Роберт Хайнеманн - Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE

Шаг 7Ограничьте область используемых данных до стационарного состояния, то есть до временного интервала от 5 до 15 мс (последовательность команд Plot→X Axis Settings→Restricted→5ms–15ms) и создайте диаграмму частотного спектра, изображенную на рис. 9.9.

Рис. 9.9. Частотный спектр выходного напряжения схемы с общим эмиттером

На диаграмме вы видите, что только первая верхняя гармоника приводит к искажению выходного напряжения. С помощью курсора PROBE вы можете измерить амплитуду основной гармоники и первой верхней гармоники и вычислить таким образом их действующие значения. Все это можно сделать гораздо проще, если перед моделированием в ходе предварительной установки анализа переходных процессов потребовать, чтобы программа PSPICE дополнительно провела анализ Фурье. И тогда вы без всякого труда сможете получить необходимые значения амплитуды из выходного файла:

DC COMPONENT = -2.698580Е-05

HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED

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

1 1.000Е+03 1.048E+00 1.000E+00 -1.646E+02 0.000E+00

2 2.000E+03 7.991E-02 7.621E-02 1.179E+02 2.825E+02

3 3.000E+03 3.187E-03 3.040E-03 5.325E+01 1.179E+02

4 4.000E+03 8.811E-05 8.404E-05 4.517E+01 2.098E+02

5 5.000E+03 5.822E-06 5.552E-06 4.206E+01 2.067E+02

6 6.000Е+03 1.132Е-06 1.080Е-06 -1.719Е+02 -7.339Е+00

7 7.000Е+03 7.756Е-07 7.398Е-07 3.489Е+01 1.995Е+02

8 8.000Е+03 4.743Е-07 4.524Е-07 -7.568Е+01 8.893Е+01

9 9.000Е+03 2.368Е-06 2.259Е-06 -1.450Е+02 1.959Е+01

10 1.000Е+04 1.725Е-06 1.645Е-06 1.691Е+02 3.337Е+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 7.627497Е+00 PERCENT

В выходном файле вы найдете уже рассчитанное значение общего гармонического искажения (Total Harmonic Distortion). Общее гармоническое искажение — мало употребительная в Европе величина для измерения искажения. Она определяется как отношение действующего значения всех высших гармоник к действующему значению основной гармоники. Пока гармоническое искажение, как во всех хоть сколько-нибудь пригодных усилительных схемах, меньше 10%, коэффициент гармоник и «общее гармоническое искажение» численно почти равны.

Итак, схема с общим эмиттером, изображенная на рис. 9.7, имеет коэффициент гармоник приблизительно 7.6%. Такое сильное искажение звука не пожелаешь даже уху своего злейшего врага. Средство борьбы против искажений, которое электронщики применяют в подобных случаях, называется отрицательная обратная связь (ООС). Если в схеме с общим эмиттером для отрицательной обратной связи (по переменному току) установить эмиттерный резистор (рис. 9.10), то искажения значительно уменьшатся (рис. 9.11, 9.12), хотя при этом уменьшится и коэффициент усиления.

Рис. 9.10. Схема с общим эмиттером, в которой для уменьшения искажений установлена отрицательная обратная связь

Рис. 9.11. Выходное напряжение схемы с общим эмиттером с отрицательной обратной связью

Рис. 9.12. Частотный спектр схемы с общим эмиттером с отрицательной обратной связью

Благодаря установлению отрицательной обратной связи коэффициент искажения уменьшается до 1%, что подтверждается данными выходного файла:

FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V($N_0004)

DC COMPONENT = -3.520974E-05

HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED

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

1 1.000E+03 1.482E-00 1.000E+00 -1.702E+02 0.000E+00

2 2.000E+03 1.534E-03 1.035E-02 1.032E+02 2.735E+02

3 3.000E+03 3.412E-05 2.302E-04 -1.634E+02 6.824E+00

4 4.000E+03 1.288E-06 8.691E-06 -1.536E+02 1.665E+01

5 5.000E+03 1.371E-06 9.254E-06 1.649E+02 3.352E+02

6 6.000E+03 8.473E-07 5.718E-06 -1.710E+02 -7.219E-01

7 7.000E+03 5.626E-07 3.797E-06 1.748E+02 3.450E+02

8 8.000E+03 5.465E-07 3.688E-06 -1.613E+02 8.972E+00

9 9.000E+03 8.091E-07 5.460E-06 -1.717E+02 -1.479E+00

10 1.000E+04 5.062E-07 3.416E-06 -1.701E+02 1.594E-01

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 1.035459E+00 PERCENT

Статистические процессы в полупроводниках и резисторах приводят к возникновению мельчайших напряжений, которые принято называть шумами. Когда шумовые напряжения появляются в усилительных схемах, то, естественно, они тоже усиливаются и могут стать настолько значительными, что, попадая, к примеру, в динамики музыкальной установки, «режут» нам слух. Поэтому одним из наиболее важных критериев качества усилителя является величина отношения полезного сигнала к шумовому сигналу на выходе усилителя. Такое отношение (рассчитываемое логарифмически) обозначают как отношение сигнал/шум. В программе PSPICE анализ шумов называется Noise Analysis и является составной частью анализа AC Sweep.