兩級負反饋放大器的PSpice仿真

張 妍，張 華，宋 智

(1.大連海洋大學 信息工程學院，遼寧 大連116023；2.遼寧師范大學 物理與電子技術學院；3.大連交通大學 電氣信息學院)

負反饋在電子電路中有著非常廣泛的應用，雖然它使放大器的放大倍數降低，但能在許多方面改善放大器的動態指標，在多級放大電路中引入深度負反饋，可以使整個電路的電壓放大倍數僅僅與兩個電阻有關，其中晶體管的更換幾乎不會給整個電路性能帶來什么影響.也就是說，其電壓放大倍數的穩定性獲得了大幅度的提高.

負反饋的引入還可以給放大電路帶來其它影響，比如可以擴展電路的通頻帶——降低下限截止頻率、提高上限截止頻率，可以降低環內器件的噪聲，可以改善環內器件引起的非線性，可以方便地改變輸入輸出電阻等.

本文以較常見的兩級負反饋放大電路為例，粗略介紹用PSpice仿真工作狀態的一般步驟.仿真選用的軟件是Orcad9.2，它是一個過渡版本，內部包含pspice輸入工具schematics(在以后的版本中已經取消了該輸入方式).Orcad的原理圖輸入工具Capture(和Capture CIS).仿真過程的操作以Capture CIS為主.

1 編輯電路原理圖

要對電路進行仿真需要首先繪出電路原理圖繪出原件屬性，在Windows7環境下啟動Orcad Family Release 9.2/Capture CIS，在菜單欄中選擇FileNewProject，在name欄中輸入新建項目的名稱，在Create a New Project Using欄中選擇Analog or Mixed A/D，在Location欄中輸入項目文件保存的文件夾，然后單擊“OK”按鈕.在Create PSpice Project窗口中選擇，Creare a blank project，單擊“OK”按鈕，進入Orcad Capture的空白繪圖頁.

放置晶體管符號：執行P1ace/Part命令，在“Libraries”列表框中選擇“BIPOLAR”，在“Part”列表框中選擇“Q2N2222”，單擊“OK”，將晶體管移至合適位置，按鼠標左鍵，按ESC鍵以結束繪制元器件狀態.用同樣方法可以放置電阻R/ANALOG，電容C/ANALOG，直流電源VDC/SOURCE，正弦電源VSIN/SOURCE.放置的符號執行P1ace/Ground命令，在“Libraries”列表框中，選擇“SOURCE”，在“Symbol”列表框中，選擇“0”，單擊“OK”.

元器件間的電連接執行P1ace/Wire命令，將光標移至互連線的起始位置處，點擊鼠標左鍵，移動鼠標，互連線出現，在互連線終點，單擊鼠標左鍵，繼續移動鼠標，以繪制下一段互連線，單擊鼠標右鍵，選擇End Wire子命令，結束互連線繪制.

將鼠標對準要修改的名稱或者數值，雙擊鼠標左鍵，出現“Display Properties”窗口，在“Value”欄填入所要改的名稱或者數值，單擊“OK”完成對元件屬性參數的修改.執行P1ace/Junction命令，放置連接點.執行P1ace/Net Alias功能選項為網絡連接線命名，輸入連線為Vi，輸出連線為Vo.電路原理圖保存執行File/Save命令.設置好的電路如圖1所示.

圖1 兩級負反饋放大電路電路圖

2 偏壓點分析

選擇菜單PSpice/New Simulation打開New Simulation對話框.在name欄內輸入分組的文件名稱，然后單擊“Create”按鈕調出Simulation Setting-“文件名”對話框，這是設置“PSpice”仿真參數的集成對話框，在Analysis type欄內選擇仿真類型Bias Point，同時在Output File Options域內選定Include detailed bais point information for nonlinear controlled sources and semiconductors(.OP)，單擊“確定”按鈕退出此窗口，現在選擇菜單：PSpiceRun即可啟動PSpice仿真窗口，窗口上方是波形圖區，由于直流工作點不需要波形顯示，故此區域目前是深灰色，窗口左下方是輸出窗口，負責顯示本次仿真操作的進度與執行情況.執行菜單：View/Output File功能選項，打開一個記錄了本次仿真結果的文本文件，圖2是仿真結果的一部分文本內容，從中可以看出三極管的發射結正偏集電結反偏即處于放大狀態.

圖2 仿真結果部分文件

回到Orcad Capture繪圖窗口，選擇工具欄中的“V”符號Enable Bias Voltage Display.顯示靜態電壓；選擇“I”符號Enable Bias Current Display.顯示靜態電流.

