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Orcad Capture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->add plot to window。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->add plot to window,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!

声明:本内容为作者独立观点,不代表电子星球立场。未经允许不得转载。授权事宜与稿件投诉,请联系:editor@netbroad.com
觉得内容不错的朋友,别忘了一键三连哦!
赞 3
收藏 7
关注 118
成为作者 赚取收益
全部留言
0/200
成为第一个和作者交流的人吧