振荡器在Proteus仿真中不易起振的原因与对策

摘要：从振荡器在Proteus软件中仿真时不易起振的现象入手，分析得出结论是因振荡器缺乏初始扰动信号而引起的。为此，给出了几种在电源中人为加入扰动信号的方法，并以文氏桥式振荡器为例进行了电路仿真。仿真结果表明。在电源中人为地加入波动分量的方法可以解决在Proteus仿真中振荡器的起振问趣。

关键词：Proteus　振荡器　初始信号　仿真　文氏桥式振荡器

中图分类号：TP391.9　TN702　文献标识码：A　文章编号：1002-2422(2010)02-0102-02

采用Proteus软件可构成虚拟实验室，用于模拟电路、数字电路、单片机应用系统等课程学习，并进行电子电路设计、仿真、调试等。通常在实验室才能完成的实验，一台计算机、一套Proteus软件，再加上一本虚拟实验教程，就可相当于一个设备先进的实验室。因此，Proteus软件特别适合在校的电子相关专业的学生课下学习相关课程时仿真使用。由于是仿真实验，还是会与实际实验存在一定的差别。振荡器实验在仿真过程中就出现了问题。

1　振荡器在Proteus仿真中不易起振的现象

振荡器是一种不需要外加激励信号，而能将直流电源的能量转变为交流能量的电路。对于实际的振荡器电路，当满足关系AuF>1时，振荡器很容易起振。起振后，随着信号幅度的增大，Au减小，直至达到振幅平衡条件AuF=1，维持等幅振荡。然而，在使用Proteus仿真软件进行振荡器仿真时，却常常出现满足上述条件而不起振的现象。以图1文氏桥式振荡器为例，理论上讲只要Rv1>0，A。就大于3，电路就一定能起振。但在Proteus中仿真时，却看不到有正弦波形输出，即使RV1换用再大一点的电阻，电路仍然不起振。试验发现，只有当Au>5.4以后，才能观察到一个严重失真的波形。显然，这样的仿真结果与理论计算和实际电路的工作状况相去甚远，实在难以令人满意。

2　振荡器在Proteus仿真中不易起振的原因和解决方法

仔细研究、分析对比仿真电路和实际电路的工作情况、元件参数特点，不难发现，振荡器不起振的原因应是仿真电路中所有的元器件和电源都是理想的、是“零”噪声的，电路中缺乏起振所需的初始扰动信号。即仿真开始时运算放大器的输入信号等于零，由于所有元件都是理想的，所以运放输出也是零，无法建立振荡。而实际电路中初始信号的来源有多种。电路中电阻及晶体管中的热噪声、接通电源时电路中产生的冲击或者电源中的波动分量等都是初始扰动信号的来源。

为了使振荡器仿真成功，在原仿真电路的电源中人为地加入一个很小的交流扰动信号来仿真电源电压的波动。介绍几种能实现正常仿真实验的具体做法，以求抛砖引玉。

2，1加入并联型电源波动分量的仿真

将图1电路中的12V电源串联一电阻R5，并通过电容C3与信号发生器Noise并联，如图2所示。其中，信号发生器(Generator也称信号源或激励源)Noise的类型为正弦，振幅为0.1V，频率取200Hz。经过这样改动后，电路仿真就正常了。

电阻R5相当于电源的内阻，阻值应小一点。从易于起振的角度考虑，Noise正弦信号的频率f与振荡频率f0不要相差太大。

如果信号发生器Noise的类型为Pulse等非正弦类型，理论上讲，信号中包含有丰富的谐波成分，应当有利于作为起振时的初始信号。然而，仿真实验结果并非如此。比如，将图3中的信号源Noise的类型改为Pulse，频率、幅度都不变，振荡器反而不起振了，甚至将其信号幅度增加很大，电路仍然不起振，改用几种非正弦信号进行仿真的结果都不够理想。

仿真实验发现，信号发生起Noise的振幅和频率都是影响起振的因素。振幅越大就越容易起振，但相对而言，频率对起振的影响较大。

2，2加入串联型电源波动分量的仿真

电源电压的波动可用如图3所示电路来仿真。将信号发生器Noise与电池BATl串联如图3(a)所示，以此来代替图1中的12V电源。信号发生器Noise的类型为正弦，振幅为0.1V，频率取200Hz。电池BATl为MisceHaneous类中的CELL器件，电压值设为12V。如果将图3(a)中BAT1极性反接，其它参数都不变，如图3(b)所示，以此来代替图1中的+12 v电源可以起到同样的效果。

2，3用带有偏压的信号源直接仿真有波动的电源

电源的波动还可用具有偏移分量的信号源来直接仿真。信号源的直流偏移电压就是电源电压，信号源的交流分量就是电源的波动分量。将图2中的电阻R5、电容C3及－12V电源全部删除，用信号发生器Noise直接代替-12V电源，信号发生器的类型、振幅、频率均不变，只将其偏移(Offset)电压由0V改为-12V，名字由“Noise”改为“－12V”，属性如图4所示。使用这一方法进行仿真，其效果与前两种方法基本相同。

三种方法中，第一种方法所用元器件数目最多，但是其电源的主体没变：第二种方法所用的元器件数目要比第一种方法少，电源主体改为电池；第三种方法所用元器件数目最少，是三种方法中最简单的一个。另外，在后两种方法中，由于信号源的交流分量就是电源的波动成分，因此，假如需要计算电源的脉动系数，则采用后两种方法较为简单。

3　结束语

在电源中人为地加入一个很小的交流分量来仿真电源电压波动的方法很好地解决了Proteus中进行振荡器仿真时因缺乏初始信号而不起振的问题。此方法不仅适用于文氏桥式振荡器的仿真，也适用于其它类型的振荡器的仿真。