基于OrCAD/PSpice的信号产生电路设计

摘 要：设计了正弦波、矩形波和锯齿波发生电路，并在OrCAD/PSpice环境中完成仿真分析。给出文氏桥正弦波振荡电路、555时基电路组成的矩形波振荡电路和运算放大器组成的锯齿波发生电路三种信号产生电路的振荡波形，测量振荡周期和振荡频率，并与理论值做出比较。结果表明，设计的信号产生电路波形好，振荡频率稳定，易于实现，可广泛应用于工程设计领域。

关键词：OrCAD/PSpice;正弦波;矩形波;锯齿波;振荡

中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1004373X(2008)1715402

Signal Generator Design Based on OrCAD/PSpice

XU Suli，ZHAO Hongying

(Electronic & Information Engineering College，Henan University of Science and Technology，Luoyang，471003，China)

Abstract：The paper designs three types of signal generator of sine wave，rectangular wave,and saw tooth wave and simulates and analyses it in the OrCAD/PSpice.It gets three oscillator waves of Wen′s bridge sine wave oscillating circuit，rectangle wave oscillating circuit adopting 555 timer and saw tooth wave oscillating circuit using integrated calculating amplifier and measures oscillating period and oscillation frequency which are compared with theoretical values.The results show that three signal generators have advantages of good wave，stabilized oscillation and can be accomplished easily.It can be applied to engineering design widely.

Keywords：OrCAD/PSpice;sine wave;rectangle wave;saw tooth wave;oscillation

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［1］。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［2］。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。

1 OrCAD/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［3］。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-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［4］，可以推出放大电路的电压增益Av=1+Rf/R5≥3，即Rf≥2R5。гPSpice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)。в捎诘缭吹缪沟牟ǘ、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(0~500 ms)进行分析,得到Vo输出波形。将横坐标轴时间改为300~500 ms，如图2所示。观察起振时间约为400 ms，利用标尺(Cursor)测量出波形的振荡周期为T=460.011－453.755=6.256 ms，求出振荡频率f0=1/T159.85 Hz。同时计算出理论振荡频率f0=1/(2πRC)159.15 Hz，可以看出误差很小。

图1 文氏桥正弦波振荡电路图2 300~500 ms文氏桥振荡电路振荡波形2.2 555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，У缭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，в挚始重复充电、放电从而形成无稳态的多谐振荡［5］。理论振荡周期为:ИT=t1+t2=0.7(R1+R2)C1+0.7R2C1=21 μs

理论占空比为:Иq=t1T=R1+R2R1+2R2=230.667И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:ИT=47.192－25.626=21.566 μs

占空比为:Иq=47.192－32.94147.192－25.626=0.661Ив肜砺壑捣浅＝咏。

图3 555矩形波振荡电路图4 矩形波振荡电路Vo,Vc,Vd振荡波形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。

图5 锯齿波发生电路运放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［6］。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。гPSpice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。

图6 锯齿波发生电路振荡波形 测量得到振荡周期为T=4.959 2－2.292 4=2.666 8 ms，则振荡频率为f=1/T374.98 Hz。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时基电路等，完成了正弦波、矩形波和锯齿波三种信号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。

参 考 文 献

［1］华成英,童诗白.模拟电子技术［M］.北京:高等教育出版社,2006.

［2］李永平,董欣.PSpice电路原理与实现［M］.北京:国防工业出版社,2004.

［3］任艳频,金平,陈莉平,等.负反馈放大电路直流传输特性的PSpice仿真分析［J］.实验技术与管理,2007,24(10):91-95.

［4］王辅春.CAD与OrCAD教程［M］.北京:机械工业出版社,2005.

［5］阎石.数字电子技术基础［M］.北京:高等教育出版社,2006.

［6］刘征宇.电子设计实战攻略［M］.福州:福建科学技术出版社,2005.

作者简介 徐素莉 女，1973年出生，河南偃师人，硕士，讲师。主要研究方向为现代电子电路设计。

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