RC正弦波振荡器

RC 正弦波振荡器 一 实验目的 运用 PSpice 软件模拟分析 RC 正弦波振荡器的输出波形及实现 PSpice 9 的各种仿 真功能 二 实验器材 PC 机 PSpice 9 安装软件 三 实验步骤 1 绘制原理图 进入 Capture 窗口 执行 File New Project 菜单命令 打开 new project 对话框 在对话框的 name 栏中 输入项目名称 chuangxin 另外在 location 栏中 输入本项目 要储存的文件夹路径 D PSpice 9 创新文件 在 create a new project using 栏中 选择 create a blank pro 选项 然后点击 OK 按钮 就进入绘图区 将教材 P 63 图 3 24 中的各个元件逐一放入绘图区 放置元件的方法如下 首先选择 place part 菜单命令 调出 place part 对话框 在 libraries 栏内选中所需库名称 analog 在 part 栏内输入元件名称 R 在右下角就出现此元件图形 单击 ok 按钮 绘图区上就会 出现一个随光标移动的元件符号 可以移动鼠标将它拖放在所需的位置 然后单机鼠 标左键定位之歌元件 可以连续防治多个元件 要结束元件的放置过程 可以单机鼠 标右键选择 end mode 选项 同样的方法可以放置电容 直流电源等 然后修改各元件的参数 分别单机各个元件旁边的元件序号和元件值分别会出现 display properties 对话框 在 value 栏内输入对应的元件符号和元件值即可 之后就调 整元件的角度方向 可以选中要调整的元件 然后按 R 键 可以旋转杯选择的元件 或长按鼠标左键在元件上拖动元件放到需要的位置上 接着是将各个元件用线连接起 来 执行 place wire 菜单命令 光标变成十字形 只是只需把光标只在要连线的一 端 单击鼠标左键 就会出现一条可以随鼠标光标移动的先 移动鼠标就会画出一条 线 每单击鼠标左键就可以转弯依稀 当线拖曳到元件的管脚上时再单击鼠标左键一 次 就会终止连线 注意 连线时不可以重叠 设置网络别名 执行 place net alias 菜单 弹出对话框 place net alias 在 alias 栏内输入网络别 名 Vo 然后单击 ok 按钮退出对话框 这是就有一个小方框随鼠标移动 将其放在 图中连接 out 管脚的线上 放置的时候要保证小方框的以便与连线重叠 在绘制好电路图后 执行 file save 菜单命令 把绘制好的电路图保存到自己 想要的路径下 电路原理图如下 2 静态工作点分析 为了要保证振荡电路能够起振 我们把电路图中的 Rp 的阻值改成 27 具体做 法是 双击元件 Rp 出现对话框 property editor 在 set 栏内将默认数据改成 0 27 然后关闭该对话框 执行 PSpice new simulation profile 菜单命令 弹出 new simulation 对话框 在 name 栏内输入仿真参数文件 bias 然后单击 create 按钮 之后会出现 simulation settings bias 对话框 在 analysis type 栏内选择仿真类型 bias point 同时在 output file options 区 选中第一项 就会将非线性控制电源与半导体元件的偏置数据存入输出文 本中 执行 file save 菜单命令存档 然后执行 PSpice run 菜单命令 启动 PSpice 程序 因为是静态工作点分析 故输出窗口时灰色的 在执行 view output file 菜 单命令 就会在输出波形区打开文本窗口 静态工作点分析输出文本如下 02 02 12 12 38 36 Evaluation PSpice Nov 1999 Profile SCHEMATIC1 bias D PSPICE 9 chuangxin SCHEMATIC1 bias sim CIRCUIT DESCRIPTION Creating circuit file chuangxin SCHEMATIC1 bias sim cir WARNING THIS AUTOMATICALLY GENERATED FILE MAY BE OVERWRITTEN BY SUBSEQUENT SIMULATIONS Libraries Local Libraries From PSPICE NETLIST section of pspiceev ini file lib nom lib Analysis directives OP PROBE INC chuangxin SCHEMATIC INCLUDING chuangxin SCHEMATIC source CHUANGXIN R R1 0 N00064 15k R R2 N00067 VO 10k R R3 N00039 VO 1 8k R R4 0 N00042 5 1k R Rp N00064 N00067 100k 0 27 001 C C1 N00042 N00039 0 02u C C2 0 N00042 0 033u X U1 N00042 N00064 N00134 N00117 VO uA741 D D1 N00067 VO D1N4148 D D2 VO N00067 D1N4148 V Vcc N00134 0 