Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

V-SOURCE 1.000E+01

I-SOURCE -1.000Е-03

**** SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(3)/V_Vs = 1.000E+01

INPUT RESISTANCE AT V_Vs = 2.000E+13

OUTPUT RESISTANCE AT V(3) = 0.000E+00

Рис. 16.2. Выходной файл для идеального ОУ

Необходимо дополнить рис. 16.1, отметив на нем направления токов и согласовав знаки так, чтобы выполнялся закон Кирхгофа. Например, поскольку V 2,0=1 В, ток через R 1должен быть равен 1 мА и направлен по стрелке на рис. 16.1. Поскольку V 3,2=V(3)–V(2)=9,9995 В–1,0000 В=8,9995 В, ток через R 2=1 мА (округленное значение) и проходит в указанном на рис. 16.1 направлении. Отметим также, что V 1,2=0 В (округленное значение), поскольку R 1=1 ГОм. Как и ожидалось, входное сопротивление очень велико, а выходное сопротивление почти равно нулю.

Используем модель, приведенную на рис. 5.6, для другого примера, в котором исследуется идеальный ОУ. Назовем этот проект idealdif и используем следующие элементы: V a =3 В, V b =10 В, R 1=5 кОм, R i =1 ГОм, R 2=10 кОм, R 3=5 кОм, R 4=10 кОм, коэффициент усиления Е1 равен 200 000. Схема с пронумерованными узлами показана на рис. 16.3. Для моделирования используйте имя Idealdf и выполните анализ параметров смещения. Включите команды .ОР и .TF с входным источником V s и выходной переменной V(3).

Рис. 16.3. Модель усилителя с дифференциальным входом

Вспомним, что в этом примере выходное напряжение предполагается равным 2( Vb-Va ). Результаты анализа, показанные на рис. 16.4, подтверждают это. Используя значения напряжений, полученные на различных узлах, вычислите ток в каждом резисторе. В качестве упражнения покажите на вашем рисунке напряжение на каждом узле и величины и направления всех токов.

**** 09/03/99 09:37:26 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

** circuit file for profile: Idealdf

*Libraries:

* Local Libraries :

* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:

.lib nom.lib

*Analysis directives:

.OP

.PROBE

*Netlist File:

.INC "idealdif-SCHEMATIС1.net"

*Alias File:

**** INCLUDING idealdif-SCHEMATIC1.net ****

* source IDEALDIF

V_Va 1 0 3V

R_R1 1 2 5k R_Ri 2 3 1G

R_R3 4 3 5k

V_Vb 4 0 10V

R_R2 2 5 10k

E_E1 5 0 2 3 200E3

R_R4 3 0 10k

**** RESUMING idealdif-schematic1-idealdif.sim.cir

.INC "idealdif-SCHEMATIC1.als"

**** INCLUDING idealdif-SCHEMATIC1.als

**** ALIASES

V_Va Va(+=1 -=0 )

R_R1 R1(1=1 2=2 )

R_Ri Ri(1=2 2=3 )

R_R3 R3(1=4 2=3 )

V_Vb Vb(+=4 -=0 )

R_R2 R2(1=2 2=5 )

E_E1 E1(3=5 4=0 1=2 2=3 )

R_R4 R4(1=3 2=0 )

_ _(3=3)

_ _(5=5)

_ _(2=2)

_ _(4=4)

.ENDALIASES

**** RESUMING idealdif-schematic1-idealdf.sim.cir ****

.end

** circuit file for profile: Idealdf

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

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 3.0000 ( 2) 6.6667 ( 3) 6.6667 ( 4) 10.0000

( 5) 14.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME CURRENT

V_Va 7.333E-04

V_Vb -6.667E-04

TOTAL POWER DISSIPATION 4.47E-03 WATTS

**** VOLTAGE-CONTROLLED VOLTAGE SOURCES

NAME E_E1

V-SOURCE 1.400E+01

I-SOURCE -7.333Е-04

Рис. 16.4. Выходной файл усилителя с дифференциальным входом

Модель ОУ на рис. 5.8 достаточно проста, чтобы использовать ее в Capture, но она хороша при изучении ОУ, поскольку при схемотехническом анализе позволяет лучше понять процессы в ОУ. Используем схему на рис. 5.9 в качестве первого примера.

