Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

.ENDALIASES

**** RESUMING opampsc-schematic1-opamp.sim.cir ****

.END

Рис. 16.7. Выходной файл для ОУ с f_c = 10 Гц

Активные фильтры

Модель ОУ, представленная выше, может использоваться для любой из схем, проанализированных в главе 5. В качестве второго примера обратимся к рис. 5.24, на котором показан низкочастотный фильтр Баттерворта. Анализ проводится для идеального ОУ, содержащего компонент типа Е с коэффициентом усиления А=200 000 и внутренним сопротивлением Rin=1 МОм. Используйте значения компонентов, приведенные на рис. 5.24. Проект с именем butrwrth и соответствующая схема показаны на рис. 16.8. Обратите внимание, что коэффициент усиления для Е1 составляет -200 000. Это произошло потому, что полюсы управления следуют в порядке, обратном показанному на рис. 5.24.

Рис. 16.8. Низкочастотный фильтр Баттерворта второго порядка

При анализе на PSpice используйте имя Butrwth1 и выполните вариацию частоты от 1 Гц до 100 кГц с шагом в 40 точек на декаду. Проведите моделирование и в Probe получите график выходного напряжения V(5). Выходное напряжение при низких частотах должно составлять 1,586 мВ. Использовав это значение в качестве опорного, получите график

20·lg(V(5)/1,586mB).

График приведен на рис. 16.9 и должен быть таким же, как на рис. 5.26. В выходном файле на рис. 16.10 показаны следующие параметры:

R_Rin 4 3 1Meg

Е_Е15 0 4 3 -2Е5

Рис. 16.9. Частотная характеристика фильтра Баттерворта

**** 03/02/99 14:31:31 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

** circuit file for profile: Butrwth1

*Libraries:

* Local Libraries :

* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:

.lib nom.lib

*Analysis directives:

.AC DEC 401Hz 100kHz

.PROBE

*Netlist File:

.INC "butrwrth-SСНЕМАТIС1.net"

*Alias File

**** INCLUDING butrwrth-SCHEMATIC1.net ****

* source BUTRWRTH

C_C1  2 5 31.83nF

R_Rin 4 3 1Meg

R_R2  4 5 5.86k

R_R1  0 4 10k

R_R4  2 3 1k

R_R3  1 2 1k

V_Vi  1 0 DC 0V AC 1mV

E_E1  5 0 4 3 -2E5

С_C2  3 0 31.83nF

**** RESUMING butrwrth-SCHEMATIC1-Butrwth1.sim.cir

**** .INC "butrwrth-SCHEMATIC1.als"

**** INCLUDING butrwrth-SCHEMATIC1.als ****

.ALIASES

С_C1  C1(1=2 2=5 )

R_Rin Rin(1=4 2=3 )

R=R2  R2(1=4 2=5 )

R_R1  R1(1=0 2=4 )

R=R4  R4(1=2 2=3 )

R_R3  R3(1=1 2=2 )

V_Vi  Vi(+=1 -=0 )

E_E1  E1(3=5 4=0 1=4 2=3 )

С_C2  C2(1=3 2=0 )

_     _(1=1)

_     _(2=2)

_     _(3=3)

_     _(4=4)

_     _(5=5)

.ENDALIASES

**** RESUMING butrwrth-SCHEMATIC1-Butrwfth1.sim.cir ****

.END

Рис. 16.10. Выходной файл для фильтра Баттерворта

По упомянутой выше причине коэффициент усиления показан как отрицательное число, а команда псевдонима для Rin показана как

R_Rin Rin(1=4 2=3)

Это означает, что полюс 1 Rin является узлом 4, а полюс 2 Rin — узлом 3, условное направление тока через этот резистор на рисунке — вниз. Следовательно, при положительном токе через Rin напряжение на полюсе 1 также будет положительным. Если вы получите вместо этого график

20·lg(V(5)/V(1)·1,586мВ),

согласно выражению, используемому в главе 5, он будет смещен на 60 дБ по оси Y от ожидаемого результата. 

Активный полосовой резонансный фильтр

Используем схему на рис. 5.32 как другой пример активного фильтра. Начните новый проект в Capture с именем actvbpfr. Представьте идеальный ОУ, использовав Е с коэффициентом усиления 200 000 и внутренним сопротивлением Rin=1 МОм. Другие компоненты Vi=1 мВ (используется источник типа VAC), L=0,298 Гн, С=0,724 нФ, R=10 кОм, R1=10 кОм и R2=10 кОм. Сохраните схему, затем сравните ее с показанной на рис. 16.11. Подготовьте моделирование на PSpice с именем Actvbpfi. Предусмотрите вариацию по частоте с шагом в 40 точек на декаду от 1 кГц до 1 МГц. Выполните моделирование и получите график

20·lg(V(5)/(V(Vi:+)).

