OrCAD PSpice. Анализ электрических цепей

Рис. 8.14. Другая схема генератора на базе моста Вина с разомкнутой цепью обратной связи

Проведите анализ, как и в предыдущем примере, получите график

20·lg(V(Vi)/V(Vo)).

Используйте режим курсора, чтобы показать, что этот график достигает максимума при f=10 кГц. Чтобы проверить, что при этой частоте установятся колебания, получите график

VP(Vi) – VP(Vo),

и покажите, что сдвиг фазы при частоте 10 кГц равен -180°. Эти графики показаны на рис. 8.15.

Рис. 8.15. Амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики для схемы на рис. 8.14

Генератор Колпитца

Чтобы описать генератор Колпитца или генератор Хартли, зачастую используется одна и та же схема (рис. 8.16), где Z₁, Z₂ и Z₃ представляют собой полные сопротивления. Условие установления колебаний при этом задается уравнением

Z₁ + Z₂ + Z₃ = 0.

Рис. 8.16. Базовая схема для резонансных генераторов

В качестве полных сопротивлений обычно принимаются чисто реактивные сопротивления Х₁ и Х₂ одного типа и реактивное сопротивление Х₃ противоположного типа. В генераторе Колпитца сопротивления Х₁ и Х₂ емкостного характера, а Х₃ — индуктивного. Установим значения емкостей С₁=С₂=0,005 мкФ и значение индуктивности L=5 мГн.

Частота колебаний может быть найдена из уравнения

которое дает f₀=33.38 кГц. Схема для этого случая показана ранее на рис. 8.4. Параметры других компонентов: R=1 кОм, R₁=10 кОм и R₂=20 кОм.

Схема, имеющая разрыв для включения измерительной цепи, показана на рис. 8.17. Входной файл при этом приобретает вид:

Colpitts Oscillator

.subckt colpitts i i

x 2 1a 3 iop

vi 1a 0 0V

r1 i 2 10k

r2 2 3 20k

r 3 4 1k

c1 i 0 0.005uF

c2 4 0 0.05uF

L i 4 5mH

.ends

.subckt iop m p vo

rin m p 1E6

e vo 0 p m E5

.ends

X TVi TVo colpitts

V TVo TVi а.с 1

EVi Vi 0 0 TVi 1

R1 Vi 0 1E6

EVo Vo 0 TVo 0 1

R2 Vo 0 1E6

.ac DEC 1000 1kHz 100kHz

.PROBE

.END

Рис. 8.17. Измерительная цепь для генератора Колпитца

Выполните анализ и получите график, подобный показанному на рис. 8.18. Обратите внимание, что имеется точка резонанса при частоте f=33,3 кГц, которая близка к предсказанной частоте колебаний. Получите график фазового сдвига между входным и выходным напряжениями и проверьте, что сдвиг фазы достигает -180° при f=33,4 кГц.

Рис. 8.18. ЛАЧХ для схемы на рис. 8.17

Задачи

8.1. Генератор со сдвигом фазы, показанный на рис. 8.7, должен работать на частоте f=1 кГц. При С=1 мкФ, выберите необходимые значения компонентов и выполните анализ одним из методов, предложенных в тексте. Используя Probe, убедитесь, что схема работает в ожидаемом режиме. Распечатайте графики, полученные в программе Probe. 

8.2. Используйте генератор на базе моста Вина, показанный на рис. 8.11, настроив его на рабочую частоту f=10 кГц. Сделайте необходимые изменения в приведенном в тексте главы входном файле и выполните анализ на PSpice при задании начального заряда С₁. Используя Probe, убедитесь, что схема может поддерживать колебания при данной частоте.

8.3. Создайте схему генератора Колпитца, способного работать на частоте f=100 кГц. В качестве модели используйте схему на рис. 8.4. Применив методику разомкнутой цепи обратной связи, покажите, что колебания будут поддерживаться на этой частоте, покажите также сдвиг фазы на этой частоте.

8.4. Для генератора Колпитца из задачи 8.3 замкните контур обратной связи, и используйте необходимый метод возбуждения колебаний, чтобы показать, что колебания происходят при частоте f₀=100 кГц. Получите графики синусоидальных колебаний с помощью программы Probe.

8.5. На базе общей конфигурации LС-генератора, приведенной на рис. 8.16, разработайте генератор Хартли, где Х₁ и Х₂ — катушки индуктивности, а Х₃ — конденсатор, с такими параметрами, что f₀=50 кГц. Задайте L₁=L₂=20 мГн, считая, что между катушками индуктивности не имеется магнитной связи. Используйте PSpice/Probe, чтобы проверить правильность решения.

8.6. Схема замещения генератора со сдвигом фаз на полевом транзисторе (FET) показана на рис. 8.19. Для возникновения устойчивых колебаний |А| должен быть не меньше 29, требуя FET с μ≥29. Приняв, что g_m=5 мс, r_d=500 кОм, С=0,5 пФ, R=1,3 кОм и R_d=10 кОм, используйте метод разомкнутой обратной связи, чтобы определить, произойдут ли колебания, и если да, то на какой частоте.

Рис. 8.19. Схема замещения генератора со сдвигом фаз на полевом транзисторе

9. Приборы в PSpice