本書是原版書作者在從事電力電子教學(xué)與研究的基礎(chǔ)上總結(jié)編寫而成的。第一部分(第1~3章)為PSpice軟件的基本功能介紹;第二部分(第4章和第5章)為MATLAB軟件簡(jiǎn)單功能講解;第三部分(第6~8章)主要利用PSpice和MATLAB軟件對(duì)半導(dǎo)體器件特性進(jìn)行探索,對(duì)電子電路和電路系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析。本書實(shí)例均附帶PSpice和MATLAB仿真程序,讀者可從機(jī)械工業(yè)出版社官方網(wǎng)站www.cmpbook.com獲取配套仿真程序。第一部分和第二部分適用于剛剛接觸PSpice和MATLAB軟件并且希望對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單了解的學(xué)生和專業(yè)人員,第三部分適用于電子和電氣工程專業(yè)學(xué)生及相關(guān)專業(yè)技術(shù)人員。
隨著當(dāng)今電力電子電路和計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)軟件的飛速發(fā)展,電力電子電路的設(shè)計(jì)與分析方法也發(fā)生了日新月異的變化,各種仿真工具成為現(xiàn)代電力電子電路設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)之一,是必不可少的工具和手段。越來越多的人重視電子電路仿真技術(shù),希望能夠熟練使用各種仿真軟件來幫助他們優(yōu)化設(shè)計(jì)。在傾聽了許多學(xué)生、工程師和愛好者的聲音后,我們策劃了“仿客+”系列圖書,旨在把國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的仿真技術(shù)、仿真經(jīng)驗(yàn)、仿真心得帶給讀者,使讀者能夠更好地理解仿真技術(shù)的真諦,更好地利用各種仿真軟件服務(wù)于實(shí)際設(shè)計(jì)。
譯者序
工欲善其事,必先利其器。在當(dāng)今電子電路飛速發(fā)展的時(shí)代,使用哪種軟件及如何使用軟件對(duì)電路進(jìn)行詳盡、系統(tǒng)的分析顯得尤為重要。
本書首先對(duì)電路行業(yè)的標(biāo)志性軟件PSpice進(jìn)行講解,主要包括直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析和蒙特卡洛分析。另外對(duì)各類庫(kù)文件尤其是ABM和SPECIAL庫(kù)進(jìn)行詳細(xì)的講解,以便讀者能夠更加靈活地應(yīng)用數(shù)學(xué)表達(dá)式、數(shù)據(jù)表格、傳遞函數(shù)對(duì)模擬電路進(jìn)行描述和仿真數(shù)據(jù)提取,以供MATLAB進(jìn)行處理。
然后本書結(jié)合實(shí)例對(duì)MATLAB軟件的基本功能進(jìn)行講解,尤其是數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析功能。另外,還對(duì)MATLAB軟件的繪圖功能和程序編寫進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹。
最后本書結(jié)合電路實(shí)例,將PSpice的強(qiáng)大電路仿真功能和MATLAB的強(qiáng)勁數(shù)學(xué)處理能力進(jìn)行聯(lián)合,共同對(duì)電路進(jìn)行綜合分析,以便能夠系統(tǒng)、徹底、合理地解決電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題。
本書思路創(chuàng)新,把MATLAB和PSpice兩種軟件綜合在一起對(duì)電路進(jìn)行分析,理論與實(shí)例相結(jié)合,源于實(shí)踐用于實(shí)踐,非常值得電路設(shè)計(jì)人員借鑒。
