基于PSpice的电子电路技术课程辅助教学研究

摘要：针对高等学校电子电路课程的特点和实际教学中存在的问题，提出了一种应用PSpice电子电路仿真软件辅助课堂教学的方法。以4选1多路选择器数字电路为例，利用PSpice仿真软件实现了电路功能仿真分析的全过程。实践证明，该方法不仅能够形象直观地以图形化方式显示分析结果，加深学生对电路功能的理解，而且还有助于提高学生的学习兴趣，达到提高教学效果的目的。

关键词：PSpice仿真；电子电路；计算机辅助教学

中图分类号：G434 文献标识码：A 文章编号：16727800（2013）009017703

基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金重点项目（CZZ13001）

作者简介：汪汉新（1966-），男，中南民族大学电子与信息工程学院副教授，研究方向为电路与通信系统设计。

0引言

电子电路技术课程是高等学校电子信息类专业的一门重要的专业基础课。由于该课程与实际器件、工程设计紧密相关，内容更新迅速、电路千变万化、概念指标繁多，使学生难以掌握，特别是基础相对较差的民族高校学生更是困难。因此， 结合笔者所在学校的教学情况和学生的特点，在电子电路课程教学中，大胆地进行了教学改革与探索。课堂教学内容在传统板书教学的基础上，借助于PSpice软件在计算机上对电路进行仿真设计与分析，将分析结果以图形化的方式形象直观地显示，加深学生对电路功能的理解。课后安排仿真实验， 由学生自主完成相应的电路设计，这样可以使学生增强对电路的感性认识，掌握各种测试和分析方法，通过人机对话方式，使学生能亲自动手设计电路，进行仿真测试和分析，并与理论计算结果进行对比，使学生能在对复杂电路进行理论分析时所感到的困难得到很好解决。这种教学方式除了可以加深学生对理论的认识，同时也可以让学生大胆地自行设计电路，有利于培养学生的创新思维能力。

电子电路设计是根据给定的功能和特性指标要求，通过一定的方式，确定所要采取的电路拓扑结构以及各个元器件的参数值，再验证设计方案的可行性，然后对设计进行修改，如此反复，直到满足设计要求。PSpice作为PC级电路仿真软件，对电子电路不仅能进行直流分析、交流分析、瞬态分析等电路的基本电路特性分析，还可以进行参数分析和统计分析等，并将各种仿真分析的结果以波形或图表的方式直观地反应出来，因此它在电子电路的设计中得到了广泛的应用。

1PSpice电路特性分析

Pspice仿真软件包含直流分析、交流分析、瞬态分析三种基本类型和参数分析、统计分析两类辅助类型。在实际电路的仿真分析时，需要建立类型分组，以确定分析类型和参数。每一种电路的一个类型分组中只能包含三种基本分析类型中的一种，但可以同时包含多种辅助分析类型。

1.1直流分析（DC Analysis）

直流分析是当电路中某一参数在一定范围内变化时，对参量的每一个取值，计算电路的直流偏置特性。在分析过程中，Pspice将电路中的电容开路、电感短路，对各个信号源取其直流值，然后用迭代的方法计算电路的直流偏置状态。对数字逻辑单元，则将每个数字器件的延时取为0，激励源取t=0时的值。

1.2交流分析（AC Analysis）

交流分析是计算电路的交流小信号频率响应特性。分析时先计算电路的直流工作点，并在工作点处对电路的各个非线性元件作线性化处理，得到线性化的交流小信号等效电路，再使电路中交流信号源的频率在一定范围内变化，并用交流小信号等效电路计算电路输出交流信号的变化。

1.3瞬态特性分析（Transient Analysis）

瞬态分析是在给定输入激励信号作用下，计算电路输出端的瞬态响应。瞬态分析时，先计算t=0时的电路初始状态，再从t=0到某一给定的时间范围内选取一定时间步长，计算输出端在不同时刻的输出电平。

1.4参数分析（Parametric Analysis）

参数分析包括温度分析和参数扫描分析。温度分析（Temperature Analysis）是在不同温度下分析电路特性的变化。参数扫描分析则是针对电路中的某一个参数在一定范围内的变化，分析电路特性的响应变化情况，通过参数扫描分析可以确定满足设计指标要求的元器件参数值，因此参数扫描分析常用于优化确定元器件参数值。

1.5统计分析

统计分析包括蒙特卡诺分析（MC）和最坏情况分析（WC）。由于电路元器件的参数通常在一定的容差范围内呈现有规律的随机分布性，容易造成电路性能具有随机分散性。利用蒙特卡罗分析和最坏情况分析可以对这种随机分散性进行有效的综合统计，使电路的设计达到优化。蒙特卡诺分析是根据实际元器件值的分布规律，对电路进行性能仿真，并通过对大量的仿真结果进行综合统计分析得到电路特性的分散变化规律。由于每次分析时都是从随机分布中抽样提取所要的元器件值，这样可较好地模拟了实际电路中元器件值的随机变化情况。最坏情况分析则是使引起电路特性向同一方向变化的元器件按其可能的最大容差范围变化，从而产生电路特性随机变化的最坏结果。通过对最坏情况时得到的电路特性进行统计分析，可判断设计是否满足要求。

基于PSpice的电路特性仿真分析流程如图1所示。

（1）电路图绘制：建立一个项目文件，用电路图设计模块Capture将图2画好，其中四个信号源DSTM取自元件库Sourcestm的Digstim1，所有逻辑器件取自7400元件库，A、E、S1、S0、Y0、Y1、Y2和Y3为加载的网络测量节点。DSTM数字激励信号源的具体设置为：选中信号源DSTM1，选择菜单Edit/PSpice Stimulus子命令，在New Stimulus的Name栏输入信号源名字A，同时选中Clock选项，点击OK按钮，在Clock Attributes对话框中选中Period and on time，在Period栏输入0.125ms，在on time栏输入0.0625ms，如图3。选择菜单Edit/Save子命令将信号源DSTM1保存， 用同样方法设置DSTM2、DSTM3和 DSTM4，设置成功后的E、S1、S0和A的信号波形如图4。

3结语

针对高等学校电子电路课程的特点和实际教学中存在的问题，以4选1多路选择器电路为例，详细分析了PSpice仿真分析软件在电子电路技术课程中的辅助课堂教学的具体实施过程。该教学方法已经在笔者学校的电子信息工程和通信工程两个专业进行了实践，结果表明，该方法能够将抽象难懂的电路理论知识变得形象直观，达到了很好的教学效果，受到了学生的普遍欢迎和肯定。

参考文献：

[1]贾新章，郝 跃.OrCAD/PSpice9实用教程[M].西安：西安电子科技大学出版社，1999.

[2]李永平，董 欣.Pspice电路优化程序设计[M].北京：国防工业出版社，2004.