【正文】 52V54V56V58V單級(jí)放大電路 Q1Q2 N 2 2 22Rc2kV10 . 6 6 2V dcV21 2 V d c00V3F R E Q = 1 kV A M P L = 2mV OF F = 0+vo Time0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10msV(Q1:c) Time0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms 6ms 7ms 8ms 9ms 10msV(V3:+)660mV662mV664mV 傅里葉分析 ? 傅立葉分析是對(duì)暫態(tài)分析的結(jié)果進(jìn)行諧波分析，即在選定的時(shí)域內(nèi)進(jìn)行傅立葉積分，計(jì)算出直流分量、基波到九次諧波分量。從輸出文本文件可以讀到傅立葉分析結(jié)果，在后圖形處理器 (PROBE)界面下也可以觀察到諧波分布圖。 傅里葉級(jí)數(shù)分析 ?與瞬態(tài)分析同時(shí)進(jìn)行 , 在同一窗口下構(gòu)造 : ?在大信號(hào)正弦瞬態(tài)分析時(shí) : 對(duì) 最后一個(gè)周期波形進(jìn)行諧波分析 V(out) t Final time 1/f ?也可以在 PROBE,中 激活快速 傅里葉級(jí)數(shù)分析 FFT 但是得到 所有的數(shù)據(jù) 是臨時(shí)分析的 用于確定需對(duì)其進(jìn)行傅 里葉分析的輸出變量名 用于指定傅里葉分析中采用的基波頻率，其倒 數(shù)即為基波周期。在傅里葉分析中，并非對(duì)指定輸出變 量的全部瞬態(tài)分析結(jié)果均進(jìn)行分析。實(shí)際采用的只是瞬 態(tài)分析結(jié)束前由上述基波周期確定的時(shí)間范圍的瞬態(tài)分 析輸出信號(hào)。由此可見，為了進(jìn)行傅里葉分析，瞬態(tài)分 析結(jié)束時(shí)間不能小于傅里葉分析確定的基波周期 用于確定傅里葉分析時(shí) 要計(jì)算到多少次諧波。 Pspice的內(nèi)定值是計(jì)算 直流分量和從基波一直 到 9次諧波。 直流分量 諧波分量 諧波失真系數(shù) ? 類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路如圖所示，試運(yùn)用 PSPICE分析該電路 ? (1) Vi幅值為 5V，頻率為 1KHz的正弦波。作瞬態(tài)分析，觀察輸出 Vo形的交越失真。進(jìn)一步作直流掃描分析，求失真所對(duì)應(yīng)的輸入電壓范圍。 ? (2)進(jìn)行傅里葉分析，并觀察 5次以內(nèi)的諧波分量大小，給出諧波失真系數(shù) ? 電路如圖，開關(guān) S打開前已處于穩(wěn)定狀態(tài)， t=10ms時(shí)打開開關(guān) S，求 t≥0 時(shí)刻的電感電壓，電感電流以及電壓源發(fā)出的功率 U110m12R12R23R35L10 . 212V110vI12 A d c第五講 電路統(tǒng)計(jì)分析 溫度、蒙特卡洛、最壞情況 統(tǒng)計(jì)分析 ? 溫度分析 ? 蒙特卡洛分析（ Monte Carlo） ? 最壞情況分析（ WorstCase Analysis） 溫度分析 ? 一個(gè)電路默認(rèn)所有的元件參數(shù)和模型參數(shù)都設(shè)定為其常溫下的值（常溫隱含值為 27℃ ） ? 但是對(duì)于具體的設(shè)計(jì)要求可能要求電路在較寬的溫度范圍內(nèi)工作，溫度分析完成：模擬指定溫度下的電路特性 。 ? 當(dāng)溫度低于絕對(duì)零度（ 273℃ ）時(shí)不能模擬。 參數(shù)設(shè)置 ? 溫度分析是組合分析，是和其他分析聯(lián)合使用，分析指定溫度下的電路特性 ? Run the simulateion at temperature:設(shè)置溫度的信息，以 x 溫度開始運(yùn)行電路 ? Repeat the simulateion for each of the temp:設(shè)置溫度變化信息，我們可以手動(dòng)輸入自己想要的波形，同時(shí)也可以對(duì)比溫度對(duì)波形的影響 !（可設(shè)置多個(gè)溫度，例如： 20 10 0 5 15 35 50） V11V a c0V d cC110 uC210 uQ1Q2N 22 22Rb20 kR22kR35. . 1kV bb0. 8 Vd cV c c12 V dc32100456 Frequency100mHz 10Hz 100Hz 10KHz 100KHz 10MHz 100MHz V(6)0V100mV200mV300mV400mV500mV蒙特卡洛分析（ Monte Carlo） ? 功能 ? 