Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Transient Response of Two-Pole Circuit Model for Amplifier with Feedback

V 1 0 PWL (0, 0 0.01ms, 1 2ms, 1)

RS 1 2 1

R 3 0 333.33

L 2 3 20mHN 3 0 0.5UF

.TRAN 0.0 5ms 1.5ms

.PROBE

.END

Выполните анализ и получите график V(3) в Probe. Поскольку мы вызвали анализ переходного процесса (transient analysis), по оси X откладывается время. Верхняя граница шкалы времени равна 1,5 мс. График напряжения отражает перерегулирование при затухающем колебательном процессе в колебательном контуре. Имеется несколько важных моментов времени, которые вы можете найти, используя режим курсора.

На рис. 4.16 приведены характерные моменты времени и соответствующие им значения напряжения. Время t 0,1— момент, когда реакция достигает 0,1 от установившегося значения, время t 0,5— момент, когда реакция достигает 0,5 от установившегося значения (время задержки) и т.д. При использовании курсора, убедитесь, что t 0,1=52 мкс, t 0,5=424 мкс и t 0,9=186 мкс. При этом время нарастания составляет ( t 0,9– t 0,1)=134 мкс. Убедитесь также, что напряжение достигает пикового значения 1,368 В в момент t =326 мкс. На рис. 4.17 показана переходная характеристика.

Рис. 4.16. Реакция двухполюсной цепи на ступенчатый импульс

Рис. 4.17. Реакция двухполюсной цепи на ступенчатый импульс, полученная в Probe

Таким образом, программы PSpice и Probe позволили нам получить информацию, затратив гораздо меньше времени, чем при ручном расчете. В последнем случае без чрезмерных усилий мы смогли бы найти лишь несколько критических точек графика.

В равной степени важно, что теперь мы можем быстро изменить значение и снова выполнить анализ. Возвратитесь к входному файлу для частотной характеристики и задайте новое значение сопротивления R =141,41 Ом. При этом будет выполняться условие 2 k ² > 1, соответствующее отсутствию максимума в частотной характеристике. При R= 141,41 Ом коэффициент k =0,707. Выполните частотный анализ для этого значения R, и убедитесь, что график не достигает максимума, а снижение начинается при более низких частотах. При желании вы можете продолжить анализ для других значений k. Не забудьте, что при больших значениях R (меньших значениях k ) в частотной характеристике появится максимум. Проведите анализ для значений k= 0,4 и k= 0,6.

Анализ переходных процессов для каждого значения к также должен быть исследован. Мы провели анализ переходных процессов при k =0,3. Покажите, что при k =0,707, хотя и не имеется максимума в частотной характеристике, все еще наблюдается некоторое перерегулирование и колебательность в переходной характеристике при подаче ступеньки напряжения. Согласно теории, при k= 1, когда будет достигнуто критическое затухание, перерегулирование исчезнет. Это будет также означать, что частотная характеристика пройдет ниже (то же самое ослабление будет достигаться при более низких частотах). Выполните анализ при k =1 и убедитесь, что t 0,1=59 мкс, t 0,9=173 мкс и t 0,9=403 мкс. Покажите также, что для 3 дБ (для V= 0,707 В) частота составляет f =1,016 кГц.

Итак, мы рассмотрели частотные и переходные характеристики колебательного контура, сходные с аналогичными характеристиками усилителя с обратной связью. Внимательно изучив результаты, вы должны получить ясное представление о роли Q, k, R, L и С в исследуемых процессах.

В качестве примера, относящегося уже не к колебательному контуру, а к усилителю, на рис. 4.18 показана упрощенная гибридная π-модель для усилителя ОЭ с параллельной обратной связью по напряжению.

Рис. 4.18. Упрощенная гибридная pi??!!-модель для усилителя ОЭ с параллельной обратной связью по напряжению

Так как нас интересует реакция на высоких частотах, используем анализ на переменном токе в диапазоне частот от 1 кГц до 10 МГц. Входной файл:

СЕ Amplifier with Voltage-Shunt Feedback

V 1 0 AC 1mV

G 4 0 3 0 50mS

RS 1 2 10k

RBB 2 3 100

RBE 3 0 1k

RF 2 4 40k

RC 4 0 4k

CE 3 0 100pF

CC 3 4 3pF

.AC DEC 40 1kHz 10MEGHz

.PROBE

.END

Выполните анализ; затем убедитесь, используя режим курсора, что V(4)=3,199 мВ соответствует среднечастотному значению. Затем удалите этот график и получите вместо него график

20·lg(V(4)/3,2мВ).

Используйте курсор, чтобы найти отметку, соответствующую снижению на 3 дБ при f =1,37 МГц.

Чтобы показать влияние R f на процессы в схеме, удалите во входном файле команду, вводящую R f и снова выполните анализ. Убедитесь, что при удалении R f среднечастотное значение V(4)=18,02 мВ и что отметка 3 дБ соответствует частоте f =246 кГц. Как и ожидалось из теоретического анализа обратной связи, включение в схему R f стабилизирует ее режим, приводя к более низкому коэффициенту усиления по напряжению и расширению полосы частот.

Для дальнейшей иллюстрации влияния обратной связи на диапазон частот на рис. 4.19 показана модель двухкаскадной схемы ОЭ с параллельной обратной связью по току. Мы снова выбрали упрощенную гибридную π-модель, включив при этом резистор R f= 1,2 кОм между эмиттером Q 2и базой Q 1.

Рис. 4.19. Модель двухкаскадной схемы ОЭ с параллельной обратной связью по току

Используйте для анализа следующий входной файл:

Current-Shunt Feedback Pair

I 0 1 AC 1mA

G1 3 0 2 0 50mS

G2 6 5 4 5 40mS

RS 1 0 1.2k

RBB 1 2 100

RBE 2 0 1k

RC1 3 0 3k

RBB2 3 4 100

RBE2 4 5 1k

RE 5 0 50

RC2 6 0 500

RF 5 1 1.2k

CE 2 0 100pF

CC 2 3 3pF

CE2 4 5 100pF

CC2 4 6 3pF

.AC DEC 40 10kHz 100MEGHz

.PROBE

.END

Проверьте в Probe, что среднечастотное значение тока I(RC2)=22,82 мА (что на 27,16 дБ выше I s ) и максимум тока 26,35 мА появляется при частоте f =6,68 МГц. Затем используйте выражение

20·lg(I(RC2)/22,82мА),

чтобы получить график выходного тока в децибелах. Чтобы яснее увидеть пик тока, установите диапазон по оси Х в пределах от 10 кГц до 20МГц и диапазон по оси Y от -5 до 5. Используйте курсор, чтобы проверить, что отметка в 3 дБ соответствует f =11,72 МГц. График должен быть похож на приведенный ниже (рис. 4.20).