選項，如下圖； （3）保存后，啟動Pspice程序進行仿真，進入Probe窗口后，在批次選擇對話框中選取需要輸出的曲線； （4）適當設置X、Y坐標后將輸出曲線復制到實驗報告中； （5）打開

18、OUT輸出文件中，觀察并記錄MC分析結(jié)果的數(shù)據(jù)，并找出與標稱值偏差最大的RC1、RC2值，記錄到實驗報告中。 4．完成差分對電路的WC分析，觀察并記錄OUT文件中的4次分析結(jié)果和分析結(jié)論。 操作步驟： （1）和MC分析一樣，將差分對電路中的電阻RC1、RC2符號換為Rbreak，再將其模型參數(shù)R=1設置為R=1 DEV=5%。具體操作步驟如前3-(1)所述 ； （2）按實驗一的AC Sweep分析設置參數(shù)后，選中Options參數(shù)設置框中的Monte Carlo/Worst Case按上圖所示進行WC分析的設置；按下More Settings，添加List model paramete

19、r values in the output file選項，并在Find對話框中選擇the maximum value(MAX)，如下圖所示； （3）保存后，啟動Pspice程序進行仿真，進入Probe窗口后，在批次選擇對話框中選取需要輸出的曲線； （4）適當設置X、Y坐標后將輸出曲線復制到實驗報告中，并進行簡單說明； （5）打開OUT輸出文件中，觀察并將WC分析結(jié)果的數(shù)據(jù)記錄到實驗報告中。 三、實驗報告要求 1．給出溫度分析的電路和分析結(jié)果，并簡單說明溫度對電路特性的影響； 2．給出參數(shù)掃描分析的電路和分析結(jié)果，并簡單說明參數(shù)的變化對電路特性的影響；給出差分對電路的最

20、大增益隨RC1、RC2阻值的變化曲線。 3．給出差分對電路的MC分析結(jié)果輸出曲線，注意適當設置X、Y坐標范圍，使曲線顯示清楚；在OUT文件中截取MC分析結(jié)果并給出RC1、RC2標稱值和與之偏差最大的值。 4．給出差分對電路的WC分析結(jié)果輸出曲線，注意適當設置X、Y坐標范圍，使曲線顯示清楚；在OUT文件中截取WC分析結(jié)果數(shù)據(jù)。 實驗三 電路性能分析實驗 一、實驗目的 熟悉并初步學會用OrCAD/Pspice軟件作電路性能分析的方法。 二、實驗內(nèi)容及要求 1．分析下圖所示二極管限幅電路的最大增益和帶寬與電阻R1的關系，觀察VDB(C1:1)，VDB(out)、VP(

21、out)的AC分析曲線，VDB(out)的參數(shù)掃描分析曲線。Bandwidth(VDB(out)和Max(VDB(out))與Rval的關系曲線。 實驗步驟： （1）繪制電路圖：電阻、電容在Analog.olb中；二極管在Diode.olb中； Param在Special.olb中。注意按照實驗二的2-(1)操作步驟設置R1的參數(shù)值。 （2）按下圖所示設置AC分析參數(shù)： （3）保存后，啟動Pspice程序進行仿真，進入Probe窗口后添加VDB(C1:1)，VDB(out)、VP(out)（增加一Y坐標顯示）的AC分析曲線，并將其復制到實驗報告。 （4）在AC分析的基礎上

22、，按下圖設置參數(shù)掃描分析的參數(shù)： （5）啟動Pspice程序進行仿真，從批次選擇對話框中選取需要輸出的曲線，在Probe窗口添加VDB(out)曲線，將顯示曲線復制到實驗報告。 （6）完成最大增益和通頻帶帶寬的性能分析： a．在Probe窗口主菜單中，利用Window/New Window新開一顯示窗口，然后用Trace/Performance Analysis或按下 按鈕進行性能分析，利用Trace/Add Trace或按下 在按鈕，曲線添加窗口在Goal Functions中選用Bandwindth函數(shù)，在Trace Expression對話框中輸入函數(shù)的自

23、變量VDB(out)，和3，單擊OK得到VDB(out)的3db帶寬曲線； b．在Probe窗口主菜單中，利用Plot/Add Y Axis添加一坐標軸后，再添加曲線，此時選用MAX()函數(shù)得到最大增益Vdb（out)隨Rval阻值的變化曲線。 c．如下圖示，利用Plot/Axis Setting將X軸坐標設置為Log，最后將得到的兩條曲線復制到實驗報告中。 2．對下圖所示的RLC電路，分析過沖和上升時間與R1的關系，觀察I(L1)曲線，Overshoot(I(L1))和GenRise(I(L1))與R的關系曲線。 Iin的參數(shù)設置：