3 瞬態分析

關閉偏壓點仿真窗口，選擇菜單：PSpiceEdit Simulation Setting在Analysistupe欄內選擇Time Domain(transient)設置瞬態分析，將Run to time欄內設為1ms、Start saving data after欄設為0、Maximum step size欄設為1000ns.就是從0秒開始觀察，1ms結束(一個正弦周期)，每1000ns內至少記錄一點.放置儀器探頭，執行PSpice/Markers/Voltage Level命令，將電壓探頭拖至輸入端Vi、輸出端RL處，按ESC鍵，以結束儀器探頭放置.執行PSpice/Run命令，屏幕上出現PSpice仿真分析窗口.執行Trace/Cursor/Display命令，進行波形測量，點擊分析窗口左下角“V(Vo)”，選擇輸出電壓波形，執行Trace/Cursor/Peak命令，測量標尺定位于輸出波形頂峰.執行Plot/Label/Mark命令，顯示輸出波形頂峰標尺坐標，第一位置坐標為頂峰處時間=745.802us，第二位置坐標為頂峰處電壓=21.856mv；執行Trace/Cursor/Trough命令，測量標尺定位于輸出波形谷底，第一位置坐標為谷底處時間=248.855us，第二位置坐標為谷底處電壓=-21.160mv.也可用此方法測量輸入波形.

輸出峰峰值以及系統增益，將頂峰處電壓數值與谷底處電壓數值相減，得到輸出波形峰峰值Vopp=21.856-(-21.160)=43.016mV，Probe Cursor顯示結果為：在746.053us的時候，A1為輸出信號的幅度21.856mv，A2為輸出信號的幅度-3.1815mv.

輸出波形峰峰值Vopp與輸入波形峰峰值Vipp相除，得到系統放大增益

Av=Vopp/Vipp=43.016mV/(2×3.1815)mV=6.7674

圖3 瞬態分析圖

4 交流掃描分析

更換激勵信號源：刪除電壓儀探頭、信號源VSIN，執行Place/Part命令，放置信號源VAC，在“Libraries”列表中選擇SOURCE，在“PART”列表中選擇VAC，單擊“OK”，將V1修改為Vi、5mVac、0Vdc；建立電路網表，執行PSpice/Create Netlist命令；仿真參數類型設置：執行PSpice/Edit Simulation Profile命令，Analysis Type欄選擇，AC Sweep/Noise，AC Sweep Type欄選擇，Logarithmic及Decade，Start 欄填寫1Hz，End欄填寫1000KHz，Points/Decade填寫100，點擊“確定”按鈕；運行仿真分析程序：執行PSpice/Run命令，屏幕上出現PSpice仿真分析窗口；系統幅頻特性分析：執行Trace/Add Trace命令，在Add Traces對話窗口，Trace Expression欄填寫，DB(V[Vo]/V[Vi])，DB()為幅度函數，單擊“OK”按鈕.執行Trace/Cursor/Display命令，標尺對準Av曲線中頻點，執行Trace/Cursor/Peak命令，在中頻點處標記位置坐標，執行Plot/Label/Mark命令，測量得第一為中頻處頻率fO=2.448kHz，第二為中頻處放大倍數20lg|Avo︱=16.633dB，換算放大倍數Avo=6.7866與之前的計算相符.測量低半功率點頻率fL，向左拖動十字標尺，對準中頻下降3dB處，即低半功率點，標記低半功率點處坐標，第一為低半功率點頻率fL=33.039Hz，第二為fL處放大倍數20lg|Av︱=13.634；測量高半功率點頻率fH，向右拖動十字標尺，對準中頻下降3dB處，即高半功率點，標記高半功率點處坐標，第一為

高半功率點頻率fH=202.247KHz，第二為fH處放大倍數20lg|Av︱=13.644dB.

執行PlotADD Y Axis功能選項增加一個Y軸，在Add Trace對話框的Trace Expression欄內鍵入P(V[Vo]/V[Vi])，同一窗口內出現了相頻特性曲線.從曲線上可以看出在頻率為2.4448KHz時相位差為-179.689°已接近反相.

圖4 交流分析圖

5 輸入阻抗頻率特性分析

執行Simulation/Run命令，執行Trace/Add Trace命令，在Add Traces對話窗口，Trace Expression

欄填寫V[Vi:+]/I[Vi]，激勵源輸出電壓與電流之比即為放大器系統輸入阻抗Ri，單擊“OK”按鈕.同上測量方法測得低半功率點處坐標第一為低半功率點頻率fL=36.712Hz，第二為fL處輸入阻抗Ri=33.803k；中頻點處第一為中頻點頻率fO=2.4484KHz，第二為fO處輸入阻抗Ri=28.006k；高半功率點fH處Ri，第一為高半功率點頻率fH=202.095KHz，第二為fH處輸入阻抗Ri=22.587K.與理論計算結果十分接近，說明仿真結果符合真實工作狀態.

圖5 輸入阻抗頻率特性分析圖

參考文獻：

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