Отклик на ступенчатое воздействие в усилителях

Отклик на ступенчатое воздействие в усилителях

Определим, насколько похожа форма выходного напряжения на форму входного при подаче ступеньки напряжения на усилитель. Будем рассматривать усилитель как низкочастотный фильтр, схема которого показана на рис. 6.15.

Рис. 6.15. Подача ступеньки входного напряжения на низкочастотный фильтр

Выходное напряжение изменяется по экспоненте на фронте и срезе импульса. На фронте выходное напряжение изменяется по формуле

v_о = V(1 – e^–t/RC).

Время нарастания t_r показывает, как быстро выходное напряжение может достичь максимума в ответ на ступеньку входного напряжения. Поскольку

время нарастания

Чтобы избежать излишних искажений, мы предлагаем выбирать f_H=1/t_p, где t_p — ширина импульса. Это означает, что t_r=0,35t_p.

Чтобы показать эти свойства при f_H=20 кГц, выберем следующие параметры модели низкочастотного фильтра: R=10 кОм, С=796 пФ. Из уравнений найдем t_p=50 мкс и t_r=17,5 мкс. Выясните, насколько близки эти значения к полученным при анализе на PSpice. Входной файл:

Pulse Response When fH=1/tp

V 1 0 PWL(0,0 0.5us, 1V 50us, 1V 50.5us,0)

R 1 2 10k

N 2 0 7 9 6pF

.TRAN 0.5us 100us

.PROBE

.END

Выполните анализ и получите в Probe графики входного v(1) и выходного v(2) напряжений. Проверьте по графику выходного напряжения, что t_0,1=1,1 мкс и t_0,9=18,6 мкс. Они представляют собой моменты времени, когда выходное напряжение составляет 0,1 и 0,9 от максимального значения. Разность между ними представляет собой время нарастания, равное tr =17,5 мкс, что соответствует результатам наших предварительных вычислений. Этот график приведен на рис. 6.16.

Рис. 6.16. Входное и выходное напряжения для схемы на рис. 6.15

Что будет, если мы вдвое увеличим емкость по сравнению с рекомендуемым максимальным значением? Выполните анализ с новым значением С=1,592 нФ. Убедитесь, что выходное напряжение не достигает значения 1 В и к тому же более искажено.

Сигнал передается гораздо лучше, когда емкость меньше рекомендуемого значения. Выполните анализ при С=398 пФ. Вы увидите, что в этом случае выходное напряжение намного правильнее воспроизводит прямоугольное входное напряжение.