当前课程知识点：电工技术 > 第3讲 电路仿真软件SPICE > 3.1 SPICE电路文件 > 3.1 Video
同学们大家好
我是清华大学电机系老师段玉生
电工技术这门课由我来主讲
第3讲是电路仿真软件SPICE
在这讲里我们将向大家介绍
SPICE电路文件的组成
SPICE中的元件语句的表示方法
直流分析语句与输出语句
子电路与模型语句
以及Aim-SPICE软件的使用方法
好 下边介绍知识点3.1 SPICE电路文件
首先给大家介绍这个SPICE软件是什么
这个SPICE实际上是一个缩写
那么它的英文的全称是
simulation program for integrated circuits emphasis
翻译过来就是针对IC设计的仿真程序
IC么就是集成电路
所以说SPICE是针对集成电路设计的一个仿真程序
SPICE是美国伯克利大学从上世纪七十年代初
开始开发的电路仿真软件内核
但经过不断发展及应用
SPICE已经成为成为功能强大的通用的模拟电路仿真器
也就是说它不仅仅是针对IC设计的
它变成了一个通用的模拟电路仿真器
可以用来验证电路设计和预测电路行为
其实SPICE这个内核它所计算的是电路的结果
也就是说你电路的结构和所有的参数都给定以后
那么它可以计算电路的一个运行的结果而不是反推
这一点大家要特别注意
这个SPICE是由Donald Pederson教授负责来设计的
其实它的雏形是从上个世纪六十年代初就开始设计了
这个是一个非常具有开创性的工作
如果当时没有SPICE电子技术不可能发展到现在这种程度
所以呢Pederson教授1998年获得了IEEE荣誉金奖
SPICE能够对电路进行的分析包括这么几种
第一是直流工作点的分析
第二个是直流扫描分析
第三个是传输函数分析
第四个是瞬态分析
第五是交流分析
第六是傅立叶分析
第七是灵敏度分析
第八是失真分析
第九是极点零点分析
第十是噪声分析
那么也就是SPICE能够对电路进行这么十种分析
其实有这十种分析对于设计电路来讲已经足够了
另外SPICE还可以设定分析的温度
可以对温度进行扫描分析
它默认的温度是300K实际上就是室温了
前六种分析是我们这个课程要掌握的
也就是直流工作点的分析
直流扫描分析
传输函数分析
瞬态分析
交流分析
和傅立叶分析
是我们学电工技术这个课要掌握的
也是我们要使用到的
后四种我们暂时还是用不到
所以我们在这个课里面就不讲了
在用SPICE分析电路的时候
并不是说任何一个元件放在电路里它都能够分析
只有在SPICE内核内部能够计算的器件它才能够分析
所以说它只有某些特定的元件才能分析
在用SPICE分析电路的时候
电路中可以包含的元件包括如下这一系列的元件
大家看首先第一个是电源
这个电源包括独立源包括受控源
还有电阻 电容 电感
还有互感 传输线 运算放大器
还有开关 二极管 双极型三极管
还有MOS场效应管 结型场效应管
还有MESFET叫做金属-半导体场效应晶体管
基本上就是一个模拟电路的器件
当然你有其他器件不包含在这个器件列表里面
这种电路是没有办法分析的
SPICE它的最新版本是SPICE 3F5
它只能进行模拟电路仿真
它的扩充版本叫做XSPICE/SPICE 3F5
这个扩充版本是可以进行数模混合仿真的
几乎所有的电路仿真软件都是
以XSPICE/SPICE 3F5为基础的扩充
大家看基本的结构是这样的
最基础的内核是SPICE 3F5
为了分析数字电路所以进行了扩充
那么就成了XSPICE/SPICE 3F5
那么以这个内核为基础
可以做成应用软件比如说Multisim
这就是以XSPICE/SPICE 3F5为内核进行扩充
所编写的应用软件
比如说PSPICE这个软件来中国比较早
在高校里面上个世纪八九十年代应用的比较多
当然现在Multisim可能用的比较多
还有TINA这个TINA软件它的特点是它有中文版
比如说还有PROTEL等等
基本上几乎所有的电路仿真软件
都是以XSPICE/SPICE为基础进行扩充
然后进行重新编写所得到的
当然这个应用软件这叫应用软件
那么应用软件和我们的内核就不一样了
应用软件用起来它的界面就比较友好
比如说你在输入电路的时候可以用图形化输入
如果你用内核必须用行编辑的方式去输入
这样的话用应用软件分析电路当然就要方便的多