24、 AC=1A T1=0s I1=0a T2=10ms I2=0A T3=10.1ms I3=1A 實驗步驟： （1）繪制RLC電路圖：Iin在Source庫中選IPWL符號，R1在Breakout中選Rbreak符號，按照實驗二的2-(1)操作步驟設置R1的參數(shù)值R=0.5。 （2） 按下圖所示設置瞬態(tài)分析參數(shù)和參數(shù)掃描分析參數(shù)。 （3）保存后，啟動Pspice程序進行仿真，在批次選擇對話框中選中所有曲線輸出，添加輸出曲線I(L1)@9，將其復制到實驗報告。 （4）新增一顯示窗口，利用Pspice的P

25、erformance Analysis功能，輸出Overshoot(I(L1))和GenRise(I(L1))與R的關系曲線(在同一張圖上，用2個坐標表示)，將其復制到實驗報告。 3．對下圖的chebyshev濾波器作性能分析，觀察400套濾波器的1db帶寬和中心頻率分布直方圖(為減小數(shù)據(jù)量，請加“VDB”Marker，并在Pspice/Edit Simulation Settings/Data collection中，選中“at Ｍarkers Only”)。 實驗步驟： （1）繪制chebyshev濾波器電路圖：電源在Source庫中選，LT1013/LT在Lin_tech庫，所有的

26、電阻和電容在Breakout庫中選。 （2）按照實驗二3-(1)操作步驟設置電阻、電容的模型參數(shù)變化：將Rbreak的模型參數(shù)改為：.model RMOD RES (R=1 DEV=1%)，將Cbreak的模型參數(shù)改為：.model CMOD CAP (C=1 DEV=5%)，所有的Rbreak標號改為RMOD，所有的Cbreak標號改為CMOD。 （3）按下圖所示設置AC分析參數(shù)和MC分析參數(shù)。為減少數(shù)據(jù)量，對上圖的 Data collection選項進行設置，選中“at Ｍarkers Only”。

27、 （4）在AC分析參數(shù)和MC分析參數(shù)設置完成后，在OUT輸出端加VDB探針(操作見下圖示)。 （5）啟動Pspice程序進行仿真，在批次選擇對話框中選中所有曲線輸出，進入Probe窗口后新開一窗口，用 進行Performance Analysis分析，再用 添加性能分析函數(shù)Bandwidth(VDB(OUT),1)，即得到1db帶寬的分布直方圖，將直方圖復制到實驗報告；再用 添加性能分析函數(shù)CenterFreq(VDB(OUT),1)，得到1db帶寬中心頻率分布的直方圖，將直方圖復制到實驗報告。 三、實驗報告要求 1．給出二極管限幅電路，VDB(C1:1)、VDB(out

28、)的AC分析曲線，VDB(out) 的參數(shù)掃描分析曲線，Bandwidth(VDB(out),3)和Max(VDB(out))與Rval的關系曲線。 2．給出RLC電路，I(L1)～Time曲線，GenRise(I(L1))和Overshoot(I(L1))與R的關系曲線(在一張圖上，用2坐標表示)。 3．給出chebyshev濾波器電路，給出400套濾波器的1db帶寬和中心頻率分布直方圖。 實驗四 邏輯電路、數(shù)/?；旌想娐贩治鰧嶒? 一、實驗目的 學習用OrCAD/Pspice軟件對邏輯電路、數(shù)/?；旌想娐愤M行分析的方法。 二、實驗內(nèi)容及要求 A,B 0ns 0

29、0 50ns 10 100ns 01 150ns 11 200ns 00 250ns 10 300ns 01 350ns 11 400ns 00 1．分析下左圖半加器電路的邏輯關系，A、B信號采用FILEGSTIM1信號源數(shù)據(jù)文件。觀察A、B、SUM、CARRY等波形及其之間的邏輯關系。 實驗步驟： （1）繪制半加器電路圖：信號源DSTM在Source庫中選FILEGSTIM1，7400和7404在7400庫，A 、B信號的描述文件可在純文本編輯器(如記事本)中生成，信號描述見上右圖示。該描述文件名必須與電路圖相同，保存在電路圖所在的文件夾下。 （

