Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Выходное напряжение таких источников описывается в следующей форме:

exp( ),

где v1 — начальное значение напряжения;

v2 — максимальное значение напряжения;

td1 — время нарастания;

t1 — постоянная времени нарастания τ1;

td2 — время спада;

t2 — постоянная времени спада τ2.

Рассмотрим в качестве примера следующий входной файл:

The Exponential Source

V 1 0 exp(2V 12V 2s 1s 7s 1s)

R 1 0 1

.tran 0.1s 12s

.probe

.end

На рис. 4.26 показано выходное напряжение v(t), полученное в программе Probe. График показывает V= 2 В в качестве начального значения; затем в момент t= 2 с напряжение начинает экспоненциально нарастать до 12 В при времени нарастания τ1=1 с. В момент t= 7 с, напряжение начинает спадать по экспоненте к начальному напряжению с постоянной времени спада τ2=1 с. Отметим, что td1 и td2 определены относительно начального момента t= 0.

Рис 4.26. Форма напряжения для экспоненциального источника (ехр)

Форма выходного напряжения описывается в виде:

pulse(

где vo — напряжение смещения;

va — амплитуда напряжения;

f — частота;

td — запаздывание;

df — коэффициент затухания;

phase — фаза синусоидального напряжения.

Поясним эту запись на примере:

The Sine-Wave Source V 1 0 sin(0.3V 1V 500Hz 0 500 0) R 1 0 1

.tran 0.06ms 6ms .probe .end

Результат приведен на рис. 4.30. Временная зависимость для v(t) получена на интервале в 6 мс и представляет собой три периода затухающей синусоиды. Затухание происходит по экспоненциальному закону

е -at,

где а — коэффициент затухания, который в нашем примере равен 500. Обратите внимание, что при t =2 мс выражение приобретает вид

е -1 .

Очевидно, при меньших значениях а меньше будет и затухание, а при а= 0 мы получим незатухающее колебание.

Рис. 4.30. Форма напряжения для источника с синусоидальным затухающим напряжением (sin)

Подводя итог, отметим, что выходной сигнал независимых источников напряжения или тока может быть задан различными способами. Такие способы описания применяются для расчетов переходных процессов, требующих использования команды .tran во входном файле.

4.1. В качестве модификации фильтра нижних частот (показанного на рис. 4.1) на рис. 4.31 приведена схема с двумя резисторами и двумя конденсаторами. При использовании PSpice анализа получите график, показывающий частотные зависимости амплитуды и фазы выходного напряжения. Идентифицируйте частоту, соответствующую амплитуде в 3 дБ.

Рис. 4.31

4.2. Проведите анализ усилителя ОЭ, приведенного на рис. 4.5, пользуясь упрощенной моделью в h -параметрах. Сравните результаты с полученными при использовании полной модели в h -параметрах.

Рис. 4.32

4.3. Воспользуйтесь упрощенной моделью в h -параметрах при h ie =1,1 кОм и h fe =80 для каждого из двух каскадов усилителя, показанного на рис. 4.32.

Обратите внимание, что первый каскад представлен усилителем ОЭ, а второй — усилителем с общим коллектором ОК. Параметры элементов: R s= 100 Ом; R c =4 Ом; R e =2 кОм; V s =2 мВ. Найдите выходное напряжение на средних частотах.

4.4. Каскадный усилитель часто используется для высокочастотных устройств. Для схемы на рис. 4.33, примите, что оба полевых транзистора имеют g m =5 мС; r d =50 кОм; C gs =5 пФ; C gd =4 пФ; C ds =0,5 пФ; С 1= C 2 =С 3 =С 4 = 50 мкФ; R 1=470 кОм; R 2=100 кОм; R 3=180 кОм; R s= 800 Ом и R d =4 кОм. Найдите коэффициент усиления на средних частотах и большее из значений частоты, соответствующей 3 дБ, проведя анализ на PSpice.

Рис. 4.33

4.5. Используйте высокочастотную модель полевого транзистора при C gs =5 пФ; C gd =3 пФ; C ds =0,4 пФ; g m =6 мС и r d =500 кОм. Исходный повторитель показан на рис. 4.34. При использовании V s =1 мВ, получите график частоты, показывающий верхнюю отметку снижения на 3 дБ при: a) R s= 2 кОм и б) R s= 10 кОм.

Рис. 4.34.

4.6. Используйте гибридную π-модель для усилителя с обратной связью на полевом транзисторе, показанного на рис. 4.35. Параметры элементов: g m= 50 мС; r bb' =100 Ом; r b'e =1 кОм; С с= 4 пФ; С е =80 пФ и r се =80 кОм. При R s =500 кОм; V s =1 мВ и R L =4 кОм, получите амплитудно-частотную характеристику при: a) R e =300 Ом и б) R e =500 Ом.

Рис. 4.35

4.7. На рис. 4.36 приведен пример усилителя с параллельной обратной связью по напряжению. Используйте упрощенную модель в h -параметрах при c hfe= 100 и h ie= 1,1 кОм. При R s =500 Ом; R e =4 кОм и V s =1 мВ найдите коэффициент усиления по напряжению на средней частоте, входное и выходное сопротивления для случаев: a) R f= 27 кОм и б) R f= 40 кОм.

Рис. 4.36.

4.8. Для расширения частотного диапазона на входе усилителя ОЭ включена шунтирующая катушка, сглаживающая характеристику на высоких частотах (рис. 4.37, а). Модель, использующая теорему Миллера, показана на рис. 4.37, б. Параметры элементов: R L =500 Ом; R 1=100 Ом; R L =1,1 кОм; L =5 мГн; g w =0,2 мС; r b =100 Ом; С с =5пФ и С e =100 пФ. Убедитесь, что емкость С i =605 пФ. Создайте входной файл для PSpice, чтобы определить частотную характеристику схемы. Найдите среднечастотный коэффициент усиления. Сравните верхнюю частоту, соответствующую 3 дБ, для случаев со сглаживающей катушкой и без нее.

а

б