基于Simulink的脈沖發生器仿真及脈寬調整

梁紅衛

摘要：根據脈沖發生器電路原理圖，使用Simulink軟件包構建了脈沖發生器電路模型，并分析了電容反向充電回路的時間常數對脈沖寬度的影響。仿真結果驗證了時間常數越小則脈沖寬度越窄，時間常數越大則脈沖寬度越寬。

關鍵詞：脈沖發生器；時間常數；SIMULINK；脈寬調整

中圖分類號：TM935.4 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2018）04-0087-02

1 引言

脈沖波形在電力負荷控制終端的檢測、電路測試與維修以及雷達和通信等領域有著廣泛的應用[1-2]。因此，有關脈沖發生器的設計及其脈沖寬度調整電路分析在電子電工課程中具有十分重要的地位。實際教學中，通過使用示波器直接測量脈沖發生器電路板各個測量點的電壓波形，使學生掌握各個器件的特性和脈沖波形的產生過程。盡管基于實際電路板的測量方法簡單，但是電路設計的靈活性欠缺、實驗成本高、效率低。采用計算機仿真是解決這一問題的有效辦法。基于Simulink/Simscape的電路仿真，不僅可以通過物理仿真模塊搭建控制靈活的仿真系統[3-4]，而且可激發學生對問題本質的探究，具有教學成本低、學習效率高等一系列優勢。

本文提出一種基于Simulink/Simscape平臺的脈沖波形發生器，并對脈沖寬度進行調整。根據Simscape工具箱中提供物理模型模塊，結合各模塊的連接關系，構建脈沖波形發生器電路，以直觀形象的方式演示脈沖波形受電容和電阻變化的影響情況。

2 脈沖波形發生器電路及其Simulink模型

2.1 仿真建模

一種常見的脈沖波形發生器電路圖如圖1所示。

根據脈沖波形發生器的電路（見圖1），采用Simulink軟件包中的Simscape工具箱將其建模如圖2所示。

2.2 模塊選擇

仿真模型中選用交流電壓源（AC voltage source）模塊1個，直流電壓源（DC voltage source）模塊2個、三級管（PNP Bipolar Thyristor）模塊7個，二極管（Diode）模塊4個，電容（Capacitor）模塊3個，電阻（Resistor）模塊14個，電壓測量（Voltage sensor）模塊3個，示波器（Scope）模塊1個，物理信號Simulink轉換（PS-Simulink Converter）模塊3個。

2.3 仿真參數設置

（1）求解參數：仿真停止時間依需要而定，其他默認。（2）電壓源參數： 交流電壓源（6V），頻率50，相移0；直流電壓源（12V）。（3）三極管參數：均為默認。（4）電容參數：C1為1μF，C2為4.7μF，C3根據需要調整，其余參數均為默認。（5）電阻參數：R1為2.2KΩ，R2為1.8KΩ，R3為6.8KΩ，R4為51Ω，R5為1.8KΩ，R6為12KΩ，R7為1.8KΩ，R8為2.7KΩ， R10為2.7KΩ，R11為1.8KΩ，R12為4.7KΩ，R13為4.7KΩ，RP為50KΩ， R9根據需進行調整。

3 仿真結果與分析

電路圖1中，電容C3和電阻R9，對于脈沖寬度的影響至關重要。電路輸出的脈沖寬度由C3反向充電回路的時間常數R9C3決定，通過調整C3和R9的大小即可實現對脈沖寬度的調節。

圖3中給出了A、B和G三個測量點的波形，其中R9保持12kΩ不變，電容C3分別為2μF和4μF。根據圖3中的仿真結果可知，在電阻R9保持恒定的情況下，電容C3越小則脈寬越窄。

圖4中給出了A、B和G三個測量點的波形，其中C3保持2μF不變，電阻R9分別為6kΩ、12kΩ和24kΩ。根據圖4中的仿真結果可知，在電容C3保持恒定的情況下，電阻R9越小則脈寬越窄。

圖3-圖4，驗證了脈沖寬度由C3反向充電回路的時間常數R9C3決定，即時間常數越小則脈沖寬度越窄，時間常數越大則脈沖寬度越寬。

4 結語

本文基于Simulink軟件包中的Simscape工具箱，對脈沖發生器電路進行了仿真建模，通過改變時間常數的大小，實現了對脈沖寬度的調節，仿真結果驗證了時間常數越小則脈沖寬度越窄，時間常數越大則脈沖寬度越寬。

參考文獻

[1]楊峰，薛泉，陳志豪.一種基于射頻三極管的高斯脈沖發生器的設計[J].通信學報，2005，26（10）：69-71.

[2]陳炯，李喆，尹毅，等.脈寬和幅值可調的新型超窄脈沖發生器的研制[J].高電壓技術，2005，31（5）：39-40.

[3]高興泉，王立國.基于SIMULINK/SIMSCAPE的計算機控制系統仿真實驗平臺[J].實驗技術與管理，2013（9）：88-92.

[4]徐佳寧，梁棟濱，魏國，等.串聯電池組接觸電阻故障診斷分析[J].電工技術學報，2017，32（18）：106-112.