元器件參數(shù)變化規(guī)律的描述 ? MC分析的參數(shù)設(shè)置 ? MC分析的實(shí)例 MC分析 ? 蒙特卡洛分析：此分析使用統(tǒng)計(jì)模擬方法，在給定電路元件參數(shù)容差的統(tǒng)計(jì)分布 規(guī)律的情況下，用一組偽隨機(jī)數(shù)求得元器件參數(shù)的隨機(jī)抽樣序列，估算出電路性能的統(tǒng)計(jì)分布規(guī)律，如電路性能的中心值、方差，以及電路合格率、成本等等。 ? 用此結(jié)果作為是否修正設(shè)計(jì)的參考，增加了模擬的可信度。 ? 是一種統(tǒng)計(jì)分析方法 選擇進(jìn)行蒙托卡洛分析 選擇分析的輸出節(jié)點(diǎn) 蒙托卡洛分析的參數(shù)選項(xiàng) 分析采樣的次數(shù) 使用的器件偏差分布情況 （正態(tài)、均勻或自定義） 蒙托卡洛分析的隨機(jī)種子值 保存數(shù)據(jù)的方式 功能 ? 蒙特卡洛分析的概念與作用 – 模擬實(shí)際生產(chǎn)中因元器件值的分散性所引起的電路特性 的分散性 – 成品率分析 ? 進(jìn)行 MC分析需要確定的問題 – 描述元器件參數(shù)值的變化規(guī)律 – 進(jìn)行多少次重復(fù)分析 – 考慮電路哪種電特性的分散變化 – 比較各次電路分析的結(jié)果 – 生成 MC分析的總結(jié)果 元器件變化規(guī)律的描述 ? 用于統(tǒng)計(jì)分析的元器件符號(hào)和模型參數(shù) BREAKOUT（庫(kù)） RBREAK QBREAKL QBREAKN – 庫(kù)中無源元器件符號(hào)命名： 關(guān)鍵字母后＋ BREAK：如電阻、電容和電感符號(hào)的名稱分別為 RBREAK、 CBREAK和 LBREAK。 – 對(duì)半導(dǎo)體有源器件，為了進(jìn)一步區(qū)分其不同類別，在 BREAK后還可再加一些字符。例如雙極晶體管符號(hào)名又分為代表橫向PNP（ LPNP）的 QBREAKL，代表 NPN晶體管的 QBREAKN等，代表 PNP管的 QBREAKP等 元器件變化規(guī)律的描述 ? 參數(shù)變化模式的設(shè)置 – 批容差 LOT:所有原器件按同一分布規(guī)律變化相同的值。 – 器件容差 DEV：各個(gè)元器件值獨(dú)立變化。 – 組合容差：先按批容差變化，再按器件容差變化。 ? 進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析時(shí)，其參數(shù)變化的那些元器件必須改用 BREAKOUT庫(kù)中的符號(hào)。 ? 由于一個(gè)電路中可能有多個(gè)元器件共用一個(gè)模型，如果在 MC分析中每次分析時(shí)的隨機(jī)抽樣方式是這幾個(gè)元器件值按同一個(gè)分布規(guī)律變化相同的值，則用關(guān)鍵詞 LOT表示。如果這幾個(gè)元器件值各自獨(dú)立變化，則用關(guān)鍵詞 DEV表示。 ? 對(duì)這些元器件符號(hào)，再在其模型參數(shù)的設(shè)置中，在需要考慮參數(shù)變化的那些模型參數(shù)常規(guī)設(shè)置項(xiàng)“ 參數(shù)名＝參數(shù)值 ” 的后面，添加下面介紹的設(shè)置，具體描述該參數(shù)的變化。 ? 會(huì)出現(xiàn)一條語句 – .model Rbreak RES R=1 ? 增加容差表示為 – – .model Rbreak Res R=1 DEV=10% LOT=5% ? 模型參數(shù)的變化模式設(shè)置應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。 ? 如果設(shè)計(jì)的電路要用印刷電路板（ PCB）裝配，則不同 PCB采用的元器件參數(shù)將獨(dú)立隨機(jī)變化，因此應(yīng)選用 DEV。 ? 如果設(shè)計(jì)的電路用于集成電路生產(chǎn)，由于工藝條件的變化，將會(huì)使一批晶片上的元器件參數(shù)有一種同時(shí)增大或減小的趨勢(shì)，這就應(yīng)該用 LOT表示。 ? 但在集成電路生產(chǎn)中，同一晶片上不同管芯之間的參數(shù)又存在隨機(jī)起伏，這就需要用 DEV表示。這就是說，對(duì)用于集成電路生產(chǎn)的電路設(shè)計(jì)進(jìn)行 MC分析時(shí)，對(duì)要考慮其變化的參數(shù)，應(yīng)同時(shí)采用 LOT和 DEV兩種變化模式。 