基于OrCAD電路設(shè)計(jì)軟件的高頻電子線路仿真分析

1、基于OrCAD電路設(shè)計(jì)軟件的高頻電子線路仿真分析第l9卷V01.19第11期No.11電子設(shè)計(jì)工程ElectronicDesignEng20l1年6月Jun.2011基于OrCAD電路設(shè)計(jì)軟件的高頻電子線路仿真分析張奕雄(韓山師范學(xué)院物理與電子工程系,廣東潮州521041)摘要:本文基于OrCAD/Pspice電子線路計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)軟件以實(shí)現(xiàn)高頻電子線路的綜合電路分析仿真為目的,針對回路使用的信號頻率比較高,電路實(shí)現(xiàn)的功能多,結(jié)構(gòu)復(fù)雜,造成OAD設(shè)計(jì)軟件在仿真過程時(shí)運(yùn)算量大,電路調(diào)試過程變得復(fù)雜,電路的元器件參量優(yōu)化難度大.通過采用復(fù)雜電路的仿真調(diào)試關(guān)聯(lián)優(yōu)化的方法對變?nèi)荻O管調(diào)頻與功率放大

2、及發(fā)射電路的仿真過程進(jìn)行分析,仿真效果表明,采用關(guān)聯(lián)優(yōu)化方法能有效提高優(yōu)化設(shè)計(jì)效率.關(guān)鍵詞:OrCAD;高頻電子線路;調(diào)頻;仿真中圖分類號:TP393.0l文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A文章編號:16746236(2011)l1-0142-03Thestudyofsimulationofhifrequencyelectr0niCcircuitsbasedon0rCADZHANGYi-xiong(PhysicsandElectronicEngineeringDepartment,HanshanNormalUniversity,Chaozhou521041,China)Abstract:Thispaperreal

3、izessimulationofthecompositiveelectroniccircuitsinthehishfrequencycircuitsthatisbasedontheelectronicdesignautomationofOrCAD/pspice.Thedebugofprocessbecamecomplicatedandthecalculationofsimulationistime?consumingandtheoptimizationofparametersofcircuitsisdifficult,becausethesimulationsoftheprocessapply

4、thehishfrequencyandthesynthesismuhifunctionalcircuitsindesign.Thepaperanalysesthesimulationsofthecircuitsofvariablecapacitancediodefrequencymodulator.poweramplifier&transmittertostudythesimulationsandmethodofcomplicatedcircuits.Keywords:OrCAD;highfrequencyelectroniccircuits;frequencymodulation;s

5、imulationOrCAD/Pspice是個(gè)通用的電子線路計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)軟件,是電路計(jì)算機(jī)仿真程序中極為優(yōu)秀的一款軟件.具備強(qiáng)大的電路設(shè)計(jì)與仿真能力,能夠方便地實(shí)現(xiàn)電子線路的直流分析,交流分析,瞬態(tài)分析,噪聲分析,靈敏度分析,傅里葉分析,諧波失真分析以及在不同溫度下的電路性能分析【】1,完成電子線路的元器件參量優(yōu)化.提供了豐富的電子元器件模型.能實(shí)現(xiàn)各電路參量的測試,分析功能及器件庫的構(gòu)建功能翻.隨著OrCAD/Pspice快速發(fā)展.實(shí)現(xiàn)各種功能時(shí)操作變得越為簡化,受編程過程限制越少,且對電路的計(jì)算和仿真越為準(zhǔn)確.在掌握電路原理的基礎(chǔ)上,能方便地利用電子輔助仿真設(shè)計(jì)軟件Pspice完成所

6、需電路的設(shè)計(jì)分析和器件特性分析閻.筆者將對可變電容調(diào)頻與功率放大及發(fā)射電路的仿真過程進(jìn)行分析探討.1OrCAD/Pspice在高頻電子線路仿真中的優(yōu)勢作用高頻電子線路中的振蕩電路,調(diào)幅電路,混頻電路,調(diào)頻電路,解調(diào)電路在生活中應(yīng)用非常廣泛,在設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中,利用OrCAD/Pspiee來輔助分析所需高頻電路的各項(xiàng)功能和特性指標(biāo),能方便實(shí)現(xiàn)高頻電子線路各種設(shè)計(jì)需要.而且應(yīng)用收稿日期:2011-0314稿件編號:201103079作者簡介:張奕雄(1979一),男,廣東梅州人,碩士,實(shí)驗(yàn)師.-142-OrCAD/layoutphs能快速完成滿足線路性能要求的實(shí)際印制電路板的設(shè)計(jì).最為重要的是OrCA

