PSPice仿真波形发生器

波形发生器设计一．实验目的熟练掌握pspice，学会设计能产生多种波形的波形发生器，并用pspice软件仿真得到相应的波形。二．实验要求1.矩形波电路和锯齿波电路用集成运放（建议LF411）和分立元件组成，不得使用source库中的信号源，低通滤波器可选用ABM库中的模型。2.运放电源±12V，波形频率为100HZ，输出信号幅度为5~6V之间，计算矩形波占空比。3.输出正弦波总谐波失真系数小于3%时，确定低通滤波器阶数。4.自行设计电路参数，写出设计过程并给出详细电路图。设计提示：1.改变矩形波或锯齿波参数可产生方波，三角波输出，三角波经LPF滤波可产生正弦波。2.设置较长的仿真时间（如大于300ms）可以提高分析精度。3.设置fourier分析，10次以上谐波，查看输出文件可观察总谐波失真系数。三．实验原理1.矩形波电路电路组成及工作原理：因为矩形波电压只有两种状态，不是高电平，就是低电平，所以电压比较器是它的重要组成部分；因为产生振荡，就是要求输出的两种状态自动地相互转换，所以电路中必须引入反馈；因为输出状态应按一定的时间间隔交替变化，即产生周期性变化，所以电路中要有延迟环节来确定每种状态维持的时间。电路组成：如图所示为矩形波发生电路，它由反相输入的滞回比较器和RC电路组成。RC回路既作为延迟环节，又作为反馈网络，通过RC充、放电实现输出状态的自动转换。电压传输特性如图所示。波形分析及主要参数：由于矩形波发生电路中电容正向充电与反向充电的时间常数均为R3C，而且充电的总幅值也相等，因而在一个周期内uO=+UZ的时间与uO=-UZ的时间相等，uO为对称的方波，所以也称该电路为方波发生电路。电容上电压uC和电路输出电压uO波形如图所示。矩形波的宽度Tk与周期T之比称为占空比，因此uO是占空比为1/2的矩形波，即方波。利用一阶RC电路的三要素法可列出方程，求出振荡周期振荡频率f=1/T。调整电压比较器的电路参数R1、R2和UZ可以改变方波发生电路的振荡幅值，调整电阻R1、R2、R3和电容C的数值可以改变电路的振荡频率。占空比可调电路占空比的改变方法：使电容的正向和反向充电时间常数不同。利用二极管的单向导电性可以引导电流流经不同的通路，占空比可调的矩形波发生电路如图(a)所示，电容上电压和输出电压波形如图(b)所法。电路工作原理：当uO=+UZ时，通过RW1、D1和R3对电容C正向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则时间常数；当uO=-UZ时，通过RW2、D2和R3对电容C反向充电，若忽略二极管导通时的等效电阻，则时间常数利用一阶RC电路的三要素法可以解出结论：改变电位器的滑动端可改变占空比，但不能改变周期。2锯齿波电路：下图所示为一个锯齿波发生电路。图中集成运放A1组成滞回比较器；二极管VD1、VD2和电位器Rw，使积分电路的充放电回路分开，故A2组成充放电时间常数不等的积分电路。调节电位器Rw滑动端的位置，使Rw1远小于Rw2，则电容放电的时间常数将比充电的时间常数小得多，于是放电过程很快，而充电过程很慢，即可得锯齿波。滞回比较器输出的矩形波加在积分电路的反相输入端，而积分电路输出的锯齿波又接到滞回比较器的同相输入端，控制滞回比较器输出端的状态发生跳变，从而在A2的输出端得到周期性的锯齿波。3低通滤波器：低通滤波器是让某一频率以下的信号分量通过，而对该频率以上的信号分量大大抑制的电容、电感与电阻等器件的组合装置。在本次设计中三角波经低通滤波器能够产生正弦信号。四．实验电路图五．参数设计1.各器件作用：图中的滑动变阻器R5的作用是改变频率，而另一个滑动变阻器R7的作用是改变占空比。改变R3，R5，R7可以改变信号的周期。为了占空比是50%，R5的值要是R3的2倍。R1的值对电路没什么影响。稳压管D11，D12的型号与输出幅度有关，为了使输出幅度为5~6V之间，经过调试确定为D1N4733。电阻R4不能设的太大，不然输出波形会失真。图中二极管D1，D2和R7一起作用可改变方波占空比，也能调整三角波为锯齿波。电容C2跟充放电有关，靠电容的充放电来改变时间频率。2.具体参数设计：根据分析和查找资料，得到矩形波的电路的周期，，此公式对应的器件是第二部分实验原理中的图，对应到实验图中，再根据所要求频率f=100hz，以及仿真调测可取R3=15k，R5=30k,R1=20k,R4=700.锯齿波振荡周期T1=2R1R’wC/R2,T2=2R1R”wC/R2,T=T1+T2=2R1RwC/R2，对应一下可得C2=1u，R10=1kR7=10k。经调测分析低通滤波器的参数为6000hz，100hz，2db，200db。六．仿真波形1.方波2.三角波3.矩形波Time300ms310ms320ms330ms340ms350ms360ms370ms380ms390ms400msV(D1:1)-10V0V10VTime300ms310ms320ms330ms340ms350ms360ms370ms380ms390ms400msV(OUT1)-10V0V10VTime300ms320ms340ms360ms380ms400ms420ms440ms460msV(D1:1)-10V0V10V(372.637m,5.7551)(376.468m,5.7601)(364.228m,5.7601)4.锯齿波5.正弦波七．误差分析及计算矩形波占空比：d=（372.637-364.228）／（376.468-364.228）=0.687，方波占空比为0.511次谐波总谐波失真系数：TOTALHARMONICDISTORTION=7.367524E+01PERCENT八．实验心得体会由于电路的复杂性，我们很难一次性将电路功能实现出来，整体一次性连接电路的弊端还体现在无法确定错误出现在那个部分，模块化之后，确保每个模块功能完善的前提下整合出所需要的整体电路，各个模块的功能相对的简单，这样一个过程就将复杂的问题转化为一个一个问题，逐步得到解决。整个过程中，我的动手能力得到了很大的提高，运用平时我们实验锻炼的实验能力，将整个电路分模块搭接出来，逐步完善功能。我明白了合理的布局对整个电路连接的重要性，这对我们以后的学习和工作是个极大的借鉴。最后感谢学院给我提供这次课程设计的条件，感谢老师在我们课程设计工程中给予我们的帮助和指导。Time300ms320ms340ms360ms380ms400ms420ms440ms450msV(OUT1)-10V0V10VTime300ms310ms320ms330ms340ms350ms360ms370ms380ms390ms400msV(OUT2)-10V0V10V