電路模擬器

應(yīng)用介紹

電路模擬器，你是否為初中物理的電路而煩惱，用了這款軟件你就可以，隨時(shí)隨地的理解電路，你還在等什么快來下載吧。

SPICE（Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis，以集成電路為重點(diǎn)的模擬程序）模擬器最初于20世紀(jì)70年代在伯克利開發(fā)完成[Nagel75]，能夠求解描述晶體管、電阻、電容以及電壓源等分量的非線性微分方程。SPICE模擬器提供了許多對電路進(jìn)行分析的方法，但是數(shù)字VLSI電路設(shè)計(jì)者的主要興趣卻只集中在直流分析（DC analysis）和瞬態(tài)分析（transient analysis）兩種方法上，這兩種分析方法能夠在輸入固定或者實(shí)時(shí)變化的情況下對結(jié)點(diǎn)的電壓進(jìn)行預(yù)測。SPICE程序最初是使用FORTRAN語言編寫的，所以SPICE具有其自身的一些相關(guān)特點(diǎn)，尤其是在文件格式方面與FORTRAN有很多相似之處。現(xiàn)在，大多數(shù)平臺都可以得到免費(fèi)的SPICE版本，但是，往往只有商業(yè)版本的SPICE才具有更強(qiáng)的數(shù)值收斂性。尤其是HSPICE，其在工業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用非常廣泛，就是因?yàn)槠渚哂泻芎玫氖諗啃?，能夠支持最新的器件以及互連模型，同時(shí)還提供了大量的增強(qiáng)功能來評估和優(yōu)化電路。PSPICE也是一個(gè)商業(yè)版本，但是其有面向?qū)W生的限制性免費(fèi)版本。

雖然各種SPICE模擬器的細(xì)節(jié)隨著版本和操作平臺的不同而各不相同，但是所有版本的SPICE都是這樣工作的：讀入一個(gè)輸入文件，生成一個(gè)包括模擬結(jié)果、警告信息和錯(cuò)誤信息的列表文件。因?yàn)橐郧拜斎胛募?jīng)是以打孔卡片盒的方式提供給主機(jī)的，所以人們常常稱輸入文件為SPICE“卡片盒（deck）”，輸入文件中的每一行都是一張“卡片”。輸入文件包含一個(gè)由各種組件和結(jié)點(diǎn)組成的網(wǎng)表。當(dāng)然，輸入文件也包含了一些模擬選項(xiàng)，分析指令以及器件模型。網(wǎng)表可以通過手工的方式輸入，也可以從電路圖或者CAD工具的版圖（layout）中提取。

一個(gè)好的SPICE“卡片盒”就好像是一段好的軟件代碼，必須具有良好的可讀性、可維護(hù)性以及可重用性。適當(dāng)?shù)夭迦胍恍┳⑨尯涂瞻组g隔有助于提高“卡片盒”的可讀性。一般情況下，書寫SPICE“卡片盒”的最好方法就是：先找一個(gè)功能完備、正確的“卡片盒”范例，然后在此基礎(chǔ)上對其進(jìn)行修改。

電路模擬瞬態(tài)分析

瞬態(tài)分析是電路模擬器提供的一種重要功能，而電路試驗(yàn)板卻不能提供這一功能。瞬態(tài)分析用于確定某個(gè)電路節(jié)點(diǎn)在加電或其他某一起始點(diǎn)之后所發(fā)生的瞬時(shí)變化。瞬態(tài)分析功能通常包括嚴(yán)格的數(shù)學(xué)運(yùn)算和對邊界條件的定義。實(shí)驗(yàn)室用的電路試驗(yàn)板難以模擬瞬態(tài)條件，并且通常還需要使用數(shù)字示波器、存儲示波器（storage scope）或其他一些數(shù)據(jù)記錄設(shè)備。電路模擬器卻能夠相對容易地完成這一任務(wù)，并且允許精確地確定初始條件和分析起始及結(jié)束的時(shí)間。瞬態(tài)分析功能可以精確地繪制出電壓和電流在指定時(shí)間內(nèi)的變化圖表。

電路模擬傅里葉分析

傅里葉級數(shù)分析是另一種關(guān)鍵的電路模擬工具。傅里葉理論認(rèn)為非正弦周期函數(shù)都可以用一個(gè)DC元件描述為一些正弦和余弦函數(shù)。通過進(jìn)行這種類型的分析，就可以確定構(gòu)成任何電路節(jié)點(diǎn)中復(fù)雜波形的正弦和余弦元件。這些信息使電路設(shè)計(jì)人員能夠了解信號中的諧波頻率（harmonic frequency）及其相對振幅。這樣，就可以幫助設(shè)計(jì)人員濾除不必要的信號，因?yàn)殡娐吩O(shè)計(jì)人員可以確定信號的頻率和可能的信號源。此外，許多電路模擬器還可以使用傅里葉分析功能來計(jì)算總諧波失真度（total harmonic distortion，THD）。