7、D/Pspice軟件計(jì)算準(zhǔn)確.使設(shè)計(jì)仿真的指標(biāo)更符合電路的實(shí)際效果.高頻電子線路設(shè)計(jì)的復(fù)雜性,OrCAD電路軟件的高效性,使得OrCAD/Pspice進(jìn)行高頻電子線路設(shè)計(jì),仿真,分析,制造時(shí),更充分體現(xiàn)了OrCAD輔助設(shè)計(jì)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn):縮短了設(shè)計(jì)周期,提高了設(shè)計(jì)制造項(xiàng)目的整體效率.節(jié)約了設(shè)計(jì)成本:利用OrCAD中的靈敏度分析,容差分析,噪聲分析,最壞情況分析,優(yōu)化參量分析功能,使得質(zhì)量得到提高和保證;OrCAD大量的單元設(shè)計(jì)和豐富的元器件模型及易于調(diào)整的模型參數(shù)【啊.為復(fù)雜的設(shè)計(jì)分析提供了便利.雖然,0rt:AD提供了高效平臺,但對設(shè)計(jì)分析高頻綜合電路時(shí).還得學(xué)習(xí)掌握OrCAD分析,調(diào)試,優(yōu)化電

8、路的方法.才能讓OrCAD效能得以更好的體現(xiàn).如在OrCAD/Pspice電子線路計(jì)算機(jī)輔助分析設(shè)計(jì)軟件在進(jìn)行高頻電子線路的綜合電路分析仿真時(shí),因回路信號頻率高,電路復(fù)雜,造成仿真運(yùn)算量大.仿真調(diào)試過程復(fù)雜,優(yōu)化參量難度大,若非有意識地提高設(shè)計(jì)效率,很多設(shè)計(jì)者會浪費(fèi)大量的精力在調(diào)試和參量優(yōu)化過程中.2仿真電子原理圖一如圖l所示為實(shí)用變?nèi)荻O管調(diào)頻,功率放大及發(fā)射主要研究方向:近代物理,電子線路.張奕雄基于OrI=AD電路設(shè)計(jì)軟件的高頻電子線路仿真分析電路,左端IN接口為調(diào)制信號輸入右端OUT天線為調(diào)頻信號經(jīng)功率放大后發(fā)射輸出,電路中三極管Q.與電容C.,c3,c4,電感及變?nèi)荻O管D.組成載波

9、信號的形成和詞制信號的調(diào)頻工作級,調(diào)頻好的信號經(jīng)電容C.:耦合輸入到三極管Q2和電容C變壓器TXI組成的小信號諧振放大級,該級放大電路工作在甲類放大狀態(tài),調(diào)頻信號經(jīng)Q:級諧振放大后輸入功率放大Q,級,Q,級作為功率輸出級要求兼顧高功率和高效率輸出,所以在丙類放大,且要求工作在臨界弱過壓狀態(tài).最終經(jīng)過合理放大后從OUT發(fā)射出去.圖1變?nèi)荻O管調(diào)頻,功率放大及發(fā)射電路Fig.1Thecircuitsofvariablecapacitancediodefrequencymodulator.poweramplifier&transmitter要理想地完成變?nèi)荻O管調(diào)頻,功率放大及發(fā)射綜合電路設(shè)

10、計(jì)要求,設(shè)計(jì)要需要認(rèn)真分析各級功能電路的性能指標(biāo),合理計(jì)算好各元器件的參數(shù),否則,將很難調(diào)試成功.即使初步設(shè)置好了各參數(shù),若在綜合電路里調(diào)試分析.也將因回路信號頻率高,電路復(fù)雜,造成仿真運(yùn)算量大,優(yōu)化參量難度大.很多設(shè)計(jì)者在調(diào)試時(shí),因?yàn)镺rCAD提供的Probe模塊能方便判斷測量點(diǎn)的信號波形是否失真.判斷出某測量點(diǎn)波形失真時(shí),就重復(fù)地優(yōu)化各元器件參數(shù).沒考慮到綜合電路中的調(diào)試是極為耗時(shí)的,更為重要的一點(diǎn).綜合電路中某一測量點(diǎn)性能的不達(dá)標(biāo).還因電路前后級聯(lián)接而造成電路相互的影響.就如圖1變?nèi)荻O管調(diào)頻,功率放大及發(fā)射電路,中間經(jīng)常會加入一緩沖隔離級,一般采用非諧振的普通甲類放大級,目的是將振蕩級

