基于Simulink的脈沖發(fā)生器仿真及脈寬調(diào)整

梁紅衛(wèi)

摘要：根據(jù)脈沖發(fā)生器電路原理圖，使用Simulink軟件包構(gòu)建了脈沖發(fā)生器電路模型，并分析了電容反向充電回路的時間常數(shù)對脈沖寬度的影響。仿真結(jié)果驗(yàn)證了時間常數(shù)越小則脈沖寬度越窄，時間常數(shù)越大則脈沖寬度越寬。

關(guān)鍵詞：脈沖發(fā)生器；時間常數(shù)；SIMULINK；脈寬調(diào)整

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

1 引言

脈沖波形在電力負(fù)荷控制終端的檢測、電路測試與維修以及雷達(dá)和通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用[1-2]。因此，有關(guān)脈沖發(fā)生器的設(shè)計及其脈沖寬度調(diào)整電路分析在電子電工課程中具有十分重要的地位。實(shí)際教學(xué)中，通過使用示波器直接測量脈沖發(fā)生器電路板各個測量點(diǎn)的電壓波形，使學(xué)生掌握各個器件的特性和脈沖波形的產(chǎn)生過程。盡管基于實(shí)際電路板的測量方法簡單，但是電路設(shè)計的靈活性欠缺、實(shí)驗(yàn)成本高、效率低。采用計算機(jī)仿真是解決這一問題的有效辦法?；赟imulink/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(tǒng)[3-4]，而且可激發(fā)學(xué)生對問題本質(zhì)的探究，具有教學(xué)成本低、學(xué)習(xí)效率高等一系列優(yōu)勢。

本文提出一種基于Simulink/Simscape平臺的脈沖波形發(fā)生器，并對脈沖寬度進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)Simscape工具箱中提供物理模型模塊，結(jié)合各模塊的連接關(guān)系，構(gòu)建脈沖波形發(fā)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(fā)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(fā)生器電路圖如圖1所示。

根據(jù)脈沖波形發(fā)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(zhuǎn)換（PS-Simulink Converter）模塊3個。

2.3 仿真參數(shù)設(shè)置

（1）求解參數(shù)：仿真停止時間依需要而定，其他默認(rèn)。（2）電壓源參數(shù)： 交流電壓源（6V），頻率50，相移0；直流電壓源（12V）。（3）三極管參數(shù)：均為默認(rèn)。（4）電容參數(shù)：C1為1μF，C2為4.7μF，C3根據(jù)需要調(diào)整，其余參數(shù)均為默認(rèn)。（5）電阻參數(shù)：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(jù)需進(jìn)行調(diào)整。

3 仿真結(jié)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(guān)重要。電路輸出的脈沖寬度由C3反向充電回路的時間常數(shù)R9C3決定，通過調(diào)整C3和R9的大小即可實(shí)現(xiàn)對脈沖寬度的調(diào)節(jié)。

圖3中給出了A、B和G三個測量點(diǎn)的波形，其中R9保持12kΩ不變，電容C3分別為2μF和4μF。根據(jù)圖3中的仿真結(jié)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(diǎn)的波形，其中C3保持2μF不變，電阻R9分別為6kΩ、12kΩ和24kΩ。根據(jù)圖4中的仿真結(jié)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(yàn)證了脈沖寬度由C3反向充電回路的時間常數(shù)R9C3決定，即時間常數(shù)越小則脈沖寬度越窄，時間常數(shù)越大則脈沖寬度越寬。

4 結(jié)語

本文基于Simulink軟件包中的Simscape工具箱，對脈沖發(fā)生器電路進(jìn)行了仿真建模，通過改變時間常數(shù)的大小，實(shí)現(xiàn)了對脈沖寬度的調(diào)節(jié)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了時間常數(shù)越小則脈沖寬度越窄，時間常數(shù)越大則脈沖寬度越寬。

參考文獻(xiàn)

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

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

[3]高興泉，王立國.基于SIMULINK/SIMSCAPE的計算機(jī)控制系統(tǒng)仿真實(shí)驗(yàn)平臺[J].實(shí)驗(yàn)技術(shù)與管理，2013（9）：88-92.

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