那么你要仿真一个电路首先你要编写一个电路文件
这叫SPICE电路文件
一个标准的SPICE电路文件包含六个部分
大家看一下
第一叫Title这叫标题
标题永远是一个文件的第一行
所以说第一行是我们自己为了容易理解这个电路
起的一个名字
在仿真的时候实际上这一行是会被忽略的
那么如果你电路中没有刻意的去写标题这一行
那么它就会把第一行给你忽略
这样的话你这个电路就是错误的了
然后再往后大家看第二行是数据语句
这个实际上是描写这个电路的元件参数和结构
第三行是叫做控制语句
它是指明要做何种分析的
其实也就是分析语句
第四个是输出语句
就是要说明分析完以后你数据怎么输出
你是输出一个表格还是要画个曲线
最后一行永远是.end叫做结束语句
另外呢在这个文件里面如果哪一行以星号开头
那么这行也是被忽略的
所以以星号开头的行都是注释
大家看实际上一个SPICE电路文件它是比较简单的
它包含了三个主要部分
一个是数据语句
那么这个数据语句就是描述了整个电路的结构和参数
另外这个是它的控制语句
实际上也就是分析语句
那么也告诉文件它要做哪种分析
它的输出语句实际上也并不多比较简单
所以主要是数据语句和控制语句
这是一个具体结构
大家看这是利用行编辑的方式编的
也就是一行一行的
第一行这是个标题
尖括号里面是我们自己加的“标题”
如果某一行是以星号开头那么这一行是被忽略的
当然星号后面你可以写上一些我们比较容易辨识的
比如说一些句子呀名字呀
后面是元件语句
如果一行它的第一个字符是个加号
那么这一行就是它前一行的续行
也就是说实际上和它的上一行是一行
大家看这个是控制语句也就是分析语句
然后可能我为了把各行想把它分的开一点看得清楚一点
那么我可能在中间也加了一个星号
那么这个后面也写了一些东西为了辨认它
那么这个都是被忽略的
然后还有输出语句
最后一个是.end
所以说它整个文件是按照一行一行编辑的
那么它的第一行是标题最后一行是.end
那么其他所有的语句都写到了标题和结束行之间
那么下边给大家举个例子
首先给出这么一个电路
在这个电路里面有电源有电阻有电容还有受控源
首先你要编写这个电路的SPICE文件
你首先在电路上要标上节点号
元件的端口都是节点在这一点我们注意
与第一章介绍的不一样
在第一章我们说什么是节点呢
节点是三个或三个以上支路的交汇点
但是在这我们就不这么定义了
只要是元件那么它的端口都是节点
那么在这个电路里面有这么几个节点
一个是INPUT这是一个节点
我这是用一个字符串表示一个节点
这是节点的名字
还有一个节点是AMP_IN这是另外一个节点
还有一个节点是AMP_OUT这是第三个节点
另外还有一个节点我使用0来表示的
那么这个电路也就是一共四个节点
我们的节点是可以用字符串表示的
但是有的时候为了简洁往往是用数字
比如123用这种数字去表示节点也可以
SPICE用的是节点电位法求解电路
因此你必须在电路里选择一个参考点
而这个参考点的节点号必须是0
参考点不能够用其它的字符串去表示只能是0
所以节点号永远有一个是0
那么它就是参考点
每种元件都有特定的标识
比如说电阻它的第一个字母就是它的标识符是R
也是是电阻的标识符是R
后面跟的这些字符串就是它的名字了
这是用来区分不同电阻的一个符号
比如说电容这个电容C1电容的标识就是C
1是给它起的名字
比如说这个电压源它的标识是V
in就是给它起的名字
在电路文件里面要用到数值当然数值还有单位
文件中的数值可以是整数和浮点数
默认单位是V A Ω H F 伏 安 欧姆 亨和法
那么数后面可以加后缀
后缀可以是单位后缀也可以是比率后缀
大家看这个例子
Rin这个电阻它的两个端点是1和0
这个电阻的大小是3500后面没有单位就是欧姆
你可以写成Rin 1 0 3.5E3
E3就是10的3次方
E3实际上就是一个比率后缀
比如说另外一个电阻Rout它是在1和0这两个节点之间
它的阻值是3.5k
k就是一个单位后缀表示千欧姆
单位后缀和比率后缀和我们通常所用的单位是差不多的
比如说T就是E12这个E12是比率后缀
实际上表示10的12次方
G是10的9次方
还有MEG是兆是E6就是10的6次方
K是千就是10的3次方E3
M毫是10的负3次方是E-3
U呢是10的负6次方是E-6
N就是纳是10的负9次方是E-9
P是E-12就是10的负12次方
