摘 要:本文介绍了CAA、CAD软件PSpice的特点,并通过一实例阐述了它在电子线路中的应用。
关键词:CAA、CAD自动增益控制谐波失真
中图分类号:TP319文献标识码:A文章编号:1007-9416(2010)09-0098-02
随着大规模集成电路和电子计算机的迅速发展,电子电路的分析与设计方法发生了重大改革,以计算机辅助分析与设计(简称CAA与CAD)为基础的电子设计自动化(简称EDA)技术已广泛应用于集成电路与系统的设计之中。它改变了以定量估算和电路实验为基础的传统设计方法,成为现代电子系统设计的关键技术之一
1 CAA、CAD工具
PSpice是国际上公认的模拟电路通用仿真工具,它由于收敛性好,适合做系统及电路级仿真。PSpice是以电路理论、数值计算方法和计算机技术为基础实现的,无需任何实际元器件,用预先设计出的各种功能的应用程序,取代大量的仪器仪表。电路设计者可以通过这些应用程序对电路进行各种分析、计算和校验。
2 实例的分析与设计
设计一个振荡器。要求振荡频率 f0=500HZ,输出信号幅度>8V,非线性失真系数D<4.0%。
电路设计与分析如下:
2.1 图1所示为一个由运放μA741和RC串并联选频网络组成的文氏电桥振荡器的电原理图。设R1=R2=R,C1=C2=C,则该振荡器的振荡条件是f0=1/(2ЛRC),RF2>2RF1,现取C=0.01μF,则R≈32KΩ。另外,取RF1=10KΩ,则RF2=22KΩ(略大于2RF1),以便于起振。
电路输入网单文件如下:
对电路进行瞬态分析,输出电压波形如图2所示,可测得T0=2.012ms,所以f0≈497HZ。可见波形失真较大,这是因为没有采取稳幅措施,运放工作进入饱和区的缘故。
2.2 为了保证电路正常起振和输出波形失真最小,电路需加上增益自动控制电路。
图3是一个简单的二极管稳幅电路。即增加D1、D2、RD三个元件。这时需调节RF2,使得当刚起振时信号最小,二极管截止,负反馈函数F≈RF1/(RF1+RF2+RD)略大于1/3,以满足起振条件。而当输出波形振幅较大时,二极管导通,负反馈系数F≈RF1/(RF1+RF2)增加,电压增益下降,达到限制振幅增长的目的。为此,电路输入网单文件中增加几条首字母为*号的语句(运行时要把*去掉)。通过瞬态波形分析,可得到稳幅后的输出波形,如图4所示。可见,RF2=19KΩ时,波形失真大。对RF2分别为17KΩ、17.5KΩ、18KΩ、18.5KΩ进行傅立叶
分析结果显示如下:可以看出,它们的谐波非线性失真系数D分别为3.14℅、3.91℅、3.57℅、3.64℅。可见,当RF2取17 KΩ至18.5KΩ时谐波非线性失真都较小。而由输出文件中得知RF2在四种阻值时的基波分量的电压分别为6.039V、7.527V、9.719V、13.28V。所以,RF2≈18KΩ或18.5 KΩ时,输出波形失真较小,且幅度满足>8V的要求。
3 结语
模拟电路种类繁多,这个例子的分析与设计仅仅说明了最简单的设计问题,对大多数电路而言,往往写不出电路特性的显式表达式,只能用PSpice的计算结果作为分析与设计的依据,因此电路仿真的优势会更加突出。
参考文献
[1] [美]Donald A.Neamen 著,赵桂钦,卜艳萍.译,电子电路分析与设计.电子工业出版社,2003.
[2] Connelly J A,Choi P.Macromodeling with SPICE,Prentice-Hall,1995.
[3] Fenical L H. Pspice:A Tutorlal> Prentice-Hall,1992.
[4] 谢嘉奎主编,电子线路.高等教育出版社,2000.
