原创 pspice在振荡仿真中遇到的问题和解决方法

1 Pspice在单管振荡电路仿真中存在的问题及克服方法
1.1存在的问题
    电路如图1：是一个典型的电容三点式振荡电路，把监测探针放于电路中Q1集电极A点，运行仿真程序，探测到的波形如图2.可见电路根本没有振荡.是不是电路本身的问题?
 
1.2对问题的分析
    我们从两方面来分析问题的原因：一是从振荡电路的振荡原理入手来分析，电路的起振条件是这样描述的：在接通电源的瞬间，有瞬变电流产生，这瞬变电流中包含有丰富的频率成分，由谐振电路的选择性选出与谐振电路固有频率相同的频率，再经正反馈电路的反馈作用，使被选出的谐振频率越来越强，最后在稳幅环节的作用下达到稳定，从而产生振荡.由该条件我们可知，电路能否起振的关键在于电源接通瞬间它是否包含频带极宽的瞬变电流；再从软件的工作机制人手来分析，Pspice仿真时，由于原电路中的电压源就已经存在并一直处于接通的稳定状态.即无接通或相当于接通电源的动作，故电路中也就无瞬变电流产生.因而也就不具备振荡产生的条件.

1.3电路的改进
    分析了问题的成因，解决问题的方法有两种：一是在电路中接入时延开关K(延时开关的延时以运行仿真时刻为准)，如图3，其中开关延时设置为0(即选定参数tclose=0)，相当于在仿真运行的零时刻接通电源，在运行仿真时，电路中相当于零时刻开关K闭合，有瞬变电流产生，于是振荡电路具备了瞬时的电流扰动、电路工作，仿真的波形如图4.
  
    第二种解决问题的方法：使用阶跃电压源，我们使该电压源在仿真的零时刻起，电压由0V跃变到9V，并一直持续下去，就相当于电路中零时刻加入瞬变电流.这样也便具备了起振的条件.电路如图5，其中V为阶跃电压源，可从Pspice元件库中选用VPULSE脉冲电压源来产生此阶跃电压，只须设定V(VPULSE)的参数为：脉冲起始电压V1=0V，脉冲终止电压V2=9V，时延TD=0s.仿真波形与图4同.
 

2 在双管推挽互补振荡电路中存在的问题及克服的方法
2.1 双管振荡电路中遇到的问题
    在单管振荡电路中，我们用延时开关或阶跃电压源，满足了起振条件.但在仿真示波器的基准方波发生电路时，该电路的振荡部分为双管推挽互补振荡，电路如图6所示，仍用阶跃电压源，把探头接于Q2发射极的B点，运行仿真，其输出波形如图7，无振荡波形输出，又遇到了不起振的问题。
 

2.2 问题分析
    单管振荡电路起振时要求有瞬时的扰动，借助其自身的正反馈和放大、选频、稳幅环节，使振荡得以产生和维持.而双管推挽振荡电路中，振荡的条件和单管相比有所增强：在电路的形式上，它由两个对称的放大器构成；起振时，瞬时阶跃电压加入是其振荡的条件之一，再者是由于现实的电路本身不可能做得完全对称，使得有一个管子先进入放大状态，假设Q1首先进入放大状态，那么Q1的集电极电流ic1增加，集电极电位Vc1下降，Vc1的下降通过反馈电容c1使Q2的基极点位Vb2下降，Q2的集电极电位Vc2升高，Vc2的升高又通过C2反馈到Q1的基极，使Vb1升高，形成强烈的正反馈，结果Q1管进入饱和，而Q2管进入截止状态；此时电源通过R2、Q1对C2充电，而通过R4对c1反向充电，结果使Q1的基极电位Vb1逐渐下降，Q2的基极电位Vb2逐渐上升，并很快Q2管进入饱和，而Q1管进入截止状态.如此周而复始，便产生了振荡.可见，在双管推挽振荡中，电路元件现实的非对称性是其振荡得以维持的另一个关键.而在Pspice仿真中，由于元件库中相同的元件具有完全相同的参数，因而在现实中不可能完全对称的对称电路，而在仿真电路中却做到了完全对称，推挽振荡电路的振荡条件遭到了破坏。

2.3 电路改进方法
    既然仿真的失败是由对称性造成的，那么人为地破坏其对称性，创造起振条件，就能使振荡电路得以振荡，只是应使对称性的参量改变尽量小。以下提供两种思路：
2.3.1 修改三极管的参数
    仍如图6所示，调出Q1的模型参数，将其BE结的导通电压Vje由原来的0.75改为0.74，保存，这样人为地改变了其参数，破坏了起振对称性.运行仿真时，仿真成功，仿真波形如图8.
 
2.3.2 修改电路中电阻的阻值
    如把电路中R5的阻值由75k变为74.9k.图9中在Q1的发射极加入了一级负载.一方面，它相当于在R2的两端并联一个等效电阻，即减小了输出负载R2的值，同样起到改变振荡电路对称性的作用，使振荡条件得以满足；另一方面，该附加电路较好地起到了放大隔离作用，同时使后级输出波形也得到较大的改善，其波形输出如图10，其中，探针的位置在射极跟随器Q4的发射极.