30、2）按下圖示設置瞬態(tài)分析參數(shù) （3）啟動Pspice程序進行仿真，進入Probe窗口后添加A、B、CARRY和SUM波形，將輸出波形復制到實驗報告，并分析是否滿足半加器要求的邏輯關系。 2．對下圖所示的4位計數(shù)器電路進行邏輯模擬：要求用StmEd設置驅(qū)動波形，其中CLK為脈寬=0.5us，周期=1us的時鐘信號，CLR是在2~5us為低電平，其余為高電平的清零信號。觀察輸入/輸出波形(輸出波形除用二進制形式顯示外，另用16進制、10進制和8進制總線形式顯示)。 操作步驟： （1）繪制4位計數(shù)器電路圖：信號源CLK和CLR在Sourcstm庫中選DigStim1，74107在74

31、00庫中，Hi在Place Power/Source中。 （2）編輯CLK信號：選中CLK后，用菜單Edit/PSpice Stimulus啟動StmEd窗口，按下圖所示設置CLK信號，然后用Stimulus/New添加CLR信號，根據(jù)提示進行設置后再按要求修改好CLR信號(見下圖)，保存并退出StmEd窗口。 （3）按下圖示設置瞬態(tài)分析參數(shù) （4）保存后啟動Pspice程序進行仿真，進入Probe窗口后添加CLK:OUT CLR:OUT Q3 Q2 Q1 Q0波形，并用{Q[3:0]}以總線方式顯示Q3 Q2 Q1 Q0的輸出；要用16進制、10進制和8進制總線形式顯示輸出波形，

32、則可在Trace Expression中輸入{Q[3:0]};QBusHex;H {Q[3:0]};QBusDec;D {Q[3:0]};QBusOct;O即可。將輸出波形復制到實驗報告。 2．對下圖所示振蕩器電路進行混合模擬分析，觀察RESET、OUT、V(C1:1)、V(R1:1)等波形。 操作步驟： （1）繪制振蕩器電路圖：RESET在SOURCSTM庫中選DigStim1，電阻、電容在ANALOG庫中，其他元器件在7400庫中。 （2）按上述2-(2)操作步驟編輯RESET信號：0s為高電平，100ns以后為低電平，如下圖示。 （3）按下圖示設置瞬態(tài)分析參數(shù)

33、 （4）保存后啟動Pspice程序進行仿真，將需要的輸出波形復制到實驗報告，并進行簡單分析。(注意：V(C1:1)和V(R1:1)波形用兩坐標軸顯示，前者坐標范圍設置為-5V~+5V，后者設置為0V~10V，將兩波形分開顯示) 2．對本實驗1的半加器電路作最壞情況模擬，觀察出現(xiàn)的4條警告信息和有關的邏輯錯誤波形，以及最壞情況下A、B、SUM、CARRY等波形。 操作步驟： （1）打開本實驗1繪制的半加器電路圖，調(diào)用PSpice/Edit Simulation Profile，在原分析參數(shù)設置基礎上，設置Option選項如下圖所示。 （2）保存后，啟動Pspice程序進行仿真，

34、出現(xiàn)如下左圖所示對話框，確定后，在下右圖所示對話框中分別選中各輸出項，用Plot畫出四次出現(xiàn)的邏輯錯誤的波形； 在Probe窗口添加一新窗口，輸出最壞情況下A、B、CARRY和SUM 的波形。將這些波形復制到實驗報告中。 三、實驗報告要求 1．打印半加器電路及邏輯模擬得到的輸入、輸出波形。 2．打印4位計數(shù)器電路及按要求顯示的有關波形。 3．打印振蕩器電路及混合模擬輸出的有關波形。 4．打印半加器電路的WC模擬出現(xiàn)的警告信息，和相關的出錯波形，以及最壞情況下A、B、CARRY、SUM的波形。 實驗五 綜合應用實驗 一、實驗目的 鞏固模擬電路的各種分析方

35、法的電路圖修改及分析參數(shù)的設置。 二、實驗內(nèi)容及要求 （1）畫出如下電路圖。 （2）AC分析和噪聲分析 AC分析：參數(shù)設置，起始頻率1Hz，終止頻率10kHz，頻點個數(shù)為100。給出Vdb（OUT）和VP（OUT）的波形。 噪聲分析：參數(shù)設置，Output：V（OUT），I/V：V3，Interval：5。給出輸出/輸入噪聲(V(ONOISE)/V(INOISE))～頻率曲線(用2個Y坐標顯示，輸入噪聲的Y坐標采用對數(shù)表示)。 （3）瞬態(tài)分析和傅立葉分析 瞬態(tài)分析：將V3 換成VSIN，設置成等幅正弦波（Voff=0V，Vampl=2V，f=1KHz）。分析參數(shù)設置：運行時間為5