12Vdc V Vee 0 N00117 12Vdc RESUMING chuangxin SCHEMATIC1 bias sim cir INC chuangxin SCHEMATIC1 als INCLUDING chuangxin SCHEMATIC1 als ALIASES R R1 R1 1 0 2 N00064 R R2 R2 1 N00067 2 VO R R3 R3 1 N00039 2 VO R R4 R4 1 0 2 N00042 R Rp Rp 1 N00064 2 N00067 C C1 C1 1 N00042 2 N00039 C C2 C2 1 0 2 N00042 X U1 U1 N00042 N00064 V N00134 V N00117 OUT VO D D1 D1 1 N00067 2 VO D D2 D2 1 VO 2 N00067 V Vcc Vcc N00134 0 V Vee Vee 0 N00117 Vo VO ENDALIASES RESUMING chuangxin SCHEMATIC1 bias sim cir END 02 02 12 12 38 36 Evaluation PSpice Nov 1999 Profile SCHEMATIC1 bias D PSPICE 9 chuangxin SCHEMATIC1 bias sim Diode MODEL PARAMETERS D1N4148 X U1 dx IS 2 682000E 09 800 000000E 18 N 1 836 ISR 1 565000E 09 IKF 04417 BV 100 IBV 100 000000E 06 RS 5664 1 TT 11 540000E 09 CJO 4 000000E 12 VJ 5 M 3333 02 02 12 12 38 36 Evaluation PSpice Nov 1999 Profile SCHEMATIC1 bias D PSPICE 9 chuangxin SCHEMATIC1 bias sim BJT MODEL PARAMETERS X U1 qx NPN IS 800 000000E 18 BF 93 75 NF 1 BR 1 NR 1 CN 2 42 D 87 02 02 12 12 38 36 Evaluation PSpice Nov 1999 Profile SCHEMATIC1 bias D PSPICE 9 chuangxin SCHEMATIC1 bias sim SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE 27 000 DEG C NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE VO 0016 N00039 0016 N00042 406 6E 06 N00064 387 3E 06 N00067 0011 N00117 12 0000 N00134 12 0000 X U1 6 152 7E 09 X U1 7 0016 X U1 8 0016 X U1 9 0 0000 X U1 10 6081 X U1 11 11 9600 X U1 12 11 9600 X U1 13 5942 X U1 14 5942 X U1 53 11 0000 X U1 54 11 0000 X U1 90 53 95E 06 X U1 91 40 0000 X U1 92 40 0000 X U1 99 0 0000 VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT V Vcc 1 337E 03 V Vee 1 337E 03 X U1 vb 1 527E 12 X U1 vc 1 100E 11 X U1 ve 1 100E 11 X U1 vlim 5 395E 08 X U1 vlp 4 000E 11 X U1 vln 4 000E 11 TOTAL POWER DISSIPATION 3 21E 02 WATTS 02 02 12 12 38 36 Evaluation PSpice Nov 1999 Profile SCHEMATIC1 bias D PSPICE 9 chuangxin SCHEMATIC1 bias sim OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE 27 000 DEG C VOLTAGE CONTROLLED CURRENT SOURCES NAME X U1 ga X U1 gcm I SOURCE 3 623E 09 3 625E 09 VOLTAGE CONTROLLED VOLTAGE SOURCES NAME X U1 egnd V SOURCE 0 000E 00 I SOURCE 8 392E 08 CURRENT CONTROLLED CURRENT SOURCES NAME X U1 fb I SOURCE 1 553E 05 CURRENT CONTROLLED VOLTAGE SOURCES NAME X U1 hlim V SOURCE 5 395E 05 I SOURCE 1 079E 16 DIODES NAME