Pspice仿真——常用信号源及一些波形产生方法

要进行仿真，那么就必须给电路提供电源与信号。这次我们就来说说常用的信号源有哪些。首先说说可以应用与时域扫描的信号源。在OrcadCapture的原理图中可以放下这些模型，然后双击模型，就可以打开模型进行参数设置。参数被设置了以后，不一定会在原理图上显示出来的。如果想显示出来，可以在某项参数上，点击鼠标右键，然后选择display，就可以选择让此项以哪种方式显示出来了。1，Vsin这个一个正弦波信号源。相关参数有：VOFF：直流偏置电压。这个正弦波信号，是可以带直流分量的。VAMPL：交流幅值。是正弦电压的峰值。FREQ：正弦波的频率。PHASE：正弦波的起始相位。TD：延迟时间。从时间0开始，过了TD的时间后，才有正弦波发生。DF：阻尼系数。数值越大，正弦波幅值随时间衰减的越厉害。2，Vexp指数波信号源。相关参数有：V1：起始电压。V2：峰值电压。TC1：电压从V1向V2变化的时间常数。TD1：从时间0点开始到TC1阶段的时间段。TC2：电压从V2向V1变化的时间常数。TD2：从时间0点开始到TC2阶段的时间段。3，Vpwl这是折线波信号源。这个信号源的参数很多，T1~T8，V1~V8其实就是各个时间点的电压值。一种可以设置8个点的坐标，用直线把这些坐标连起来，就是这个波形的输出了。4，Vpwl_enh周期性折线波信号源。它的参数是这样的：FIRST_NPAIRS：第一转折点坐标，格式为（时间，电压）。SECOND_NPAIRS：第二转折点坐标。THIRD_NPAIRS：第三转折点坐标。REPEAT_VALUE：重复次数。5，Vsffm单频调频波信号源参数如下：VOFF：直流偏置电压。VAMPL：交流幅值。正弦电压峰值。FC：载波信号频率MOD：调制系数FM：被调制信号频率。函数关系：Vo=VOFF+VAMPL×sin×（2πFC×t+MOD×sin（2πFM×t））6，Vpulse脉波信号源。这大概是我最常用到的信号源了。用它可以实现很多种周期性的信号：方波、矩形波、三角波、锯齿波等。可以用来模拟和实现上电软启动、可以用来产生PWM驱动信号或功率信号等等。参数如下：V1：起始电压V2：脉冲电压TD：从时间零开始到V1开始跳变到V2的延迟时间。TR：从V1跳变到V2过程所需时间。TF：从V2跳回到V1过程所需时间。PW：脉冲宽度，就是电压为V2的阶段的时间长度。PER：信号周期在以上的几种信号源中，还有两个参数，AC与DC。说实话，我不是很清楚是做什么用的。一般这两个参数都是空着不要设置的。与以上电压源信号对应的还有一组电流源信号，只需要把模型名称的第一个字母由V改成I就可以得到。其相关参数的意义是相同的。唯一的区别就是把电压信号变成电流信号。大家可以自己去看看学习一下。还有几个比较重要的信号源：1，VDC不用多说了，这个是最基本的电压源，可以作为直流信号源，或者电源给电路供电。唯一需要设置的参数就是电压值。2，VAC这个信号源有两个参数DC：直流偏置值。ACMAG：交流电压幅值。ACPHASE：交流起始相位，一般不设置这项。这个交流信号源，是用来做频率扫描用的，可以用来观察一个电路的频域特性。同样的，也有与上面两个信号源相对应的电流信号源。下面，我们来通过仿真，实际尝试一下这些模型的应用，先在Capture环境中建立新项目，在原理图中放置如下的模型，并设置相关参数：然后设置10ms时间的时域扫描，步长100ns，待仿真完成后，入图所示自最后一个开始，每放一个探头，就在仿真结果的窗口中选择一次菜单plot-addplottowindow。