36、ms，從為10us開始保存數(shù)據(jù)，最大步長取1us。給出V（V3）、V（OUT1）和V（OUT）的波形。 傅立葉分析：對V（OUT）進行傅立葉分析，中心頻率為1kHz，9次諧波，輸出為V（OUT）。給出傅立葉分析的結(jié)果（Y坐標用對數(shù)表示），標出直流分量、基波及一次諧波分量的值。 （4）溫度分析 溫度設置為-15℃、27℃、180℃。給出溫度分析的頻率響應。 （5）參數(shù)掃描及性能分析 將R1設置成全局參數(shù)R，掃描類型：Linear，變化范圍：500～1500Ω，步長為100Ω。給出R1為500Ω，1000Ω，1500Ω的V（OUT）波形，Max(V(OUT))～R和Max(VDB

37、(OUT))～R曲線（用兩個Y坐標）。 （6）MC分析 R1、R2采用同一模型參數(shù)：.model Rmode RES (R=1 LOT=10% DEV=5%)，分析設置：①AC掃描分析：1Hz～10kHz，100 Points/Decade；②MC分析：輸出變量V(OUT)，對組裝20套電路進行MC分析，參數(shù)變化規(guī)律：高斯分布，隨機種子數(shù)：17533（內(nèi)定），Save data：All，分析結(jié)果統(tǒng)計方式：the greatest difference from the nominal run(YMAX)，③在Data Collection 中選：At Markers Onl

38、y。給出前5次V（OUT）～f的曲線；-3db低通帶寬LPBW（V（OUT），3）的統(tǒng)計直方圖。 （7）WC分析 把圖中C1～C5、L1、L2元件改用Breakout庫中對應元件，C1～C5采用同一模型參數(shù)：.model Cmode CAP (C=1 DEV=5%)，L1、L2采用模型：.model Lmode IND (L=1 DEV=10%)，分析設置：輸出V（OUT），Vary device that（ ）tolerance項選擇only DEV，Worst Case Direction項選擇High。給出標稱值和最壞情況的Vdb（OUT）和Vp（OUT）。

39、 實驗六 電路印制板設計實驗 一、實驗目的 學習用OrCAD軟件的Layout Plus模塊進行電路印制板設計（PCB）的方法。 二、實驗內(nèi)容及要求 繪制單片機串口電路，用自動布局和自動布線的方法繪制該電路的印制板。 操作步驟： （1）新建設計項目。在Capture窗口中執(zhí)行File/New/Project子命令，在New Project對話框中設置新建項目名稱，選中“PC Board Wizard”選項，單擊“OK”按鈕。在隨后出現(xiàn)的對話框中單擊“下一步”按鈕，配置元器件符號庫，然后單擊“確定”按鈕。 （2）在電路圖編輯模塊中繪制電路圖。各

40、元器件符號所在的庫如下表所示。 元器件符號名稱 元器件符號所在的庫文件名稱 QZS10MEG …\ORCAD\CAPTURE\LIBRARY\PSPICE\XTAL.OLB 4 HEADER、8 HEADER …\ORCAD\CAPTURE\LIBRARY\CONNECTOR.OLB C、C_elect、R …\ORCAD\CAPTURE\LIBRARY\PSPICE\ANALOG.OLB SW PUSHBUTTON …\ORCAD\CAPTURE\LIBRARY\DISCRETE.OLB 8051 …\ORCAD\CAPTURE\LIBRARY\MICROCONTRO

41、LLER.OLB MAX232 …\ORCAD\CAPTURE\LIBRARY\LINEDRIVERRECEIVER.OLB SUB-D 9 …\ORCAD\CAPTURE\LIBRARY\IEC\DEVICE.OLB 注意：在Capture中，各集成電路的電源管腳是默認隱藏的，一定要保證集成電路的電源管腳名稱與放置的電源符號名稱相同，否則將無法得到正確的電連接網(wǎng)絡表。 （3）給每個元器件配置封裝外形，各元器件的封裝如下表所示，同時每個元器件、引線和節(jié)點也必須具有Layout支持的屬性參數(shù)（見2.7.2）。 元器件序號 原始元器件名稱 所在封裝庫 元器件屬性PCB Foot

