基于PSpice的階梯波發(fā)生器分析與設計

　　PSpice通用電路仿真軟件目前已廣泛地應用于電子線(xiàn)路的設計中，因此在電子技術(shù)的教學(xué)與實(shí)驗中也應充分重視PSpice的學(xué)習和運用。對于電路設計，采用仿真的手段，可以大量地減少硬件調試過(guò)程中出現的各種問(wèn)題，易于電路的實(shí)現。

　　2 階梯波發(fā)生器的設計

　　階梯波發(fā)生器的應用很廣泛，設計方法也很多，本文采用模擬電路中的基本模塊電路進(jìn)行階梯波的設計，是為了便于利用PSpice對各功能電路及整個(gè)系統進(jìn)行深入的分析。原理框圖如圖1所示。

　　階梯波發(fā)生器的電路如圖2所示。

　　2.1 方波發(fā)生器

　　方波發(fā)生器由反向輸入的滯回比較器(U1及外圍元件構成)和R4C1構成，其中滯回比較器的閾值電壓

式中Vz為穩壓管的穩壓值。電容器的最高充電電壓和最低放電電壓即是兩個(gè)閾值電壓的值。輸出方波周期

通過(guò)調節相關(guān)參數可改變電路的振蕩頻率。

　　圖3所示為利用PSpice仿真的電容上電壓的波形以及方波發(fā)生器的輸出振蕩波形。

　　2.2 微分與限幅電路

　　微分電路采用簡(jiǎn)單的電路形式，由C2和D 8及與之并聯(lián)的負載構成，要求電容充放電的時(shí)間常數遠小于輸入方波的周期，使電容C2上電壓近似等于輸入方波的波形。圖4的仿真波形分別為微分電路輸出的波形、電容C2電壓波形及輸入方波的波形。

　　限幅電路主要由二極管D7構成，將微分電路形成的反向尖脈沖削掉。D8也兼作反向限幅的作用，限幅電路輸出波形如圖5所示。

　　2.3 積分累加電路

　　積分累加電路由U2、R5和C3構成，將限幅電路輸出的尖脈沖進(jìn)行積分累加，從而輸出階梯波，為實(shí)現周期性的階梯波，采用電子開(kāi)關(guān)電路對累加器進(jìn)行控制，當C3上電壓累加到規定值，對其進(jìn)行放電。輸出階梯波的階梯數可由C3與C2的比值進(jìn)行控制。

　　2.4 電子開(kāi)關(guān)電路與比較器

　　電子開(kāi)關(guān)在這里由結型場(chǎng)效應管J2N4393擔任，其導通和截止由比較器輸出電壓控制。J2N4393的PSpice模型參數如下：
.model J2N4393 NJF(Beta=9.109m Betatce="-".5 Rd= 1 Rs= 1 Lambda="6m" Vto="-1".422
+ Vtotc="-2".5m Is="205".2f Isr= 1.988p N = 1 Nr= 2 Xti="3" Alpha="20".98u
+ Vk="123".7 Cgd="4".57p M=.4069 Pb="1" Fe=.5 Cgs="4".06p Kf="123E-18"
+ Af="1")
其中夾斷電壓Vto的值主要決定了飽和漏極電流，間接地影響了積分器中C3的放電是否徹底，因此本文采用Vto作為參數，對J2N4393的轉移特性進(jìn)行了參數掃描仿真，如圖6所示。

Vto分別取值為-2、-1.5、-1、-0.5、0V下的轉移特性曲線(xiàn)仿真如圖7所示。

　　通過(guò)仿真確定了當Vto=-0.5V，飽和漏極電流為2.5mA時(shí)，可獲得較好的階梯波輸出波形，如圖8所示。

　　比較器電路主要由U3及其外圍元件構成，也構 成了滯回比較器，閾值電壓分別約為0v和-10V。其輸出控制電子開(kāi)關(guān)的導通與截止，同時(shí)通過(guò)D4也控制了方波發(fā)生器，使得電子開(kāi)關(guān)導通的同時(shí)開(kāi)始一個(gè)新的階梯波周期。比較器輸出波形如圖9所示。

　　輸出階梯波的波形如圖10所示。

　　3 結語(yǔ)

　　在利用PSpice對階梯波發(fā)生器進(jìn)行仿真分析的基礎上，進(jìn)行了硬件的安裝和調試，誤差范圍內輸出波形與仿真結果相同。PSpice在這里作為一個(gè)軟件的實(shí)驗平臺，對硬件電路的調試具有很強的指導作用，可使調試少走很多彎路，并有助于學(xué)生對電路的深入理解。