電路模擬噪聲分析

電路模擬器還可以模擬元件產(chǎn)生的各種噪聲類型：熱噪聲、散粒噪聲（shot noise）和閃變噪聲（flicker noise）。熱噪聲是由溫度及其對導(dǎo)體中電子和離子的感應(yīng)影響造成的。散粒噪聲是由電子在半導(dǎo)體中流動(dòng)時(shí)的離散特性（可以有一個(gè)或兩個(gè)電子流過電路，但不能有1.5個(gè)電子流過電路）造成的，并且是晶體管噪聲的主要成因。閃變噪聲是BJT和FET中的低頻噪聲。在使用電路模擬器中的噪聲分析功能時(shí)，將會(huì)計(jì)算和記錄某個(gè)特定節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生的這三種噪聲的總值。

電路模擬失真分析

在諸如放大器這樣的電子設(shè)備不能正確地復(fù)制輸人波形時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象。電路的非線性增益或相對相位發(fā)生變化是產(chǎn)生失真的原因。由非線性增益產(chǎn)生的失真稱為諧波失真，而由相位變化產(chǎn)生的失真稱為互調(diào)失真。通過繪制出某個(gè)電路節(jié)點(diǎn)的頻率變化情況，就可以確定該電路的這兩種類型失真。

電路模擬DC掃描分析

DC電源值的變化是影響電路準(zhǔn)確性的重要因素。許多電路模擬器都提供一個(gè)DC掃描分析功能，在一個(gè)或兩個(gè)DC電源值發(fā)生變化時(shí)，該功能將對所選擇的電壓或電流進(jìn)行分析。在選擇進(jìn)行這種分析時(shí)，電路設(shè)計(jì)人員需要指定發(fā)生變化的DC電源和進(jìn)行分析的電路節(jié)點(diǎn)，以及電源的起始值、結(jié)束值和增大步長。分析結(jié)果將指出DC電源變化對特定節(jié)點(diǎn)的電壓/電流的影響。

電路模擬靈敏度分析

靈敏度分析用于確定對電路準(zhǔn)確性影響最大的元件變化。DC靈敏度分析將變化所有元件的值（一次只改變一個(gè)元件的值），以確定究竟是哪一個(gè)元件會(huì)對電路的臨界電壓值產(chǎn)生最大的影響。另一方面，AC靈敏度分析只會(huì)改變一個(gè)元件的值，并分析該值的變化對電路的影響。

電路模擬參數(shù)掃描分析

剛才討論的靈敏度分析用于確定哪一個(gè)元件會(huì)對電路準(zhǔn)確性造成最大的影響。參數(shù)掃描分析將為元件的參數(shù)值提供一個(gè)變化范圍，并按照用戶所指定的步長增加。半導(dǎo)體元什擁有一些可以變化的參數(shù)值，相比之下，無源元件只有較少的可變參數(shù)。

電路模擬溫度掃描分析

溫度掃描分析能夠在設(shè)計(jì)過程的早期確定環(huán)境溫度靈敏度。在該分析過程中，將記錄不同環(huán)境溫度下所選節(jié)點(diǎn)的電路操作。所有元件的參數(shù)值將隨溫度變化而變化，并在圖中標(biāo)出參數(shù)值對電路功能的影響。

電路模擬轉(zhuǎn)換功能分析

轉(zhuǎn)換功能精確地描述電路輸出功能模塊對輸入信號執(zhí)行的操作。電路模擬器可以分析和確定某個(gè)電路的轉(zhuǎn)換功能。為此，將電路的輸入和輸出指定給轉(zhuǎn)換功能分析特征，然后分析和確定轉(zhuǎn)換功能、電路的輸入阻抗和輸出阻抗。

電路模擬最壞情況分析

最壞情況分析是一種非常有用的設(shè)計(jì)工具。在設(shè)計(jì)過程中，通常需要知道某個(gè)電路節(jié)點(diǎn)的最大和最小電壓。最壞情況分析通過對每個(gè)元件進(jìn)行靈敏度分析，就能夠從該分析中找到最大值和最小值。該信息對確定準(zhǔn)確性規(guī)范和選擇元件誤差是非常重要的。

這是一款仿真電路模擬工具，能夠添加各種電路元器件、輸入波形等內(nèi)容。專業(yè)人士有需要的可以使用，像平時(shí)想畫個(gè)簡單的電路都是很方便的，不用開電腦了。

可模擬內(nèi)容：

-Resistor

-Capacitor

-Inductor

-Potentiometer

-Light Bulb

-Ideal operational amplifier

-Bipolar junction transistor (NPN PNP)

-MOSFET N-channel depletion

-MOSFET N-channel enhancement

-MOSFET P-channel depletion

-MOSFET P-channel enhancement

-JFET N and P

-PN Diode

-PN Led diode

-PN Zener diode

-AC current source

-DC current source

-AC voltage source

-DC voltage(battery) source

-CCVS - current controlled voltage source

-CCCS - current controlled current source

-VCVS - voltage controlled voltage source

-VCCS - voltage controlled current source

-Square wave voltage source

-Triangle wave voltage source

-AC ampermeter

-DC ampermeter

-AC voltmeter

-DC voltmeter

-Two channe oscilloscope

-SPST Switch

-SPDT Switch

-Voltage controlled switch

-Current controlled switch

-AND

-NAND

-OR

-NOR

-NOT

-XOR

-XNOR

-JK flip

-flop

-7 Segment Display

-D flip

-flop

-Relay

-IC 555

-Transformer

-Graetz Circuit