维普资讯 http://www.cqvip.com 第２３卷第４期 阿 方学院学 （自然科学版） Ｖｏ１．２３ ＮＯ．４ ２００７年８月 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｈｅｂｅｉ Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ（Ｎａｔｕｒａｌ Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｅｄｉｔｉｏｎ） Ａｕ ２００７ Ｐｓｐｉｃｅ仿真软件在教学中的应用 韩 冰 ，赵 丹 ，张启林 （１．河北北方学院理学院物理系，河北张ｇ－口０７５０００；２．张家口北方机电工业学校，河北张家口０７５０００） 摘要：介绍了Ｐｓｐｉｃｅ软件，举例说明了仿真软件Ｐｓｐｉｃｅ在教学中的应用 通过软件的使用可以使教学中 理论和实际联系更紧密，取得更好的教学效果， 关键词：电路；仿真软件；教学 中国分类号：ＴＰ ３９１．９ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７３—１４９２（２００７）０４—００４２—０３ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ Ｐｓｐｉｃｅ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｉｎ Ｔｅａｃｈｉｎｇ ＨＡＮ Ｂｉｎｇ 。ＺＨＡＯ Ｄａｎ。。ＺＨＡＮＧ Ｑｉ—ｌｉｎ （Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ ｏｆ Ｐｈｙｓｉｃｓ，Ｃｏｌｌｅｇｅ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅ，Ｈｅｂｅｉ Ｎｏｒｔｈ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｚｈａｎｇｊｉａｋｏｕ ０７５０００，Ｈｅｂｅｉ，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ Ｐｓｐｉｃｅ ｓｏｆｔｗａｒｅ ａｎｄ ｉｔｓ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｉｎ ｔｅａｃｈｉｎｇ ａｒｅ ｇｉｖｅｎ ｂｙ ｅｘａｍｐｌｅｓ．Ｔｈｅ ｉｎｔｅ— ｇｒａｔｉｏｎ ｏｆ ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ ｐｒａｃｔｉｃｅ ｏｆ ｔｅａｃｈｉｎｇ ｐｒｏｄｕｃｅｓ ｍｏｒｅ ｏｆｆｅｃｔｉｖｅ ｒｅｓｕｌｔｓ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｕｓｅ ｏｆ Ｐｓｐｉｃｅ ｓｏｆｔ— Ｗａｒｅ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｃｉｒｃｕｉｔ；ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｓｏｆｔｗａｒｅ；ｔｅａｃｈｉｎｇ 模拟电子学是一门大学电子专业和物理专业必修的基础课程，由于该课程偏重于工程应用，主要讲授 各种实际电路的使用，在讲授过程中同时实践性较强，学生在学习课程时对于非线性器件的线性化不容易 理解，对于电路各种参数的取舍常常感觉摸不到头脑，同时由于时间上和设备上的原因，对于所有的问题 又不能全部通过实验来解决，而近年出现的采用计算机仿真试验教学方法具有设备简单，参数模型较全面 的特点．因此采用计算机仿真电路进行辅助教学和试验不失为一种简便和可行的方法． Ｐｓｐｉｃｅ是由Ｓｐｉｃｅ发展而来的用于微机系列的通用电路分析程序．