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RC正弦波振荡器

一、 实验目的
运用PSpice软件模拟分析RC正弦波振荡器的输出波形及实现PSpice 9的各种仿真功能。

二、 实验器材
PC机、PSpice 9安装软件

三、 实验步骤

1、 绘制原理图
进入Capture窗口。执行“File-New-Project”菜单命令，打开new project 对话框。在对话框的name栏中，输入项目名称chuangxin。另外在location栏中，输入本项目要储存的文件夹路径（D：）、PSpice 9、创新文件。在create a new project using栏中，选择create a blank pro选项，然后点击“OK”按钮，就进入绘图区。将教材P-63，图3-24中的各个元件逐一放入绘图区。放置元件的方法如下：首先选择：“place-part”菜单命令，调出place part对话框，在libraries栏内选中所需库名称analog，在part栏内输入元件名称R，在右下角就出现此元件图形，单击“ok”按钮，绘图区上就会出现一个随光标移动的元件符号，可以移动鼠标将它拖放在所需的位置，然后单机鼠标左键定位之歌元件，可以连续防治多个元件，要结束元件的放置过程，可以单机鼠标右键选择end mode选项。同样的方法可以放置电容、直流电源等。
然后修改各元件的参数，分别单机各个元件旁边的元件序号和元件值分别会出现display properties对话框，在value栏内输入对应的元件符号和元件值即可。之后就调整元件的角度方向，可以选中要调整的元件，然后按R键，可以旋转杯选择的元件，或长按鼠标左键在元件上拖动元件放到需要的位置上。接着是将各个元件用线连接起来，执行“place-wire”菜单命令，光标变成十字形。只是只需把光标只在要连线的一端，单击鼠标左键，就会出现一条可以随鼠标光标移动的先，移动鼠标就会画出一条线，每单击鼠标左键就可以转弯依稀，当线拖曳到元件的管脚上时再单击鼠标左键一次，就会终止连线。
注意：连线时不可以重叠。
设置网络别名
执行“place-net alias”菜单，弹出对话框place net alias，在alias栏内输入网络别名Vo，然后单击“ok”按钮退出对话框，这是就有一个小方框随鼠标移动，将其放在图中连接out管脚的线上，放置的时候要保证小方框的以便与连线重叠。
在绘制好电路图后，执行“file-save”菜单命令，把绘制好的电路图保存到自己、想要的路径下。
电路原理图如下

2、 静态工作点分析
为了要保证振荡电路能够起振，我们把电路图中的Rp的阻值改成27Ω。具体做法是：双击元件Rp，出现对话框property editor，在set栏内将默认数据改成0.27，然后关闭该对话框。
执行“PSpice-new simulation profile”菜单命令，弹出new simulation对话框，在name栏内输入仿真参数文件bias，然后单击“create”按钮，之后会出现simulation settings-bias对话框，在analysis type栏内选择仿真类型bias point，同时在output file options区，选中第一项，就会将非线性控制电源与半导体元件的偏置数据存入输出文本中。
执行“file-save”菜单命令存档。然后执行“PSpice-run”菜单命令，启动PSpice程序。因为是静态工作点分析，故输出窗口时灰色的。在执行“view-output file”菜单命令，就会在输出波形区打开文本窗口。
静态工作点分析输出文本如下：
**** 02/02/12 12:38:36 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) **************

** Profile: "SCHEMATIC1-bias" [ D:\PSPICE 9\\chuangxin-SCHEMATIC1-bias.sim ]

**** CIRCUIT DESCRIPTION

******************************************************************************

** Creating circuit file "chuangxin-SCHEMATIC1-bias.sim.cir"
** WARNING: THIS AUTOMATICALLY GENERATED FILE MAY BE OVERWRITTEN BY SUBSEQUENT SIMULATIONS

*Libraries:
* Local Libraries :
* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:
.lib "nom.lib"

*Analysis directives:
.OP
.PROBE
.INC "chuangxin-SCHEMATIC"

**** INCLUDING chuangxin-SCHEMATIC ****
* source CHUANGXIN
R_R1 0 N00064 15k
R_R2 N00067 VO 10k
R_R3 N00039 VO 1.8k
R_R4 0 N00042 5.1k
R_Rp N00064 N00067 {100k*0.27+.001}
C_C1 N00042 N00039 0.02u
C_C2 0 N00042 0.033u
X_U1 N00042 N00064 N00134 N00117 VO uA741
D_D1 N00067 VO D1N4148
D_D2 VO N00067 D1N4148
V_Vcc N00134 0 12Vdc
V_Vee 0 N00117 12Vdc

