Гармонический состав выходного напряжения

Гармонический состав выходного напряжения

Продолжая изучение усилителя в проекте selfbs, сравним входное синусоидальное напряжение с синусоидальным выходным напряжением, чтобы увидеть, ограничивается ли выходное напряжение или проявляется какое-либо другое искажение его формы. Чтобы выполнять анализ, заменим источник входного напряжения типа VAC на источник типа VSIN. Зададим нулевое напряжение смещения, амплитуду в 10 мВ и частоту в 5 кГц. Подготовим моделирование на PSpice с именем Selfbs2 и выполним анализ переходных процессов на временном интервале в 0,2 мс с максимальным размером шага в 0,2 мкс. Нажмите кнопку Output File Options и выберите поле Fourier analysis. Установите основную частоту в 5 кГц и число гармоник, равное 5. Выходная переменная — V(Vout).

Выполните моделирование и получите в Probe графики V(Vout) и V(Vs:+). После соответствующей маркировки кривых сравните результаты с представленными на рис. 17.20. На первый взгляд, выходное напряжение кажется точной копией входного, перевернутой на 180°. Используйте курсор, чтобы найти первый отрицательный минимум и первый положительный максимум выходного напряжения. Они равны -1,61 В и 1,372 В соответственно и отличаются из-за того, что мы рассматриваем первый период переходного процесса.

Рис. 17.20. Сравнение временных диаграмм входного и выходного напряжений

В лаборатории осциллограф не отобразил бы переходные процессы, и мы увидели бы искажение в чистом виде. Это искажение характеризуется гармоническим составом и хорошо отражено в выходном файле, часть которого показана на рис. 17.21. Первая (основная) гармоника имеет частоту f=1 кГц с амплитудой 1,491 В. Сравнивая эту величину с амплитудами остальных гармоник от второй до пятой, мы видим, что влияние более высоких гармоник невелико. Если мы просто сложим величины перечисленных гармоник, то получим результат 1,61 В. В прежнем анализе, использующем источник типа VAC в качестве входного, мы нашли, что V_out=1,51 В. Значение 1,61 В, очевидно, неверно для выходного напряжения, так как мы пренебрегли фазовыми углами отдельных гармоник. Обратите внимание, что общее гармоническое искажение меньше чем 7,7%.

**** 09/05/99 13:29:29 *********** Evaluation PSpice (Nov 1998) **************

** circuit file for profiles Selfbs2

* Local Libraries :

.LIB ".selfbs.lib"

* From [PSPICE NETLIST] section of pspiceev.ini files

.lib nom.lib

*Analysis directives:

.TRAN 0.02ms 0.2ms 0 0.2us

.FOUR 5kHz 5 V([VOUT])

.PROBE

*Netlist Files

.INC "selfbs-SCHEMATIC1.net"

*Alias File:

**** INCLUDING selfbs-SCHEMATIC1.net ****

* source SELFBS

R_Rin VOUT 0 9.4k

R_RE 6 0 220

R_RC 4 5 9.4k

R_R2 3 0 3.3k

R_R1 4 3 40k

R_Rs 1 2 50

Q_Q1 5 3 6 Q2N3904

C_C2 6 0 15uF

C_C3 5 VOUT 15uF

С_Cb 2 3 15uF

V_CC 4 0 12V

V_Vs 1 0

+SIN 0 10mV 5kHz 0 0 0

.INC "selfbs-SCHEMATIC1.als"

.ENDALIASES

**** INITIAL TRANSIENT SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE    VOLTAGE NODE VOLTAGE

( 1) 0.0000  ( 2) 0.0000  ( 3)    .8722   ( 4) 12.0000

( 5) 3.2056  ( 6) .2089   ( VOUT) 0.0000

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME   CURRENT

V_VCC -1.214E-03

V_Vs   0.000E+00

TOTAL POWER DISSIPATION 1.46E-02 WATTS

**** FOURIER ANALYSIS TEMPERATURE = 27.000 DEG С

FOURIER COMPONENTS OF TRANSIENT RESPONSE V(VOUT)

DC COMPONENT = -8.776912E-03

HARMONIC FREQUENCY FOURIER   NORMALIZED PHASE     NORMALIZED

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

1        5.000E+03 1.491E+00 1.000E+00 -1.760Е-02 0.000E+00

2        1.000E+04 1.146E-01 7.688E-02  9.978E+01 2.757E+02

3        1.500E+04 4.701E-03 3.1541-03  1.098E+01 1.9491+02

4        2.000E+04 2.146E-04 1.440E-04 -1.622E+00 1.743E+02

5        2.500E+04 1.567E-04 1.051E-04 -8.367E+00 1.676E+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 7.694897E+00 PERCENT

Рис. 17.21. Выходной файл, показывающий гармонический состав от первой до пятой гармоники