42、print R1 R TM_AXIAL AX/.400X.100/.034 C2、C7 C TM_RAD RAD/.200X.100/LS.100/.031 C1、C3、C4、 C5、C6、C8 C_elect TM_CYLND CYL/D.300/LS.200/.034 JP1、JP4 4 HEADER SIP SIP/TM/L.400/4 JP2、JP3 8 HEADER SIP SIP/TM/L.800/8 X1 QZS10MEG TM_RAD RAD/.200X.100/LS.100/.031 U1 MAX232 DIP100T

43、 DIP.100/16/W.300/L.800 U2 8051 DIP100T DIP.100/40/W.600/L2.050 VB1 SUB-D 9 DSUBT_HD DSUB/VS/TM/9 SW1 SW PUSHBUTTON TM_RAD RAD/.400X.200/LS.300/.034 （4）調(diào)用后處理工具對電路進行元器件編號更新、設計規(guī)則檢驗、元器件報表輸出。確保電路圖中每個元器件均有不重復的元器件編號，以及不存在違背設計規(guī)則的情況。 （5）創(chuàng)建電連接網(wǎng)絡表文件。在檢查電路圖無誤后，在Capture項目管理器窗口中，選中該電路圖，再執(zhí)行Tools/C

44、reateNetlist子命令，對Create Netlist對話框中的Layout標簽頁進行設置，單擊“確定”按鈕，即可得到Layout Plus所需要的電連接網(wǎng)絡表文件。 （6）選擇PCB模板。啟動Layout Plus軟件，在Layout Plus管理窗口中執(zhí)行File/New子命令，出現(xiàn)Load Template File設置框，在\OrCAD\Layout_Plus\DATA目錄下選擇模板文件DEFAULT.tch。 （7）調(diào)入電連接網(wǎng)表文件。指定模板文件后，單擊圖中的“打開”按鈕，隨即彈出網(wǎng)表文件調(diào)入對話框，并指定上一步生成的MYDESIGN.MNL電連接網(wǎng)表文件名。 在文件

45、名設置對話框指定PCB設計文件名。Layout Plus默認PCB設計文件名與相應的電連接網(wǎng)絡表文件名相同，擴展名為“.max”，并且存放在同一個文件夾中。 保存PCB設計文件后，程序開始載入電連接網(wǎng)絡表文件和元器件，并生成有關的報告文件(Report file)和錯誤信息記錄文件(Error file)，同時顯示進程信息。 （8）錯誤信息的處理。如果電連接網(wǎng)絡表文件存在問題，屏幕上將出現(xiàn)錯誤信息提示，此時無法正確導入電連接網(wǎng)表文件，需修改電路設計中的錯誤。 （9）確定板框。開始PCB版圖設計時，首先需要確定板框尺寸，屏幕上的虛線框表示由模板文件定義的板框，要求所有的元器件封裝都在板框范

46、圍之內(nèi)。 1）板框定義在Global Layer層上，首先將該層設置為工作層。在工具欄下方的狀態(tài)欄中，點擊右邊的下拉按鈕，從下拉列表中選取Global Layer項即可。 2）執(zhí)行Tool/Obstacle/Select Tool子命令，進入放置板框狀態(tài)。注意板框是障礙物的一種。 3）將光標移至所要繪制的板框的一個起點位置，單擊鼠標左鍵，再移動鼠標到合適位置單擊鼠標左鍵，依次確定板框的各個頂點。在確定了板框的最后一個頂點后，單擊鼠標右鍵，在彈出的快捷菜單中執(zhí)行End Command命令或者直接按ESC鍵，結(jié)束板框的繪制。 （10）元器件布局。采用自動布局。執(zhí)行Auto/Place/Bo

47、ard子命令，Layout Plus即自動進行元器件布局。 （11）PCB布線。采用自動布線。 執(zhí)行Auto/Autoroute/Board子命令，Layout Plus開始自動布線，布線結(jié)束后屏幕上會出現(xiàn)一個確認對話框，表示已完成了自動布線工作。自動布線的布通率不能達到100％時，可用文本編輯工具打開相應的報表文件查閱尚未布通的連線。對未布通的連線，可采取調(diào)整布局再進行布線，或者采用手工布線，直到100％布通為止。 （12）生成報表文件 完成PCB設計后，執(zhí)行Auto/Create Report子命令可以生成20種統(tǒng)計報表文件。其中也包括未布通的報告文件Unroute Report。

