PSpice 21周仿真培训 I 第5周：瞬态分析

运行瞬态分析首先是计算 t=0 时的电路初始状态，然后从 t=0 到某一给定的时间范围内选取一定的时间步长，计算输出端在不同时刻的输出电平。瞬态分析的关键在于设置合理的激励源、采样点数和观察时间。

本期以带输出LC滤波器的单相桥式整流器作为实例解析瞬态分析。

图5.1 本期实例电路

输入电路图名称，绘制如上电路图，激励源设为正弦信号，可直接选择Source.olb库中的VSIN，或是通过菜单栏Place → PSpice Component → Modeling Application → Independent Sources，选择正弦信号，对幅度值和频率进行如下设置：

图5.2 正弦波信号的设置

绘制好电路，与其他分析类型一致，首先选择菜单 PSpice → New simulation Profile创建仿真文件，然后在仿真类型对话框中选择Time Domain(Transient)瞬态分析。

瞬态分析的精度取决于软件内部所设置的时间步长的大小，该步长与仿真开始时间以及仿真结束时间共同决定了电路的仿真运行时间。

图5.3 瞬态分析仿真参数设置

上图表示仿真时间从0s到80ms，“Start saving data”输入0，表示一开始就保存数据，但如果输入非零数值，比如输入20ms，那么起始程序仍然是从零点开始计算的，只是0-20ms的数据不保存也不显示，使用该设置的主要目的是为减小数据量。

“Maximum step size”通常不必设置，软件会按照内存的默认值运行，对于缓慢变化的信号，时间步长会增加，对于快速变化的信号，例如上升沿非常陡峭的脉冲波形，时间步长将会减小，用户也可以按照自己的要求设置最大步长值，设置时要注意适度，因为过小的设置会导致仿真分析时间加长，并产生大量的数据文件，而过大的设置会导致波形的失真。

“Skip the initial transient bias point calculation”表示在瞬态分析时跳过初始偏置工作点的计算，如果选定这一项，电路在做瞬态分析时就不再计算偏置点数值，一般用在当电路存在多个可能的初始条件的时候，比如振荡器电路。

仿真参数设置好之后，可以运行仿真，软件就会自动调出PSpice的软件界面。

需要显示的波形可以通过在绘图区添加探针，或是通过添加波形进行选择输出。下图显示的波形是通过使用差分探针，和选择trace → Add Trace，并在编辑区输入V(4)-V(3)后,得到的负载两端的电压波形。

图5.4 瞬态分析输出波形

添加波形窗口中输入图5.5的设置还可以计算输出波形的平均值。

图5.5 添加输出变量

如果还需显示滤波前的整流电路的输出波形，也就是电路图中2、3节点之间的电压，可以考虑在原坐标系下增加一个纵坐标，方法：菜单Plot → Add Y Axis添加一个纵坐标。之后再选择Trace → Add Trace，添加输出变量为V(2)-V(3)。

图5.6 添加纵坐标的菜单路径

图5.7的波形中负载上的输出电压以及输出电压平均值是1坐标，整流桥的输出电压是2坐标。

图5.7 双坐标系下的波形

虽然使用了两个坐标轴，但毕竟波形都在一个显示窗口中显示，多个输出就显得有些乱。这时可以考虑增加一个独立窗口，方法是：选择Plot   Add Plot to Window。图5.8是增加了新的波形窗口后显示负载电流的瞬时波形。

图5.8 两个显示窗口下的波形

任何周期信号都可以看成不同振幅、不同相位的正弦波叠加，也就是都可表示成傅里叶级数。PSpice提供的瞬态分析中含有傅里叶分析的设置，它是在大信号正弦瞬态分析时，对输出的最后一个周期波形进行谐波分析，计算出直流分量、基波分量和第2-9次谐波分量，以及失真度。

在图5.3瞬态分析的仿真参数设置对话框中有一个“Output File Option”的按钮，按下后弹出图5.9的对话框：

图5.9 傅里叶分析输出数据的设置

运行仿真后，在view下打开output file，找到如下傅里叶分析的结果：

图5.10 输出电压的傅里叶级数分析结果

上图显示了输入电流基波幅度和相位，以及2-9次谐波的幅度和相位值。傅里叶分析设定的基波是50Hz，因此从仿真结果可以得出输入电流的傅里叶级数展开式为：

可以看出：输入电流的总谐波失真

THD=35.065%=0.3507

若要直观地显示波形的各次谐波幅度值，可以在瞬态分析绘制出相应波形之后直接在PSpice软件的工具栏中点击FFT的图标：

注意默认的横坐标经常不合适，可以自行调整。

下图是输入电流的FFT波形图：

图5.11 输入电流的FFT波形

做直流分析时需要用VDC或IDC的独立源；做交流分析时需要用VAC或IAC独立源(可同时设置DC分析)。

做瞬态分析需要瞬态激励源，一般常见的有脉冲信号源(VPULSE或IPULSE)、正弦信号源(VSIN或ISIN)、指数信号源(VEXP或IEXP)、调频信号源(VSFFM或ISFFM)，这些信号源都可以在器件库中找到并编辑，但很多时候电路的激励信号来源于上一级电路或是实验中采集到的信号，这时就需要自己创建。

下面介绍将瞬态分析生成的输出波形创建成激励源的方法。

存储仿真结果的波形数据，可以选择点击波形显示区域下方的变量名，按键盘的Ctrl+C进行复制到剪切板，然后新建一个空白记事本文档，将数据粘贴到文档中存储成txt文档。

还可以通过菜单File → Export → Text存储成txt文档格式或者存储成.csv表格文档格式。

图5.12 两种方法存储波形文件

打开波形数据文件，如下图，可以看到第一列是时间数据，单位为秒，第二列是电压数据，单位为伏特。第一行是注释行，需要将其删除，之后存储。

注意数据文档名称以及存储路径均不要出现中文。

图5.13波形的数据文件

调用基于文件的分段线性信号源PWL_FILE：在Capture的绘图界面下，打开菜单Place>PSpice Component → Modeling Application，找到Sources下的PWL Source，在图5.14对话框中将上述的波形数据文件进行加载。

图5.14 设置VPWL_FILE信号源

点击放置按钮之后就可以将该信号源放置到绘图区中了。通过瞬态分析验证放置后的信号源，发现和图5.12的输出波形是完全一致的，说明激励源创建成功。

图5.15 新创建的激励源及其输出波形图

激励源的其他详细阐述将在后续课程中讲解，这里只是抛砖引玉让大家了解电信号的传递。