RC正弦波振荡电路的EWB仿真分析.doc

RC正弦波振荡电路的EWB仿真分析科技信息0机械与电子OSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2009年第35期RC正弦波振荡电路的EWB仿真分析姚霞(徐州技师学院江苏徐州221000)【摘要】本文以ILC正弦波振荡电路为例,介绍了在电子电路中引用EWB进行模拟仿真实验的方法.通过实例分析,可以看到仿真技术在电子技术实验中的广阔前景,其直观的图形显示和数据监测,能够很好的了解电子电路的各种性质.【关键词】振荡电路;RC选频;EWB仿真随着电子技术和计算机技术的发展.电子电路及其应用系统设计手段也越来越先进.传统的电子电路与系统设计方法,周期长,耗材多,效率低,难以满足电子技术飞速发展的要求.EWB是专用于电子电路设计与仿真的软件,该文通过对RC正弦波振荡电路的静态调试,动态测量介绍_r如何在EWB虚拟环境下创建,调整和测试电路.1.实验简介正弦波振荡电路是一种基本的电子电路,电子技术实验中经常使用的低频信号振荡器就是一种正弦波振荡电路,大功率的振荡电路还可以直接为工业生产提供能源.在诸如超声波探伤,无限广播电视信号的发送和接收中都有着广泛的应用,无论对于那种振荡电路,用传统方法精确分析起振,振幅,频率的大小都是比较困难的,而用EWB软件可以进行仿真分析.EWB是加拿大interactiveimagetechnologies公司推出的一个专门用于电子电路仿真和设计的eda工具软件,是计算机仿真技术在电子技术中的应用.EWB仿真技术不仅节省资源和时间,更主要的是能充分激发学习者的兴趣并且提高潜在的学习能)32.RC正弦波振荡电路的理论基础和电路设计原理分析2.1RC正弦波振荡电路的理论基础在无需外加激励信号的情况下,将直流电源的能量转换成按特定频率变化的交流信号能量的电路,称为振荡器或振荡电路.与放大器一样,振荡器也是一种能量转换装置,它们都是把直流电源的能量转换为交流能量输出+但是.放大器需要外加激励,即必须有信号输入,而振荡器不需要外加激励.当放大器没有输入信号时,放大器中寄生正反馈达到一定的程度上时会自行输出一个信号,这种现象叫放大器的自激.因此,振荡产生的信号被称为自激信号.应该指出:(1)为了产生正弦波,必须在放大电路里加人正反馈,因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分.但是,由于很难控制正反馈的量,这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波.如果正反馈量大,则增幅,输出幅度越来越大,最后由放大元件的非线性限幅,这必然产生非线性失真.反之,如果正反馈量不足,则减幅,可能停振,为此振荡电路要有一个稳幅电路.(2)为了获得单一频率的正弦波输出,应该有选频网络,选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一.选频网络由电阻(R),电容(C)和电感(L),电容(C)等电抗性元件组成.正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名因此,一个完整的正弦波发生电路应该由放大电路,正反馈网络,选频网络,稳幅电路组成,图1中给出了弦波振荡器的组成框图,图中未画出选频网络和稳幅环节图1正弦波振荡器的组成2.2RC正弦波振荡电路的基本原理正弦波振荡器广泛应用与信号发生装置之中.按组成选频网络元件的不同,可分为LC,晶体和RC振荡器三类.本文采用RC串并联选频网络震荡电路.2.2.1振荡的建立和稳定(1)起振由于在电路中不可避免会有各种电扰动(如通电时的瞬变过程,无线电干扰,工业干扰及各种噪声等),使输入端有一个扰动信号.这个不规则的扰动信号可用傅氏级数展开成一个直流和多次谐波的正弦波叠加(包含丰富的频率).如果电路本身具有选频,放大及正反馈能力,电路会自动从扰动信号中选出适当的振荡频率分量,经正反馈,再放大,再正反馈,使=,即I户l>1,从而使微弱的振荡信号不断增大,自激振荡就逐步建立起来.(2)稳幅振荡接通电源后,振幅增大,当使放大电路中的工作范围进入到晶体管的非线性区,放大倍数减小,振幅越大,放大倍数减小越多.当每次循环中,恰好反馈信号与输入信号相等,则振幅增大停止,达平衡状态.振荡器进入稳幅振荡.2.2.2振荡的平衡条件和起振条件(1)振荡的平衡条件=注意:振幅条件和相位条件必须同时满足,相位平衡条件确定振荡频率,振幅平衡条件确定振荡输出信号的幅值.