基于OrCAD/PSpice的信号产生电路设计
基于orcad/pspice的信号产生电路设计
信号产生电路的作用是产生具有一定频率和幅度的正弦波、矩形波和锯齿波等波形。信号产生电路广泛应用于通信系统、数字系统和自动控制系统。orcad／pspice作为一种功能强大的电子电路仿真分析设计软件，它可以根据给定电路的结构和参数，对电路进行基本性能分析，它无需任何实际元器件，可用预先设计出的各种功能的应用程序取代了大量的仪器仪表。电路设计工作者可以通过这些应用程序进行各种分析、计算和校验，完成所需特殊电路的设计工作。在pspice环境下，本文实现了信号产生电路中正弦波、矩形波和锯齿波发生电路的设计并应用pspice对其进行了仿真和分析。
1orcad／pspice简介 orcad／pspice是较早出现的eda软件之一，整个软件由原理图编辑、电路仿真、激励编辑、元器件库编辑、波形图等几个模块组成，使用时是一个整体，但各个部分有各自的窗口。设计者利用鼠标和热键一起操作，既提高了工作效率，又缩短了设计周期。它是全功能通用的仿真软件，集成了直流分析、交流分析、噪声分析、瞬态分析、温度分析等仿真功能。软件还集成了诸多数学运算，不仅为用户提供了加、减、乘、除等基本的数学运算，还提供了正弦、余弦、绝对值、对数、指数等基本的函数运算，这些都是其他软件所无法比拟的。另外，设计者还可以对仿真结果的窗口进行编辑，如添加窗口、修改坐标、叠加图形等，还具有保存和打印图形的功能，给用户提供制作所需图形的更快捷、更简便的方法。 2信号产生电路设计与orcad／pspice分析 2.1文氏桥正弦波振荡电路 文氏桥正弦波振荡电路能产生振荡频率调节范围宽、波形好的正弦波，广泛应用于通信系统。文氏桥正弦波振荡由文氏电桥与一个集成运放μa741组成的同相放大电路组成，如图1所示。文氏电桥的两个臂rc串一并联网络构成，另外两个臂由放大电路的反馈电阻构成。令r1=r2=r，c1=c2=c，r3+r4=rf，根据文氏桥正弦波振荡电路的振荡条件，可以推出放大电路的电压增益av=1+rf／r5≥3，即rf≥2r5。在pspice环境中将图中r5的set属性设置为0.14，即可满足条件。文氏桥正弦波振荡电路的理论振荡频率为f0=1／(2πrc)。由于电源电压的波动、电路参数的变化、环境温度的变化等因素的影响，使正弦波的输出幅度不稳定。这里采用二极管来稳幅和加速起振。在pspice环境中设置瞬态分析类型和参数(0～500ms)进行分析，得到vo输出波形。将横坐标轴时间改为300～500ms，如图2所示。观察起振时间约为400ms，利用标尺(cursor)测量出波形的振荡周期为t=460.011-453.755=6.256ms，求出振荡频率。同时计算出理论振荡频率，可以看出误差很小。 2.2555矩形波振荡电路 利用多用途的单片集成电路555时基电路组成矩形波振荡电路如图3所示。接通电源后，电源v1通过r1，r2对电容充电，c点电压vc按指数规律上升。当vc上升到(2／3)v1时，由于555时基电路内部的比较器和触发器的作用，电容c1经r2开始放电，直到vc下降到(1／3)v1时，又开始重复充电、放电从而形成无稳态的多谐振荡。
理论振荡周期为：
t=t1+t2=0.7(r1+r2)c1+0.7r2c1=21μs 理论占空比为： 其中t1和t2分别为电容的充电时间和放电时间。调节r1或r2或c1可改变振荡周期。 在pspice环境中设置瞬态分析类型和参数，进行分析，得到输出vo，vc和vd波形如图4所示。利用标尺测量出输出波形的振荡周期为： t=47.192-25.626=21.566μs 占空比为： 与理论值非常接近。 2.3锯齿波发生电路 由集成运算放大器组成的锯齿波发生电路如图5所示。 运放u1为同相输入滞回比较器，运放u2为积分运算电路。主要利用二极管的单向导电性使积分电路两个方向的积分通路不同，可得到锯齿波发生电路。设二极管导通时的等效电阻可忽略不计，电位器的滑动端在中间位置。稳压管的稳压值为uz。当uo1=+uz时，d2导通，d1，d3截止，输出电压uo随时间线性下降；当uo1=-uz时，d1，d3导通，d2截止，输出电压uo随时间线性上升。在pspice环境中设置瞬态分析类型和参数，进行分析，得到uo1和uo的波形如图6所示。 测量得到振荡周期为t=4.9592-2.2924=2.6668ms，则振荡频率为。调整r1和r2的阻值可以改变锯齿波的幅值；调整r1，r2和电位器的阻值以及c的容量，可以改变振荡频率；调整电位器滑动端的位置，可以改变uo1的占空比以及锯齿波上升和下降的斜率。 3结语 本文采用集成运算放大器和555时基产生电路的设计并利用orcad／pspice进行了仿真。该信号产生电路具有电路简单，易于实现，振荡频率稳定等特点，可应用于通信系统，自动控制系统等。
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t=t1+t2=0.7(r1+r2)c1+0.7r2c1=21μs 理论占空比为： 其中t1和t2分别为电容的充电时间和放电时间。调节r1或r2或c1可改变振荡周期。 在pspice环境中设置瞬态分析类型和参数，进行分析，得到输出vo，vc和vd波形如图4所示。利用标尺测量出输出波形的振荡周期为： t=47.192-25.626=21.566μs 占空比为： 与理论值非常接近。 2.3锯齿波发生电路 由集成运算放大器组成的锯齿波发生电路如图5所示。 运放u1为同相输入滞回比较器，运放u2为积分运算电路。主要利用二极管的单向导电性使积分电路两个方向的积分通路不同，可得到锯齿波发生电路。设二极管导通时的等效电阻可忽略不计，电位器的滑动端在中间位置。稳压管的稳压值为uz。当uo1=+uz时，d2导通，d1，d3截止，输出电压uo随时间线性下降；当uo1=-uz时，d1，d3导通，d2截止，输出电压uo随时间线性上升。在pspice环境中设置瞬态分析类型和参数，进行分析，得到uo1和uo的波形如图6所示。 测量得到振荡周期为t=4.9592-2.2924=2.6668ms，则振荡频率为。调整r1和r2的阻值可以改变锯齿波的幅值；调整r1，r2和电位器的阻值以及c的容量，可以改变振荡频率；调整电位器滑动端的位置，可以改变uo1的占空比以及锯齿波上升和下降的斜率。 3结语 本文采用集成运算放大器和555时基产生电路的设计并利用orcad／pspice进行了仿真。该信号产生电路具有电路简单，易于实现，振荡频率稳定等特点，可应用于通信系统，自动控制系统等。
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