本書由張東輝、周龍、鄧衛(wèi)翻譯。北方工業(yè)大學(xué)的毛鵬老師完成了全稿的校核工作。PSpice仿真群(336965207)的如下仿友:陳明、曹珂杰、杜建興、黃維笑、李少兵、劉亞輝、潘如政、王曉志、于剛、張東東、張遠(yuǎn)征、趙東生、張?jiān)篮、張志新等?duì)本書的文字翻譯和仿真程序校對(duì)付出了辛勤的汗水,在此表示最衷心的感謝。
限于譯者才疏學(xué)淺,加之時(shí)間倉(cāng)促,難免出現(xiàn)翻譯欠妥之處,懇請(qǐng)讀者批評(píng)指正,在此表示誠(chéng)摯感謝。
張東輝
2016年3月
譯 者 的 話
各種機(jī)械的許多可靠性問題均源于螺紋緊固的聯(lián)接,特別是,現(xiàn)代重要的機(jī)械裝置,如飛機(jī)、艦船、汽車、機(jī)車車輛、工程機(jī)械、重大機(jī)械裝備和鋼結(jié)構(gòu)等,更是如此,F(xiàn)代機(jī)械幾乎離不開螺紋緊固件的聯(lián)接,甚至在某些關(guān)鍵領(lǐng)域(包括天上、陸地和水下的尖端裝備),螺紋緊固件聯(lián)接的技術(shù)具有不可替代性。
改革開放30多年,我國(guó)通過引進(jìn)、技術(shù)消化和自主開發(fā),在許多方面取得了很大進(jìn)步。不過,大量的實(shí)證也使我們清醒地認(rèn)識(shí)到,盡管我國(guó)現(xiàn)在已能制造不少“大總成”,但這些“總成”內(nèi)的關(guān)鍵部件并不一定能夠制造、關(guān)鍵技術(shù)并不真正充分地掌握,離“知其然并知其所以然”還有很大的距離。大量的實(shí)踐表明,我國(guó)基礎(chǔ)工業(yè)的工藝積累和關(guān)鍵性技術(shù)掌握與發(fā)達(dá)國(guó)家的差距不小,螺紋緊固件聯(lián)接的相關(guān)技術(shù)就是其中之一。
“他山之石可以攻玉”,翻譯、介紹《螺紋緊固件聯(lián)接工程》一文,就是為促進(jìn)我國(guó)“螺紋緊固聯(lián)接技術(shù)”的深入研究,提高該技術(shù)的應(yīng)用水平,為我國(guó)“由制造大國(guó)邁向制造強(qiáng)國(guó)”奉獻(xiàn)自己的努力 。
酒井智次博士在螺栓聯(lián)接工程方面有許多研究成果,并獲得多項(xiàng)重要獎(jiǎng)項(xiàng),本書匯集了作者本人和國(guó)際上著名的研究成果,詳細(xì)介紹了螺紋聯(lián)接的設(shè)計(jì)、制造及裝配技術(shù),提供了各種情況下螺紋緊固件的正確聯(lián)接;通過實(shí)際練習(xí)闡述了螺栓聯(lián)接的計(jì)算。對(duì)于工科學(xué)生,尤其是年輕的專業(yè)人員,本書提供了廣泛的專業(yè)知識(shí)以及螺紋緊固件正向設(shè)計(jì)開發(fā)的方法,對(duì)于經(jīng)驗(yàn)豐富的工程師來說,該書所提供的專業(yè)知識(shí)以及豐富的試驗(yàn)數(shù)據(jù),對(duì)其工作也是會(huì)有幫助的。
能夠翻譯這本書是我的榮幸,這得益于日本青山制作所(AOYA MA SEISAKUSHO CO.,LTD.)大力幫忙和協(xié)助,特別要感謝的是日本青山制作所杉山先生、盧一萌女士以及澀谷先生,是他們與酒井先生溝通交流后,酒井先生授權(quán)給我,作為本書的譯者,在翻譯過程中,我如履薄冰,生怕有違作者的原意。
參與本書譯文的校對(duì)工作的有:泛亞汽車技術(shù)中心的葉又、上海柴油機(jī)股份公司的勞國(guó)強(qiáng)、上海大眾汽車有限公司的季洋海,全書由我的老領(lǐng)導(dǎo)張英才先生完成最終的校對(duì)工作。本書得以出版,還要感謝德國(guó)SCHATZ公司CEO SCHATZ博士,德國(guó)Zwick公司中國(guó)辦事處李維倫博士,SCHATZ公司中國(guó)辦事處郭林健先生的大力支持。
