信號產(chǎn)生電路的作用是產(chǎn)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(chǎn)生電路廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)和自動控制系統(tǒng),。OrCAD／PSpice作為一種功能強(qiáng)大的電子電路仿真分析設(shè)計(jì)軟件,，它可以根據(jù)給定電路的結(jié)構(gòu)和參數(shù)，對電路進(jìn)行基本性能分析,，它無需任何實(shí)際元器件,，可用預(yù)先設(shè)計(jì)出的各種功能的應(yīng)用程序取代了大量的儀器儀表。電路設(shè)計(jì)工作者可以通過這些應(yīng)用程序進(jìn)行各種分析,、計(jì)算和校驗(yàn),，完成所需特殊電路的設(shè)計(jì)工作。在PSpice環(huán)境下,，本文實(shí)現(xiàn)了信號產(chǎn)生電路中正弦波,、矩形波和鋸齒波發(fā)生電路的設(shè)計(jì)并應(yīng)用PSpice對其進(jìn)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(gè)軟件由原理圖編輯,、電路仿真、激勵(lì)編輯,、元器件庫編輯,、波形圖等幾個(gè)模塊組成，使用時(shí)是一個(gè)整體,，但各個(gè)部分有各自的窗口,。設(shè)計(jì)者利用鼠標(biāo)和熱鍵一起操作，既提高了工作效率,，又縮短了設(shè)計(jì)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(shù)學(xué)運(yùn)算，不僅為用戶提供了加,、減,、乘,、除等基本的數(shù)學(xué)運(yùn)算，還提供了正弦,、余弦,、絕對值、對數(shù),、指數(shù)等基本的函數(shù)運(yùn)算,，這些都是其他軟件所無法比擬的。另外,，設(shè)計(jì)者還可以對仿真結(jié)果的窗口進(jìn)行編輯,，如添加窗口、修改坐標(biāo),、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(chǎn)生電路設(shè)計(jì)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(chǎn)生振蕩頻率調(diào)節(jié)范圍寬,、波形好的正弦波,，廣泛應(yīng)用于通信系統(tǒng)。文氏橋正弦波振蕩由文氏電橋與一個(gè)集成運(yùn)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(gè)臂RC串一并聯(lián)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，另外兩個(gè)臂由放大電路的反饋電阻構(gòu)成,。令R1=R2=R,，C1=C2=C，R3+R4=Rf,，根據(jù)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(shè)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(shù)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(shè)置瞬態(tài)分析類型和參數(shù)(0～500 ms)進(jìn)行分析,，得到Vo輸出波形,。將橫坐標(biāo)軸時(shí)間改為300～500 ms,，如圖2所示。觀察起振時(shí)間約為400 ms,，利用標(biāo)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(shí)計(jì)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(shí)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(diǎn)電壓Vc按指數(shù)規(guī)律上升,。當(dāng)Vc上升到(2／3)V1時(shí),，由于555時(shí)基電路內(nèi)部的比較器和觸發(fā)器的作用，電容C1經(jīng)R2開始放電,，直到Vc下降到(1／3)V1時(shí),，又開始重復(fù)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(shí)間和放電時(shí)間,。調(diào)節(jié)R1或R2或C1可改變振蕩周期。
在PSpice環(huán)境中設(shè)置瞬態(tài)分析類型和參數(shù),，進(jìn)行分析,，得到輸出Vo，Vc和Vd波形如圖4所示,。利用標(biāo)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,。
2.3 鋸齒波發(fā)生電路
由集成運(yùn)算放大器組成的鋸齒波發(fā)生電路如圖5所示。
運(yùn)放U1為同相輸入滯回比較器,，運(yùn)放U2為積分運(yùn)算電路,。主要利用二極管的單向?qū)щ娦允狗e分電路兩個(gè)方向的積分通路不同，可得到鋸齒波發(fā)生電路,。設(shè)二極管導(dǎo)通時(shí)的等效電阻可忽略不計(jì),，電位器的滑動端在中間位置。穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓值為Uz,。當(dāng)Uo1=+Uz時(shí),，D2導(dǎo)通，D1,，D3截止,，輸出電壓Uo隨時(shí)間線性下降；當(dāng)Uo1=-Uz時(shí)，D1,，D3導(dǎo)通,，D2截止，輸出電壓Uo隨時(shí)間線性上升,。在PSpice環(huán)境中設(shè)置瞬態(tài)分析類型和參數(shù),，進(jìn)行分析，得到Uo1和Uo的波形如圖6所示,。
測量得到振蕩周期為T=4.9592-2.2924=2.6668 ms,，則振蕩頻率為。調(diào)整R1和R2的阻值可以改變鋸齒波的幅值,；調(diào)整R1,，R2和電位器的阻值以及C的容量，可以改變振蕩頻率,；調(diào)整電位器滑動端的位置,，可以改變Uo1的占空比以及鋸齒波上升和下降的斜率。
3 結(jié)語
本文采用集成運(yùn)算放大器和555時(shí)基電路等,，完成了正弦波,、矩形波和鋸齒波三種信號產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)并利用OrCAD／PSpice進(jìn)行了仿真。該信號產(chǎn)生電路具有電路簡單,，易于實(shí)現(xiàn),，振蕩頻率穩(wěn)定等特點(diǎn)，可應(yīng)用于通信系統(tǒng),，自動控制系統(tǒng)等。