48、 （13）完成設計后，將PCB結(jié)果存入指定的文件中。 三、實驗報告要求 1． 給出單片機串口電路。 2． 給出單片機串口電路印制板的頂層和底層版圖。 練 習 題 1、題圖1所示為共射極放大電路： （1）給出該電路圖； （2）進行直流工作點分析和靈敏度分析，給出小信號參數(shù)和靈敏度分析結(jié)果； （3）進行交流掃描給出V(out)和輸入電阻Rin=V(Vin)/I(Vin)隨頻率變化的曲線； （4）進行噪聲分析，給出V(INOISE) ~頻率曲線和V(ONOISE) ~頻率曲線（在同一波形圖上用兩個坐標表示），并給出OUT輸出文件中Freq=1KHz的噪聲分析結(jié)果數(shù)據(jù)； （5

49、）利用交流掃描求輸出電阻Rout：將Vin的AC值設為0，去掉輸出端負載電阻RL，在out節(jié)點上另加一個交流信號源，其DC=0，AC=1，經(jīng)過AC掃描后，Rout=V(out)/I(out)。 要求：直流工作點分析設置：輸入為Vin，輸出為V(out)；AC掃描分析頻率以每10倍頻程取10點的方式，從1Hz變化到1GHz。噪聲分析中的Interve取為5。 題圖1 2、如題圖2，對于一個反相比例放大電路，需要確定參考電壓VCC的取值，使得輸入輸出電壓直流傳輸特性為：Vo= -5Vi+5。 （1）將VCC的值改為{vi}，將其設置為全局參數(shù)。進行參數(shù)掃描，給出掃描時的V(out)曲線，標

50、出V(out)=5v時的vi的值； （2）按（1）所得到的vi值(以下步驟vi都為該值)，給出電路圖； （3）對該電路進行直流掃描，Sweep variable為Voltage source：vin1，Sweep type為Linear，從0v到3v每0.2v掃描一次。給出輸入輸出電壓直流傳輸特性曲線； （4）對該電路進行AC掃描，頻率以每10倍頻程取10點的方式，從1Hz變化到1GHz。給出V(out)波形，標出其高頻截止頻率； 題圖2 （5）將R3的值設為{R}，對其進行全局掃描，掃描類型為從4K到12K每2K掃描一次，給出該電路的增益隨R3阻值變化的曲線圖，簡要說明R3的變化對

51、電路增益的影響。 3、對如題圖3所示的一階低通濾波電路： （1）給出電路圖，對該電路進行AC掃描，頻率以每10倍頻程取10點的方式，從1Hz變化到1GHz ,分別給出Vout以及VDB(out)的曲線； 題圖3 （2）對R2的值設為{Rin}，對其進行全局掃描，掃描類型為從1K到20K每1K掃描一次，分別給出V(out)的參數(shù)掃描分析曲線，LPBW(V(out),3)與Max(VDB(out))與R2的關系曲線； （3）將電路中的R1、R2和R3改為Rbreak符號，Value改為10K。模型參數(shù)分別改為：“.model Rmod RES (R=1 DEV=5%)”，將C1改為Cbr

52、eak，Value改為0.1u，模型參數(shù)改為：“.model Cmod CAP (C=1 DEV=5%)”。按（1）的AC分析設置參數(shù)后，進行MC分析，注意將Stimulation Settings窗口中的Data Collection改為“at Markers Only”，性能分析函數(shù)為 LPBW(VDB(out),3)，給出400套濾波器的直方圖。 4、對如題圖4所示的數(shù)值比較器，其中輸入端A和B為DigStim1信號源，將其設置為時鐘信號，周期分別為300ns和100ns，脈寬為150ns和50ns，輸入輸出關系F1：A＜B，F(xiàn)2：A=B和F3：A＞B。 （1）給出電路圖； 題圖

53、4 （2）進行瞬態(tài)分析，模擬時間為1000ns，在同一窗口中給出A、B、F1、F2和F3的波形。 5、（1）對如題圖5所示的石英晶體振蕩器電路，a：給出電路圖；b：對該電路進行數(shù)?；旌夏M，模擬時間為500ns，給出輸出Vo的波形，并根據(jù)該波形求出電壓Vo的最大、最小脈沖寬度。 題圖5 （2）對題圖4的電路作WC模擬，給出模擬中出錯信息提示窗口，出錯信息一覽表和最壞情況下A、B、F1、F2和F3的波形。 附錄一 實驗報告格式要求 班級專業(yè)： 姓名： 實驗序號及實驗名稱 實驗日期

