PSPICE определяет промышленный стандарт программ-имитаторов и является самым популярным пакетом моделирования для OS/Windows как у профессионалов, так и у любителей по всему миру. Эта книга - лучшее на сегодняшний день учебное пособие по PSPICE. Курс построен по принципу "от простого к сложному". Первая часть посвящена основам работы с программой. В ней говорится о том, как строить и редактировать чертежи электронных схем, находить нужную информацию в выходном файле, моделировать цепи постоянного и переменного тока, строить диаграммы любой сложности, исследовать частотные характеристики схем. Во второй части подробно рассказывается о различных видах анализов, выполняемых с помощью PSPICE (анализ переходных процессов, параметрический анализ и т.д.). Также в ней содержится руководство по цифровому моделированию и использованию программы-осциллографа PROBE. Третья и четвертая части включают сведения об использовании PSPICE для расчета электрических цепей и цепей регулирования. Описывается, как создать и модифицировать модели компонентов схем.
Книга адресована пользователям различного уровня подготовки: в первую очередь инженерам и конструкторам, профессиональным разработчикам промышленных изделий (электронных схем, технологического оборудования, автомобилей и т.д.), студентам радиотехнических специальностей, а также радиолюбителям.
Прилагаемый к книге компакт-диск содержит рабочие версии программы PSPICE, подробный справочник по PSPICE (на английском языке), библиотеки компонентов, необходимые для работы с книгой, и учебные упражнения.
Содержание:
Предисловие 1
Предисловие ко второму изданию 1
Введение 2
Часть I - Основы 2
Часть II - Высшая школа 19
Часть III - Взгляды, возможности, перспективы 46
Часть IV - Введение в версию 9.1 программы PSPICE 53
Приложение 57
Примечания 62
Роберт Хайнеман
Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE
Все нужно делать как можно проще, но и не упрощать.
Альберт Эйнштейн
Предисловие
За всю историю развития электронной техники не было изобретения, которое оказало бы большее влияние на работу специалистов, чем программа PSPICE. С появлением PSPICE достаточно иметь под рукой стандартный персональный компьютер, чтобы смоделировать работу сложнейших электронных схем. При этом результаты в большинстве случаев оказываются точнее полученных в лабораторных условиях, хотя бы потому, что PSPICE не допускает погрешностей в измерениях.
Программы-имитаторы стали незаменимым инструментом в работе профессиональных электронщиков. В настоящее время существует целый ряд моделирующих программ, и практически все они созданы на основе SPICE, которая была разработана специалистами университета Беркли. PSPICE считается образцом имитатора и используется электронщиками во всем мире чаще, чем все остальные моделирующие программы вместе взятые.
Полная версия программы PSPICE стоит очень дорого и практически недоступна для отдельных частных лиц. Поэтому трудно переоценить значение ее бесплатной демоверсии для предприятий, школ и вузов, готовящих специалистов в области электроники. Демоверсия отличается от полной лишь тем, что объем моделируемых схем ограничен 50-ю деталями, среди которых может быть 10 транзисторов. Этого достаточно, чтобы использовать программу в образовательных целях. Все примеры в настоящей книге рассчитаны на демоверсию, но материал изложен так, что по сути является вводным курсом в полную версию PSPICE.
Для того чтобы имитатором могли пользоваться европейские потребители, с разрешения изготовителей в оригинальную американскую демоверсию PSPICE были внесены некоторые изменения: вместо распространенных в США включены схемные обозначения, соответствующие стандартам IEC, и используемые в Европе транзисторы. Прилагаемый к книге компакт-диск содержит как оригинальную американскую демоверсию PSPICE, так и ее измененный европейский вариант.
