基于OrCAD／PSpice的波形發生電路設計仿真

圖中晶體管放大電路構成主網絡，直流電源對電路提供偏置，偏置電壓經過直流工作點分析在電路中表示出來。LC并聯諧振回路構成正反饋選頻網絡，其中C1、C2和Ce分別為高頻耦合電容和旁路電容，C3、C4為回路電容，L1是回路電感。在不考慮寄生參數的情況下，根據正弦振蕩的相位條件，振蕩頻率計算公式為：

C4端接回基極構成正反饋，反饋系數為F=C3／C4。電容三點式振蕩器的優點為電容對晶體管非線性特性產生的高次諧波呈現低阻抗，所以反饋電壓中高次諧波分量很小，因此輸出波形接近于正弦波。

2 電路的仿真分析
2．1 起振過程振蕩曲線分析，即電路的瞬態分析(Time Domain Transient)
在Capture CIS中繪制電路的原理圖如圖1，各元件參數如圖中所示。對波形發生電路進行時域仿真就是仿真電路的輸出波形，因此應選擇瞬態分析方式。仿真時間選擇5 μs，并設置Maximum step(最大步長)為10 ns，以輸出光滑的振蕩波形。執行仿真分析命令，可以在Probe中清晰地看出正弦波發生電路的起振過程。

圖2即為out點輸出波形，從中可見起振時間約為1．0 us。根據仿真波形分析起振過程如下：在剛接通電源時電路中存在各種擾動，這些擾動均具有很寬的頻譜，但是只有頻率近似為LC選頻網絡諧振頻率fo的分量才能通過反饋網絡產生較大的反饋電壓。由于環路增益T>1，經過線性放大和反饋的不斷循環，振蕩電壓會不斷增大。然而由于晶體管的線性范圍是有限的，隨著振幅的增大放大器逐漸進入飽和區或截止區，增益逐漸下降。當放大器增益下降而導致環路增益下降到1時，振幅增長過程停止，振蕩器達到平衡，進入等幅振蕩狀態。