RC正弦波振蕩電路的EWB仿真分析.doc

RC正弦波振蕩電路的EWB仿真分析科技信息0機械與電子OSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2009年第35期RC正弦波振蕩電路的EWB仿真分析姚霞(徐州技師學院江蘇徐州221000)【摘要】本文以ILC正弦波振蕩電路為例,介紹了在電子電路中引用EWB進行模擬仿真實驗的方法.通過實例分析,可以看到仿真技術在電子技術實驗中的廣闊前景,其直觀的圖形顯示和數(shù)據監(jiān)測,能夠很好的了解電子電路的各種性質.【關鍵詞】振蕩電路;RC選頻;EWB仿真隨著電子技術和計算機技術的發(fā)展.電子電路及其應用系統(tǒng)設計手段也越來越先進.傳統(tǒng)的電子電路與系統(tǒng)設計方法,周期長,耗材多,效率低,難以滿足電子技術飛速發(fā)展的要求.EWB是專用于電子電路設計與仿真的軟件,該文通過對RC正弦波振蕩電路的靜態(tài)調試,動態(tài)測量介紹_r如何在EWB虛擬環(huán)境下創(chuàng)建,調整和測試電路.1.實驗簡介正弦波振蕩電路是一種基本的電子電路,電子技術實驗中經常使用的低頻信號振蕩器就是一種正弦波振蕩電路,大功率的振蕩電路還可以直接為工業(yè)生產提供能源.在諸如超聲波探傷,無限廣播電視信號的發(fā)送和接收中都有著廣泛的應用,無論對于那種振蕩電路,用傳統(tǒng)方法精確分析起振,振幅,頻率的大小都是比較困難的,而用EWB軟件可以進行仿真分析.EWB是加拿大interactiveimagetechnologies公司推出的一個專門用于電子電路仿真和設計的eda工具軟件,是計算機仿真技術在電子技術中的應用.EWB仿真技術不僅節(jié)省資源和時間,更主要的是能充分激發(fā)學習者的興趣并且提高潛在的學習能)32.RC正弦波振蕩電路的理論基礎和電路設計原理分析2.1RC正弦波振蕩電路的理論基礎在無需外加激勵信號的情況下,將直流電源的能量轉換成按特定頻率變化的交流信號能量的電路,稱為振蕩器或振蕩電路.與放大器一樣,振蕩器也是一種能量轉換裝置,它們都是把直流電源的能量轉換為交流能量輸出+但是.放大器需要外加激勵,即必須有信號輸入,而振蕩器不需要外加激勵.當放大器沒有輸入信號時,放大器中寄生正反饋達到一定的程度上時會自行輸出一個信號,這種現(xiàn)象叫放大器的自激.因此,振蕩產生的信號被稱為自激信號.應該指出:(1)為了產生正弦波,必須在放大電路里加人正反饋,因此放大電路和正反饋網絡是振蕩電路的最主要部分.但是,由于很難控制正反饋的量,這樣兩部分構成的振蕩器一般得不到正弦波.如果正反饋量大,則增幅,輸出幅度越來越大,最后由放大元件的非線性限幅,這必然產生非線性失真.反之,如果正反饋量不足,則減幅,可能停振,為此振蕩電路要有一個穩(wěn)幅電路.(2)為了獲得單一頻率的正弦波輸出,應該有選頻網絡,選頻網絡往往和正反饋網絡或放大電路合而為一.選頻網絡由電阻(R),電容(C)和電感(L),電容(C)等電抗性元件組成.正弦波振蕩器的名稱一般由選頻網絡來命名因此,一個完整的正弦波發(fā)生電路應該由放大電路,正反饋網絡,選頻網絡,穩(wěn)幅電路組成,圖1中給出了弦波振蕩器的組成框圖,圖中未畫出選頻網絡和穩(wěn)幅環(huán)節(jié)圖1正弦波振蕩器的組成2.2RC正弦波振蕩電路的基本原理正弦波振蕩器廣泛應用與信號發(fā)生裝置之中.按組成選頻網絡元件的不同,可分為LC,晶體和RC振蕩器三類.本文采用RC串并聯(lián)選頻網絡震蕩電路.2.2.1振蕩的建立和穩(wěn)定(1)起振由于在電路中不可避免會有各種電擾動(如通電時的瞬變過程,無線電干擾,工業(yè)干擾及各種噪聲等),使輸入端有一個擾動信號.這個不規(guī)則的擾動信號可用傅氏級數(shù)展開成一個直流和多次諧波的正弦波疊加(包含豐富的頻率).如果電路本身具有選頻,放大及正反饋能力,電路會自動從擾動信號中選出適當?shù)恼袷庮l率分量,經正反饋,再放大,再正反饋,使=,即I戶l>1,從而使微弱的振蕩信號不斷增大,自激振蕩就逐步建立起來.(2)穩(wěn)幅振蕩接通電源后,振幅增大,當使放大電路中的工作范圍進入到晶體管的非線性區(qū),放大倍數(shù)減小,振幅越大,放大倍數(shù)減小越多.當每次循環(huán)中,恰好反饋信號與輸入信號相等,則振幅增大停止,達平衡狀態(tài).振蕩器進入穩(wěn)幅振蕩.2.2.2振蕩的平衡條件和起振條件(1)振蕩的平衡條件=注意:振幅條件和相位條件必須同時滿足,相位平衡條件確定振蕩頻率,振幅平衡條件確定振蕩輸出信號的幅值.