基于OrCAD的高頻電子線路仿真解析

　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(duì)回路使用的信號(hào)頻率比較高，電路實(shí)現(xiàn)的功能多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，造成OrCAD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?jī)?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(duì)變?nèi)?a target='_blank' class='arckwlink_none'>二極管調(diào)頻與功率放大及發(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。
　　OrCAD／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，完成電子線路的元器件參量?jī)?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(cè)試、分折功能及器件庫(kù)的構(gòu)建功能。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(jiǎn)化，受編程過程限制越少，且對(duì)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完成所需電路的設(shè)計(jì)分析和器件特性分析。筆者將對(duì)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。
　　1 OrCAD／Pspice在高頻電子線路仿真中的優(yōu)勢(shì)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／Pspi ce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OrCAD／layout phus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OrCAD／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?jǐn)?、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)，為復(fù)雜的設(shè)計(jì)分析提供了便利。雖然，OrCAD提供了高效平臺(tái)，但對(duì)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(hào)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(shí)地提高設(shè)計(jì)效率，很多設(shè)計(jì)者會(huì)浪費(fèi)大量的精力在調(diào)試和參量?jī)?yōu)化過程中。
　　2 仿真電子原理圖
　　如圖1所示為實(shí)用變?nèi)荻O管謂頻、功率放大及發(fā)射電路，左端IN接口為調(diào)制信號(hào)輸入。右端OUT天線為調(diào)頻信號(hào)經(jīng)功率放大后發(fā)射輸出，電路中三極管Q1與電容C1、C2、C3、C4、電感L1及變?nèi)荻O管D10組成載波信號(hào)的形成和調(diào)制信號(hào)的調(diào)頻工作級(jí)，調(diào)頻好的信號(hào)經(jīng)電容C12耦合輸入到三極管Q2和電容C11、變壓器TX1組成的小信號(hào)諧振放大級(jí)，該級(jí)放大電路工作在甲類放大狀態(tài)，調(diào)頻信號(hào)經(jīng)Q2級(jí)諧振放大后輸入功率放大Q3級(jí)，Q3級(jí)作為功率輸出級(jí)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。
　　
　　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)計(jì)要求，設(shè)計(jì)要需要認(rèn)真分析各級(jí)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(hào)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(cè)量點(diǎn)的信號(hào)波形是否失真，判斷出某測(cè)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(cè)量點(diǎn)性能的不達(dá)標(biāo)，還因電路前后級(jí)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(huì)加入一緩沖隔離級(jí)，一般采用非諧振的普通甲類放大級(jí)，目的是將振蕩級(jí)與功放級(jí)隔離，以減少功放級(jí)對(duì)振蕩級(jí)的穩(wěn)定性的影響。因?yàn)殡娐分星昂蠹?jí)的互相影響存在，且各級(jí)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(jí)電路獨(dú)立設(shè)計(jì)做起，再一級(jí)級(jí)關(guān)聯(lián)優(yōu)化，畢竟高頻電路比低頻電路運(yùn)算量是成高量級(jí)變化的，且高頻中要充分考慮元器件和接線分布阻抗的。