D D1 D D2 X U1 dc X U1 de X U1 dlp MODEL D1N4148 D1N4148 X U1 dx X U1 dx X U1 dx ID 4 65E 11 4 70E 11 1 10E 11 1 10E 11 4 00E 11 VD 5 38E 04 5 38E 04 1 10E 01 1 10E 01 4 00E 01 REQ 1 17E 07 1 14E 07 1 00E 12 1 00E 12 1 00E 12 CAP 4 00E 12 4 00E 12 0 00E 00 0 00E 00 0 00E 00 NAME X U1 dln X U1 dp MODEL X U1 dx X U1 dx ID 4 00E 11 2 40E 11 VD 4 00E 01 2 40E 01 REQ 1 00E 12 1 00E 12 CAP 0 00E 00 0 00E 00 BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS NAME X U1 q1 X U1 q2 MODEL X U1 qx X U1 qx IB 7 98E 08 7 97E 08 IC 7 48E 06 7 48E 06 VBE 5 94E 01 5 94E 01 VBC 1 20E 01 1 20E 01 VCE 1 26E 01 1 26E 01 BETADC 9 38E 01 9 38E 01 GM 2 89E 04 2 89E 04 RPI 3 24E 05 3 24E 05 RX 0 00E 00 0 00E 00 RO 1 00E 12 1 00E 12 CBE 0 00E 00 0 00E 00 CBC 0 00E 00 0 00E 00 CJS 0 00E 00 0 00E 00 BETAAC 9 38E 01 9 38E 01 CBX CBX2 0 00E 00 0 00E 00 FT FT2 4 60E 15 4 60E 15 JOB CONCLUDED TOTAL JOB TIME 0 00 3 直流线性扫描分析 执行 PSpice edit simulation profile 菜单命令 弹出 simulation settings bias 对话 框 在 analysis type 栏选 DC Sweep 在 sweep variable 栏内选中 model patameter 在 model 栏内选择 D 第二个 model 中输入 D1D4148 在 parameter 栏内输入 BV 在 sweep type 栏中选 linear 线性分析 Start 输入 10 end 输入 100 incremet 输入 1 然后点击 确定 执行 RunPSpice 菜单命令 弹出 prote 窗口 双击 BV 项 则会出现如下图的波形 BV 101520253035404550556065707580859095100 BV 0 50 100 由于该电路图中没有交流源 故没有必要做交流扫描分析 4 瞬态分析 执行 PSpice edit simulation profile 菜单命令 弹出 simulation setting bias 对话 框 在 analysis type 栏选 time domain 选项 Run to 输入 50ms start saving data 输入 0 maxinum step 输入 10us 勾选上 skip the initial transient bias point calcul 选项 点 击确定 执行 file save 菜单命令 点击 Run PSpice 出现输出波形窗口 点击 Add Trace 选中 Vo 单击 ok 则出现电压波形有小到大起振和稳定到某一幅度的全 过程 应要求 电压振荡周期为 2000Hz 固我们要把电路图中的 R3 值改为 1 8k C1 改为 0 02uF 保存运行 即可得到我们需要的波形 瞬态分析波形如下 Ti m e 0s5m s10m s15m s20m s25m s30m s35m s40m s45m s50m s V Vo 10V 0V 10V 14 139m 8 8101 13 639m 8 8668 运用 probe 探针读出如图所示的两个相临波峰所处的坐标为 13 299m 9 0437 14 089m 9 1325 T 14 089 13 599 0 49 ms F 1 T 2041 Hz 再由 F 1 2 R3C1 计算出理论值得 F 2039 Hz 由此可见 振荡周期与理论值基本 相符 5 傅里叶分析 傅里叶分析是在瞬态分析的基础上运行的 在瞬态分析参数设置的基础上 点击 output file options 弹出 Transient output file options 对话框 勾选上 perform fourier anal center 栏输入 10k number of 栏输入 5 output 栏输入 V Vo 单击 确定 再单击瞬态分析设置窗口中的 确定 单击 Run PSpice 执行仿真 在 probe 窗口 中单击 plot axis settings 菜单命令 打开 Axis Setting 对话框 1 Data Range 区 为 X 轴数据范围 Auto Rang 为自动设置 User Pefined 为自定义设置 