Роберт Хайнеманн - Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE

По вашему желанию программа PSPICE может представить данные анализа Фурье и в табличной форме, записав их в выходной файл. Однако тогда вам необходимо заранее (еще при проведении предварительной установки анализа переходных процессов) выставить флажок рядом с опцией Enable Fourier(Разрешить анализ Фурье). Установки, показанные на рис. 9.6, предполагают, что будет произведен расчет данных двадцати высших гармоник напряжения на резисторе V(R1:2), а результаты станут отображаться в выходном файле в табличной форме.

Рис. 9.6. Окно Transientс установками для отображения результатов анализа в табличной форме

Шаг 5Проведите предварительную установку анализа переходных процессов по образцу на рис. 9.6 и запустите процесс моделирования схемы. По завершении моделирования откройте выходной файл и найдите в нем результаты спектрального анализа:

FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE

V($N_0001)

DC COMPONENT = -9.900990E-03

HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED

NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

1 1.000E+03 1.273E+00 1.000E+00 -8.911E-01 0.000E+00

2 2.000E+03 1.981E-02 1.556E-02 -9.178E+01 -9.089E+01

3 3.000Е+03 4.246Е-01 3.334Е-01 -2.673Е+00 -1.782Е+00

4 4.000Е+03 1.984Е-02 1.558Е-02 -9.356Е+01 -9.267Е+01

5 5.000Е+03 2.549Е-01 2.002Е-01 -4.455Е+00 -3.564Е+00

6 6.000Е+03 1.989Е-02 1.562Е-02 -9.535Е+01 -9.446Е+01

7 7.000Е+03 1.823Е-01 1.431Е-01 -6.238Е+00 -5.347Е+00

8 8.000Е+03 1.996Е-02 1.567Е-02 -9.713Е+01 -9.624Е+01

9 9.000Е+03 1.419Е-01 1.115Е-01 -8.020Е+00 -7.129Е+00

10 1.000Е+04 2.004Е-02 1.574Е-02 -9.891Е+01 -9.802Е+01

11 1.100Е+04 1.163Е-01 9.135Е-02 -9.802Е+00 -8.911Е+00

12 1.200Е+04 2.015Е-02 1.583Е-02 -1.007Е+02 -9.980Е+01

13 1.300Е+04 9.861Е-02 7.745Е-02 -1.158Е+01 -1.069Е+01

14 1.400Е+04 2.028Е-02 1.593Е-02 -1.025Е+02 -1.016Е+02

15 1.500Е+04 8.566Е-02 6.727Е-02 -1.337Е+01 -1.248Е+01

16 1.600Е+04 2.043Е-02 1.605Е-02 -1.043Е+02 -1.034Е+02

17 1.700Е+04 7.578Е-02 5.951Е-02 -1.515Е+01 -1.426Е+01

18 1.800Е+04 2.060Е-02 1.618Е-02 -1.060Е+02 -1.051Е+02

19 1.900Е+04 6.800Е-02 5.340Е-02 -1.693Е+01 -1.604Е+01

20 2.000Е+04 2.080Е-02 1.634Е-02 -1.078Е+02 -1.069Е+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 4.603781Е+01 PERCENT

JOB CONCLUDED

TOTAL JOB TIME 2.31

Если вы активизируете анализ Фурье в окне Transient, то программа PSPICE автоматически берет за основу для проведения спектрального анализа последний из смоделированных периодов. В этом случае вам уже не приходится самому выбирать для анализа переходных процессов целое число импульсов.

Согласно теории, преобразование Фурье прямоугольного напряжения с амплитудой 1 В вычисляется по формуле:

Сравнив результаты анализа Фурье, представленные выше, с полученными путем теоретических расчетов, вы сможете убедиться, что они практически одинаковы.

Частотный спектр прямоугольного напряжения прекрасно известен в электротехнике, и, чтобы его определить, вовсе не требуется прибегать к помощи PSPICE. Использовать удивительные возможности опции Fourier Analysisимеет смысл только тогда, когда требуется установить частотный спектр напряжения, характеристика которого не описывается одним законченным математическим выражением, например спектр (искаженного) выходного напряжения усилительного каскада.

Мерой искажений напряжения является коэффициент гармоник. Он определяется как соотношение действующего значения высших гармоник напряжения к действующему значению собственно напряжения. Анализ Фурье позволяет рассчитать коэффициент гармоник усилителя. В следующем разделе мы выявим коэффициент гармоник усилительного каскада.

Шаг 6 Начертите в редакторе SCHEMATICS усилительный каскад, изображенный на рис. 9.7, используя в нем источник напряжения типа VSIN. Сохраните свой чертеж в папке Projects под именем FOURIER2.sch. Проведите моделирование этой схемы во временном интервале при f=1 кГц, чтобы рассмотреть пятнадцать периодов повторения синусоиды, и выведите на экран PROBE диаграмму, представленную на рис. 9.8.

Рис. 9.7. Транзисторный усилитель в схеме с общим эмиттером

Рис. 9.8. Выходное напряжение транзисторного усилителя

После пяти периодов процесс установления импульса завершается. Однако даже невооруженным глазом видно, что верхняя полуволна шире, чем нижняя. Выходное напряжение искажено: усилитель «дребезжит».