然后在调整仿真结果的坐标轴，把X\Y轴的坐标表格细节换成点状，便于观察波形。可以看到如下波形：其中，最下面的三个波形是用Vpulse这个模型通过设置不同的参数构造的矩形波、三角波和锯齿波。接下来，让我们看看VAC这个模型，是如何应用与频域扫描的。首先建立一个如下图的原理图，并在输入端放一个Vin的网络标识，在RC的输出放一个VRC的网络标识，在LC的输出放一个VLC的网络标识。然后，设定如下图的AC扫描：扫描范围不能从0开始，这里是从1Hz开始，扫描到30KHz，在这个范围内扫描10000个点。频率坐标采用以10的对数坐标。扫描结束后，先选择plot-addplottowindow，把扫描结果的屏幕分成上下两个，上面的用来显示幅频特性，下面的用来显示相频特性。先点击显示波形图的半部分，然后点击这个工具栏按钮，添加一个波形，在弹出的对话框里，从右边选择函数DB()，然后在出来的DB()函数括号内先点击左边信号列表里的V(VRC)，再输入一个除号“/”，再点击V(Vin)。得到一个函数表达式DB(V(VRC)/V(Vin))。见下图：然后点击OK，就可以得到RC那部分电路的幅频特性。同样的操作，继续在波形图上半部分添加LC部分的幅频特性。在波形图下半添加两个电路的相频特性。相频特性是用的函数P()。最后，我们可以得到如下的结果：由图中可以看出，LC电路的最大相移为180度，而RC为90度。而过了极点之后，LC电路的幅值下降斜率是RC的2倍。这是与理论上的结果是一致的。这里就不细述了。对于一些复杂的信号，我们可以通过一些模型之间进行运算而得到。例如，中波调幅的无线电信号，就是用一个频率作为载波，用另一个频率去调制它，从而实现了在高频载波中包含音频信息的一种信号。这个怎么实现呢？我们可以通过乘法器来实现，看下图：图中，V1信号为低频音频信号，V2为高频载波信号。用一个乘法器实现了用V1去调制V2，设置一个2ms的时域扫描看看结果吧：最近论坛里LLC电路比较流行。我们知道，LLC是变频控制的。需要用反馈电路来控制电路的驱动频率。那么如何实现可以调节频率的信号源呢？我们上面介绍的几个信号源，频率一旦设定好，就不能更改了，怎么办呢？我们可以用VCO系列的压控信号源。例如下图：我在这里用了一个折线波信号源和一个压控方波振荡器。折现波信号源用来产生一个从5V到0V的负斜率的电压，模拟电源的启动的软启动过程。压控振荡器为了便于观察，我把中心频率设定在1K。另外，我发现，这个压控振荡器的最低频率是在（VMAX+VMIN）/2的地方，那么为了实现0～5V范围频率的变化，我把VMAX设定在5V，VMIN设定在-5V，这样当输入在5～0V之间变化的时候，输出的信号的频率在50KHz在1KHz之间变化。进行一个长度为10ms的时域仿真，让我们看看仿真的结果吧：可以看到当最后输入电压为0V的时候，VCO的输出信号频率也稳定在了1KHz上。如此我们就得到了通过电压调节频率的一个电路。仿真LLC闭环就方便多了。接下来，让我们想想，如何实现PWM的脉宽，从低占空比到高占空比逐渐变化，从而实现PWM电源的软启动呢？可以用一个锯齿波信号、一个折线波信号，一个理想运放作为比较器来实现。看原理图：为了便于观察，信号源的频率取的比较低。下面是仿真结果，把结果输出在上下两个部分，便于观察：从仿真结果可以看到，PWM的脉宽从小的占空比逐渐增加到大占空比。从而可以用这个方法来实现电源的软启动过程。有了软启动的这个过程，就可以让我们电路的仿真与实际工作的表现更加接近了。以上是我的一些心得，在此与大家分享，希望关注的朋友多多参与讨论，一起进步！谢谢！