需要输入上下限频率 我们分别输入 0Hz 80kHz 2 Scale 区 选 Linea 3 Use Data 区 选 Ful 4 Processing Options 区选上 Fourier 另外 单击下排的 Save Ss Defaults 按钮 则把目前设置的状态保存为默认状态 单击 Reset Defaults 按钮 则从目前的状态还原到原来的默认状态 单击 Y Axis 标签页 采用同样的方法将 Y 轴的坐标范围设置为 0V 5V 线性显示 设置完毕之后 单击 ok 按钮 回到 Probe 窗口 点击 Add Traces 按钮 在 Add Traces 对话框中选中 V Vo 单击 ok 则会出现傅里叶分析结果 傅里叶分析波形如下 Frequency 0H z1KH z2KH z3KH z4KH z5KH z6KH z7KH z8KH z9KH z10KH z11KH z12KH z V Vo 0V 1V 2V 3V 4V 5V 6V 7V 8V 9V 10V 在 Probe 窗口执行功能菜单 view output file 菜单命令 可以查看输出电压 V Vo 的傅里叶分析结果的文本信息 傅里叶分析文本信息如下 FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V VO DC COMPONENT 8 208045E 00 HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED NO HZ COMPONENT COMPONENT DEG PHASE DEG 1 1 000E 04 1 208E 00 1 000E 00 1 428E 02 0 000E 00 2 2 000E 04 5 147E 01 4 262E 01 1 578E 02 1 277E 02 3 3 000E 04 3 309E 01 2 740E 01 1 625E 02 2 658E 02 4 4 000E 04 2 443E 01 2 023E 01 1 640E 02 4 070E 02 5 5 000E 04 1 935E 01 1 602E 01 1 642E 02 5 496E 02 TOTAL HARMONIC DISTORTION 5 686501E 01 PERCENT 6 温度分析 执行 PSpice edit simulation profile 菜单命令 在设好的瞬态分析参数下设置温 度分析参数 选中 Options 中 Temperature sweep 选项 在 Run the simulation at temperature 中设置温度值为 30 27 执行 Flie save 菜单命令 运行 PSpice Run 菜单命令 启动仿真程序 打开 probe 窗口 出现 Available seetions 对话框 全部选中 单击 ok 回到 peobe 窗口 添加波形 选中 V Vo 单击 ok 则会出 现输出电压在两个不同温度下的波形 温度分析波形如下 Ti m e 0s5m s10m s15m s20m s25m s30m s35m s40m s45m s50m s V Vo 20V 10V 0V 10V 20V 由此可见 在一定范围内 温度越低振荡波的幅度越小 7 噪声分析 执行 PSpice edit simulation peofile 菜单命令 弹出 simulation settings bias 窗口 在 Analysis type 栏中选中 AC Sweep Noise SC sweep type 中选中 Logarithmi Decade start 栏中输入 10 end 栏中输入 10G Points Decade 栏中属兔 10 在 Noise Analysis 栏中 勾选上 Enabled 在 Output 栏中输入 V Vo I V 栏中输入 Vc Interrer 栏输入 5 单击 确定 启动 PSpice 程序进行仿真 在 Probe 窗口单击 Add Traces 按钮打开 Add Traes 对话框 设置输出为 V INOISE 单击 ok 即可得 到输入噪声波形 同样 设置输出为 V ONOISE 则得到输出接点的总噪声 噪声分析波形如下 噪声分析输入波形 V ONOISE Frequency 10H z100H z1 0KH z10KH z100KH z1 0M H z10M H z100M H z1 0G H z10G H z V I N O I SE V O N O I SE 0V 0 5m V 1 0m V 1 5m V 噪声分析输出波形 V INOISE Frequency 10H z100H z1 0KH z10KH z100KH z1 0M H z10M H z100M H z1 0G H z10G H z V I N O I SE 0 8m V 1 0m V 1 2m V 1 4m V 重新打开一个 probe 窗口 在 Add Traces 对话框中 先选择 DB 再选择 V 单 击 ok 则得到 SNR 输出借个曲线 SNR 输出结果曲线 Frequency 10H z100H z1 0KH z10KH z100KH z1 0M H z10M H z100M H z1 0G H z10G H z D B V O N O I SE