Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Рис. 4.20. Характеристика Боде для схемы на рис. 4.19

Выполните анализ при удаленном из схемы R f, чтобы показать, что в отсутствие обратной связи среднечастотное значение тока I(RC2)=508,9 мА.

Рассмотрим теперь трехкаскадный усилитель с общим эмиттером. Анализировать эту схему без использования компьютера слишком трудно. Здесь также приходит на помощь PSpice, позволяя провести глубокий анализ схемы при различных параметрах. После этого мы введем в схему резистор обратной связи, включив его между коллектором последнего каскада и базой первого. В заключение мы рассмотрим, какие коррективы должны быть внесены, чтобы убрать большой максимум в характеристике усилителя с обратной связью. Модель усилителя представлена на рис. 4.21. Мы снова используем упрощенную гибридную π-модель для каждого транзистора. Для простоты резистор нагрузки каждого каскада выбран равным 2 кОм. Фактически резистор нагрузки каждого из первых двух каскадов представляет параллельное соединение коллекторного и смещающего резисторов. И напряжение источника V= 0,1 мВ при R s =50 Ом.

Рис. 4.21. Модель трехкаскадного усилителя ОЭ

Входной файл:

Three-Stage СЕ Amplifier Frequency Response

V 1 0 AC 1mV

G1 4 0 3 50mS

G2 6 0 5 50mS

G3 8 0 7 50mS

RS 1 2 50

RBB1 2 3 100

RBE1 3 0 1k

RL1 4 0 2e

RBB2 4 5 100

RBE2 5 0 1k

RL2 6 0 2K

RBB3 6 7 100

RE3 7 0 1k

RL3 8 0 2k

CE1 3 0 100pF

NN1 3 4 3pF

CE2 5 0 100pF

CC2 5 6 3pF

CE3 7 0 100pF

CC3 7 8 3pF

.AC DEC 2 0 10kHz 1MEGHz

.PROBE

.END

Проведите анализ, показав, что среднечастотное значение V(8)=9,046 В. Затем получите график

20·lg(V(8)/9,05V)

и выясните, что отметка в 3 дБ соответствует частоте f =420 кГц. Коэффициент усиления, вероятно, значительно больше необходимого, и частотная характеристика немного не умещается в диапазоне в отличие от характеристики для схемы с обратной связью. Сравните ваши результаты с кривой на рис. 4.22.

Рис. 4.22 Характеристика Боде для схемы на рис. 4.21

Вторая часть анализа будет выполняться с несколько измененной схемой. Замените источник напряжения источником тока по теореме Нортона и установите сопротивление нагрузки R L3 =50 Ом. После модификации входной файл приобретает вид:

I 2 0 AC 2uA

RS 2 0 50

RL3 8 0 50

.AC DEC 2 0 10kHz 10MEGHz

Обратите внимание, что, как показано на рис. 4.23, узел 1 был удален и, соответственно, была изменена команда R S. Проведите анализ и убедитесь, что среднечастотное значение I(RL3)=4,52 мА. Затем используйте уравнение

20·lg I(( R L3 )/4,53мА),

чтобы получить график в децибелах. Убедитесь, что отметка в 3 дБ соответствует частоте f =776 кГц. Это показывает, что уменьшение значения R L расширяет полосу частот.

Рис. 4.23. Модификация схемы трехкаскадного усилителя

Теперь рассмотрим более значительное изменение. Включим резистор обратной связи R f =5 кОм между узлами 8 и 2 (то есть между коллектором последнего и базой первого каскадов). Это приведет к созданию параллельной обратной связи по напряжению, как в предыдущих примерах. Изменим входной файл, добавив команду для введения R f .

RF 8 2 5k

Теперь выполните анализ для f =20 МГц, убедившись, что среднечастотное значение I(RL3)=191 мкА. С учетом этого график Боде следует строить по уравнению

20·lg I( R L3 )/191 мкА).

Скорректируйте диапазон значений по оси Y , чтобы иметь возможность работать от -20 до 20 дБ. Убедитесь, что максимум тока достигается при 17,89 дБ и соответствует частоте f p =7,94 МГц. Покажите также, что отметка -3 дБ достигается при Y =11,18 МГц. Этот график показан на рис. 4.24.

Рис. 4.24. График Боде для схемы на рис. 4.23

Внезапный резкий взлет выходной характеристики, конечно, нежелателен. Избежать его можно, подключив подходящий конденсатор параллельно резистору обратной связи R f . Конденсатор добавляет еще один нуль в выражение для коэффициента усиления. Очевидно, что этот нуль соответствует частоте f p, что достигается при C f= 1/2π R ff p. При f p =8 МГц получим C f= 4 пФ. Вставьте во входной файл команду

CF 8 2 4pF

и снова запустите анализ. График в Probe должен показать плоскую кривую, которая при частоте f =7,9 МГц формирует локальный максимум со значением 0,652 дБ, а при частоте f =11,18 МГц — отметку -3 дБ. Этот график показан на рис. 4.25.

Рис. 4.25. График Боде для схемы на рис. 4.23 с конденсатором, подключенным параллельно R f

Потратьте еще некоторое время на внимательное изучение полученных результатов. Важно понять, что без компьютера трудно было бы провести подобные исследования.

V [имя] <+узел> <-узел> [параметры анализа переходного процесса]

Например, запись

V 1 0 PWL (0us 0V 1us 1V 1s 1V)

означает, что источник напряжения включен между узлами 1 и 0 , форма выходного напряжения описывается кусочно-линейной функцией (piecewise linear — PWL). В момент t =0, напряжение также нулевое; затем в момент t= 1 мкс V =1 В и в момент t =1 с V = 1 В. Между соседними точками временная диаграмма представляет собой отрезки прямой.

В PSpice доступны не только независимые источники постоянного или синусоидального тока и напряжения. При исследовании переходных процессов могут быть заданы различные формы выходного сигнала, описываемые в спецификациях источников независимого напряжения или тока. Опишем подробно доступные источники, приводя простые примеры для каждого из них.