Рис. 16.11. Активный резонансный полосовой фильтр

Результаты показаны на рис. 16.12. На средней частоте f0=11,22 кГц коэффициент усиления фильтра равен 5,994 дБ. Выходной файл на рис. 16.13 идентифицирует компоненты и номера узлов.

Рис. 16.12. Частотная характеристика для полосового фильтра

**** 09/02/99 15:59:54 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998)

** circuit file for profile: Actvbpf1

*Libraries:

* Local Libraries :

* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:

.lib nom.lib

*Analysis directives:

.AC DEC 40 1kHz 100kHz

.PROBE

*Netlist File:

.INC "actvbpfr-SCHEMATIC1.net"

*Alias File:

**** INCLUDING actvbpfr-SCHEMATIC1.net ****

* source ACTVBPFR

R_R1  4 0 10k

R_Rin 3 4 1Meg

R_R   3 0 10k

R_R2  4 5 10k

C_C   2 3 0.724nF

L_L   1 2 0.289H

V_Vi  1 0 DC 0V AC 1mV

E_E1  5 0 3 4 2E5

**** RESUMING actvbpfr-SCHEMATIC1-Actvbpfl.sim.cir ****

.INC "actvbpfr-SCHEMATIC1.als"

**** INCLUDING actvbpfr-SCHEMATIC1.als ****

.ALIASES

R_R1  R1(1=4 2=0 )

R_Rin Rin(1=3 2=4 )

R_R   R(1=3 2=0 )

R_R2  R2(1=4 2=5 )

C_C   C(1=2 2=3 )

L_L   L(1=1 2=2 )

V_Vi  Vi(+=1 -=0 )

E_E1  E1(3=5 4=0 1=3 2=4 )

_     _(1=1)

_     _(2=2)

_     _(3=3)

_     _(4=4)

_     _(5=5)

.ENDALIASES

**** RESUMING actvbpfr-SCHEMATIC1-Actvbpf1.sim.cir ****

.END

Рис. 16.13. Выходной файл для полосового фильтра

Компонент uA741

На рис. 5.9 мы использовали нашу собственную модель для ОУ, чтобы проверить частотную характеристику. Модель очень хороша для изучения частотных характеристик, но она не отражает свойств многочисленных реальных компонентов.

Схемные решения для реальных ОУ можно найти в подробных описаниях ОУ, таких как у Coughlin и Driscoll. Вы увидите, что было бы непрактично пытаться показать всю схему в Capture. 

Компонент uA741, имеющийся в PSpice и Capture, является достаточно точной моделью, которую мы могли бы предпочесть нашей собственной модели. При анализе, в дополнение к другим навесным компонентам, необходимо использовать два источника постоянного тока.

Частотная характеристика uA741

Используем снова значения из примера в начале этой главы, чтобы можно было сравнить нашу модель с более совершенной моделью uA741.

Начните в Capture проект с именем opamp. Когда компонент из библиотеки eval появится на рабочем поле, вы обнаружите у него семь уже пронумерованных полюсов. Это несколько необычно при первом знакомстве, но в дальнейшем не вызывает трудностей.

Обозначение узлов подсхемы

Ситуация станет яснее, когда мы установим, что эти номера содержатся в подпрограмме и не являются номерами узлов основной схемы. Обратитесь к разделу «Использование подсхем при моделировании операционных усилителей» в главе 5 для подробного ознакомления с этой темой. Обратите также внимание на использование узлов a, b и с в подсхеме на рис. 5.13, но не в распечатке главного файла. Узлы, показанные на обозначении uA741 (узлы от 1 до 7), не будут узлами в схемном файле.

Продолжите теперь размещать компоненты в схеме, как показано на рис. 16.14. Используйте источник типа VAC для Vs, VDC для V+ и V– и компонент R для R1 и R2. Когда схема будет соединена проводниками, убедитесь, что имеется просто пересечение проводов слева от R2 (у узла 2), а не подключение. Пронумеруйте узлы (с помощью Place, Netlist), как показано на рисунке, сохраните схему и подготовьте моделирование с именем Opamp1. Выполните вариацию по частоте с шагом в 40 точек на декаду от 100 Гц до 1 МГц. Затем получите график

20·lg(V(UI:OUT)/V(Vs:+)).

Рис. 16.14. Схема с ОУ uA741

Результаты показаны на рис. 16.15. Сравните этот график с полученным в предыдущем примере при использовании собственной модели в Capture (рис. 16.9). Убедитесь, что коэффициент усиления на средней частоте равен 27,957 дБ.

Рис. 16.15. Частотная характеристика ОУ uA741