OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

LC -генератор с начальным запуском

Генератор подстройки, использующий в цепи обратной связи два конденсатора и одну катушку индуктивности, назван генератором Колпитца. По схожей схеме построен и генератор Хартли, но в нем используются две катушки индуктивности и один конденсатор. Схема Колпитца и параметры ее компонентов показаны на рис. 8.4. Входной файл:

Colpitts Oscillator

Е 3 0 0 2 2Е5

Ri 0 2 1Е6

R1 2 1 10k

R2 2 3 20k

R 3 4 1k

C1 1 0 0.005uF

C2 4 0 0.05uF IC=2V

L 1 4 5mH

.PROBE

.TRAN 0.3us 60us UIC

.END

Рис. 8.4. Генератор Колпитца

Получите в Probe график выходного напряжения v(3), который показан на рис. 8.5. Убедитесь, что амплитуда возникших колебаний нарастает. Так как мы используем идеальный ОУ, в схеме не проявляется нелинейность. В практической схеме проявилось бы некоторое искажение синусоидальности колебания наряду со стабилизацией амплитуды.

Рис. 8.5. Колебания в генераторе Колпитца

Амплитуда реального колебания определялась бы в значительной степени напряжением смещения ОУ. Обратите внимание, что частота определяется как величина, обратная периоду (разности между двумя моментами времени, в которых график напряжения пересекает ось X в одном направлении). 

Измерения с помощью измерительной схемы

На рис. 8.6 представлена схема для измерения коэффициента усиления и фазового сдвига цепи обратной связи. Схема содержит независимый источник переменного напряжения V=1 В, включенный между узлами TV₀ и TV_i (выходной и входной узел соответственно). Имеются также два ИНУН: EV_i и EV₀. Независимый источник напряжения включается в подходящее место разрыва цепи обратной связи генератора. Каждый источник зависимого напряжения нагружен на сопротивление, чтобы узлы V_i и V₀ не оказались узлами с плавающим потенциалом. Измерительная методика будет проиллюстрирована в последующих примерах.

Рис. 8.6. Измерительная цепь для усилителей 

Генератор со смещением фазы

Классический RC-генератор со смещением фазы показан на рис. 8.7. Выход ОУ связан с тремя фазосмещающими RC-цепочками. Каждая цепочка производит некоторый фазовый сдвиг, и если общий сдвиг фазы, произведенный в трех цепях, равен 180°, могут происходить колебания. Кроме того, требуется выполнение условия |Aβ|=1. Анализ схемы показывает, что частота колебаний

Рис. 8.7. Генератор со сдвигом фаз

Пусть, например, необходимо получить частоту колебаний f₀=100 Гц при С=0,5 мкФ и R=1,3 кОм. Анализ схемы также показывает, что при этом β=1/29; следовательно, чтобы возникли устойчивые колебания, величина |A| должна равняться 29. Практически величина |А| должна быть немного больше 29, чтобы компенсировать небольшие различия в параметрах компонентов и эксплуатационных режимах.

В схемах с инвертирующим ОУ величинам вычисляется из выражения:

Поскольку R₁=R, это отношение преобразуется в

и, решая его относительно R_f, мы найдем, что R_f=37,7 кОм. Увеличив это значение на 5%, чтобы учесть ранее упомянутые отклонения, получим R_f=39,58 кОм.

Чтобы определить коэффициент усиления в петле обратной связи, воспользуемся описанной ранее схемой измерения, включив ее в разрыв, отмеченный на рис. 8.7. Таким образом, узел, соответствующий точке разрыва, превратится в два узла. Эти узлы станут узлами с плавающим потенциалом, если не показать их в подсхеме. Поэтому генератор повторно изображен на рис. 8.8, где имеется два узла разрыва: i для входа и o для выхода. Рисунок отражает также обозначения других узлов, необходимых при подготовке входного файла для PSpice. Удобно поместить ОУ в подсхему, как мы уже делали в других примерах. Упрощенная модель ОУ будет иметь такую подсхему:

.subckt iop m р vo; m инвертирующий вход, р неинвертирующий вход

rin m р 1Е6

е vo 0

р m 2Е5

.ends

Рис. 8.8. Генератор со сдвигом фаз с разомкнутой цепью обратной связи 

Следующая часть входного файла вводит схему, показанную на рис. 8.8, показывая точки разрыва, которые позволят вставить измерительную схему. ОУ вызывается из подсхемы командой X. Эта часть входного файла:

.subckt re i о; i и о - точки разрыва схемы

х 2 1 3 iop; команда вызова ОУ

vi 1 0 1V

rf 3 2 39.58k

r1 1 2 1.3k

r2 5 0 1.3k

r3 4 0 1.3k

c1 1 5 0.5uF

c2 5 4 0.5uF

c3 4 3 0.5uF

.ends

Последняя часть входного файла показывает ссылку на подсхему генератора rc и содержит также команды, необходимые, чтобы выполнить измерения в цепи обратной связи. Эта часть содержит команды: