Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Emitter Follower High-Frequency Model

VS 1 0 AC 1mV

G 0 4 3 4 50mS

RS 1 2 50

RBB 2 3 100

RBE 3 4 1k

RBC 3 0 4MEG

RL 4 0 2k

CL 4 0 3nF

CC 3 0 3pF

CE 3 4 100pF

.AC DEC 50 100k 10MEG

.PROBE

.END

Рис. 3.37. Гибридная π-модель эмиттерного повторителя с емкостной нагрузкой

Выполните анализ, затем получите график для V(4). Обратите внимание, что коэффициент усиления немного меньше единицы, как и ожидается для эмиттерного повторителя. Чтобы получить график Боде, используйте функцию

20·lg(V(4)/0.99мВ).

Затем используйте курсор, чтобы проверить, что значение 3 дБ достигается при f =2,7 МГц. Добавьте второй график, который является графиком фазового угла напряжения V(4). Сделайте это, просто получив график VP(4). Убедитесь, что при частоте, соответствующей 3 дБ, значение фазового угла приблизительно равно -57°. Обратите внимание, что при 100 кГц — самой низкой частоте, отображенной на графике, уже имеется некоторый фазовый угол из-за емкостного характера нагрузки. На рис. 3.38 показаны фазовый угол и графики Боде для этой схемы.

Рис. 3.38. Выходной файл для схемы на рис. 3.37

Изменения параметров элементов в таких схемах могут привести к неправильной работе устройства. В некоторых случаях ожидаемые напряжения и токи выходят за пределы приемлемых значений. В других случаях неверно выбранное смещение может привести к искажениям и так далее. При использовании PSpice чувствительность выходного напряжения к изменениям параметров может быть определена введением во входной файл команды .SENS.

Например, в последовательной цепочке, показанной на рис. 3.39, резистор R 2представляет собой сопротивление нагрузки. Напряжение на этом резисторе составляет 1,25 В. Входной файл содержит команду, позволяющую определить чувствительность этого напряжения относительно других элементов схемы:

Sensitivity of Load Voltage in Series Circuit

Vs 1 0 5V

R1 1 2 300

R2 2 0 100

.sens V(2)

.end

Рис. 3.39. Схема для иллюстрации понятия чувствительности

Выходной файл для этого анализа представлен на рис. 3.40. Чувствительность по постоянному току выходного напряжения V 2 показана относительно различных элементов схемы. Первый из них — это резистор R 1со значением 300 Ом. Чувствительность составляет -3,125Е-03 В на единицу. Поскольку элемент представляет собой резистор, единицей измерения является Ом. Чувствительность составляет -3,125Е-03 В/Ом. Чувствительность V 2к изменениям в значении R 2при номинальном сопротивлении в 100 Ом составляет 9,375Е-03 В/Ом. И наконец, чувствительность V 2к изменениям в V s равна 0,25 В/В. Попробуем понять, что означают эти величины и как найдены их значения.

**** 09/15/99 11:37:48 *********** Evaluation PSpice, (Nov 1998) **************

Sensitivity of Load Voltage in Series Circuit

Vs 1 0 5V

R1 1 2 300

R2 2 0 100

.sens V(2)

.end

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

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 5.0000 ( 2) 1.2500

VOLTAGE SOURCE CURRENTS NAME CURRENT

Vs -1.250E-02

TOTAL POWER DISSIPATION 6.25E-02 WATTS

Sensitivity of Load Voltage in Series Circuit

**** DC SENSITIVITY ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

DC SENSITIVITIES OF OUTPUT V(2)

ELEMENT ELEMENT ELEMENT NORMALIZED

NAME VALUE SENSITIVITY SENSITIVITY

(VOLTS/UNIT) (VOLTS/PERCENT)

R1 3.000E+02 -3.125E-03 -9.375E-03

R2 1.000E+02 9.375E-03 9.375E-03

Vs 5.000E+00 2.500Е-01 1.250E-02

Рис. 3.40.

Понятие чувствительности было введено Боде в работе «Network Analysis and Feedback Amplifier Design» (Анализ цепей и расчет обратных связей в усилителях). Он заинтересовался тем, как переходная функция T изменяется при изменениях в одном элементе системы. Символ S с верхним и нижним индексом представляет собой чувствительность. Верхний индекс — выходной параметр, нижний — отражает элемент, в котором происходят изменения. В нашей последовательной цепочке используется делитель напряжения, для которого

Предположим сначала, что изменения происходят в R 1, в то время как другие элементы остаются неизменными. Например, R 1увеличивается на малую величину Δ R 1, производя некоторое изменение Δ V 2в напряжении V 2 .

В пределе, Δ R 1→Δ R 1и Δ V 2→Δ V 2. Элементная чувствительность для элемента R 1определяется как

В нашем примере

что согласуется с элементной чувствительностью, показанной в выходном файле. Чувствительность V 2относительно R 2определена как

В нашем примере

что также согласуется с элементной чувствительностью, показанной в выходном файле.

В последнем столбце выходного файла на рис. 3.40 показаны нормированные значения. Они найдены как произведение значения элемента и элементной чувствительности.

Теперь, когда мы видели, как находятся значения чувствительности, определим, что же они означают. Предположим, что происходит инкрементное изменение в значении R 1, например увеличение на 1%. Это дает R 1=303 Ом и Δ R 1=3 Ом. Учитывая, что Δ V 2/Δ R 1=-0,003125, получим Δ V 2=3(-0,003125)=-0,009375, и новое значение V 2=1,240625 В.

Теперь предположим, что на 1% увеличилось значение R 2. Это дает R 2=101 Ом и Δ R 2=1 Ом. Учитывая, что Δ V 2/Δ R 2=0,009375, получим Δ V 2=0,009375, и новое значение V 2=1,259375 В.

Но подождите, не можем ли мы найти новое значение V 2в каждом случае по формуле делителя напряжения? Ведь если R 1=303 Ом, то

С другой стороны, если R 2=101 Ом, то