**** RESUMING chuangxin-SCHEMATIC1-bias.sim.cir ****
.INC "chuangxin-SCHEMATIC1.als"

**** INCLUDING chuangxin-SCHEMATIC1.als ****
.ALIASES
R_R1 R1(1=0 2=N00064 )
R_R2 R2(1=N00067 2=VO )
R_R3 R3(1=N00039 2=VO )
R_R4 R4(1=0 2=N00042 )
R_Rp Rp(1=N00064 2=N00067 )
C_C1 C1(1=N00042 2=N00039 )
C_C2 C2(1=0 2=N00042 )
X_U1 U1(+=N00042 -=N00064 V+=N00134 V-=N00117 OUT=VO )
D_D1 D1(1=N00067 2=VO )
D_D2 D2(1=VO 2=N00067 )
V_Vcc Vcc(+=N00134 -=0 )
V_Vee Vee(+=0 -=N00117 )
_ _(Vo=VO)
.ENDALIASES

**** RESUMING chuangxin-SCHEMATIC1-bias.sim.cir ****
.END

**** 02/02/12 12:38:36 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) **************

** Profile: "SCHEMATIC1-bias" [ D:\PSPICE 9\\chuangxin-SCHEMATIC1-bias.sim ]

**** Diode MODEL PARAMETERS

******************************************************************************

D1N4148 X_U1.dx
IS 2.682000E-09 800.000000E-18
N 1.836
ISR 1.565000E-09
IKF .04417
BV 100
IBV 100.000000E-06
RS .5664 1
TT 11.540000E-09
CJO 4.000000E-12
VJ .5
M .3333

**** 02/02/12 12:38:36 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) **************

** Profile: "SCHEMATIC1-bias" [ D:\PSPICE 9\\chuangxin-SCHEMATIC1-bias.sim ]

**** BJT MODEL PARAMETERS

******************************************************************************

X_U1.qx
NPN
IS 800.000000E-18
BF 93.75
NF 1
BR 1
NR 1
CN 2.42
D .87

**** 02/02/12 12:38:36 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) **************

** Profile: "SCHEMATIC1-bias" [ D:\PSPICE 9\\chuangxin-SCHEMATIC1-bias.sim ]

**** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C

******************************************************************************

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( VO) .0016 (N00039) .0016 (N00042)-406.6E-06 (N00064)-387.3E-06

(N00067) .0011 (N00117) -12.0000 (N00134) 12.0000 (X_U1.6)-152.7E-09

(X_U1.7) .0016 (X_U1.8) .0016 (X_U1.9) 0.0000 (X_U1.10) -.6081

(X_U1.11) 11.9600 (X_U1.12) 11.9600

(X_U1.13) -.5942 (X_U1.14) -.5942

(X_U1.53) 11.0000 (X_U1.54) -11.0000

(X_U1.90) 53.95E-06 (X_U1.91) 40.0000

(X_U1.92) -40.0000 (X_U1.99) 0.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME CURRENT

V_Vcc -1.337E-03
V_Vee -1.337E-03
X_U1.vb -1.527E-12
X_U1.vc 1.100E-11
X_U1.ve 1.100E-11
X_U1.vlim 5.395E-08
X_U1.vlp -4.000E-11
X_U1.vln -4.000E-11

TOTAL POWER DISSIPATION 3.21E-02 WATTS

**** 02/02/12 12:38:36 *********** Evaluation PSpice (Nov 1999) **************

** Profile: "SCHEMATIC1-bias" [ D:\PSPICE 9\\chuangxin-SCHEMATIC1-bias.sim ]

**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG C

******************************************************************************

**** VOLTAGE-CONTROLLED CURRENT SOURCES

NAME X_U1.ga X_U1.gcm
I-SOURCE -3.623E-09 -3.625E-09

**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

NAME X_U1.egnd
V-SOURCE 0.000E+00
I-SOURCE -8.392E-08

**** CURRENT-CONTROLLED CURRENT SOURCES

NAME X_U1.fb
I-SOURCE -1.553E-05

**** CURRENT-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

NAME X_U1.hlim
V-SOURCE 5.395E-05
I-SOURCE -1.079E-16

**** DIODES

NAME D_D1 D_D2 X_U1.dc X_U1.de X_U1.dlp
MODEL D1N4148 D1N4148 X_U1.dx X_U1.dx X_U1.dx
ID -4.65E-11 4.70E-11 -1.10E-11 -1.10E-11 -4.00E-11
VD -5.38E-04 5.38E-04 -1.10E+01 -1.10E+01 -4.00E+01
REQ 1.17E+07 1.14E+07 1.00E+12 1.00E+12 1.00E+12
CAP 4.00E-12 4.00E-12 0.00E+00 0.00E+00 0.00E+00