感謝同事(李琨、裕莉莉、張薇)的無私幫助,許多細(xì)節(jié)工作都是在他們的幫助下完成的,由于時(shí)間比較緊張,加之譯者水平有限,譯文中難免有不當(dāng)之處,敬請(qǐng)讀者批評(píng)指正。
譯者
原 書 前 言
Spice是電路仿真行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)軟件之一。該軟件可實(shí)現(xiàn)直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析和蒙特卡洛分析。另外,Spice擁有非常豐富的元件模型庫(kù),用戶可以使用這些元件庫(kù)對(duì)電路進(jìn)行仿真分析與設(shè)計(jì)。 PSpice仿真軟件由Cadence公司在Spice語言基礎(chǔ)上進(jìn)行設(shè)計(jì)加工而成。PSpice軟件包含模擬行為模型元件庫(kù),用戶可以利用數(shù)學(xué)表達(dá)式、數(shù)據(jù)表格、傳遞函數(shù)對(duì)模擬電路進(jìn)行描述。
MATLAB軟件主要用于矩陣計(jì)算,該軟件擁有大量的數(shù)據(jù)處理和數(shù)據(jù)分析函數(shù)。另外,MATLAB軟件還集成了強(qiáng)大的繪圖功能。除此之外,MATLAB還可以進(jìn)行編程,用戶通過編寫新模塊(mfiles)可以大大增強(qiáng)MATLAB的計(jì)算處理功能。
本書把PSpice的強(qiáng)大電路仿真功能和MATLAB的強(qiáng)勁數(shù)學(xué)處理能力相聯(lián)合,共同對(duì)電路進(jìn)行綜合分析。電子電路通常由元件模型和子電路構(gòu)成,PSpice可對(duì)其進(jìn)行直流分析、交流分析、瞬態(tài)分析、傅里葉分析、溫度分析和蒙特卡洛分析。然后,MATLAB利用仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行元件參數(shù)計(jì)算、曲線擬合、數(shù)值積分、數(shù)值微分、統(tǒng)計(jì)分析及二維和三維圖形繪制。
PSpice軟件擁有圖形處理程序——PROBE,利用該程序可以把仿真結(jié)果進(jìn)行圖形顯示,更加有利于用戶對(duì)電路進(jìn)行理解和分析。另外,PROBE具有大量的內(nèi)置函數(shù),可以對(duì)波形數(shù)據(jù)進(jìn)行簡(jiǎn)單處理。然而,與MATLAB相比,PSpice的數(shù)據(jù)處理功能就微乎其微了。
編寫本書的主要目的是向讀者介紹PSpice電路仿真軟件;把簡(jiǎn)單、方便、實(shí)用的MATLAB數(shù)學(xué)處理工具引薦給讀者;引導(dǎo)讀者利用PSpice和MATLAB對(duì)電路進(jìn)行綜合分析,以解決電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中遇到的問題。
本書具有自己的特色,它對(duì)MATLAB和PSpice兩種軟件進(jìn)行詳細(xì)介紹。另外,本書把PSpice的強(qiáng)大電路仿真功能和MATLAB的強(qiáng)勁數(shù)學(xué)處理能力相聯(lián)合,共同解決電路系統(tǒng)中的設(shè)計(jì)問題。
讀者
本書可供在校學(xué)生、專業(yè)工程師和相關(guān)技術(shù)人員使用。第一部分為PSpice軟件的基本功能介紹。第二部分為MATLAB軟件簡(jiǎn)單功能講解,對(duì)于剛剛接觸MATLAB軟件并且希望對(duì)其進(jìn)行簡(jiǎn)單了解的學(xué)生和專業(yè)人員非常適用。第三部分主要針對(duì)電子和電氣工程專業(yè)學(xué)生及技術(shù)人員,他們可以使用PSpice和MATLAB對(duì)半導(dǎo)體器件特性進(jìn)行探索,對(duì)電子電路和電路系統(tǒng)進(jìn)行綜合分析。
PSpice和MATLAB綜合電路仿真與分析(原書第2版)原 書 前 言主要內(nèi)容