54、 給出實驗電路圖，按實驗指導書對實驗報告的要求給出分析輸出的波形圖，并對輸出波形作簡單的說明。 例： 2001級信息工程2班 X X X 實驗一 電路圖繪制及基本電路特性分析實驗報告 2004-XX-XX 1、 差分對電路圖 圖略 2、 Bias Point 分析結(jié)果： OUT輸出文件中的有關內(nèi)容 3、 DC Sweep分析結(jié)果： V(out2)輸出曲線圖略，并對圖及分析結(jié)果作簡單說明。 4、 AC Sweep/Noise 分析…… …………………… 附錄二 實驗五參考波形 （

55、1）AC分析的Vdb（OUT）和VP（OUT）的波形。 噪聲分析： （2）瞬態(tài)分析 傅立葉分析： （3）溫度分析 （4）參數(shù)掃描分析 附錄三 常用庫文件名及元器件 庫文件名 元 器 件 7400 7400 (四2輸入與非門)、7402（四2輸入或非門）、 7404（六反相器）、 7408（四2輸入與門）、 7413（雙3輸入與非門）、 7414（六輸入反相器）、 7420（雙4輸入與非門）、7425（雙4輸入或非門）、 7430（8輸入與非門）、 7432（2輸入或非門）、 7442（4線—10線譯碼

56、器）、7445（BCD十進制譯碼器/驅(qū)動器）、7448（BCD七顯示譯碼器/驅(qū)動器）、7470（有預置清除端的與門輸入上升沿觸發(fā)JK觸發(fā)器）、7472（有預置清除端的與門輸入主從JK觸發(fā)器）、7473（具有清除端的雙JK觸發(fā)器）、7474（有預置清除端的上升沿觸發(fā)D觸發(fā)器）、7486（四2輸入異或門）、7490（四位二進制計數(shù)器）、749l（8位移位寄存器）、7492（l2分頻計數(shù)器）、7493（四位二進制計數(shù)器）、74104（與門輸入主從JK觸發(fā)器）、74l05（與門輸入主從JK觸發(fā)器）、74107（雙JK觸發(fā)器，有清除端）、74109（雙正沿觸發(fā)主從JK觸發(fā)器有預置/清除端）、74123（

57、可再觸發(fā)單穩(wěn)觸發(fā)器）、74160（同步4位計數(shù)器）、74161（同步4位計數(shù)器）、74164（8位移位寄存器/并入串出）、74190（同步加減計數(shù)器/有加減控制）、74248（BCD七段譯碼驅(qū)動器）、74273（8D觸發(fā)器）、74393（雙4位二進制計數(shù)器） CD4000 CD4000A（雙三輸入或門加反相器）、CD400lA（四2輸入或非門）、CD4002A（雙4輸入或非門）、CD4002A（雙4輸入或非門）、CD4009A（六緩沖/反相器）、CD4010A（6緩沖器）、CD4010B（六緩沖/反相器）、CD40llUB（四2輸入與非門）、CD4013B（雙D觸發(fā)器）、CD4O178（計

58、數(shù)器/分頻器）、CD4018B（N進制計數(shù)器）、CD4022B（計數(shù)/分頻器）、CD4023UB（三3輸入與非門）、CD402SUB（三2輸入或非門）、CD4027B（雙JK主從觸發(fā)器）、CD4028B（BCD--七段譯碼器）、CD4029B（可預置數(shù)加減計數(shù)器）、CD4042B（四時鐘D鎖存器）、CD4049UB（六反相緩沖器）、CD4069UB（六反相器）、CD4070B（四異或門）、CD4071B（四2輸入或門）、CD4076B（四位D寄存器）、CD408lB（四2輸入與門）、CD4082B（雙4輸入與門）、CD4095B（門控JK主從觸發(fā)器）、CD4503B（六反相器）、CD40174

59、B（六D觸發(fā)器）、CD40l75B（四D觸發(fā)器） ANALOG C（電容）、C-elect（電解電容）、C-var（可變電容）、E（壓控電壓源）、EPOLY（壓控電壓源）、F（電流控電流源）、FPOLY（電流控電流源）、G（壓控電流源）、GPOLY（壓控電流源）、H（電流控電流源）、HPOLY（電流控電流源）、L（電感）、R （電阻）、R-var（可變電阻）、S（壓控開關）、T （傳輸線）、TLOSSY（傳輸線）、W（電流控開關） BIPOLAR NPN三極管：40235～40240、40242、DH3724CD、DH3724CN、DH3725CD、DH3725CN、M

