Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей
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 Rf
Потратьте еще некоторое время на внимательное изучение полученных результатов. Важно понять, что без компьютера трудно было бы провести подобные исследования.
Обзор новых команд PSpice, применяемых в данной главе
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.
Различные виды задания формы выходного сигнала источников
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.
Экспоненциальные источники
Выходное напряжение таких источников описывается в следующей форме:
exp(<v1> <v2> <td1> <t1> <td2> <t2>),
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)
Импульсные источники
Форма выходного напряжения описывается в виде:
pulse(<v1> <v2> <td> <tr> <tf> <pw> <per>),
где v1 — начальное напряжение;
v2 — напряжение в импульсе;
td — время задержки;
tr — время нарастания;
tf — время спада;
pw — ширина импульса;
per — период следования импульсов.
Рассмотрим, например, следующий входной файл:
The Pulse Source
V 1 0 pulse (0 5V .5ms 0.1ms 0.1ms 0.8ms 2ms)
R 1 0 1
.tran 0.02ms 4ms
.probe
.end
На рис. 4.27 показано выходное напряжение v(t), полученное в программе Probe. График показывает V=0 В до момента 0,5 мс (задержка времени); затем напряжение повышается до 5 В за время нарастания 0,1 мс. Ширина импульса составляет 0,8 мс, время спада 0,1 мс. Через время периода 2 мс импульс повторяется. Обратите внимание на наклон на фронте и срезе импульса, который наблюдается из-за конечного времени спада и нарастания в 0,1 мс.
Рис. 4.27. Форма напряжения для импульсного источника (pulse)
Источники с широтно-импульсной модуляцией
Форма выходного напряжения для источников с широтно-импульсной модуляцией (ШИМ) описывается в виде:
PWL(<t1><v1> <tv2> <v1> … <tn> <vn>),
где t1 — время, связанное с напряжением v1, t2 — время, связанное с напряжением v2 и т. д. Движение от одного уровня напряжения до другого, происходит по линейному закону, мы как бы соединяем точки отрезками прямых. Рассмотрим в качестве примера следующий входной файл:
The Piecewise-Linear Source
V 1 G PWLfOs 0V 0.2s 3V 0.4s 5V 0.6s -5V 0.8s -3V 1s 0V)
R 1 0 1
.tran 0.01s 1s
.probe
.end
На рис. 4.28 показано выходное напряжение v(t), полученное в программе Probe. Обратите внимание, что в команде PWL сначала задаются моменты времени, которые затем сопровождаются соответствующими им напряжениями. Моменты времени задаются с нарастающими значениями; напряжения могут иметь положительные или отрицательные значения.
Рис. 4.28. Форма напряжения для источника с кусочно-линейным напряжением (PWL)
Источники с частотной модуляцией
Форма выходного напряжения описывается в виде:
SFFM(<vo><va> <fc> <m> <fs>),
где vo — напряжение смещения;
va — амплитуда напряжения;
fс — несущая частота;
m — коэффициент модуляции;
fs — частота сигнала.
Рассмотрим, например, такой файл введения:
Single-Frequency FM Source
V 1 0 sffmf(0V 5V 10kHz 3 1kHz)
R 1 0 1
.trail 0.005ms 1ms
.probe
.end
На рис. 4.29 показано выходное напряжение v(1), полученное в программе Probe. Поскольку несущая частота fc=10 кГц, на оси X отложено время, соответствующее 10 периодам несущей частоты (1 мс). Несущая частота модулируется по закону, определяемому частотой сигнала и коэффициентом модуляции. Обратите внимание на увеличение периода в центре графика. Когда используется малое значение т, смещение несущей частоты менее заметно. При большем m смещение становится больше.
Рис. 4.29. Форма напряжения для источника с частотной модуляцией (SFFM)
Надпись «FM source» на оси Y создана путем выбора последовательности команд Plot, Axis Settings и набора с клавиатуры на появившемся табло Y-axis в поле Axis Title этой надписи. В качестве упражнения выполните анализ для источника с модулируемой частотой (SFFM) при m=6 и сравните результаты с приведенными на рис. 4.29.
Синусоидальные источники
Форма выходного напряжения описывается в виде:
sin(<vo><va> <f> <td> <df> <phase>),
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.
Задачи
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