本書第1版主要分為三部分。第一部分(第1~3章)主要介紹PSpice仿真軟件。第1章為OrCAD原理圖繪制,第2章為PSpice基本命令,第3章為PSpice高級(jí)功能。每章都結(jié)合具體的電路仿真分析實(shí)例對(duì)PSpice軟件的相關(guān)功能進(jìn)行詳細(xì)講解和分析。
第二部分(第4、5章)主要介紹MATLAB軟件。利用MATLAB對(duì)電路進(jìn)行分析,并且對(duì)電子電路應(yīng)用進(jìn)行探索。建議讀者在閱讀第1~5章時(shí),能夠利用計(jì)算機(jī)完整地運(yùn)行書中的仿真實(shí)例。親手實(shí)踐是學(xué)習(xí)PSpice和MATLAB的最佳途徑。
第三部分包括第6~8章,主要討論二極管、運(yùn)算放大器和晶體管電路。重點(diǎn)講解如何利用PSpice和MATLAB解決電子電路問題。結(jié)合大量的電路實(shí)例,展示PSpice和MATLAB對(duì)電路進(jìn)行綜合分析時(shí)強(qiáng)大的解決問題能力。本書每章都附有參考目錄和習(xí)題,以供讀者查閱和練習(xí)。
在本書第2版中,第1章講解OrCAD原理圖繪制。本版書籍把仿真電路的原理圖繪制和PSpice文本編程集成在一起進(jìn)行講解。為了讓讀者能夠更加容易地使用OrCAD軟件,原理圖繪制和仿真設(shè)置步驟均采用流程的形式,通俗易懂、簡(jiǎn)單直接。MATLAB部分也增加了幾項(xiàng)數(shù)據(jù)處理功能,每章都增加了仿真實(shí)例,另外,每章節(jié)的習(xí)題也進(jìn)行了補(bǔ)充。最后,本書每章結(jié)尾的參考文獻(xiàn)均進(jìn)行了修訂和更新。
機(jī)工授權(quán)書
張東輝,男,畢業(yè)于中國(guó)科學(xué)院電工研究所。能夠?qū)﹄娏﹄娮与娐泛湍M電路進(jìn)行系統(tǒng)的分析和設(shè)計(jì),能夠獨(dú)立的設(shè)計(jì)線性電源和開關(guān)電源,對(duì)模擬電路的反饋、信號(hào)調(diào)理和隔離有深入的研究;精通pspice電路仿真軟件,能夠熟練使用DXP PROTELL制板軟件,能夠使用數(shù)學(xué)分析軟件Mathcad2001、Origin、Maple、Mathematica 5對(duì)復(fù)雜函數(shù)進(jìn)行計(jì)算、分析,對(duì)復(fù)雜的模擬電路進(jìn)行微分方程的求解以及產(chǎn)品的概率統(tǒng)計(jì)。
譯者序
原書前言
致謝
作者簡(jiǎn)介
第1章OrCADPSpiceCapture
基礎(chǔ)知識(shí)1
1.1簡(jiǎn)介1
1.2PSpice原理圖繪制1
1.2.1啟動(dòng)OrCADCapture1
1.2.2OrCAD原理圖繪制3
1.3直流分析6
1.3.1靜態(tài)工作點(diǎn)計(jì)算6
1.3.2直流掃描分析8
1.4屏幕圖形顯示(PROBE)10
1.5瞬態(tài)分析12
1.6交流分析15
本章習(xí)題19
參考文獻(xiàn)21
第2章PSpice基本功能23
2.1簡(jiǎn)介23
2.1.1元件描述語句23
2.1.2分析設(shè)置語句26
2.2直流分析27
2.3瞬態(tài)分析30
2.3.1瞬態(tài)分析信號(hào)源30
2.4交流分析35
2.5打印和繪圖36
2.6轉(zhuǎn)移函數(shù)命令38
2.7直流靈敏度分析43
2.8溫度分析47
2.9屏幕圖形顯示47
本章習(xí)題50
參考文獻(xiàn)55
第3章PSpice高級(jí)功能56
3.1元件模型56
3.1.1電阻模型58
3.1.2電容模型59
3.1.3電感模型59
3.1.4二極管模型62
3.1.5晶體管模型64
3.1.6場(chǎng)效應(yīng)晶體管模型66
3.2庫(kù)文件的使用68
3.3元件參數(shù)值設(shè)置
(.PARAM、.STEP)70
3.3.1.PARAM語句70
