Роберт Хайнеман
Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE
Все нужно делать как можно проще, но и не упрощать.
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.
Автор книги попытался достичь невозможного: совместить под одной обложкой учебный курс для новичков, солидное подспорье для опытных пользователей и справочник как для первой, так и для второй категории читателей. Реализации намеченных целей призвана служить следующая структура книги:
• 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.
Автор книги предлагает своим читателям бесплатные электронные консультации. В сети Internet есть страничка http://www.spicelab.de, где он публикует последние новости по программе PSPICE и, кроме того, отвечает на наиболее часто задаваемые вопросы, которые ему присылают по электронной почте: Robert.PSPICE.Heinemann@t-online.de.
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.
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.
Чтобы установить на жесткий диск своего компьютера демоверсию программы PSPICE 8.0, выполните следующие действия.