摘要：本文介绍了计算机辅助分析与设计软件Pspice的特点，并通过一完整实例阐述了它在电子线路课程教学中的应用。
关键词：CAA CAD；增益；增益带宽积；上限截止频率
中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2012）03-0119-02
随着大规模集成电路和电子计算机的迅速发展，电子电路的分析与设计方法发生了重大改革，以计算机辅助分析与计算机辅助设计（简称CAA与CAD）为基础的电子设计自动化技术已广泛应用于集成电路与系统的设计之中。它改变了以定量估算和电路实验为基础的传统设计方法，成为现代电子系统设计的关键技术之一。因此，将电子线路课程内容与CAA、CAD紧密结合起来是教学改革的需要。
一、CAA、CAD工具
由于模拟电路在性能上的复杂性和电路结构的多样性，对仿真工具的精度、可靠性、收敛性以及速度等方面都有相当高的要求。Pspice是国内外公认的模拟电路通用仿真工具。它采用数学模型和仿真算法，利用计算机的计算、存储和图形处理的高速和高效率，以电路理论为依据，无需任何实际元器件，用事先设计出的各种功能的应用程序，取代大量的仪器仪表。学生可以通过逼真的特性曲线更全面地理解书本上很抽象的概念，使课堂教学收到事半功倍的效果。在电路设计时，可以通过这些应用程序对电路进行各种分析、计算和效验。它就相当于一个现代化的电子线路实验室，可以对电子系统及VLSI的整个设计过程进行逼真的模拟。这不仅使设计达到高质量、高可靠性，而且降低了成本，缩短了开发周期。
二、实例分析
图1为单管共发射极放大电路的原理图。设晶体管的参数为：βF=100，RBB"=80Ω，CJC0=2.5PF，fT=400MHZ，VA=∞。
①调解偏置电压VBBˊ使ICQ≈1mA。②计算电路的上限截止频率fH和增益带宽积G·BW；③分别将RBBˊ改为200Ω，将RS改为1KΩ，将CJC0改为9PF，其它参数不变，重复②中的计算；④设RS改为500Ω，AVS＞30，fH＞4MHZ。试设计电路元件参数。输入网单文件如下：
A CE AMP；VS 1 0 AC 1；RS 1 2 200；C1 2 3 10U；RB 3 4 20K；VBB 4 0 0.92；Q1 5 3 0 MQ；RC 6 5 2K；VCC 6 0 12；.MODEL MQ NPN IS=1E-15 RB=80 CJC=2.5P TF=3.7E-10 BF=100；.OP；.DC VBB 0 2 0.01；*.AC DEC 10 0.1 100MEG；.PROBE；.END
运行结果分析：
①ICQ-VBB曲线如图2所示。可以看出，当VBB=0.92V时，ICQ=1mA。VBB的数值可作为偏置电路设计的依据。
②电压增益AVS的幅频特性曲线如图3中以符号□标示的曲线所示，可得出中频增益AVS≈70.4，fH≈6.21MHZ，因而G·BW=440.3MHZ。
③将RBB′由80Ω增加到200Ω，其它参数不变，其AVS的幅频特性曲线如图3中的符号■标示的曲线所示，AVS≈67.2，fH≈4.53MHZ，因而G·BW=304.3MHZ。中频增益略有下降，上限截止频率明显降低。
④将RS由200Ω改为1KΩ时，其AVS的幅频曲线如图3中的以符号◇标示的曲线所示。AVS≈53.4，fH≈2.17MHZ，G·BW≈115.9MHZ。中频增益、上限截止频率及G·BW都明显下降，可见RS对高频响应特性影响较大。
⑤将CJC0由2.5PF增大到9PF时，AVS的幅频特性曲线如图3中的以符号◆标示的曲线所示。AVS≈70.4，fH≈1.8MHZ，G·BW≈127.4MHZ。即增大CJC0对中频增益没有影响，但却使fH明显下降。
⑥当RS=500Ω时，可通过减小RC（=1.2KΩ），而其它参数不变来满足设计要求。AVS的幅频特性曲线如图4所示。可见，AVS≈38，fH≈5.13MHZ。
通过图形曲线的分析结果，验证了课本的基本理论，即，选择RBB′、Cb′c小的晶体管，尽量减小信号源内阻RS（恒压激励）可以获良好的高频响应特性。此外，减小负载电阻Rc、提高晶体管的fT，可提高高频特性。
可见，电子线路课程引进CAA、CAD技术，一方面可以使学生了解并掌握集成电路和电子系统计算机辅助分析与设计工具的功能，掌握现代电路设计技术与方法；另一方面，更深入地学习和理解电子线路课程中各章节内容的原理、特点及应用，提高分析问题和解决问题的能力，扩展知识面，为今后从事集成电路和系统设计时，能正确使用和设计模拟集成电路，更快地进入电子设计自动化领域，打下良好的基础。
参考文献：
[1][美]Donald A.Neamen.赵桂钦，卜艳萍，译.电子电路分析与设计[M].北京：电子工业出版社，2008.
[2]Connelly J A，Choi P.Macromodeling with SPICE，Prentice-Hall，2005.
[3]Fenical L H. Pspice：A Tutorlal> Prentice-Hall，2002.
[4]谢嘉奎.电子线路[M].北京：高等教育出版社，2010.
作者简介：杨晓慧（1963-），女，教授，就职于长春理工大学电子信息工程学院，研究方向为电子技术应用及EDA技术。