1 引言

PSpice通用電路仿真軟件目前已廣泛地應用于電子線路的設計中，因此在電子技術的教學與實驗中也應充分重視PSpice的學習和運用。對于電路設計，采用仿真的手段，可以大量地減少硬件調試過程中出現的各種問題，易于電路的實現。

2 階梯波發生器的設計

階梯波發生器的應用很廣泛，設計方法也很多，本文采用模擬電路中的基本模塊電路進行階梯波的設計，是為了便于利用PSpice對各功能電路及整個系統進行深入的分析。原理框圖如圖1所示。

階梯波發生器的電路如圖2所示。

2.1 方波發生器

方波發生器由反向輸入的滯回比較器（U1及外圍元件構成）和R4C1構成，其中滯回比較器的閾值電壓

通過調節相關參數可改變電路的振蕩頻率。

圖3所示為利用PSpice仿真的電容上電壓的波形以及方波發生器的輸出振蕩波形。

2.2 微分與限幅電路

微分電路采用簡單的電路形式，由C2和D 8及與之并聯的負載構成，要求電容充放電的時間常數遠小于輸入方波的周期，使電容C2上電壓近似等于輸入方波的波形。圖4的仿真波形分別為微分電路輸出的波形、電容C2電壓波形及輸入方波的波形。

限幅電路主要由二極管D7構成，將微分電路形成的反向尖脈沖削掉。D8也兼作反向限幅的作用，限幅電路輸出波形如圖5所示。

2.3 積分累加電路

積分累加電路由U2、R5和C3構成，將限幅電路輸出的尖脈沖進行積分累加，從而輸出階梯波，為實現周期性的階梯波，采用電子開關電路對累加器進行控制，當C3上電壓累加到規定值，對其進行放電。輸出階梯波的階梯數可由C3與C2的比值進行控制。

2.4 電子開關電路與比較器

電子開關在這里由結型場效應管J2N4393擔任，其導通和截止由比較器輸出電壓控制。J2N4393的PSpice模型參數如下：

.model J2N4393 NJF（Beta=9.109m Betatce=“-”.5 Rd= 1 Rs= 1 Lambda=“6m” Vto=“-1”.422

+ Vtotc=“-2”.5m Is=“205”.2f Isr= 1.988p N = 1 Nr= 2 Xti=“3” Alpha=“20”.98u

+ Vk=“123”.7 Cgd=“4”.57p M=.4069 Pb=“1” Fe=.5 Cgs=“4”.06p Kf=“123E-18”

+ Af=“1”）

其中夾斷電壓Vto的值主要決定了飽和漏極電流，間接地影響了積分器中C3的放電是否徹底，因此本文采用Vto作為參數，對J2N4393的轉移特性進行了參數掃描仿真，如圖6所示。

Vto分別取值為-2、-1.5、-1、-0.5、0V下的轉移特性曲線仿真如圖7所示。

通過仿真確定了當Vto=-0.5V，飽和漏極電流為2.5mA時，可獲得較好的階梯波輸出波形，如圖8所示。

比較器電路主要由U3及其外圍元件構成，也構 成了滯回比較器，閾值電壓分別約為0v和-10V。其輸出控制電子開關的導通與截止，同時通過D4也控制了方波發生器，使得電子開關導通的同時開始一個新的階梯波周期。比較器輸出波形如圖9所示。

輸出階梯波的波形如圖10所示。

3 結語

在利用PSpice對階梯波發生器進行仿真分析的基礎上，進行了硬件的安裝和調試，誤差范圍內輸出波形與仿真結果相同。PSpice在這里作為一個軟件的實驗平臺，對硬件電路的調試具有很強的指導作用，可使調試少走很多彎路，并有助于學生對電路的深入理解。

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