Создайте схему с именем opampsc, используя компоненты и значения, приведенные на рис. 5.9: источник типа VAC для V s= 1 мВ, EG с коэффициентом усиления 1Е5, Е с коэффициентом усиления 1, С= 15,92 мкФ, R 1=10 кОм, R in =1 МОм, R i1=1 кОм, R 2 = 240 кОм и R 0=50 Ом.

Создайте и сохраните схему, показанную на рис. 16.5, затем используйте PSpice с новой конфигурацией и именем Opamp. Проведите анализ с вариацией частоты от 100 Гц до 1 МГц, используя шаг в 40 точек на декаду. Выполните моделирование и получите график

20·lg(V(5)/V(2)).

Рис. 16.5. Модель ОУ для частоты f c =10 Гц

Полученный результат (рис. 16.6) тождественен графику, показанному на рис. 5.12. Выходной файл, идентифицирующий компоненты и узлы, показан на рис. 16.7. Если вы хотите проверить другие аспекты анализа из главы 5, вы можете, например, удалить резистор обратной связи R 2, заменив его резистором R L =22 кОм и действовать далее по методике, описанной в главе 5.

Рис. 16.6. Частотная характеристика для ОУ с f c = 10 Гц

**** 11/26/99 21:51:37 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

** circuit file for profile: Opamp

*Libraries:

* Local Libraries :

* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:

.lib "nom.lib"

*Analysis directives:

.AC DEC 40 100Hz 1MegHz

.PROBE

*Netlist File:

.INC "opampsc-SCHEMATIC1.net" *Alias File:

**** INCLUDING opampsc-SCHEMATIC1.net ****

* source OPAMPSC

R_R2 1 5 240k

R_Ri1 3 4 1k

R_R1 0 1 10k

C_C 4 0 15.92uF

E_E 6 0 4 0 1

E_EG 3 0 1 2 1E5

V_Vs 2 0 DC OV AC 1mV

R_Rin 1 2 1Meg

R_R0 6 5 50

**** RESUMING opampsc-schematic1-opamp.sim.cir ****

.INC "opampsc-SCHEMATIC1.als"

**** INCLUDING opampsc-SCHEMATIC1.als

**** .ALIASES

R_R2 R2(1=1 2=5 )

R=Ri1 Ri1(1=3 2=4 )

R=R1 R1(1=0 2=1 )

C_C C(1=4 2=0 )

E_E E(3=6 4=0 1=4 2=0 )

E_EG EG(3=3 4=0 1=1 2=2 )

V_Vs Vs(+=2 -=0 )

R_Rin Rin(1=1 2=2 )

R_R0 R0(1=6 2=5 )

_ _(1=1)

_ _(2=2)

_ _(3=3)

_ _(4=4)

_ _(5=5)

.ENDALIASES

**** RESUMING opampsc-schematic1-opamp.sim.cir ****

.END

Рис. 16.7. Выходной файл для ОУ с f_c = 10 Гц

Модель ОУ, представленная выше, может использоваться для любой из схем, проанализированных в главе 5. В качестве второго примера обратимся к рис. 5.24, на котором показан низкочастотный фильтр Баттерворта. Анализ проводится для идеального ОУ, содержащего компонент типа Е с коэффициентом усиления А =200 000 и внутренним сопротивлением R in =1 МОм. Используйте значения компонентов, приведенные на рис. 5.24. Проект с именем butrwrth и соответствующая схема показаны на рис. 16.8. Обратите внимание, что коэффициент усиления для Е 1составляет -200 000. Это произошло потому, что полюсы управления следуют в порядке, обратном показанному на рис. 5.24.

Рис. 16.8. Низкочастотный фильтр Баттерворта второго порядка