基于OrCAD／PSpice的信號產生電路設計

信號產生電路的作用是產生具有一定頻率和幅度的正弦波、矩形波和鋸齒波等波形。信號產生電路廣泛應用于通信系統(tǒng)、數字系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng)。OrCAD／PSpice作為一種功能強大的電子電路仿真分析設計軟件，它可以根據給定電路的結構和參數，對電路進行基本性能分析，它無需任何實際元器件，可用預先設計出的各種功能的應用程序取代了大量的儀器儀表。電路設計工作者可以通過這些應用程序進行各種分析、計算和校驗，完成所需特殊電路的設計工作。在PSpice環(huán)境下，本文實現(xiàn)了信號產生電路中正弦波、矩形波和鋸齒波發(fā)生電路的設計并應用PSpice對其進行了仿真和分析。

　　1 OrCAD／PSpice簡介

　　OrCAD／PSpice是較早出現(xiàn)的EDA軟件之一，整個軟件由原理圖編輯、電路仿真、激勵編輯、元器件庫編輯、波形圖等幾個模塊組成，使用時是一個整體，但各個部分有各自的窗口。設計者利用鼠標和熱鍵一起操作，既提高了工作效率，又縮短了設計周期。它是全功能通用的仿真軟件，集成了直流分析、交流分析、噪聲分析、瞬態(tài)分析、溫度分析等仿真功能。軟件還集成了諸多數學運算，不僅為用戶提供了加、減、乘、除等基本的數學運算，還提供了正弦、余弦、絕對值、對數、指數等基本的函數運算，這些都是其他軟件所無法比擬的。另外，設計者還可以對仿真結果的窗口進行編輯，如添加窗口、修改坐標、疊加圖形等，還具有保存和打印圖形的功能，給用戶提供制作所需圖形的更快捷、更簡便的方法。

　　2 信號產生電路設計與OrCAD／PSpice分析

　　2.1 文氏橋正弦波振蕩電路

　　文氏橋正弦波振蕩電路能產生振蕩頻率調節(jié)范圍寬、波形好的正弦波，廣泛應用于通信系統(tǒng)。文氏橋正弦波振蕩由文氏電橋與一個集成運放μA741組成的同相放大電路組成，如圖1所示。文氏電橋的兩個臂RC串一并聯(lián)網絡構成，另外兩個臂由放大電路的反饋電阻構成。令R1=R2=R，C1=C2=C，R3+R4=Rf，根據文氏橋正弦波振蕩電路的振蕩條件，可以推出放大電路的電壓增益Av=1+Rf／R5≥3，即Rf≥2R5。在PSpice環(huán)境中將圖中R5的SET屬性設置為0.14，即可滿足條件。文氏橋正弦波振蕩電路的理論振蕩頻率為f0=1／(2πRC)。由于電源電壓的波動、電路參數的變化、環(huán)境溫度的變化等因素的影響，使正弦波的輸出幅度不穩(wěn)定。這里采用二極管來穩(wěn)幅和加速起振。在PSpice環(huán)境中設置瞬態(tài)分析類型和參數(0～500 ms)進行分析，得到Vo輸出波形。將橫坐標軸時間改為300～500 ms，如圖2所示。觀察起振時間約為400 ms，利用標尺(Cursor)測量出波形的振蕩周期為T=460.011-453.755=6.256 ms，求出振蕩頻率。同時計算出理論振蕩頻率，可以看出誤差很小。

　　2.2 555矩形波振蕩電路

　　利用多用途的單片集成電路555時基電路組成矩形波振蕩電路如圖3所示。接通電源后，電源V1通過R1，R2對電容充電，C點電壓Vc按指數規(guī)律上升。當Vc上升到(2／3)V1時，由于555時基電路內部的比較器和觸發(fā)器的作用，電容C1經R2開始放電，直到Vc下降到(1／3)V1時，又開始重復充電、放電從而形成無穩(wěn)態(tài)的多諧振蕩。理論振蕩周期為：

　　T=t1+t2=0.7(R1+R2)C1+0.7R2C1=21μs

　　理論占空比為：

　　其中t1和t2分別為電容的充電時間和放電時間。調節(jié)R1或R2或C1可改變振蕩周期。

　　在PSpice環(huán)境中設置瞬態(tài)分析類型和參數，進行分析，得到輸出Vo，Vc和Vd波形如圖4所示。利用標尺測量出輸出波形的振蕩周期為：

　　T=47.192-25.626=21.566μs

　　占空比為：

　　與理論值非常接近。