Дж. Кеоун - OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей
**** 09/02/99 17:27:56 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************
** circuit tile for profile: Opamp1
*Libraries:
* Local Libraries :
* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:
.lib nom.lib
*Analysis directives:
.AC DEC 40 100Hz 1MegHz
.PROBE
*Netlist File: .INC "opamp-SCHEMATIC1.net"
* Alias File:
**** INCLUDING opamp-SCHEMATIC1.net ****
* source OPAMP
X_U1 1 2 3 4 5 uA741
R_R2 2 5 240k
R_R1 0 2 10k
V_V- 0 4 15V
V_V+ 3 0 15V
V_Vs 10 DC 0 V AC 1mV
**** RESUMING opamp-SCHEMATIC1-Opamp1.sim.cir ****
.INC "opamp-SCHEMATIC1.als"
**** INCLUDING opamp-SCHEMATIC1.als ****
.ALIASES
X_U1 U1(+=1 -=2 V+=3 V-=4 OUT=5 )
R_R2 R2(1=2 2=5 )
R_R1 R1(1=0 2=2 )
V_V- V-(+=0 -=4 )
V_V+ V+(+=3 -=0 )
V_Vs Vs(+=1 -=0 )
_ _(1=1)
_ _(5=5)
_ _(4=4)
_ _(2=2)
_ _(3=3)
.ENDALIASES
**** RESUMING opamp-SСНЕМАTIC-Opamp1.sim.cir ****
.END
**** Diode MODEL PARAMETERS
X_U1.dx
IS 800.000000E-18
RS 1
**** BJT MODEL PARAMETERS
X_U1.qx
NPN
IS 800.000000E-18
BF 93.75
NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
( 1) 0.0000 ( 2) 20.64E-06 ( 3) 15.0000 ( 4) -15.0000
( 5) .0197 (X_U1.6) 26.12E-06 (X_U1.7) -.0780 (X_U1.8) -.0780
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME CURRENT
V_V- -1.667E-03
V_V+ -1.667E-03
V_Vs -7.972E-06
TOTAL POWER DISSIPATION 5.005-02 WATTS
Рис. 16.16. Выходной файл для схемы с ОУ uA741
Рассматривая выходной файл на рис. 16.16, обратите внимание на ссылку, касающуюся uA741, в файле псевдонимов
X_U1 1 2 3 4 5 uA741
Необходимо отметить, что узлы от 1 до 5 — это узлы с номерами схемы, а не с теми, что помещены в условном обозначении uA741. Узлы 1 и 2 используются для неинвертирующего и инвертирующего входов, узлы 3 и 4 — для плюса и минуса источника постоянного напряжения соответственно, а узел 5 — для выхода. В конце командной строки приведен символ идентификации uA741. В списке псевдонимов мы находим
X_U1 U1(+=1 -=2 V+=3 V-=4 OUT=5)
Запись X обращается к подпрограмме, в которой описана модель для U1, символы «плюс» и «минус» относятся к входным полюсам и так далее. На рис. 16.16 приведена лишь небольшая часть выходного файла, которая показывает, что в модель ОУ включены различные компоненты, такие как диоды, транзисторы и прочие.
Так как библиотечная модель для ОУ очень сложна, используйте ее только тогда, когда почувствуете, что более простая модель идеального ОУ (рис. 5.2, б) или модель для частотной характеристики (рис. 5.9) не могут обеспечить достаточной точности анализа.
Использование uA741 в качестве детектора уровня
Схема на рис. 16.17 используется в качестве детектора уровня входного напряжения V1. Создайте эту схему в Capture с именем leveldet. Используйте VPWL для V1, VDC для Vref=3 В, V+=9 В и V–=9 В. Затем добавьте в схему резистор RL=4,8 кОм и заземление. При двойном щелчке на символе V1 появляется окно (электронная таблица), в которое могут быть введены пары значений напряжение-время (до 10 пар). Так как более поздние времена и соответствующие им напряжения расположены слева, введем сначала V6 и T6 и продолжим, пока не введем все пары напряжения-времени. Значения должны быть следующими: (0V, 1s), (-3V, 0,8s), (-5V, 0,6s), (5V, 0,4s), (3V, 0,2s), (0V, 0s). Сохраните схему после введения всех компонентов и подготовьте PSpice-анализ с именем levels. Проведите анализ переходных процессов с шагом в 1 мс на интервале в 1 с.
Рис. 16.17. Схема детектора уровня
Проведите моделирование и получите в Probe графики как входного напряжения V(V1:+), так и выходного напряжения V(U1:OUT). Убедитесь, что график V1 следует за заданным графиком напряжения-времени. Графики, приведенные на рис. 16.18, показывают, что только до момента, когда входное напряжение достигает 3 В, выходное напряжение равно 8,6 В (немного меньше, чем V+=9 В). Когда входное напряжение превышает 3 В, выходное напряжение понижается до -8,6 В и остается на этом уровне, пока входное напряжение не упадет ниже 3 В, затем процесс повторяется. Так как входное напряжение Vi подается на инвертирующий вход ОУ, после достижения порогового напряжения Vref, выходное напряжение снижается.