所以有:吼uj=uoFu=A=(2)振荡的起振条件lI>1综上所述,起振时lAoI>1,起振后,振幅迅速增大,电路工作到非线性区,使电压放大倍数减小,直到Il=1,振幅不再增大,进入稳幅振荡.(3)RC正弦波振荡电路满足振幅起振条件AVu>3X1=1利用内稳幅满足振幅平衡条件1采用非线性元件作放大电路的负反馈元件,以实现外稳幅.3.用EWB软件对RC正弦波振荡电路进行仿真分析3.1设计实例分析采用EWB软件设计RC正弦波振荡电路仿真实验所需元件有:功率放大器(型号741),电阻,电容,直流电源,示波器.元件线路连接如图2所示:图2RC正弦波振荡电路原理图科技信息0机械与电子OSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2009年第35期图3RC正弦波振荡电路波形显示1图4FIG正弦波振荡电路波形显示2该图中,选频网络由两个16kn的电阻与两个0.331F的电容串并联构成,起振条件是电路放大倍数3,而RC的值决定输出信号的频率,理论上信号的频率按下式计算1本例中的理论计算I_丽=30?1/,3.2观察仿真波形及仪表数据仿真时打开示波器,可以得到RC正弦波振荡电路由起振到稳振的波形变化,如图3所示:拖曳左右端两个红蓝色指针.可以测量出信号的周期.示波器中的读数为T=34.54ms,仿真实测算出频率为:,=HHz理论计算与仿真实测相比略有误差,注意输出信号的幅值仅与放大器的电源有关,若想控制信号的幅值,可在输出端加稳压元件进行限幅.4.结论归纳通过对RC振荡电路进行实验仿真.设置和改变元器件参数,观测电路波形,我们可以进一步了解并掌握振荡电路的结构和工作原理.虽然仿真技术的初衷是用于科学研究.通过仿真进行科学预测和检验,但在电子技术的学习中引入仿真实验,最明显的好处是节能减耗,在一定程度上弥补了理论知识掌握不足和实验设备短缺造成的不便.同时,使用EWB仿真软件,可以将先进的计算机技术与电子技术结合起来,便于设计方案的论证,选定调试,为电子电路设计打下一个良好的基础.5.结束语电子技术是一门逻辑性比较强的学科,其中振荡电路一部分内容尤为抽象.在对电子技术理论进行学习研究的同时,利用ewb软件进行仿真,演示,增强对学科内容的感性认识,使学习研究人员消除对理论知识的”抽象感”,提高学习研究兴趣.使逻辑推理和仿真实验良好结合的同时更生动,直观,达到使学习者对逻辑电路的基本理论易于理解,对拓展应用的认识更加深刻的目的.【参考文献】1电工与电子技术基础M】.中国劳动出版社.2电子设计与仿真技术M.机械工业出版社.3电工技术与电子技术实验教学的改革与探索【JJ.南京:电气与电子教学学报4朱维仲.电子电路CAD软件.作者简介:姚霞(198o.),鲁,汉族,江苏徐州人.硕士在读,助理讲师,主要从事电气类专业教学工作.就职于江苏省徐州技师学院.【上接第84页)4.1设置分析类型选择MainMenu-+Solution-AnalysisType-NewAnalysis命令.弹出NewAnalysis对话框,在Typeofanalysis选择区点选,单击【OK】按钮关闭该对话框.4.2指定模态提取方法选择MainMenu-*Solution-rAnalysisType-AnalysisOptions命令,弹出ModalAnalysis对话框,如下图所示,输入图中的参数,其他采用默认值,单击【OK】按钮后,弹出BlockLanczosMethod对话框,输入,其他采用默认值,单击【OKI按钮关闭该对话框.5.加载和求解5.1加载选择MainMenu-Solution_+DifineLoadsAppIv-_StructuralDisplacement-OnAreas弹出ApplyU,ROTOnA对话框,用鼠标左键点选第一圆柱体的上下侧面,单击【OKI按钮后,弹出ApplyU,ROTonAreas对话框,选择ALIJDOF,如下图所示,单击【OKI按钮关闭该对话框.同上,对另一侧圆柱体加载全约束.5.2求解选择MainMenuSolution一+S0lve一十CurrentLS进行求解.5.3选择MainMenu-Finish,结束本次求解.6.提取分析结果提取一阶模态形状,然后提取一阶结果云图,求出自振频率9078.6HZ,最大振幅2.776mm.系统自动列出的前5阶的振动频率见图510O责任编辑:王静图5系统自动列出的前5阶的振动频率7.结论通过上述分析我们可以对蜗杆的前几阶模态进行详细的分析,并以此来指导我们在实际工程中,以避开涡杆的固有频率.【参考文献】1张朝