●提供配套電子課件、程序代碼等●將電路與模擬電子電路仿真分析實驗整合，實行貫通教學●兼顧文本輸入和電路圖輸入兩種仿真模式●模擬電路分析與設計並重●推導BJT和MOS器件的等效電路模型，並對其SPICE模型參數進行說明●增加行為級仿真分析實例●突出實際應用，強調電路性能指標的分析與設計●遵循循序漸進的規律

本書從電路與模擬電子電路的計算機輔助分析與設計的基本概念出發，繫統介紹用PSpice仿真軟件分析與設計電子電路的技術及方法；以電路理論與模擬電子電路課程中的基本定律和電路為例，介紹具體電路的描述方法及性能指標的仿真方法與步驟；電路仿真時采用以SPICE文本輸入仿真為主，文本輸入法和Capture電路圖輸入法相結合的方式進行，對采用電路圖輸入法仿真的實例同時給出對應的PSpice仿真程序，並對仿真結果進行理論分析；在此基礎上，以運算放大器及其應用電路設計為例，詳細討論模擬電路的綜合仿真設計與優化方法。 全書共6章，主要包括：概論器件描述，電路特性分析與點命令，電路基礎仿真分析，線性電子電路仿真分析，電子線路PSpice仿真設計。本書提供配套電子課件、仿真程序代碼等。 本書可供物理類、電子信息類專業的本、專科生使用，也可供從事電路分析、模擬電路分析與設計的工程技術人員學習、參考。

楊維明，博士，湖北大學計算機與信息工程學院教授。學士畢業於北京理工大學無線電技術，碩士畢業於華中科技大學通信與信息繫統，博士畢業於北京工業大學微電子學與固體電子學。現任教育部中南地區高等學校電子電氣基礎課教學研究會理事。長期講授本科生微波技術基礎、電子信息技術導論、數字電路、模擬電路PSpice仿真等課程。

第1章 概論 1
1．1 傳統的電子電路設計 1
1．2 電子電路CAD技術 1
1．2．1 電子電路CAD流程 1
1．2．2 電子電路CAD技術優勢 2
1．2．3 電子電路仿真程序的構成 3
1．3 OrCAD/PSpice軟件簡介 4
1．3．1 SPICE發展歷程 4
1．3．2 OrCAD/PSpice器件類型與電路分析特性 4
本章小結 8
習題 8
第2章 器件描述 9
2．1 PSpice輸入描述語句 9
2．2 常用無源器件的描述 12
2．3 常用有源器件的描述 16
2．3．1 二極管模型及描述 16
2．3．2 雙極型晶體管（BJT）模型及描述 19
2．3．3 MOSFET模型及描述 25
2．3．4 結型場效應管描述 32
2．3．5 GaAs MESFET描述 33
2．4 電源的描述 35
本章小結 39
習題 39
第3章 電路特性分析與點命令 40
3．1 直流分析 40
3．1．1 基本原理 40
3．1．2 點命令 40
3．1．3 靈敏度分析 45
3．2 交流小信號分析 47
3．2．1 基本原理 47
3．2．2 點命令 47
3．2．3 噪聲分析 50
3．3 瞬態分析 52
3．3．1 基本原理 52
3．3．2 點命令 53
3．3．3 傅裡葉分析 55
3．4 溫度分析 56
3．5 任選項 56
3．6 容差分析 57
3．6．1 蒙特卡羅分析 58
3．6．2 最壞情況分析 61
3．7 通用參數掃描分析（．STEP） 62
3．8 函數定義語句 64
3．9 分析放大電路主要性能指標的方法 65
3．9．1 增益的點命令設置方法 65
3．9．2 輸入電阻、輸出電阻 65
3．9．3 最大不失真輸出幅值 65
3．9．4 功率 66
3．9．5 頻帶 66
本章小結 66
習題 66
第4章 電路基礎仿真分析 68
4．1 電路基本定理仿真分析 68
4．1．1 基爾霍夫定律應用與仿真分析 68
4．1．2 疊加定理應用與仿真分析 71
4．1．3 戴維南定理仿真分析 75
4．1．4 諾頓定理仿真分析 78
4．2 電路暫態仿真分析 81
4．2．1 一階RC電路的零輸入響應 81
4．2．2 一階RC電路的零狀態響應 84
4．2．3 一階線性電路的全響應（三要素法）分析 87
4．3 正弦交流電路仿真分析 89
4．3．1 低通RC電路的頻率響應 89
4．3．2 高通RC電路的頻率響應 92
本章小結 95
習題 95
第5章 線性電子電路仿真分析 99
5．1 共射放大電路分析 99
5．2 差分放大電路分析 104
5．3 集成運算放大器應用 114
5．3．1 有源積分電路 114
5．3．2 比較器電路 116
5．3．3 簡易信號發生器 118
5．3．4 比例運算電路設計 121
5．4 MOS電路分析 122
5．4．1 單管MOS放大電路 122
5．4．2 CMOS單級放大電路 124
5．4．3 CMOS差分放大電路 127
5．5 直流穩壓電源設計和仿真分析 130
5．5．1 整流濾波電路 130
5．5．2 串聯反饋式穩壓電路 131
5．6 負反饋放大電路仿真分析 134
5．6．1 晶體管負反饋放大電路仿真分析 134
5．6．2 綜合負反饋放大電路仿真分析 139
本章小結 142
習題 143
第6章 電子線路PSpice仿真設計 147
6．1 微弱信號放大器設計 147
6．2 CMOS運算放大器設計與仿真 153
6．2．1 MOS電流鏡基本原理 154
6．2．2 CMOS運算放大器設計 155
6．2．3 CMOS運算放大器仿真 159
6．3 晶體管多級放大電路設計 163
6．4 高頻微弱聲音識別電路設計 167
6．5 PSpice輔助電路優化設計 171
6．5．1 優化設計原理 171
6．5．2 優化設計實例 173
本章小結 178
習題 178
參考文獻 182