Рис. 16.18. Входное и выходное напряжения для детектора уровня
**** 10/09/99 15:34:48 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************
** circuit file for profile: levels
*Libraries:
* Local Libraries :
* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini file:
.lib nom.lib
*Analysis directives:
.TRAN 0 1s 0 1ms
.PROBE
*Netlist File:
.INC "leveldet-SCHEMATIC1.net"
*Alias Files
**** INCLUDING leveldet~SCHEMATIC1.net ****
* source LEVELDET
R_RL 5 0 4.8k
X_U1 2 1 3 4 5 uA741
V_V- 0 4 9V
V_V+ 3 0 9V
V_Vref 2 0 3V
V_V1 1 0
+PWL 0s 0V 0.2s 3V 0.4s 5V 0.6s -5V 0.8s -3V 1s 0V
**** RESUMING leveldet-SCHEMATIC1-levels.sim.cir ****
.INC "leveldet-SCHEMATIC1.als"
**** INCLUDING leveldet-SCHEMATICl.als ****
.ALIASES
R_RL RL(1=5 2=0 )
X_U1 U1(+=2 -=1 V+=3 V+=4 OUT=5 )
V_V- V-(+=0 -=4 )
V_V+ V+(+=3 -=0 )
V_Vref Vref(+=2 -=0 )
V_V1 V1(+=1 -=0 )
_ _(1=1)
_ _(2=2)
_ _(3=3)
_ _(4=4)
_ _(5=5)
.ENDALIASES
**** RESUMING leveldet-SCHEMATIC1-levels.sim.cir ****
.END
** circuit file for profile: levels **** Diode MODEL PARAMETERS
X_U1.dx
IS 800.000000E-18
RS 1
**** BJT MODEL PARAMETERS
X_U1.qx
NPN
IS 800.000000E-18
BF 93.75
**** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С
NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE
( 1) 0.0000 ( 2) 3.0000 ( 3) 9.0000 ( 4) -9.0000
( 5) 8.6136 (X_U1.6) -1.5163 (X_U1.7) 8.7041 (X_U1.8) 8.7041
VOLTAGE SOURCE CURRENTS
NAME CURRENT
V_V- -1.006E-03
V_V+ -9.903E-04
V_Vref -1.619E-07
V_V1 9.026E-12
TOTAL POWER DISSIPATION 1.80E-02 WATTS
Рис. 16.19. Выходной файл для детектора уровня
В выходном файле на рис. 16.19 приведена следующая командная строка:
V_V1 1 0
+PWL 0s 0V 0.2S 3V 0.4s 5V 0.6s -5V 0.8s -3V 1s 0V
Согласно этой записи V1 является кусочно-линейным (PWL) источником напряжения с парами время-напряжение, размещаемыми в нормальном порядке, то есть с начальными значениями времени и напряжения слева. При работе непосредственно в PSpice обычно используются круглые скобки, чтобы сгруппировать пару время-напряжение, хотя делать это не обязательно.
Фазосдвигающее устройство на операционном усилителе
Фазосдвигающее устройство может быть построено на базе uA741 при использовании резисторов и конденсатора, как показано в рис. 16.20. Создайте проект с именем phshiftr и постройте схему в Capture, воспользовавшись компонентом VSIN для Vi, чтобы получить график переходного процесса в Probe. Фазовый угол задан формулой
θ = 2 arctan 2πfR3C1.
Рис. 16.20. Фазосдвигающее устройство на базе ОУ uA741
Значение R3 связано другими элементами уравнением
Для этого примера, желателен сдвиг фазы на -90°, то есть выходное напряжение должно отставать от входного на 90°. При использовании С=0,01 мкФ и f=1 кГц зададим R3=15,9 кОм. Значения для R1 и R2 должны быть одинаковы, выберем приемлемое значение в 100 кОм. После введения и сохранения схемы подготовьте моделирование на PSpice с именем Phshift1. Проведите анализ переходных процессов для двух полных периодов (2 мс) с максимальным шагом в 1 мкс.
Выполните моделирование и снимите в Probe графики V(Vi: +) и V(RL:1).
Результаты показаны на рис. 16.21. Чтобы измерить сдвиг фазы, используйте второй период и обратите внимание, что максимум входного напряжения приходится на время t=1,25 мс, в то время как максимум выходного — на время t=1,5 мс, что соответствует сдвигу в 90°. Поскольку выполнялся анализ переходных процессов, выходное напряжение слегка искажено. Обратите внимание на перерегулирование на первом положительном периоде. Распечатайте выходной файл и сравните ваши результаты с рис. 16.22.
