要進行仿真,那么就必須給電路提供電源與信號。這次我們就來說說常用的信號源有哪些。
首先說說可以應用與時域掃描的信號源。在Orcad Capture的原理圖中可以放下這些模型,然后雙擊模型,就可以打開模型進行參數設置。參數被設置了以后,不一定會在原理圖上顯示出來的。如果想顯示出來,可以在某項參數上,點擊鼠標右鍵,然后選擇display,就可以選擇讓此項以哪種方式顯示出來了。
1,Vsin
這個一個正弦波信號源。
相關參數有:
VOFF:直流偏置電壓。這個正弦波信號,是可以帶直流分量的。
VAMPL:交流幅值。是正弦電壓的峰值。
FREQ:正弦波的頻率。
PHASE:正弦波的起始相位。
TD:延遲時間。從時間0開始,過了TD的時間后,才有正弦波發生。
DF:阻尼系數。數值越大,正弦波幅值隨時間衰減的越厲害。
2,Vexp
指數波信號源。
相關參數有:
V1:起始電壓。
V2:峰值電壓。
TC1:電壓從V1向V2變化的時間常數。
TD1:從時間0點開始到TC1階段的時間段。
TC2:電壓從V2向V1變化的時間常數。
TD2:從時間0點開始到TC2階段的時間段。
3,Vpwl
這是折線波信號源。
這個信號源的參數很多,T1~T8,V1~V8其實就是各個時間點的電壓值。一種可以設置8個點的坐標,用直線把這些坐標連起來,就是這個波形的輸出了。
4,Vpwl_enh
周期性折線波信號源。
它的參數是這樣的:
FIRST_NPAIRS:第一轉折點坐標,格式為(時間,電壓)。
SECOND_NPAIRS:第二轉折點坐標。
THIRD_NPAIRS:第三轉折點坐標。
REPEAT_VALUE:重復次數。
5,Vsffm
單頻調頻波信號源
參數如下:
VOFF:直流偏置電壓。
VAMPL:交流幅值。正弦電壓峰值。
FC:載波信號頻率
MOD:調制系數
FM:被調制信號頻率。
函數關系:Vo=VOFF+VAMPL×sin×(2πFC×t+MOD×sin(2πFM×t))
6,Vpulse
脈波信號源。這大概是我最常用到的信號源了。用它可以實現很多種周期性的信號:方波、矩形波、三角波、鋸齒波等。可以用來模擬和實現上電軟啟動、可以用來產生PWM驅動信號或功率信號等等。
參數如下:
V1:起始電壓
V2:脈沖電壓
TD:從時間零開始到V1開始跳變到V2的延遲時間。
TR:從V1跳變到V2過程所需時間。
TF:從V2跳回到V1過程所需時間。
PW:脈沖寬度,就是電壓為V2的階段的時間長度。
PER:信號周期
在以上的幾種信號源中,還有兩個參數,AC與DC。說實話,我不是很清楚是做什么用的。一般這兩個參數都是空著不要設置的。
與以上電壓源信號對應的還有一組電流源信號,只需要把模型名稱的第一個字母由V改成I就可以得到。其相關參數的意義是相同的。唯一的區別就是把電壓信號變成電流信號。大家可以自己去看看學習一下。
還有幾個比較重要的信號源:
1,VDC
不用多說了,這個是最基本的電壓源,可以作為直流信號源,或者電源給電路供電。唯一需要設置的參數就是電壓值。
2,VAC
這個信號源有兩個參數
DC:直流偏置值。
ACMAG:交流電壓幅值。
ACPHASE:交流起始相位,一般不設置這項。
這個交流信號源,是用來做頻率掃描用的,可以用來觀察一個電路的頻域特性。
同樣的,也有與上面兩個信號源相對應的電流信號源。
下面,我們來通過仿真,實際嘗試一下這些模型的應用,先在Capture環境中建立新項目,在原理圖中放置如下的模型,并設置相關參數:
然后設置10ms時間的時域掃描,步長100ns,待仿真完成后,入圖所示自最后一個開始,每放一個探頭,就在仿真結果的窗口中選擇一次菜單plot->add plot to window。然后在調整仿真結果的坐標軸,把X\Y軸的坐標表格細節換成點狀,便于觀察波形。可以看到如下波形:
其中,最下面的三個波形是用Vpulse這個模型通過設置不同的參數構造的矩形波、三角波和鋸齒波。
接下來,讓我們看看VAC這個模型,是如何應用與頻域掃描的。
首先建立一個如下圖的原理圖,并在輸入端放一個Vin的網絡標識,在RC的輸出放一個VRC的網絡標識,在LC的輸出放一個VLC的網絡標識。
然后,設定如下圖的AC掃描:
掃描范圍不能從0開始,這里是從1Hz開始,掃描到30KHz,在這個范圍內掃描10000個點。頻率坐標采用以10的對數坐標。
掃描結束后,先選擇plot->add plot to window,把掃描結果的屏幕分成上下兩個,上面的用來顯示幅頻特性,下面的用來顯示相頻特性。
先點擊顯示波形圖的半部分,然后點擊
這個工具欄按鈕,添加一個波形,在彈出的對話框里,從右邊選擇函數DB(),然后在出來的DB()函數括號內先點擊左邊信號列表里的V(VRC),再輸入一個除號“/”,再點擊V(Vin)。得到一個函數表達式DB(V(VRC)/V(Vin))。見下圖:
然后點擊OK,就可以得到RC那部分電路的幅頻特性。同樣的操作,繼續在波形圖上半部分添加LC部分的幅頻特性。在波形圖下半添加兩個電路的相頻特性。相頻特性是用的函數P()。最后,我們可以得到如下的結果:
由圖中可以看出,LC電路的最大相移為180度,而RC為90度。而過了極點之后,LC電路的幅值下降斜率是RC的2倍。這是與理論上的結果是一致的。這里就不細述了。
對于一些復雜的信號,我們可以通過一些模型之間進行運算而得到。例如,中波調幅的無線電信號,就是用一個頻率作為載波,用另一個頻率去調制它,從而實現了在高頻載波中包含音頻信息的一種信號。這個怎么實現呢?
我們可以通過乘法器來實現,看下圖:
圖中,V1信號為低頻音頻信號,V2為高頻載波信號。用一個乘法器實現了用V1去調制V2,設置一個2ms的時域掃描看看結果吧:
最近論壇里LLC電路比較流行。我們知道,LLC是變頻控制的。需要用反饋電路來控制電路的驅動頻率。那么如何實現可以調節頻率的信號源呢?我們上面介紹的幾個信號源,頻率一旦設定好,就不能更改了,怎么辦呢?
我們可以用VCO系列的壓控信號源。例如下圖:
我在這里用了一個折線波信號源和一個壓控方波振蕩器。折現波信號源用來產生一個從5V到0V的負斜率的電壓,模擬電源的啟動的軟啟動過程。壓控振蕩器為了便于觀察,我把中心頻率設定在1K。另外,我發現,這個壓控振蕩器的最低頻率是在(VMAX+VMIN)/2的地方,那么為了實現0~5V范圍頻率的變化,我把VMAX設定在5V,VMIN設定在-5V,這樣當輸入在5~0V之間變化的時候,輸出的信號的頻率在50KHz在1KHz之間變化。進行一個長度為10ms的時域仿真,讓我們看看仿真的結果吧:
可以看到當最后輸入電壓為0V的時候,VCO的輸出信號頻率也穩定在了1KHz上。如此我們就得到了通過電壓調節頻率的一個電路。仿真LLC閉環就方便多了。
接下來,讓我們想想,如何實現PWM的脈寬,從低占空比到高占空比逐漸變化,從而實現PWM電源的軟啟動呢?
可以用一個鋸齒波信號、一個折線波信號,一個理想運放作為比較器來實現。看原理圖:
為了便于觀察,信號源的頻率取的比較低。下面是仿真結果,把結果輸出在上下兩個部分,便于觀察:
從仿真結果可以看到,PWM的脈寬從小的占空比逐漸增加到大占空比。從而可以用這個方法來實現電源的軟啟動過程。有了軟啟動的這個過程,就可以讓我們電路的仿真與實際工作的表現更加接近了。
以上是我的一些心得,在此與大家分享,希望關注的朋友多多參與討論,一起進步!謝謝!