跟小电学PSpice仿真 | 参数扫描分析

大家在实验室里调试电路时常常会为了达到某个技术指标，不停更换某一元器件或某几个元器件。这样做的结果就是不停地找实验老师要元器件~~~

今天要介绍的参数扫描分析，可以解决这个可能"惹恼"老师的问题(≖ᴗ≖)✧

参数扫描分析是针对电路中的某一参数在一定范围内做调整，利用PSpice分析得到清晰的结果，从而确定出该参数的最佳值。

参数分析适用于判别电路响应与某一元器件值之间的关系，它必须和其他基本分析搭配使用。PSpice 中的参数扫描分析可以与瞬态分析、交流扫描分析和直流扫描分析同时进行。

参数扫描是进阶分析，因此本期使用上一期的陷波器电路，研究电路中的电阻、电容对滤波器中心频率和品质因素的影响。

图1 本期实例电路

实例链接：

https://pan.baidu.com/s/1MNWKlL0vhq-mpEMnocCkbQ 

提取码：Ay3m

参数扫描分析的基本操作

图1的陷波器中C1=C2=0.5C3，R1=R2=2R3。中心频率跟这几个电容和电阻值都有关系，于是将C1和R3设为全局参数，编辑属性时，其值用{Cval}和{Rval}代替。可以直接双击器件的数值，将原来的数值修改为{Cval}和{Rval}。这样电路中的变化的参数就是Cval和Rval。PSpice软件通过大括号{}对全局参数变量进行定义。  

图1中电位器R4具有SET调节参数，利用该参数可以有效的调节运放U2同相端和运放U1输出端的阻值与电位器阻值的比例。例如：比例设为0.025，那么上面部分的电阻值为100Ω，下面为3.9kΩ。所以当参数SET在0 ~1.0之间变化时，调节点的电阻值可以在全阻值范围内变化。为了使SET参数能够在0~1.0之间变化，再添加一个全局参数变量ratio，同样在绘图时将电位器POT的SET默认值0.5修改为{ratio}。

至此，电路中有了三个变量：Rval、Cval和ratio。

接下来就是定义这三个变量的默认值：

需要放置PARAM元器件，它位于“SPECIAL”库中，也可以在搜索器件中搜索得到。下图提供了两种方式找到PARAM器件。

跟放普通元件一样的方式哦。将这个名称为PARAMETERS的器件放到电路图中

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参数值设置

双击刚放入电路图中的“PARAMETERS”，在随即打开的属性编辑器中点击New Property按钮，出现下图对话框

在Name中输入前面设置的参数名，在Value栏中键入默认的数值。如果电路不进行参数扫描分析，或是该参数没有被设置为全局变量，那该参数的默认数值就是对话框中Value的值。

注意勾选上“Display[ON/OFF]”，确定后会弹出下图所示的对话框，点选是否将参数值显示在绘图区。

对于另外的两个参数Cval和ratio，也用相同的方式设置，Cval取1 μF，ratio取0.025，也显示在绘图区，如下图所示。

这样参数扫描分析的准备工作已经完成。ヾ(@^▽^@)

注意：PSpice允许定义多个全局参数，但参数扫描分析时只能选一个参数进行分析，其余参数均按默认值参与计算。

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仿真分析的设置

点选菜单PSpice→Edit Simulation Profile，或其对应的图标，出现设定分析的窗口。先按上一期交流扫描分析的设置，选择“AC Sweep/Noise”进行交流扫描分析的设置。

在“Options”中再点击“Parametric Sweep”

上图可见参数扫描分析可以进行的扫描变量有：

Ø 

Voltage source:电压源

Ø 

Current source:电流源

Ø 

Global parameter:全局参数变量

  如刚才设置的Rval、Cval、ratio

Ø 

Model parameter

元器件模型的参数，如三极管的电流放大倍数等

Ø 

Temperature：以温度为自变量

电压源、电流源和模型参数的设置可以参考第三期直流扫描分析中的设置。这一节咱重点介绍全局参数。其他的大家可以自己尝试~

下图是设置电阻Rval作为参数，电阻取值从1kΩ扫描到3kΩ，增量为200Ω，要求对Rval=1kΩ，1.2kΩ, 1.4kΩ, ……，2.8kΩ，3kΩ十一种情况进行交流分析。

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运行仿真

点选PSpice>Run，或其对应图标。仿真结束后，先会出现告知用户有十一项模拟结果的对话框，可以任选一项或多项，也可以全部选择，确认对话框后就可以得到分析结果了。

选择输出out节点的幅频特性，如图2所示，波形反映了电阻变化对陷波器的中心频率的影响。最右边的绿线是电阻值为1kΩ的波形，最左边的蓝线是电阻值为3kΩ的波形。从曲线可以看出，随着电路中电阻值的增大，中心频率减小。

图2 电阻作为参数变化得到的波形

对于电容参数，选择列表扫描方式，只设置100nF,500nF，1uF,2uF，四种情况进行扫描，得到图3的波形。可以看出电阻和电容的变化只会改变中心频率，对于带宽和品质因素是没有改变的。

图3 电容作为参数变化得到的波形

滑动变阻器的SET参数变化改变了接入运放U2同相端和运放U1输出端的阻值与电位器阻值的比例，设置比例从0.1变化到0.9,得到图4波形，可以看出比例越小曲线更加尖锐，表明选择性更好，而且比例变化对中心频率没有影响，都是在50Hz附近发生谐振。

图4 滑动变阻器器比例变化得到的波形

上述图2、图3、图4 三个仿真结果就很直观能看出这三个参数对滤波器的中心频率和品质因素的影响。想想这些结果若要在实验室中实现，那得换多少次电阻和电容呀(oﾟ▽ﾟ)o  

当然对于严密的工科生来说，只有感官还不够，我们希望能够看到每一次参数值变化时，对应的中心频率是多少，品质因素又是多少，这就留到下次推送吧。下次介绍上一期提到过的测量函数（Measurement）和用在参数扫描结束后具体指标的性能分析（Performance Analysis）^∀^