11、與功放級隔離,以減少功放級對振蕩級的穩(wěn)定性的影響.因?yàn)殡娐分星昂蠹壍幕ハ嘤绊懘嬖?且各級小失真的迭加.造成即使易判斷出某點(diǎn)波形失真,仍優(yōu)化困難.為了提高設(shè)計(jì)效率,就應(yīng)該從每一功能分立級電路獨(dú)立設(shè)計(jì)做起,再一級級關(guān)聯(lián)優(yōu)化,畢竟高頻電路比低頻電路運(yùn)算最是成高量級變化的.且高頻中要充分考慮元器件和接線分布阻抗的.3關(guān)鍵功能電路仿真分析圖l變?nèi)荻O管調(diào)頻,功率放大及發(fā)射電路設(shè)計(jì)中.設(shè)計(jì)者應(yīng)先完成Q,振蕩級設(shè)計(jì),再加入變?nèi)荻O管和調(diào)制信號的設(shè)計(jì),否則未產(chǎn)生振蕩時(shí),不能判斷是振蕩級設(shè)計(jì)未好,還是變?nèi)荻O管參數(shù)未確定好.變?nèi)荻O管有一系列關(guān)鍵參數(shù),都需計(jì)算設(shè)置的.振蕩級在調(diào)頻電路中不采用穩(wěn)定性低的普通電容三

12、點(diǎn)式振蕩電路和克拉潑振蕩電路,而是采用穩(wěn)定性高的西勒振蕩電路r71,如圖2所示.在西勒振蕩電路中,改變與電感厶上相并的容量值,回路的振蕩頻率就可調(diào)整,而G3用數(shù)值固定的電容,當(dāng)C>>,C2>>C3時(shí),振蕩頻率近似為8i圖2西勒振蕩電路Fig.2Thecircuitofseileroscillator1當(dāng)選取G為4OpF,c4為40pF,其他元器件按設(shè)計(jì)要求設(shè)置時(shí),振蕩器仿真波形如圖3所示,仿真產(chǎn)生的振蕩信號頻率與計(jì)算設(shè)計(jì)的頻率差不多相等,都約為4MHz.1:I6f瓣7:舞-:鼉鼙:f一1:V2:2J圖3產(chǎn)生的振蕩波形圖Fig.3Theimageofoscillation

13、waveform對于Q,級功率放大級,如圖4所示,則要求放大器輸出功率大,效率要高,即諧振功率放大器一般工作在臨界狀態(tài),因?yàn)榕R界狀態(tài)的諧振功率放大器輸出功率最大.效率也高,最能符合設(shè)計(jì)要求,而過壓狀態(tài)具有較高的效率,所以工作點(diǎn)可以靠近過壓狀態(tài).比靠近欠壓狀態(tài)好.設(shè)計(jì)時(shí),應(yīng)先獨(dú)立進(jìn)行Q,級功率放大電路工作狀態(tài)的調(diào)節(jié).否則,會因?yàn)榕袛喙ぷ鳡顟B(tài)電流波形受前后級電路影響因素多,而難于優(yōu)化參量.圖5為設(shè)置好負(fù)載值,及參量后,仿真得到弱過壓的臨界狀態(tài)(如圖5所示的上部分波形)和強(qiáng)過壓狀態(tài)(如圖-143-電子設(shè)計(jì)工程)2011年第11期5所示的下部分波形)時(shí)通過發(fā)射極的電流波形,從該波形圖可以判斷調(diào)節(jié)好功率

14、放大級的工作狀態(tài).TX2圖4功率放大電路Fig.4Thecircuitofpoweramplifier_/l且一趾圖5電流波形圖Fig.5Theimageof/ewaveforrn在每個(gè)獨(dú)立功能電路設(shè)計(jì)分析成功的基礎(chǔ)上,前級開始逐步往下一級關(guān)聯(lián)起來調(diào)試分析,考慮相關(guān)級的影響,從而完成整個(gè)綜合電路的設(shè)計(jì)要求,這將很大程度上提高電路參數(shù)優(yōu)化效率.4結(jié)束語通過OrCAD/Pspice設(shè)計(jì)高頻電子線路一綜合電路圖變?nèi)荻O管調(diào)頻,功率放大及發(fā)射電路的仿真過程分析.設(shè)計(jì)者在高頻綜合電路的調(diào)試優(yōu)化時(shí),應(yīng)充分考慮前后級電路問的相互影響和仿真過程運(yùn)算量的影響,采用關(guān)聯(lián)優(yōu)化方法能高效實(shí)現(xiàn)高頻電子線路的優(yōu)化設(shè)計(jì).參

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