• часть I адресована, главным образом, новичкам. Сведения об основах работы с программой PSPICE объединены в пять уроков. После тщательной изучения этого вводного курса вы овладеете важнейшими видами анализа, что является непременным условием для работы с PSPICE. Для успешного освоения материала первой части необходимо иметь базовые знания о характеристиках поведения резисторов, конденсаторов и катушек в цепях постоянного и переменного тока;
• информация, содержащаяся в части II, имеет более специализированный характер и предназначается для опытных пользователей программы PSPICE, то есть для тех, кто уже изучил материал первой части и успел применить полученные знания на практике. Пять уроков этой части можно прорабатывать в любой последовательности;
• в конце каждого урока вы найдете руководство к действию. Приведенные в нем рецепты в краткой форме содержат указания относительно последовательности выполнения важнейших операций. Это сделано для того, чтобы читатель, если он вдруг упустил отдельные моменты при изучении материала, смог быстро сориентироваться;
• часть III рассказывает о перспективах работы с программой PSPICE. Среди прочего здесь говорится об использовании PSPICE в таких областях, как техника связи и регулирования, силовая полупроводниковая техника.
Внимательно и последовательно проштудируйте первую часть книги. Овладев изложенным там материалом, вы будете готовы к тому, чтобы с успехом применять программу PSPICE для изучения основных схем полупроводниковой электроники. Материал же второй части можете осваивать постепенно, по мере необходимости.
Данный учебный курс был неоднократно апробирован и претерпел немало изменений, прежде чем приобрел тот вид, который имеет в книге. Хотелось бы выразить искреннюю признательность всем коллегам, учащимся и студентам, способствовавшим его созданию. Отдельные слова благодарности адресованы фирме OrCad, выпустившей бесплатную демоверсию PSPICE, в результате чего стало возможным использование этой уникальной программы в сфере профессионального образования.
Роберт Хайнеман
Брауншвейг
Предисловие ко второму изданию
Многочисленные читательские отклики на первое издание книги подтвердили правильность выбранной концепции. Поэтому уже менее чем через год возникла необходимость ее повторного выпуска.
В январе 1999 года, сразу после объединения компаний MicroSim и OrCAD, появилась версия PSPICE 9.0, в которой редактор проектирования электронных схем MicroSim-SCHEMATICS был заменен редактором OrCAD-CAPTURE. В отличие от предыдущей версии 9.0 была создана, как мне представляется, несколько поспешно и имела некоторые недостатки (так, например, нельзя было непосредственно на схеме указывать токи и напряжения в рабочей точке аналоговых микросхем, а также двоичные состояния в цифровых микросхемах, что чрезвычайно удобно при проектировании). Все недочеты были устранены в версии 9.1. Кроме того, версия 9.1 позволяет чертить схему как в редакторе MicroSim-SCHEMATICS, так и в OrCAD-CAPTURE. Но это возможно только в полной версии PSPICE 9.1. Демоверсия, к сожалению, не содержит ни опции для указания данных в рабочей точке непосредственно на чертеже, ни возможности выборочного использования SCHEMATICS и CAPTURE при проектировании схемы. Что касается указания данных в рабочей точке, то компания CADENCE (недавно фирма OrCAD вошла в компанию CADENCE, что сделало последнюю крупнейшей корпорацией, предлагающей свое программное обеспечение и услуги на рынке электронных цифровых анализаторов) уже объявила о намерении внести необходимые дополнения в следующую демоверсию.
В связи с появлением новой версии программы текст книги перед повторным изданием был доработан. Я избрал концепцию, которая, надеюсь, удовлетворит как тех читателей, кто работает с демоверсией и для кого важно иметь характеристики рабочей точки на схеме, так и тех, кто предпочитает пользоваться новейшей версией 9.1. С учетом этого к прежнему варианту книги о версии 8.0 были добавлены две главы (четвертая часть), где рассказывается о версии 9.1. Материал дополнительных глав излагается в виде учебного курса и подается с таким расчетом, чтобы читатель, знакомый с версией 8.0, мог без труда освоить версию 9.1. Прилагаемый к книге компакт-диск содержит обе демоверсии PSPICE 8.0 и 9.1, а также их европеизированные варианты. При одновременной работе версии не конфликтуют друг с другом, так что вы можете установить на своем компьютере оба варианта и в случае необходимости заглянуть в версию 9.1, не отказываясь при этом от использования версии 8.0.