F是10的负15次方
这这里面要注意两点
一个是如果要表示兆我们要用MEG
如果光写一个M无论是大小写它都认为是毫10的负3次方
另外还有一点μ是微
但是因为我们这个文件里面只能容纳字符
那些特殊的字符没法去接受
所以在SPICE文件里面用U去表示μ
那么我们下面给出来一个电路的电路文件
首先看第一行是一个小信号放大器
这是我们给这个电路起的一个名字
这是个标题行
这一行在分析电路的时候是会忽略的
第二行是有一个星号那么这行是个注释
当然第三行就一个星号后面啥也没有这也是个注释
红色的这一部分它所表示的就是
这个电路的元件及其连接关系
这块确定了这个电路的结构和参数
然后我要进行分析
什么分析呢.tran 1.0u0.005这是一个分析语句
然后.plot V(AMP_OUT)这是一个输出语句
最后是.end
大家看出来这个结构了
标题 注释 数据语句 然后分析语句 输出语句 .end
所以说SPICE文件并不是一个程序
它就是很简单的一个文件结构
把这个电路的结构表现出来
然后你指明要进行什么分析
然后怎么输出
很简单所以大家千万不要去觉着这是一个程序
编起来很困难其实不是这样的
其实SPICE文件编写起来是比较简单的
当然你要是想编写SPICE文件你要知道你的元件怎么写
你得知道它的分析语句都有哪些怎么去写
输出是哪些怎么去写
那么这个文件编写完以后呢
我们把它输入到软件里面
我们使用的软件是叫做AIM-SPICE
基本上是一个SPICE内核
它可以运行标准的SPICE文件
现在我把电路文件输入到它的编辑窗口
然后我去运行这个Analysis里面的
Run Standard Spice File结果就出来了
这就是分析结果
当然我是为了画一个波形
-1.1 电路变量及方向
--作业
-1.2 基尔霍夫定律
--作业
-1.3 电路元件
--作业
-1.4 两种电源的等效互换
--作业
-1.5 支路电流法
--作业
-1.6 节点电位法
--作业
-2.1 叠加定理
--作业
-2.2 等效电源定理之戴维宁定理
--作业
-2.3 等效电源定理之诺顿定理
--作业
-2.4 含受控源电路的分析方法
--作业
-3.1 SPICE电路文件
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.1 SPICE电路文件
-3.2 元件语句
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.2 元件语句
-3.3 直流分析与输出语句
-第3讲 电路仿真软件SPICE--3.3 直流分析与输出语句
-3.4 子电路与模型语句
-3.5 Aim-spice使用方法
-4.1 正弦交流电路的概念
-第4讲 正弦交流电路基础--4.1 正弦交流电路的概念
-4.2 正弦量的相量表示法
-第4讲 正弦交流电路基础--4.2 正弦量的相量表示法
-4.3 纯电阻交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.3 纯电阻交流电路
-4.4 纯电感交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.4 纯电感交流电路
-4.5 纯电容交流电路
-第4讲 正弦交流电路基础--4.5 纯电容交流电路
-5.1 RLC串联的交流电路
-第5讲 正弦交流电路的分析方法--5.1RLC串联的交流电路
-5.2 交流电路的一般分析方法
-第5讲正弦交流电路的分析方法--5.2交流电路的一般分析方法
-5.3 功率因数的提高
-第5讲 正弦交流电路的分析方法--5.3 功率因数的提高
-5.4正弦信号源与.tran分析语句
-第5讲--5.4正弦信号源与.tran分析语句
-6.1 串联谐振
--作业
-6.2 并联谐振
--作业
-6.3 电路的频率特性
--作业
-6.4 ac交流扫描分析语句及其应用
--作业
-6.5 RLC电路的串联谐振实验
--6.5Video
-7.1 三相交流电源
-第7讲 三相交流电路--7.1 三相交流电源
-7.2 负载星形连接的三相电路分析
-第7讲 三相交流电路--7.2 负载星形连接的三相电路分析
-7.3 负载三角形连接的三相电路分析
