振蕩器在Proteus仿真中不易起振的原因與對(duì)策

摘要：從振蕩器在Proteus軟件中仿真時(shí)不易起振的現(xiàn)象入手，分析得出結(jié)論是因振蕩器缺乏初始擾動(dòng)信號(hào)而引起的。為此，給出了幾種在電源中人為加入擾動(dòng)信號(hào)的方法，并以文氏橋式振蕩器為例進(jìn)行了電路仿真。仿真結(jié)果表明。在電源中人為地加入波動(dòng)分量的方法可以解決在Proteus仿真中振蕩器的起振問(wèn)趣。

關(guān)鍵詞：Proteus 振蕩器 初始信號(hào) 仿真 文氏橋式振蕩器

中圖分類(lèi)號(hào)：TP391.9 TN702 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1002-2422(2010)02-0102-02

采用Proteus軟件可構(gòu)成虛擬實(shí)驗(yàn)室，用于模擬電路、數(shù)字電路、單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)等課程學(xué)習(xí)，并進(jìn)行電子電路設(shè)計(jì)、仿真、調(diào)試等。通常在實(shí)驗(yàn)室才能完成的實(shí)驗(yàn)，一臺(tái)計(jì)算機(jī)、一套Proteus軟件，再加上一本虛擬實(shí)驗(yàn)教程，就可相當(dāng)于一個(gè)設(shè)備先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)室。因此，Proteus軟件特別適合在校的電子相關(guān)專(zhuān)業(yè)的學(xué)生課下學(xué)習(xí)相關(guān)課程時(shí)仿真使用。由于是仿真實(shí)驗(yàn)，還是會(huì)與實(shí)際實(shí)驗(yàn)存在一定的差別。振蕩器實(shí)驗(yàn)在仿真過(guò)程中就出現(xiàn)了問(wèn)題。

1 振蕩器在Proteus仿真中不易起振的現(xiàn)象

振蕩器是一種不需要外加激勵(lì)信號(hào)，而能將直流電源的能量轉(zhuǎn)變?yōu)榻涣髂芰康碾娐贰?duì)于實(shí)際的振蕩器電路，當(dāng)滿(mǎn)足關(guān)系A(chǔ)uF>1時(shí)，振蕩器很容易起振。起振后，隨著信號(hào)幅度的增大，Au減小，直至達(dá)到振幅平衡條件AuF=1，維持等幅振蕩。然而，在使用Proteus仿真軟件進(jìn)行振蕩器仿真時(shí)，卻常常出現(xiàn)滿(mǎn)足上述條件而不起振的現(xiàn)象。以圖1文氏橋式振蕩器為例，理論上講只要Rv1>0，A。就大于3，電路就一定能起振。但在Proteus中仿真時(shí)，卻看不到有正弦波形輸出，即使RV1換用再大一點(diǎn)的電阻，電路仍然不起振。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，只有當(dāng)Au>5.4以后，才能觀察到一個(gè)嚴(yán)重失真的波形。顯然，這樣的仿真結(jié)果與理論計(jì)算和實(shí)際電路的工作狀況相去甚遠(yuǎn)，實(shí)在難以令人滿(mǎn)意。

2 振蕩器在Proteus仿真中不易起振的原因和解決方法

仔細(xì)研究、分析對(duì)比仿真電路和實(shí)際電路的工作情況、元件參數(shù)特點(diǎn)，不難發(fā)現(xiàn)，振蕩器不起振的原因應(yīng)是仿真電路中所有的元器件和電源都是理想的、是“零”噪聲的，電路中缺乏起振所需的初始擾動(dòng)信號(hào)。即仿真開(kāi)始時(shí)運(yùn)算放大器的輸入信號(hào)等于零，由于所有元件都是理想的，所以運(yùn)放輸出也是零，無(wú)法建立振蕩。而實(shí)際電路中初始信號(hào)的來(lái)源有多種。電路中電阻及晶體管中的熱噪聲、接通電源時(shí)電路中產(chǎn)生的沖擊或者電源中的波動(dòng)分量等都是初始擾動(dòng)信號(hào)的來(lái)源。

