連續介紹了兩種統計分析，這一期介紹PSpice AD中的最后一個進階分析——溫度分析。眾所周知，電阻等元件的參數值以及晶體管的許多模型參數值都與溫度有著非常密切的關系。

說到電子器件跟溫度的關系，突然想起今年暑假一件傷心事，南京今年夏天異常炎熱，某天中午在室外接了一個電話，掛完電話之后，手機滾燙，然后就自動關機了，難道手機“中暑”了？拿回室內冷卻一段時間后勉強可以開機，然后發現手機攝像頭莫名其妙玩起罷工，之后攝像頭就時好時壞。看來手機出廠測試時還沒模擬到這個極端的情況呀

現在有很多公司是專門從事半導體檢測和電路測試，溫度分析是其中非常重要的環節，如果不考慮器件的溫度系數，設計出來的電路直接上電是件很危險的事

概 述

電路工作一段時間，溫度會發生改變，同時環境工作溫度也是在改變，而半導體器件、電阻、電容、電感等大多數電子元件的工作特性都會受溫度影響，因此溫度也是電路中一個需要考慮的參數。

PSpice中所有的元器件參數和模型參數都是設定其在常溫下的值（常溫默認值為27°C），可以在 Option選項中獲得和修改。

PSpice程序分析不同溫度下電路特性變化的過程是：

首先按照元器件值以及模型參數值與溫度的關系，計算不同溫度下元器件值以及模型參數值，然后采用新的參數值進行模擬分析，就得到不同溫度下的電路特性。

因此要求分析幾個溫度下的電路特性，就要進行幾次模擬分析

當然，不同溫度下電路特性模擬分析結果是否符合實際情況，主要取決于元器件模型中是否描述了各參數的溫度系數，以及描述是否符合實際情況。

本期使用第四期瞬態分析的實例電路進階溫度分析作為范例解釋溫度分析的基本操作。

圖1 本期實例電路

溫度系數設置

電阻的溫度系數

溫度變化時，電阻參數值與溫度的關系式為：

其中：

R0為電阻描述語句中的阻值；

T0為常溫300K，即27攝氏度；

TC1為線性溫度系數

TC2為二次溫度系數

通常情況下，電阻生廠商為用戶提供線性溫度系數TC1的值。溫度系數指溫度變化一攝氏度時電阻的相對變化量。

電容和電感的隨溫度變化的計算公式和電阻相似，只是將電阻值改為電容值或電感值。

早期版本的OrCAD軟件，Capture中的元件沒有溫度系數等相關參數，需要編輯BREAKOUT庫中的器件模型，添加語句實現。

新版本則可以直接雙擊電阻或電容，在屬性編輯中找到TC1和TC2的編輯框，輸入數值即可。這里將電阻的TC1設置為0.005；電容的TC1設置為0.001。

圖2 電阻和電容的溫度系數設置

晶體管的溫度系數

一般晶體管的溫度特性已經包含在器件模型中，不同型號的溫度特性會有不同。所以模型的準確性影響著晶體管溫度分析結果的可參考性。

我們在模電課上知道，當環境溫度升高時，二極管的正向特性曲線將左移，反向特性曲線將下移。

圖3二極管的溫度特性

一般溫度每升高1度，正向導通電壓就減小2mV~2.5mV，而溫度每升高十度，反向飽和電流將增加一倍。二極管的反向飽和電流的溫度特性由SPICE模型中的禁帶能量Eg和飽和電流溫度指數XTI決定。

溫度分析的參數設置

溫度分析同樣屬于進階分析，電路進行瞬態分析、交流分析或者直流分析時，在仿真設置窗口的Options中都有Temperature（Sweep），這里先設置作為基礎分析的瞬態分析，然后勾選溫度掃描分析作為進階分析，如圖4所示。

圖4瞬態分析進階溫度掃描分析的設置

也可以選擇先設置瞬態分析，然后選擇參數掃描分析中的Temperature作為變量，進行溫度分析。設置如圖5所示。

圖5 溫度作為變量的參數掃描分析

兩種方式的設置運行仿真后均會先彈出圖6所示的多批模擬結果數據選擇框，依次列出了溫度分析的批次，供用戶選用。

可以選擇全部或是部分，若要選擇部分批次，可以先單擊None按鈕，然后按Ctrl+單擊需要的批次，選擇一批或多批數據，最后單擊ok按鈕得到圖7的波形。

圖6多批模擬結果數據選擇框

圖7不同溫度下負載上得到的輸出波形

查看輸出文檔

不管是圖4采用溫度分析的方式還是圖5通過參數掃描方式下選擇溫度作為參數，這兩種方式得到的輸出波形結果是一樣的，但在View>Output File中查看文字輸出結果時，只有圖4的方式，也就是使用Temperature（Sweep）分析下，可以看到不同溫度下，元器件數值和二極管參數值的變化。所以如果需要這些數據時，還是選擇單獨的溫度分析為好。

圖8溫度分析的文字結果

上圖是在PSpice波形顯示界面的選擇菜單欄View-->output File得到的喲

晶體管的溫度特性

為了說明晶體管模型中已經包含了半導體的溫度特性，接下來通過仿真來繪制圖3二極管的伏安特性曲線^_^

將電路中的1N4007的二極管單獨拿出來，繪制如下電路：

新建仿真文件，并選擇直流掃描分析進階溫度分析，具體設置如下：

由于二極管的正向導通電壓的溫度系數和反向飽和電流的溫度系數不同，而且數值大小相差也很大，所以這里只畫了正向特性的伏安特性曲線

上圖從左到右分別是125°C、25°C、-75°C對應的正向特性，說明二極管的正向導通電壓具有負溫度系數。

審核編輯：劉清