前 言

在電路與模擬電路實驗中，引入PSpice仿真軟件進行虛擬仿真實驗，可大大實驗成本，緩解實驗室建設經費緊張的矛盾；同時可增強實踐平臺的靈活性，淡化硬件設計和軟件設計的界線，優化知識結構。

掌握PSpice電路仿真方法，有利於拓寬思路、開闊視野，不斷提高電子設計與創新能力。但是，若以介紹電路仿真軟件的操作方法與步驟為主線來討論電路仿真，不利於深入理解電路與模擬電路的原理及應用；另一方面，若僅討論電路仿真分析方法，缺少電子電路的綜合仿真設計與優化示例，不利於學生掌握電子電路設計及應用技術，也不利於學生綜合設計能力的培養。

在理論教學實踐中，編者發現不少學生在學習模擬電路時感覺到困難，主要原因是電路基礎理論沒有掌握好，不能將電路基礎理論及電路分析方法應用到模擬電路的學習中。實驗課程教學中，我們發現若單純介紹模擬電路的仿真方法，缺少對電路直流分析、交流分析、瞬態分析三大電路特性分析原理與內涵的介紹，也不利於學生對電路分析本質的理解。在開設模擬電路仿真實驗課之前，先開設電路基礎仿真實驗課，是一種選擇方案。但本人在多年的實驗教學中也發現，“電路基礎仿真實驗”與“模擬電路仿真實驗”課程橫跨兩個學期，會導致不少學生不能將兩門課程知識有效地銜接，影響了實驗教學效果。

若將“電路理論”與“模擬電路”兩門課程整合，實現貫通教學，或許能解決這一實際問題。在這方面，教育部電工電子基礎課程教學指導委員會主任委員、東南大學王志功教授率先進行了改革和探索，編寫了《電路與電子線路基礎》教材，起到了示範效應，也收到了良好的教學效果。編者認為，電路與模擬電路作為一門技術基礎課程，在實驗環節進行整合也是必要和可行的。