Ｓｐｉｃｅ（Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｐｒｏｇｒａｍ ｗｉｔｈ Ｉｎ－ ｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ Ｅｍｐｈａｓｉｓ）是由美国加州大学伯克莉分校于１９７２年开发的电路仿真程序．随后，版本不 断更新，功能不断增强和完善．１９８８年ＳＰＩＣＥ被定为美国国家工业标准．目前微机上广泛使用的Ｐｓｐｉｃｅ 是由美国ＭｉｃｒｏＳｉｍ公司开发并于１９８４年１月首次推出的．它能进行模拟电路分析、数字电路分析和模拟 数字混合电路分析［１］．其中主要的功能包括： １）直流分析： 包括电路的静态工作点分析；直流小信号传递函数值分析；直流扫描分析；直流小信号灵敏度分析． ２）交流小信号分析： 包括频率响应分析和噪声分析．频率响应分析能够分析传递函数的幅频响应和相频响应，可以得到电 压增益、电流增益、互阻增益、互导增益、输入阻抗、输出阻抗的频率响应．分析结果均以曲线方式输 出． 用于噪声分析时，可计算出每个频率点上的输出噪声电平以及等效的输入噪声电平．噪声电平都以噪 声带宽的平方根进行归一化．它们的单位是Ｖ／Ｈｚ． ３）瞬态分析： 来稿日期：２００６—１２—０５ 作者简介：韩冰（１９７８一），男，河北安国人，河北北方学院理学院物理系助教． 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月 韩冰等：Ｐｓｐｉｃｅ仿真软件在教学中的应用 第４期 即时域分析，包括电路对不同信号的瞬态响应，时域波形经过快速傅里叶变换（ＦＦＴ）后，可得到频 谱图．通过瞬态分析，也可以得到数字电路时序波形． ４）蒙特卡罗（Ｍｏｎｔｅ Ｃａｒｌｏ）分析和最坏情况（Ｗｏｒｓｔ Ｃａｓｅ）分析： 蒙特卡罗分析是分析电路元器件参数在它们各自的容差（容许误差）范围内，以某种分布规律随机变 化时电路特性的变化情况，这些特性包括直流、交流或瞬态特性． 在进行电路分析时，首先通过Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ窗口绘制出电路图．先选取元件，点取Ｄｒａｗ从其下拉菜单 中选取Ｇｅｔ Ｎｅｗ Ｐａｒｔ选项，出现元件库．元件库输人Ｒ可以调出各种电阻，输人Ｑ可以调出各种三极 管，输人Ｃ可以调出各种电容，输人Ｄ可以调出各种二极管等．待元件选取完后用导线连接，然后双击 元件可以设置元件参数，调整成我们需要的电路．之后需要设置信号源，信号源可以输出各种频率的正弦 波，方波，三角波和尖脉冲等，我们根据需要从元件库调取，比如从元件库输人ＳＩＮ可以得到正弦信号 真了． 源，输入ＤＣ可以得到直流电源，输人ＰＵＬＳＥ可以得到脉冲信号源．电路设置完成后最后就可以进行仿 ｎ 现通过１例，说明Ｐｓｐｉｃｅ的使用方法． 例：乙类互补对称功放电路如图１所示 一Ｒ ５ —２ ｋ １）Ｖｉ幅值为５Ｖ，频率为１ＫＨｚ的正弦波．作瞬态分析，观察输出Ｖｏ形的交越失真．进一步作直流 扫描分析，求失真所对应的输人电压范围． ２）为减小和克服交越失真，在两基极间加上补偿二极管及相应电路，以供给Ｔ１和Ｔ２两管一定的正 向偏压，构成甲乙类互补对称功放电路图２．再作瞬态分析，观察输出Ｖｏ交越失真是否消除． ｃｃ１ Ｉ Ｒ２４８ｋＩ Ｒ１ ｊ ２Ｖ＿． 圭ｓＲｋ２车。 ——Ｑ２Ｎ３９０４ １＿ Ｈ卜ｌｃ ０ ＦＤ 平 一 。４Ｑ２Ｎ３９Ｄ１Ｎ４１ ４ ８＋一 ＬＲｌｋ－２圭’－２－＂ １２Ｖ Ｒ２占Ｔ２２ｋ乏 图２ 甲乙类互补对称功放电路 图１ 乙类互补对称功放电路 解：进入Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ主窗口，绘出图１所示电路，并设置好参数 １）设置瞬态分析（Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ）功能．在Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｓ主菜单下，用鼠标单击分析（Ａｎａｌｙｓｉｓ）中的设 置（Ｓｅｔｕｐ），选中瞬态分析Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ设置，设置Ｐｒｉｎｔ Ｓｅｔｕｐ为２０ｎｓ，接着就可以点中Ａｎａｌｙｓｉｓ中的 Ｃｒｅａｔ Ｎｅｔｌｉｓｔ建立电路网络表，此时，会要求你存盘，并自动进行电路检查（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌ Ｒｕｌｅ Ｃｈｅｃｋ），如 有错误将给出提示．然后就可以点中Ａｎａｌｙｓｉｓ中的仿真计算Ｓｉｍｕｌａｔｅ（或按快捷键Ｆ１１）进行仿真．最后 点中Ｆｉｌｅ下的Ｅｘａｍｉｎｅ Ｏｕｔｐｕｔ检查仿真结果． 得瞬态波形如图３所示，可看出Ｖｏ有交越失真． ２）再选中瞬态分析Ｔｒａｎｓｉｅｎｔ设置，点中Ｓｅｔｕｐ设置直流扫描分析（ＤＣ Ｓｗｅｅｐ），信号源Ｖｉ的扫描 范围为一２Ｖ～＋２Ｖ．然后就可以点中Ａｎａｌｙｓｉｓ中的仿真计算Ｓｉｍｕｌａｔｅ（或按快捷键Ｆ１１）进行仿真．最后 点中Ｆｉｌｅ下的Ｅｘａｍｉｎｅ Ｏｕｔｐｕｔ检查仿真结果．得电压传输特性如图４所示，由图中看出，由于三极管存 在着开启电压，所以输人电压在一０．６８Ｖ到＋０．６８Ｖ范围内出现失真． 维普资讯 http://www.cqvip.com ２００７年８月 河北北方学院学报（自然科学版） 第４期 ｕ０／ｕ ／／ｒ＼ ／厂、 ． ｔ／ｍｓ 一１／ ｌ／ ／＾＼ 八 ｔ／艏 Ｖ Ｖ ０ｓ ２．０ ／ ／ ／ ０／ ．０．６８ ｉ／ｕ ６８ 图３ Ｖｏ出现交越失真 图４ 失真所对应的输入电压范围 ３）将电路改成图２的形式，加入推动级，设置信号源的信号从＋０．５Ｖ至一０．５Ｖ，可得电路的瞬态波 形和传输特性分别如图５、图６所示，可看出Ｖｏ已无交越失真． Ｕｉ／Ｕ ０．Ｓ 八一／／＼ ＼／ ＼／ ｕ０／ｕ Ｔ．８ ／ｍｓ ／ Ｔ ８ 八 乙／ ８ ／ ０ Ｓ 图５ 改进后Ｖｏ无交越失真 图６ 输入输出为线性关系 从上例仿真过程中，我们可以发现电路的分析非常简便．因此非常适合于在教学中使用．在实际使用 中我们还发现Ｐｓｐｉｃｅ具有以下优势： 仿真软件Ｐｓｐｉｃｅ元件库中各种元件的参数非常丰富，学生们通过观察元件库中的实际元件的参数， 可以很好的理解在计算时对各种参数的取舍，从而利于学生们对于电路的理解． Ｐｓｐｉｃｅ可以很好的解决实验设备与实验数量的问题 ］．通过ＰＳＰＩＣＥ软件的应用，通常可以把部分实 验进行仿真，从而解决实验设备有限的问题；同时有部分实验具有一定危险性，也可采用仿真，既能很直 观的得到结果，又能避免出现不必要的损失，一举两得． Ｐｓｐｉｃｅ可以为学生们提供一个很好的实验环境，方便学生们在课余进行电路设计，激发学生的创造和 动手能力．现在部分大学生对于电子知识很着迷，但由于一般学生没有设计电路的经验，即使较简单的电 路，也很难一次成功．使学生对于设计电路有一种畏惧感．通过Ｐｓｐｉｃｅ仿真软件的使用，可以使学生们 对于自己设计的电路首先进行仿真，避免了盲目动手带来的后果，激发学生们动手的兴趣． 综上所述，采用Ｐｓｐｉｃｅ进行电子仿真教学，不但可以使学生们对于电路中抽象的概念通过实验简单化、 形象化，还可以使学生轻点鼠标，在计算机上就可以得到实际中的较难实现的实验结果．即培养了兴趣，又 掌握了知识，在得到结果的同时也节省了大量时间和资金，更加有利于教学活动的取得较好的结果． 参考文献： ［１］ 李永平，董欣．ＰＳＰＩＣＥ电路原理与实现Ｉ－Ｍ］．北京：国防教育出版社，２００４．１４６—１７６ ［２］ 杨跃平．仿真软件ＥＷＢ在电子学中的应用Ｉ－ｊ］．河北北方学院学报，２００６，２２（３）：１８－２４ ［责任编辑：刘守义］