3.3.2.STEP通用參數(shù)掃描
分析72
3.4函數(shù)定義(.FUNC、.INC)75
3.4.1.FUNC語句75
3.4.2.INC語句77
3.5子電路(.SUBCKT、.ENDS)77
3.6模擬行為模型80
3.6.1VALUE功能81
3.6.2TABLE功能83
3.6.3FREQ功能85
3.6.4LAPLACE功能87
3.7蒙特卡洛分析(.MS)89
3.7.1蒙特卡洛分析中的
元件容差設(shè)置90
3.7.2電路仿真91
3.8靈敏度和最壞情況分析
(.WCASE)93
3.9傅里葉分析(.FOUR)100
3.9.1通過PROBE進(jìn)行
傅里葉分析102
3.9.2有效值和諧波失真103
本章習(xí)題106
參考文獻(xiàn)112
第4章MATLAB基礎(chǔ)知識(shí)114
4.1MATLAB基本運(yùn)算114
4.2矩陣運(yùn)算116
4.3數(shù)組運(yùn)算118
4.4復(fù)數(shù)運(yùn)算120
4.5冒號(hào)122
4.6for循環(huán)123
4.7if語句125
4.8圖形函數(shù)129
4.8.1x-y坐標(biāo)圖與標(biāo)注130
4.8.2對(duì)數(shù)與Plot3函數(shù)132
4.8.3子窗口與屏幕控制134
4.8.4柱狀圖136
4.8.5直方圖137
4.8.6火柴桿圖137
4.9輸入/輸出命令139
本章習(xí)題142
參考文獻(xiàn)146
PSpice和MATLAB綜合電路仿真與分析(原書第2版)目錄第5章MATLAB函數(shù)147
5.1M文件147
5.1.1腳本文件147
5.1.2函數(shù)文件147
5.2數(shù)學(xué)函數(shù)149
5.3數(shù)據(jù)分析函數(shù)151
5.4微分函數(shù)(diff)154
5.5積分函數(shù)(quad、quad8、
trapz)156
5.6曲線擬合(polyfit、
polyval)159
5.7多項(xiàng)式函數(shù)(roots、
poly、polyval和fzero)161
5.7.1多項(xiàng)式的根(roots、
poly、polyval)161
5.7.2求零點(diǎn)函數(shù)(fzero)與求
非零元素函數(shù)(find)162
5.7.3傳遞函數(shù)的頻率響應(yīng)
(freqs)163
5.8保存、加載和文本讀取函數(shù)165
5.8.1保存和加載命令166
5.8.2讀文件函數(shù)168
5.9Spice與MATLAB
接口技術(shù)171
本章習(xí)題173
參考文獻(xiàn)178
第6章二極管電路179
6.1二極管179
6.2整流184
6.3二極管整流電路仿真191
6.4齊納二極管電壓調(diào)整電路193
6.5峰值檢測(cè)電路199
6.6二極管限幅器204
本章習(xí)題207
參考文獻(xiàn)211
第7章運(yùn)算放大器213
7.1反相和同相放大器213
7.1.1反相放大器213
7.1.2同相放大器217
7.2擺率和全功率帶寬220
7.3利用Capture對(duì)運(yùn)算放大器電路
進(jìn)行仿真225
7.4有源濾波器電路226
7.4.1低通濾波器226
7.4.2高通濾波器230
7.4.3帶通濾波器233
7.4.4帶阻濾波器241
本章習(xí)題244
參考文獻(xiàn)248
第8章晶體管特性及
電路設(shè)計(jì)250
8.1雙極型晶體管特性250
8.2MOSFET特性254
8.2.1截止區(qū)254
8.2.2放大區(qū)(可變電阻區(qū))254
8.2.3飽和區(qū)255
8.3BJT偏置電路257
8.3.1溫度效應(yīng)260
8.4MOSFET偏置電路263
8.5晶體管放大電路的頻率響應(yīng)267
8.6晶體管電路的繪制與仿真274
8.7反饋放大電路276
本章習(xí)題282
參考文獻(xiàn)286