選擇進(jìn)行蒙托卡洛分析 選擇分析的輸出節(jié)點(diǎn) 蒙托卡洛分析的參數(shù)選項(xiàng) 分析采樣的次數(shù) 使用的器件偏差分布情況 （正態(tài)、均勻或自定義） 蒙托卡洛分析的隨機(jī)種子值 保存數(shù)據(jù)的方式 MC分析參數(shù)設(shè)置 400 正態(tài)分布（ GAUSS）、均勻分布（ UNIFORM）、 OPTIONDISTRIBUTION 100, triangle (1,0) (0,1) (1,0) “ 種子數(shù) ” 的選定 132767 17533 (More Setting)，輸出在 .out文件中 More setting… ：點(diǎn)擊 More Setting按鈕，將彈出如下對(duì)話框 Y Max Max Min Rise_edge Fall_edge Y Max： 求出每個(gè)波形與額定運(yùn)行值的最大差值 Max： 求出每個(gè)波形的最大值 Min： 求出每個(gè)波形的最小值 Rise_edge：找出第一次超出域值的波形 Fall_edge： 找出第一次低于域值的波形 例子 R1R b re a k50R2R b re a k100C b re a kC10 . 0 03 3 uC b re a kC20 . 0 03 9 uC b re a kC30 . 0 03 9 uL b rea kL11 9 . 1uV11 Va c0 Vd c0 Frequency10Hz 100Hz 10KHz 100KHz 10MHz 100MHz... V(R2:2)0V400mV800mV最壞情況分析 ? 最壞情況分析的概念和功能 ? 最壞情況分析任選項(xiàng)參數(shù)的設(shè)置 ? 分析的實(shí)例 最壞情況分析的概念和功能 ? 由于靈敏度的不同，當(dāng)電路中不同元器件分別變化時(shí)，即使元器件值的變化幅度 (或相對(duì)變化 )相同，電路特性變化的絕對(duì)值也不會(huì)相同，甚至其變化的方向也可能不同。 ? 當(dāng)電路中多個(gè)元器件同時(shí)隨機(jī)變化時(shí)，他們對(duì)電路特性的影響可能會(huì)起相互 “ 抵消 ” 的作用。 ? 最壞情況分析就是按引起電路特性向同一方向變化的要求，確定每個(gè)元器件的變化方向，然后再使這些元器件同時(shí)在響應(yīng)方向按其可能的最大范圍變化。對(duì)電路特性來說，這就是最壞情況。 概念 ? 最壞情況（ Worst Case）是指電路中的元件參數(shù)在其容差域邊界點(diǎn)上取某種組合時(shí)所引起的電路性能的最大偏差。 ? 最壞情況分析（ Worst Case Analysis）就是在給定電路元器件參數(shù)容差的情況下， 估算出電路性能相對(duì)標(biāo)稱值時(shí)的最大偏差。 如存在最大偏差時(shí)都能滿足設(shè)計(jì)要求，那當(dāng)然是最佳方案。 ? WCase 分析是一種統(tǒng)計(jì)分析。 數(shù)學(xué)表達(dá) 容差 ① DEV 器件容差 是指各元器件統(tǒng)一使用的容差，該容差可以相互獨(dú)立變化。 ? ② LOT 批容差 是指各元器件的容差可以同時(shí)變化，即它們的值同時(shí)變大或變小。 ? ③組合容差 組合使用時(shí)，元器件首先按 LOT 容差變化，然后再按 DEV 容差變化。 分析的步驟 ? (1) 首先進(jìn)行一次標(biāo)稱值分析。 ? (2) 對(duì)要模型參數(shù)值發(fā)生變化的元器件分別進(jìn)行一次靈敏度分析，確定該元器件值變化時(shí)引起電路特性變化的大小和方向。 ? (3)按照使電路特性變壞的方向，確定每一個(gè)元器件值的變化方向。 ? (4)根據(jù)上步的分析結(jié)果，使每個(gè)元器件均按其最大可能范圍向 “ 最壞方向 ” 變化，然后進(jìn)行電路分析，得到最壞情況分析結(jié)果并與標(biāo)稱值分析結(jié)果進(jìn)行比較。 分析的偏差對(duì)象 最壞情況分析的參數(shù)選項(xiàng) 起作用的偏差器件對(duì)象 是否將每次靈敏度分析的結(jié)果保存入 .OUT輸出文件 最壞情況分析 More setting… ：點(diǎn)擊 More Setting按鈕，將彈出如下對(duì)話框 是否在輸出文件里列出模型參數(shù)的值 設(shè)定最壞情況分析的趨向 定義參數(shù)允許的變化范圍 設(shè)置域值 上機(jī)作業(yè) ? 修改下圖電路圖的 BJT晶體管的模型參數(shù)BF, 將 Q2N2907的誤差參數(shù)設(shè)為 dev=30% lot=50%, Q2N2222的誤差參數(shù)設(shè)為dev=20% lot=40%,執(zhí)行蒙特卡洛分析 ,分析次數(shù)設(shè)為 30次 ,設(shè)置為 Uniform分布 ,Save data from欄設(shè)為 All。做出 輸出點(diǎn)電壓的Probe曲線圖 。 V210 V dcV3F R E Q = 2kV A M P L = 0. 5m vV O F F = 00ou tQ3Q 2N 22 22Q4Q 2N 22 22Q2Q 2N 29 07V0I10. 2m A d cV110 V