60、M401、MM402、MM5262、MM2369、MPS2222、MPS2711、MPS2713、MPS2714、MPS2716、MPS2923～MPS2926、MPS3392 ～MPS3398、MPS3642、 MPS3646、MPS3693、MPS3694、MPS3704 、MPS3707～ MPS37011、MPS37021、MPS3826、MPS3827、MPS3903、MPS3904、Q2N1420、Q2N1566、Q2N1613、Q2N2218、Q2N2220、Q2N2221、Q2N2221A、Q2N2222、Q2N3011、Q2N3013、Q2N3300、Q2N3414、Q2N3

61、508、Q2N3600、Q2N3700、Q2N3827、Q2N3900、Q2N3901、Q2N3903、Q2N3904、Q2N3906、Q2N4013 PNP三極管：DH3467CD、DH3467CN、DH3468CD、DH3468CN、MM3905、MM3906、MM4001、MM4258、MPS2907、MPS3638、MPS3638A、MPS3639、MPS3640、MPS3644、MPS3645、MPS3702、MPS3703、MPS3905、MPS3906、Q2N1132、Q2N2604、Q2N2605、Q2N2696、Q2N3012、Q2N3072、Q2N3209、Q2N3244

62、、Q2N3304、Q2N3451、Q2N3502、Q2N3634、Q2N3702、Q2N3905 BREAKOUT ADC10break（10位ADC）、ADC12break（12位ADC）、ADC8break（8位ADC）、Bbreak（GaAs場效應管）、Cbreak（電容）、DAC10break（10位DAC）、DAC12break（12位DAC）、DAC8break（8位DAC）、Dbreak（二極管）、DbreakZ（穩(wěn)壓二極管）、JbreakN（N溝道結(jié)型場效應管）、JbreakP（P溝道結(jié)型場效應管）、Lbreak （電感）、MbreakN（N溝道MOS場效應管）、Mbrea

63、kP（P溝道MOS場效應管）、POT（電位器）、QbreakN（NPN型三極管）、QbreakP（PNP型三極管）、RAM8k×1break（8k×1 RAM）、RAM8k×8break（8k×8 RAM）、Rbreak（電阻）、ROM32k×8break（32k×8 ROM）、Sbreak（電壓控開關）、Wbreak（電流控開關） Lin_tech LF系列：LF356/LT、LF356A/LT、LF357/LT LM系列：LM101A/LT、LM107/LT、LM108/LT、LM118/LT、LM307/LT、LM308/LT、LM318/LT LT系列：LT1001/LT、

64、LT1002/LT、LT1006/LT、LT1007/LT、LT1008/LT、LT1012/LT、LT1013/LT、LT1014/LT、 OP系列：OP-05/LT、OP-07/LT、OP-15A/LT、OP-16A/LT、OP-215A/LT、OP-227/LT、OP-237/LT、OP-27/LT、OP-37/LT、OP-97/LT OPAMP AD648、AD741、CA3085、CA723、F78M12、HA-2600、HA51-54、L161、LAS1505、LF411、LF412、L101A、LM311、LM317H、LM318、LM324、LM339、MAX402CPA

65、、MC1458、OP-07、OP-27、OP-471A、PM-741、RC723、TL082、uA709、uA723C、uA741、UA771、UA772、 LM7805C、LM7812C、LM7815C、LM7905C、LM7912C、LM7915C、 DIODE 二極管：120NQ045、180NQ045、BY249-300、D1N1190、DIN3063、D1N4148、D1N3600、D1N4001、D1N4933、MBD101、MR2400、MUR105、UT268 穩(wěn)壓二極管：1N4099、1N4372、D1N3501、D1N4460、D1N4954、UT4020

66、 SOURCE DigClock、FileStim1、FileStim16、FileStim2、FileStim32、FileStim4、FileStim8、IAC、IDC、STIM1、STIM16、VAC、VDC、VSIN、VSRC SOURCSTM DigStim1、DigStim2、DigStim4、DigStim16、DigStim32、ISTIM、VSTIM SPECIAL PARAM、CD4000_PWR、ECL_100K_PWR、IC1 XTAL.lib：晶振庫 OPTO.lib：光耦庫 ANA-SWIT.lib：模擬開關庫