基於以上考慮，我們編寫了這本PSpice仿真實驗教材，將電路基礎與模擬電路仿真分析實驗整合，實行貫通教學。全書以電子電路的分析與設計為主線，通過典型實例，介紹了基於PSpice仿真軟件的模擬電子電路的仿真分析與設計方法：第1章主要介紹電子電路仿真軟件的組成原理，以及電路仿真的方法和基本流程，指出PSpice仿真軟件包含Capture電路圖輸入和SPICE語言文本輸入兩種仿真方法；第2章和第3章是PSpice文本輸入仿真程序設計基礎，第2章主要介紹基於SPICE語言文本格式的電路描述方法，第3章主要介紹基於SPICE語言的電路仿真命令格式；由於電路理論是模擬電路分析的基礎，因此本書在介紹模擬電路仿真分析（第5章）之前，先介紹電路基礎仿真分析方法（第4章），第4章主要以電路圖輸入仿真分析為主，第5章則根據電路的結構特點選擇文本輸入或電路圖輸入仿真，所有以電路圖輸入仿真的實例，都同時給出了對應的SPICE文本仿真程序代碼；為提高學生的設計應用能力，第6章增加了集成運算放大器的設計和仿真優化，以及微弱信號放大、音頻識別電路、晶體管多級放大電路等內容，其篇幅與第5章相當。

本書的編寫，一方面使學生掌握集成電路和電子電路計算機輔助分析與設計工具的操作和使用方法，掌握利用PSpice進行電子電路輔助分析與設計的一般方法，另一方面，幫助學生更深入地學習和理解電路與模擬電子電路課程中各章節內容的原理、特點及應用，提高分析問題和解決問題的能力，擴展知識面，通過逼真的特性曲線更全面地理解書本上很抽像的概念，使電路理論與模擬電子電路理論的學習達到事半功倍的效果，為今後從事集成電路和繫統設計打下良好的基礎。

本教材的特點如下。

1）電路圖輸入和文本描述兩種仿真方式兼顧。因為當今流行的IC設計工具涉及圖形和文本兩種電路描述方式，仿真編譯結果均以文本格式的網單文件給出，因此在這本專業基礎教材中以介紹文本輸入仿真方法為主，文本輸入和電路圖輸入兩種仿真模式兼顧。

2）將電路與模擬電子電路實驗內容整合，使教材內容前後銜接更好、更繫統。

3）模擬電路分析與設計並重。電路分析是設計的基礎，而缺乏設計與仿真實例，也不利於學生更好地掌握模擬電路基礎理論及提高設計應用能力。

4）推導了BJT和MOS器件的等效電路模型，並對其SPICE模型參數進行了說明，因為這兩種器件模型是放大電路仿真分析與設計的重要基礎。

5）增加了行為級仿真分析實例，為讀者在進行電路設計方案選擇時提供快捷的參考。

6）突出實際應用，強調電路性能指標的分析與設計。書中無電路分析實例，還是綜合設計仿真實例，都與實際應用緊密結合；仿真時強調電路性能指標分析與仿真方法相結合，性能指標設計與仿真優化相結合。

7）遵循循序漸進規律。內容安排上，先介紹電路基礎仿真，再介紹模擬電路仿真；仿真方式上，先介紹電路圖輸入仿真，再介紹SPICE文本輸入仿真；循序漸進，逐步深入，符合學生知識結構和認知發展規律。

雖然本書主要介紹電路理論和模擬電子電路的PSpice仿真分析與設計方法，但必須指出，PSpice仿真軟件也可用於數字電路和高頻電路課程的仿真實驗。如今，已有專門針對數字電路仿真和高頻電路仿真的EDA軟件，這已經超出了本書討論的主題。

全書共含6章。第1章、第2章、第3章由楊維明編寫；第4章由諶雨章編寫；第5章、第6章由楊維明和諶雨章共同編寫。編者感謝在本書編寫過程中提供幫助和指導的有關企業專家和工程師，他們是武漢博而碩微電子有限公司總裁張軼偉高工、武漢濱湖電子有限責任公司楊武韜工程師等。本書提供配套電子課件、仿真程序代碼等，請登錄華信教育資源網（http://www.hxedu.com.cn）注冊下載，也可聯繫本書編輯（wangxq@phei.com.cn）索取。

由於編者的知識水平有限，書中難免存在不妥之處，誠懇希望讀者批評指正。

編者郵箱：20040416@hubu.edu.cn

編 者

2016年6月