-第7讲 三相交流电路--7.3 负载三角形连接的三相电路分析
-7.4 三相电路功率
-第7讲 三相交流电路--7.4 三相电路功率
-7.5 安全用电常识
-7.6 用SPICE分析三相电路
-第7讲 三相交流电路--7.6 用SPICE分析三相电路
-7.7 三相电路实验
--Video
-8.1 非正弦周期交流信号的分解
--作业
-8.2 非正弦周期交流电路的分析计算
--作业
-8.3 有效值和平均功率
--作业
-8.4 用Spice分析非正弦交流电路
--作业
-9.1 换路定理与初始值的确定
--作业
-9.2 过渡过程的经典分析方法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.2 过渡过程的经典分析方法
-9.3过渡过程的三要素分析法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.3过渡过程的三要素分析法
-9.4 过渡过程的叠加分析方法
-第9讲 电路的过渡过程之一--9.4 过渡过程的叠加分析方法
-10.1 微分电路、积分电路与脉冲激励下的RC电路
-第10讲--10.1微分电路、积分电路与脉冲激励下的RC电路
-10.2 含有多个储能元件的一阶电路
-第10讲--10.2含有多个储能元件的一阶电路
-10.4 用Spice分析电路的过渡过程
-第10讲 --10.4 用Spice分析电路的过渡过程
-10.5 RC电路的过渡过程
--Video
-11.1 磁场的物理量与磁性材料
-第11讲 磁路与变压器--11.1 磁场的物理量与磁性材料
-11.2 安培环路定律和磁路的欧姆定律
-第11讲磁路与变压器--11.2安培环路定律和磁路的欧姆定律
-11.3 交流铁芯线圈
-第11讲 磁路与变压器--11.3 交流铁芯线圈
-11.4 变压器的结果与工作原理
-第11讲 磁路与变压器--11.4 变压器的结果与工作原理
-11.5 变压器的额定值及特殊变压器
-第11讲 磁路与变压器--11.5变压器的额定值及特殊变压器
-11.6 用SPICE分析变压器电路
-第11讲 磁路与变压器--11.6用SPICE分析变压器电路
-12.1 Multisim主要窗口组件
-第12讲--12.1 Multisim主要窗口组件
-12.2 电路图的编辑与测试
-第12讲 --12.2电路图的编辑与测试
-12.3 元件库
--12.3
-第12讲 电路仿真软件Multisim--12.3 元件库
-12.4 测试仪表
-第12讲 电路仿真软件Multisim--12.4 测试仪表
-12.5 Multisim的分析功能
-第12讲 --12.5 Multisim的分析功能
-12.6 用Multisim分析电路举例
-13.1 预备知识
-第13讲 电动机--13.1 预备知识
-13.2 异步电动机的转动原理
-第13讲 电动机--13.2 异步电动机的转动原理
-13.3 三相异步电动机的结构和工作原理
--作业
-13.4 三相异步电动机的机械特性
-第13讲 电动机--13.4 三相异步电动机的机械特性
-13.5 三相异步电动机的使用
-第13讲 电动机--13.5 三相异步电动机的使用
-13.6 单相异步电动机简介
-14.1 常用低压电器
-14.2 电动机的启-保-停控制及电机的保护
--作业
-14.3 基本控制环节
--作业
-14.4 综合举例
--Video
-14.5 继电器-接触器控制系统实验
--Video
-15.1 可编程控制器的组成与工作原理
--作业
-15.2 S7-200 PLC程序设计基础
--作业
-15.3 位逻辑指令
--作业
-15.4 定时器指令与计数器指令
--作业
--第十五讲讲义
-16.1 小型PLC控制系统的设计方法
-第16讲--16.1小型PLC控制系统的设计方法
-16.2 顺序功能图
-第16讲 可编程控制器之二--16.2 顺序功能图
-16.3 利用顺序控制继电器（SCR）编写程序
-第16讲--16.3 利用顺序控制继电器（SCR）编写程序
-16.4 Step7-Microwin的窗口组成
-16.5 Step7-Microwin使用举例
-期末考试--电工技术期末考试