NAME X_U1.dln X_U1.dp
MODEL X_U1.dx X_U1.dx
ID -4.00E-11 -2.40E-11
VD -4.00E+01 -2.40E+01
REQ 1.00E+12 1.00E+12
CAP 0.00E+00 0.00E+00

**** BIPOLAR JUNCTION TRANSISTORS

NAME X_U1.q1 X_U1.q2
MODEL X_U1.qx X_U1.qx
IB 7.98E-08 7.97E-08
IC 7.48E-06 7.48E-06
VBE 5.94E-01 5.94E-01
VBC -1.20E+01 -1.20E+01
VCE 1.26E+01 1.26E+01
BETADC 9.38E+01 9.38E+01
GM 2.89E-04 2.89E-04
RPI 3.24E+05 3.24E+05
RX 0.00E+00 0.00E+00
RO 1.00E+12 1.00E+12
CBE 0.00E+00 0.00E+00
CBC 0.00E+00 0.00E+00
CJS 0.00E+00 0.00E+00
BETAAC 9.38E+01 9.38E+01
CBX/CBX2 0.00E+00 0.00E+00
FT/FT2 4.60E+15 4.60E+15

JOB CONCLUDED

TOTAL JOB TIME 0.00

3、 直流线性扫描分析
执行“PSpice-edit simulation profile”菜单命令，弹出simulation settings-bias对话框，在analysis type栏选“DC Sweep”，在sweep variable栏内选中“model patameter”，在model栏内选择“D”，第二个model中输入D1D4148，在parameter栏内输入BV，在sweep type栏中选linear线性分析。Start输入10，end输入100，incremet输入1，然后点击“确定”。执行“RunPSpice”菜单命令，弹出prote窗口，双击BV项，则会出现如下图的波形。

由于该电路图中没有交流源，故没有必要做交流扫描分析。

4、 瞬态分析
执行“PSpice-edit simulation profile”菜单命令，弹出simulation setting-bias对话框。在analysis type栏选time domain选项，Run to输入50ms，start saving data输入0，maxinum step输入10us。勾选上skip the initial transient bias point calcul选项，点击确定。
执行“file-save”菜单命令，点击“Run PSpice”，出现输出波形窗口，点击“Add Trace”，选中Vo，单击“ok”，则出现电压波形有小到大起振和稳定到某一幅度的全过程。应要求，电压振荡周期为2000Hz，固我们要把电路图中的R3值改为1.8k，C1改为0.02uF。保存运行，即可得到我们需要的波形。
瞬态分析波形如下

运用probe探针读出如图所示的两个相临波峰所处的坐标为（13.299m，9.0437）、（14.089m，9.1325）。T=14.089-13.599=0.49（ms），F=1／T=2041（Hz）。再由F=1／2πR3C1，计算出理论值得，F=2039（Hz）。由此可见，振荡周期与理论值基本相符。

5、 傅里叶分析
傅里叶分析是在瞬态分析的基础上运行的，在瞬态分析参数设置的基础上，点击“output file options”弹出Transient output file options对话框，勾选上perform fourier anal，center栏输入10k，number of栏输入5，output栏输入V(Vo)，单击“确定”。再单击瞬态分析设置窗口中的“确定”，单击“Run PSpice”执行仿真，在probe窗口中单击“plot-axis settings”菜单命令，打开Axis Setting对话框。
（1） Data Range区，为X轴数据范围。Auto Rang为自动设置：User Pefined为自定义设置，需要输入上下限频率。我们分别输入0Hz——80kHz。
（2） Scale区，选Linea。
（3） Use Data区，选Ful。
（4） Processing Options区选上Fourier。
另外，单击下排的“Save Ss Defaults”按钮，则把目前设置的状态保存为默认状态。单击“Reset Defaults”按钮，则从目前的状态还原到原来的默认状态。
单击Y Axis标签页，采用同样的方法将Y轴的坐标范围设置为0V——5V线性显示。设置完毕之后，单击“ok”按钮，回到Probe窗口，点击“Add Traces”按钮，在Add Traces对话框中选中V(Vo)，单击“ok”，则会出现傅里叶分析结果。
傅里叶分析波形如下

