Роберт Хайнеманн - Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE

При моделировании характеристики формирования фронта управление усилителя будет осуществляться с помощью источника напряжения VPWL (Voltage Source Partwise Linear). Как и все прочие источники напряжения, VPWL находится в библиотеке SOURCE.slb. Используя этот источник, можно заранее определить временную характеристику напряжения, задав пары значений времени и напряжения, которые связываются линейно (рис. 12.2).

Рис. 12.2. Окно атрибутов источника напряжения VPWL с заданными значениями

Рис. 12.3. Диаграмма выходного напряжения

Чтобы смоделировать характеристику формирования фронта выходного напряжения, были заданы следующие пары значений времени и напряжения:

0с/0В; 1нс/1.44В; 7мкс/1.44В; 7.001мкс/-1.44В; 17мкс/-1.44В; 17.001мкс/1.44В; 21мкс/1.44В

После проведения анализа переходных процессов на экране PROBE была получена диаграмма, изображенная на рис. 12.3, где при R H=8 Ом происходит нарастание входного напряжения из-за того, что прямоугольное входное напряжение имеет амплитуду 1.44 В.

Скорость нарастания фронта выходного напряжения составляет 20 В/мкс.

Следующее, что нам предстоит определить, - отношение сигнал/шум при выходной мощности 1 Вт и сопротивлении нагрузки 8 Ом. Для этого амплитуда выходного напряжения должна составлять 4 В, что соответствует амплитуде входного напряжения, равной примерно 0.17 В.

Отношение сигнал/шум рассчитывается по формуле:

A n= 20 * log[(U aeff/(U neff* vB)],

где В — интересующая нас полоса частот шума, то есть слышимая частотная область. При ширине полосы частот В — 20 кГц, плотности шума U neff=0.1 мкВ и действующем значении выходного напряжения U aeff=4 В/v2 (рис. 12.4) отношение сигнал/шум усилителя оказывается равным 106 дБ.

Рис. 12.4. Частотная характеристика и спектральная плотность шума выходного МОП-транзисторного каскада

В результате моделирования в выходном файле были получены следующие данные о гармонических искажениях при R H=8 Ом, P=60 Вт (что соответствует амплитуде входного напряжения, равной 1.3 В) и f=1 кГц:

**** FOURIER ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

***********************************

FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V($N_0001)

DC COMPONENT = -4.145819E-02

HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED

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

1 1.000E+03 2.413E+01 1.000E+00 -5.025E-01 0.000E+00

2 2.000E+03 5.052E-04 2.094E-05 1.040E+02 1.045E+02

3 3.000E+03 4.226E-04 1.751E-05 -1.760E+02 -1.755E+02

4 4.000E+03 6.332E-05 2.624E-06 1.166E+02 1.171E+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 2.742063E-03 PERCENT

В табл. 12.2, значения, полученные при измерении (см. табл. 12.1), сопоставлены с результатами моделирования оригинальной (см. рис. 11.1) и упрощенной схемы (см. рис. 11.2). Конечно, результаты анализа упрощенной схемы немного лучше, ведь в ней некоторые реальные компоненты были заменены идеальным источником напряжения U 2=68 В. В целом же результаты моделирования и измерения совпадают.

Табл. 12.2. Данные измерения и моделирования схемы