Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE

Увеличенный фрагмент диаграммы ясно показывает, что переходная характеристика данного фильтра является наиболее оптимальной при подключении к динамику с сопротивлением около 6 Ом. 

Шаг 32 Увеличьте аналогичным образом другой фрагмент той же диаграммы, на этот раз в области затухания импульса, и убедитесь, что процесс затухания импульса данного фильтра является оптимальным также при значении сопротивления около 6 Ом.

Как выяснилось, частотная характеристика и импульсная характеристика частотных фильтров не оптимизируются одним и тем же значением сопротивления. Таким образом, вы вплотную столкнулись с центральной проблемой, возникающей при проектировании частотных фильтров: как найти компромисс между оптимальным процессом установления и затухания импульса и оптимальным разделением частоты. Частотные фильтры, сконструированные так, что их частотная характеристика оптимизирована за счет характеристики установления и затухания импульса, называют фильтрами с характеристикой Баттерворта. Частотные фильтры, переходная характеристика которых оптимизирована за счет частотной характеристики, называют фильтрами с характеристикой Бесселя.

8.5. Коэффициенты в качестве глобальных параметров

До сих пор вы называли глобальными параметрами только значения компонентов, то есть сопротивление резисторов, индуктивность катушек и емкость конденсаторов. Однако за понятием «глобальный» кроется гораздо больше. Один и тот же глобальный параметр можно установить в нескольких местах одной схемы и затем изменять его в ходе анализа.

Рассмотрим такой способ установления глобального параметра на примере схемы фильтра нижних частот RLC_MIX1.sch, изображенной на рис. 5.19. При этом исследуем влияние уровня импеданса на характеристику частотного фильтра, то есть выясним, как изменяется частотная характеристика, если R, L и С изменяются так, чтобы активное сопротивление R изменялось с тем же коэффициентом, что реактивные сопротивления X_L и Х_С. Для того чтобы увеличить X_L и Х_С на коэффициент k, нужно индуктивность L умножить на коэффициент k, а емкость С разделить на коэффициент k.

Шаг 33 Загрузите на экран SCHEMATICS схему RLC_MIX1.sch, подготовьте ее к проведению анализа AC Sweep + Parametric Sweep с параметром k (рис. 8.27) и сохраните измененную схему в папке Projects под именем 12dB_k.sch.

Рис. 8.27. Схема, подготовленная к анализу влияния уровня импеданса на частотную характеристику

Шаг 34 Установите источник напряжения на АС=1 В и проведите в окне AC Sweep and Noise Analysis предварительную установку для основного анализа AC Sweep, в ходе которого будет исследована частотная характеристика фильтра нижних частот в диапазоне от f=10 Гц до f=99 кГц с логарифмическим распределением контрольных точек по 100 точек на каждую декаду.

Шаг 35 Откройте окно Parametric и задайте изменение коэффициента k как глобального параметра. При этом варьируйте k от k=0.4 до k=2 с интервалами в 0.2.

Шаг 36 Установите в окне Analysis Setup флажки рядом с кнопками AC Sweep… и Parametric….

Шаг 37 Запустите процесс моделирования и выведите на экран PROBE диаграмму, показанную на рис. 8.28.

Рис. 8.28. Диаграмма с результатами моделирования схемы фильтра нижних частот при различных уровнях импеданса

Результат просто ошеломляющий. Выясняется, что при изменении уровня импеданса частотного фильтра, то есть если активные и реактивные сопротивления частотного фильтра изменяются на один и тот же коэффициент, частотная характеристика фильтра остается неизменной.

Выполнив задание 1, вы сможете установить, что и переходная характеристика частотного фильтра также не претерпевает никаких изменений, если изменять уровень полного сопротивления. 

8.5.1. Задание на закрепление материала

Задание 8.1. Проведите для схемы фильтра нижних частот с крутизной фронта 12 дБ, изображенной на рис. 8.22, анализ Transient Analysis + Parametric Sweep, чтобы исследовать ее переходную характеристику при различных уровнях импеданса.

Для этого выполните в окне Transient… такую же предварительную установку основного анализа, как на рис. 8.21. В качестве дополнительной переменной выберите параметр k, задав его в соответствии с образцом на рис. 8.27, чтобы уровень полного сопротивления фильтра оставался одинаковым при любых значениях k.

1. Выведите на экран PROBE диаграмму, изображенную на рис. 8.29.

Рис. 8.29. Переходная характеристика фильтра нижних частот с крутизной фронта 12 дБ при различных уровнях импеданса