1.4 计算机仿真例题 · 《电子电路基础（第2版）》

在电路的分析设计过程中，利用计算机对电路进行仿真，也是一种非常好的辅助手段。下面通过使用 OrCAD 软件(该软件的使用方法，请参看本书附录 1.1),对一个双向限幅电路进行仿真来说明。

仿真原理图如图 1.4.1 所示，图中二极管 $D_{1}$ 、 $D_{2}$ 的参数相同，均为 $I_{S}=2\times10^{-14}A$ , $r_{d}=1\Omega$ 。试做如下分析:

（1）分析电路的直流传输特性并说明二极管工作状态的变化情况。

（2）设输入信号是幅度为 $2 \, V$ 、频率为 $2 \, kHz$ 的正弦波，求 $v_{0}$ 的波形。

(3) 设输入信号是幅度为 $6 \, V$ 、频率为 $2 \, kHz$ 的正弦波，求 $v_{0}$ 的波形。

解

使用 OrCAD 绘制该电路，如图 1.4.2 所示。

图 1.4.2 中，使用二极管 D1N4002, 同时将 $I_{s}$ 和 $r_{d}$ 这两个参数改为题中所提供的值。首先需要分析的是直流传输特性，故可将 $V_{3}$ 设置为简单的 Vac, 并在直流扫描中设置其取值范围为 $-6 \sim +6 \, V$ ，仿真结果如图 1.4.3 所示。

从图 1.4.3 中可以看出，当 $\left|v_{i}\right| > 4.7 V$ 后，两只二极管只有一只能导通，另外一只截止，此时输出电压基本不随输入电压的变化而变化，其绝对值近似为 4.7 V, 此即为限幅特性；当 $\left|v_{i}\right|<4.7\ V$ 时，两只二极管均截止，输入电压可无衰减地传输至输出端， $v_{0}=v_{i}$ ，此时为非限幅区。

在分析题中第(2)、(3)问时，需要将输入信号源换为VSIN型，并根据题中要求设置信号源的参数值，此时还可在信号源的正端处增加一个电压探针。仿真结果如图 1.4.4所示，其中图( $a$ )所示为输入信号峰值为2V时的情况，图( $b$ )所示为输入信号峰值为6V时的情况。

从以上两图中可以看出，当输入信号较小时，电路工作于非限幅区，此时输入电压可以等量传送到输出端;当输入信号较大时，电路进入限幅区，此时输入电压中过大的那一部分会被“削去”,此即限幅的含义。

( $a$ )

( $b$ )

图 1.4.4 使用正弦波信号源时的输出电压波形