在Probe窗口执行功能菜单“view-output file”菜单命令，可以查看输出电压V(Vo)的傅里叶分析结果的文本信息。
傅里叶分析文本信息如下
FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(VO)
DC COMPONENT = 8.208045E+00
HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED
NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

1 1.000E+04 1.208E+00 1.000E+00 -1.428E+02 0.000E+00
2 2.000E+04 5.147E-01 4.262E-01 -1.578E+02 1.277E+02
3 3.000E+04 3.309E-01 2.740E-01 -1.625E+02 2.658E+02
4 4.000E+04 2.443E-01 2.023E-01 -1.640E+02 4.070E+02
5 5.000E+04 1.935E-01 1.602E-01 -1.642E+02 5.496E+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 5.686501E+01 PERCENT

6、 温度分析
执行“PSpice-edit simulation profile”菜单命令，在设好的瞬态分析参数下设置温度分析参数，选中Options中Temperature（sweep）选项，在Run the simulation at temperature中设置温度值为-30℃，27℃。执行“Flie-save”菜单命令，运行“PSpice-Run”菜单命令，启动仿真程序，打开probe窗口，出现Available seetions对话框，全部选中，单击“ok”，回到peobe窗口，添加波形，选中V(Vo)，单击“ok”则会出现输出电压在两个不同温度下的波形。
温度分析波形如下

由此可见，在一定范围内，温度越低振荡波的幅度越小。

7、 噪声分析
执行“PSpice-edit simulation peofile”菜单命令，弹出simulation settings-bias窗口，在Analysis type栏中选中AC Sweep-Noise，SC sweep type中选中Logarithmi，Decade，start栏中输入10，end栏中输入10G，Points-Decade栏中属兔10，在Noise Analysis栏中，勾选上Enabled，在Output栏中输入V(Vo)，I-V栏中输入Vc，Interrer栏输入5，单击“确定”，启动PSpice程序进行仿真，在Probe窗口单击“Add Traces”按钮打开Add Traes对话框，设置输出为V(INOISE)，单击“ok”即可得到输入噪声波形，同样，设置输出为V(ONOISE)则得到输出接点的总噪声。
噪声分析波形如下
噪声分析输入波形V(ONOISE)

噪声分析输出波形 V(INOISE)

重新打开一个probe窗口，在Add Traces对话框中，先选择DB（）再选择V（），单击“ok”则得到SNR输出借个曲线。
SNR输出结果曲线

8、 蒙特卡罗分析
（1）、设置参数
把电路图中的电阻R3替换为BREAKOUT库中的电阻Rbreak，然后修改元件模型。方法如下：
在ORCAD Capture窗口中，单击“Plce-part”菜单命令，出现放置元件对话框，选择元件库BREAKOUT的Rbreak元件，将元件放置到电路图的空白处，编号为R3，选中该元件，单击“Edit-PSpice Model”菜单命令，打开编辑元件模型对话框，编辑元件R3的容差值dev=10%，lot=20%。
双击电阻R3，打开元件参数设置对话框，在其中的value一项中键入电阻值1k。
（2）、设置仿真参数
我们选定在瞬态分析情况下分析，瞬态分析的终止时间为10ms，分析计算的最大步长为10us。在Analysis选项中选中Monte Carlo-Worst Case。选中Monte Carlo，output栏输入V(Vo)，单击“ok”即可得到蒙特卡罗分析结果。
蒙特卡罗分析波形如下

9、 最坏情况分析
（1） 设置电阻R3的容差，dev=10%，lot=20%。
（2） 设置仿真参数，选中Worst-case-sensitivity栏，在output框中填入V(Vo)。在Vary devices that框中，选择both DEV and LOT。在Limit devices to框中采用默认值。单击“确定”按钮后，出现Avaible Seetions对话框，单击“ok”后，就会出现probe窗口，设置输出为V(Vo)，单击“ok”按钮，则得到最坏情况分析结果。
最坏情况分析波形如下

四、 实验总结
通过本次实验，我回顾了以前所学的知识，更加深入了解PSpice软件的应用。同时还领悟到，做人和事情都不能忽视细节，如果未吧R3阻值调整到恰当的阻值，电路时不能引起振荡的，也就是瞬态分析的时候是不会有振荡波形的。

电子信息工程08-2班
20082795
莫幸超