Orcad Pspice电路仿真软件在半导体元器件特性模拟分析中的应用

杨迁迁

(河南工业和信息化职业学院，河南 焦作 454000)

引言

Orcad Pspice仿真软件作为目前全球最流行的电路分析软件，在电子线路设计中起到很好的作用，笔者在学习这款软件过程中，总结了一些心得，与广大学习者一起分享。

1．Orcad Pspice仿真软件的主要功能模块

Orcad软件包中进行电路模拟分析的核心软件是Pspice A/D。为使模拟工作做的更好、更快，Orcad软件包中还提供了5个配套软件。

(1)电路图设计软件Capture。采用电路图绘制软件Capture后，用户只需以人机交互图形编辑方式在屏幕上绘制好电路原理图，设置好分析参数，即可在Capture环境下继续完成电路模拟。

(2)激励信号波形编辑软件(StmED:Stimulous Editor)。在对电路特性进行分析时，瞬态分析和逻辑模拟分析需要的输入激励信号波形各不相同。StmED软件就是一个激励信号波形编辑器，可以交互方式生成电路模拟中需要的各激励信号波形。

(3)模型参数提取软件(ModelED:Model Editor)。Pspice A/D模型参数库中包括了一万多种元器件和单元集成电路的模型参数，基本能满足一般用户模拟分析电路特性的需要。

(4)模拟结果波形显示和分析模块(Pspice/Probe)。PspiceA/D完成电路模拟以后可自动调用Probe模块。该模块主要有显示电路中的节点电压、支路电流波形、模拟结果的再分析处理、数字电路中逻辑错误问题的检测3种主要功能。

(5)优化程序Optimizer Optimizer。可在电路模拟的基础上，根据用户规定的电路特性约束条件，自动调整电路元器件参数，以满足某一电路指标要求。以下举例论述仿真软件的功能。

2．二极管的伏安特性分析曲线

(1)以D1N4148为例，给出其伏安特性曲线，计算它的死区电压和反向击穿电压，并观察模型参数对正向特性的影响。

(2)设定分析为DC Sweep分析，设定参数后，可以得到如图2所示曲线。

从图中可知二极管的反向击穿电压约为100V。

图1 二极管的仿真电路图

图2 二极管的V－I特性曲线图

3．三极管的输出特性曲线

(1)以Q2N3904为例，①给出其输出特性的仿真曲线，②估算其电流放大倍数β的值，③观察温度对输出特性的影响。

(2)设定为DC sweep分析，设定参数后，可以得到如图4所示曲线。

图4 三极管的输出特性曲线

(3)测量并计算β值。点击TraceCursorDisplay菜单命令，出现一个光标在横轴和纵轴上的记录值，用鼠标左键分别点击Ib=0、0．1mA、0．2 mA、0．3mA、0．4mA、0．5mA的曲线的适当部位，则光标记录如表1所示。

Vce=1V附近的电流测量值

其中β=ΔIc(Q1)/ΔIb，结果表明，β值随Ib(Q1)的增大而逐渐减小，这从曲线之间的间隔逐渐变窄所显示的结果是一致的。

4．CMOS反相器的电压传输特性(温度分析)

(1)试用一个N沟道增强型场效应管和一个P 沟道增强型场效应管构成一个CMOS反相器。①给出反相器的电压传输特性曲线并测量它的转态电压Vt的值。②运行温度分析，测量温度分别为10C、40 C和70C时的转态电压Vt的值。

(2)设置直流扫描分析，观察电压传输特性。从图5中可以估算出转态电压约为4．8V。

图5 CMOS的电压传输特性曲线

(3)设置温度分析，观察Vt受温度的影响。将上述直流扫描分析设置中的起始值和终止值分别改为4．5V和5V，以便将模拟曲线在X轴放大。在Temperature(s):栏中输入10、40、70三个温度值，运行程序后，得出图6所示曲线。

图6 CMOS反相器在不同温度下的传输特性

并利用软件的标尺功能，可以测得3个温度下的转态电压VT分别为4．7855V、4．816V和4．8461V。

5．应用总结

Orcad Pspice作为最好的电路分析软件，已成为电子设计工程师必不可少的软件工具，作者在使用过程中，配合现有实训设备，对教学取得了较好的效果，对学生的学习有很大的促进作用。