Роберт Хайнеман
Брауншвейг
Введение
Прежде чем начать изучение программы PSPICE, необходимо ее установить. Обычно это не вызывает затруднений - разработчики позаботились о том, чтобы пользователи могли быстро и без проблем инсталлировать программу на жесткие диски своих компьютеров. Но если вам до сих пор не доводилось самостоятельно устанавливать программное обеспечение, ниже приведена соответствующая подробная инструкция. Также для удобства вашей работы с книгой даются сведения обо всех принятых условных обозначениях.
Инструкция по инсталляции
Чтобы установить на жесткий диск своего компьютера демоверсию программы PSPICE 8.0, выполните следующие действия.
1. Убедитесь, что на вашем компьютере установлена операционная система WINDOWS 95/98/NT.
2. Закройте все работающие программы.
3. Вставьте в CD-ROM установочный компакт-диск. Программа предварительной установки Setup будет автоматически запущена (при использовании низкоскоростного устройства для этого потребуется некоторое время) и на экране появится базовое окно установки MicroSim Evaluation CD Rom с содержимым вставленного диска. В этом окне щелкните по кнопке Install Software (Установить программное обеспечение).
4. После непродолжительной процедуры запуска откроется окно Installation Setup for Evaluation Version (Запуск мастера установки демоверсии). Выберите в этом окне опцию MicroSim DesignLab (Дизайн-лаборатория MicroSim) и щелкните по кнопке Next (Далее). На экране появится окно Installation Options (Параметры установки).
5. Выберите в окне Installation Options опцию Typical (Стандартные). Щелкнув по кнопке Browse (Просмотр), находящейся рядом со строкой Destination Directory (Директория установки), вы можете сами указать полный путь к папке, в которую следует установить демоверсию программы PSPICE 8.0. Закройте это окно, щелкнув по кнопке Next.
6. На экране откроется окно DesignLab Program Folder Setup (Создать каталог для программы DesignLab). Подтвердите создание новой папки с предлагаемым именем DesignLab Eval 8 и закройте это окно щелчком по кнопке Next.
7. Появится окно Start Copying Files (Начать копирование файлов), где будут перечислены все настройки, выполненные вами в процессе предварительной установки. Проверьте их и, если все верно, запустите инсталляцию, щелкнув по кнопке Next.
8. Начнется процесс инсталляции и на экране появится окно копирования программы на жесткий диск вашего компьютера. Шкала показывает, какая часть программы уже скопирована. Затем на экране раскроется окно Working Directory (Рабочий каталог). Подтвердите создание рабочей директории с предлагаемым именем Projects (Проекты) и закройте это окно, как и прежде, с помощью кнопки Next.
9. Спустя некоторое время на экран будет выведено окно Library Directory (Библиотечный каталог). Подтвердите создание библиотечного каталога с предлагаемым именем User Lib (Библиотека пользователя) и все тем же способом (кнопка Next) закройте это окно.
10. Установка программы продолжится. Если ваш компьютер имеет соответствующие установки, следующим на экране откроется окно Extension Registration (Регистрация расширения). Здесь щелкните по кнопке No (Нет), чтобы привычная для вас реакция программы на двойной щелчок мышью осталась неизменной.
11. Затем вам будет предложено установить программу Acrobat Reader. Согласитесь с этим предложением, разумеется, если данная программа еще не установлена на вашем компьютере. В противном случае вы не сможете пользоваться справочником, который находится на компакт-диске.
12. После завершения установки программы на экране появится окно MicroSim Setup Complete (Установка MicroSim завершена). При желании вы можете ознакомиться с дополнительной информацией. Если же хотите отказаться от этого, сбросьте оба флажка и щелкните по кнопке Finish (Завершить).