為了使振蕩器仿真成功，在原仿真電路的電源中人為地加入一個(gè)很小的交流擾動(dòng)信號(hào)來(lái)仿真電源電壓的波動(dòng)。介紹幾種能實(shí)現(xiàn)正常仿真實(shí)驗(yàn)的具體做法，以求拋磚引玉。

2，1加入并聯(lián)型電源波動(dòng)分量的仿真

將圖1電路中的12V電源串聯(lián)一電阻R5，并通過(guò)電容C3與信號(hào)發(fā)生器Noise并聯(lián)，如圖2所示。其中，信號(hào)發(fā)生器(Generator也稱(chēng)信號(hào)源或激勵(lì)源)Noise的類(lèi)型為正弦，振幅為0.1V，頻率取200Hz。經(jīng)過(guò)這樣改動(dòng)后，電路仿真就正常了。

電阻R5相當(dāng)于電源的內(nèi)阻，阻值應(yīng)小一點(diǎn)。從易于起振的角度考慮，Noise正弦信號(hào)的頻率f與振蕩頻率f0不要相差太大。

如果信號(hào)發(fā)生器Noise的類(lèi)型為Pulse等非正弦類(lèi)型，理論上講，信號(hào)中包含有豐富的諧波成分，應(yīng)當(dāng)有利于作為起振時(shí)的初始信號(hào)。然而，仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果并非如此。比如，將圖3中的信號(hào)源Noise的類(lèi)型改為Pulse，頻率、幅度都不變，振蕩器反而不起振了，甚至將其信號(hào)幅度增加很大，電路仍然不起振，改用幾種非正弦信號(hào)進(jìn)行仿真的結(jié)果都不夠理想。

仿真實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，信號(hào)發(fā)生起Noise的振幅和頻率都是影響起振的因素。振幅越大就越容易起振，但相對(duì)而言，頻率對(duì)起振的影響較大。

2，2加入串聯(lián)型電源波動(dòng)分量的仿真

電源電壓的波動(dòng)可用如圖3所示電路來(lái)仿真。將信號(hào)發(fā)生器Noise與電池BATl串聯(lián)如圖3(a)所示，以此來(lái)代替圖1中的12V電源。信號(hào)發(fā)生器Noise的類(lèi)型為正弦，振幅為0.1V，頻率取200Hz。電池BATl為MisceHaneous類(lèi)中的CELL器件，電壓值設(shè)為12V。如果將圖3(a)中BAT1極性反接，其它參數(shù)都不變，如圖3(b)所示，以此來(lái)代替圖1中的+12 v電源可以起到同樣的效果。

2，3用帶有偏壓的信號(hào)源直接仿真有波動(dòng)的電源

電源的波動(dòng)還可用具有偏移分量的信號(hào)源來(lái)直接仿真。信號(hào)源的直流偏移電壓就是電源電壓，信號(hào)源的交流分量就是電源的波動(dòng)分量。將圖2中的電阻R5、電容C3及－12V電源全部刪除，用信號(hào)發(fā)生器Noise直接代替-12V電源，信號(hào)發(fā)生器的類(lèi)型、振幅、頻率均不變，只將其偏移(Offset)電壓由0V改為-12V，名字由“Noise”改為“－12V”，屬性如圖4所示。使用這一方法進(jìn)行仿真，其效果與前兩種方法基本相同。

三種方法中，第一種方法所用元器件數(shù)目最多，但是其電源的主體沒(méi)變：第二種方法所用的元器件數(shù)目要比第一種方法少，電源主體改為電池；第三種方法所用元器件數(shù)目最少，是三種方法中最簡(jiǎn)單的一個(gè)。另外，在后兩種方法中，由于信號(hào)源的交流分量就是電源的波動(dòng)成分，因此，假如需要計(jì)算電源的脈動(dòng)系數(shù)，則采用后兩種方法較為簡(jiǎn)單。

3 結(jié)束語(yǔ)

在電源中人為地加入一個(gè)很小的交流分量來(lái)仿真電源電壓波動(dòng)的方法很好地解決了Proteus中進(jìn)行振蕩器仿真時(shí)因缺乏初始信號(hào)而不起振的問(wèn)題。此方法不僅適用于文氏橋式振蕩器的仿真，也適用于其它類(lèi)型的振蕩器的仿真。