所以有:吼uj=uoFu=A=(2)振蕩的起振條件lI>1綜上所述,起振時lAoI>1,起振后,振幅迅速增大,電路工作到非線性區(qū),使電壓放大倍數(shù)減小,直到Il=1,振幅不再增大,進入穩(wěn)幅振蕩.(3)RC正弦波振蕩電路滿足振幅起振條件AVu>3X1=1利用內穩(wěn)幅滿足振幅平衡條件1采用非線性元件作放大電路的負反饋元件,以實現(xiàn)外穩(wěn)幅.3.用EWB軟件對RC正弦波振蕩電路進行仿真分析3.1設計實例分析采用EWB軟件設計RC正弦波振蕩電路仿真實驗所需元件有:功率放大器(型號741),電阻,電容,直流電源,示波器.元件線路連接如圖2所示:圖2RC正弦波振蕩電路原理圖科技信息0機械與電子OSCIENCE&TECHNOLOGYINFORMATION2009年第35期圖3RC正弦波振蕩電路波形顯示1圖4FIG正弦波振蕩電路波形顯示2該圖中,選頻網絡由兩個16kn的電阻與兩個0.331F的電容串并聯(lián)構成,起振條件是電路放大倍數(shù)3,而RC的值決定輸出信號的頻率,理論上信號的頻率按下式計算1本例中的理論計算I_麗=30?1/,3.2觀察仿真波形及儀表數(shù)據仿真時打開示波器,可以得到RC正弦波振蕩電路由起振到穩(wěn)振的波形變化,如圖3所示:拖曳左右端兩個紅藍色指針.可以測量出信號的周期.示波器中的讀數(shù)為T=34.54ms,仿真實測算出頻率為:,=HHz理論計算與仿真實測相比略有誤差,注意輸出信號的幅值僅與放大器的電源有關,若想控制信號的幅值,可在輸出端加穩(wěn)壓元件進行限幅.4.結論歸納通過對RC振蕩電路進行實驗仿真.設置和改變元器件參數(shù),觀測電路波形,我們可以進一步了解并掌握振蕩電路的結構和工作原理.雖然仿真技術的初衷是用于科學研究.通過仿真進行科學預測和檢驗,但在電子技術的學習中引入仿真實驗,最明顯的好處是節(jié)能減耗,在一定程度上彌補了理論知識掌握不足和實驗設備短缺造成的不便.同時,使用EWB仿真軟件,可以將先進的計算機技術與電子技術結合起來,便于設計方案的論證,選定調試,為電子電路設計打下一個良好的基礎.5.結束語電子技術是一門邏輯性比較強的學科,其中振蕩電路一部分內容尤為抽象.在對電子技術理論進行學習研究的同時,利用ewb軟件進行仿真,演示,增強對學科內容的感性認識,使學習研究人員消除對理論知識的”抽象感”,提高學習研究興趣.使邏輯推理和仿真實驗良好結合的同時更生動,直觀,達到使學習者對邏輯電路的基本理論易于理解,對拓展應用的認識更加深刻的目的.【參考文獻】1電工與電子技術基礎M】.中國勞動出版社.2電子設計與仿真技術M.機械工業(yè)出版社.3電工技術與電子技術實驗教學的改革與探索【JJ.南京:電氣與電子教學學報4朱維仲.電子電路CAD軟件.作者簡介:姚霞(198o.),魯,漢族,江蘇徐州人.碩士在讀,助理講師,主要從事電氣類專業(yè)教學工作.就職于江蘇省徐州技師學院.【上接第84頁)4.1設置分析類型選擇MainMenu-+Solution-AnalysisType-NewAnalysis命令.彈出NewAnalysis對話框,在Typeofanalysis選擇區(qū)點選,單擊【OK】按鈕關閉該對話框.4.2指定模態(tài)提取方法選擇MainMenu-*Solution-rAnalysisType-AnalysisOptions命令,彈出ModalAnalysis對話框,如下圖所示,輸入圖中的參數(shù),其他采用默認值,單擊【OK】按鈕后,彈出BlockLanczosMethod對話框,輸入,其他采用默認值,單擊【OKI按鈕關閉該對話框.5.加載和求解5.1加載選擇MainMenu-Solution_+DifineLoadsAppIv-_StructuralDisplacement-OnAreas彈出ApplyU,ROTOnA對話框,用鼠標左鍵點選第一圓柱體的上下側面,單擊【OKI按鈕后,彈出ApplyU,ROTonAreas對話框,選擇ALIJDOF,如下圖所示,單擊【OKI按鈕關閉該對話框.同上,對另一側圓柱體加載全約束.5.2求解選擇MainMenuSolution一+S0lve一十CurrentLS進行求解.5.3選擇MainMenu-Finish,結束本次求解.6.提取分析結果提取一階模態(tài)形狀,然后提取一階結果云圖,求出自振頻率9078.6HZ,最大振幅2.776mm.系統(tǒng)自動列出的前5階的振動頻率見圖510O責任編輯:王靜圖5系統(tǒng)自動列出的前5階的振動頻率7.結論通過上述分析我們可以對蝸桿的前幾階模態(tài)進行詳細的分析,并以此來指導我們在實際工程中,以避開渦桿的固有頻率.【參考文獻】1張朝