13. Теперь можно запускать программу PSPICE под именем DesignLab Eval 8 из главного меню Windows.
14. Откройте Проводник Windows и найдите на компакт-диске папку с именем Euro. Скопируйте оттуда шесть файлов в папку LIB, которая находится в каталоге MSimEv_8 на жестком диске вашего компьютера. Программа- проводник проинформирует вас о том, что файлы с такими именами уже существуют, и потребует подтверждения того, что вы хотите заменить их новыми. Подтвердите замену, щелкнув по кнопке Да для всех.
15. Скопируйте оба файла из папки BUNTES, находящейся на компакт-диске, в папку UserLib (каталог MSimEv_8 на жестком диске компьютера).
Внимание! При необходимости вы можете вызвать с загрузочного диска справочник по программе PSPICE (на английском языке).
Принятые обозначения
Важные определения и термины, встречающиеся впервые, отмечены курсивом.
Названия элементов интерфейса (меню, опций, команд, кнопок), а также клавиш выделены полужирным шрифтом.
Последовательность команд обозначается стрелкой, например Edit→Сору.
Шаг 1 Этой пиктограммой обозначены действия, которые необходимо выполнить для того, чтобы освоить работу с программой PSPICE.
Внимание! Так выделена информация, на которую следует обратить особое внимание.
* Задания повышенной сложности отмечены "звездочкой".
Рецепт 1. Словом "рецепт" обозначено описание наиболее важных действий.
Предупреждение
При первом обращении к каждой из модифицированных библиотек компонентов, то есть тех библиотек, которые были созданы специально для работы с данной книгой, на экране компьютера будет появляться окно предупреждения, так как к этому моменту программа PSPICE еще не знает нового файла. Такие предупреждения вы со спокойной совестью можете проигнорировать. PSPICE автоматически создаст новый индексный файл, и при последующих обращениях к этой библиотеке окно с предупреждением больше уже не будет появляться на экране.
Часть I
Основы
Прочти это и завтра утром скажи мне свое мнение…
Эрнест Хемингуэй, обращаясь к А. Е. Готхнеру, после завершения рассказа "Старик и море"
Методика и цели работы
Все уроки первой части следует прорабатывать со всей тщательностью и именно в той последовательности, в которой они предлагаются, так как информация каждого урока основывается на материале предыдущего. Вы также непременно должны выполнять упражнения, встречающиеся в тексте. В конце каждого раздела помещены тренировочные задания, которые помогут вам закрепить полученные знания.
Учебные цели
За пять уроков первой части учебного курса по программе PSPICE вы научитесь:
• чертить электросхемы, соответствующие промышленным стандартам;
• вычислять значения напряжений и токов в цепях постоянного тока;
• вычислять значения напряжений, токов и угол фазы в цепях переменного тока;
• использовать PSPICE в качестве запоминающего осциллографа;
• использовать PSPICE в качестве свип-генератора для записи частотных характеристик в любых диапазонах частот.
Условия для успешного освоения учебного материала
Непременным условием для успешного освоения материала, изложенного в пяти уроках первой части, является наличие знаний об основных характеристиках резисторов, конденсаторов и катушек в цепях постоянного и переменного тока. Это необходимо для того, чтобы вы могли оценить правильность результатов, полученных при моделировании, убедиться в том, что программа работает точно, и раз и навсегда довериться ее расчетам.
Урок 1
Черчение схем
Изучив материал этого урока, вы научитесь чертить электросхемы с помощью редактора проектирования схем SCHEMATICS: находить нужные элементы в соответствующих программных библиотеках, размещать их на рабочем листе и редактировать полученные схемы.
Редактор SCHEMATICS и имитатор PSPICE вместе с другими виртуальными инструментами, необходимыми для моделирования электронных схем, объединены под одной пользовательской оболочкой DESIGN LAB.