两级负反馈放大器的PSpice仿真

张 妍，张 华，宋 智

(1.大连海洋大学 信息工程学院，辽宁 大连116023；2.辽宁师范大学 物理与电子技术学院；3.大连交通大学 电气信息学院)

负反馈在电子电路中有着非常广泛的应用，虽然它使放大器的放大倍数降低，但能在许多方面改善放大器的动态指标，在多级放大电路中引入深度负反馈，可以使整个电路的电压放大倍数仅仅与两个电阻有关，其中晶体管的更换几乎不会给整个电路性能带来什么影响.也就是说，其电压放大倍数的稳定性获得了大幅度的提高.

负反馈的引入还可以给放大电路带来其它影响，比如可以扩展电路的通频带——降低下限截止频率、提高上限截止频率，可以降低环内器件的噪声，可以改善环内器件引起的非线性，可以方便地改变输入输出电阻等.

本文以较常见的两级负反馈放大电路为例，粗略介绍用PSpice仿真工作状态的一般步骤.仿真选用的软件是Orcad9.2，它是一个过渡版本，内部包含pspice输入工具schematics(在以后的版本中已经取消了该输入方式).Orcad的原理图输入工具Capture(和Capture CIS).仿真过程的操作以Capture CIS为主.

1 编辑电路原理图

要对电路进行仿真需要首先绘出电路原理图绘出原件属性，在Windows7环境下启动Orcad Family Release 9.2/Capture CIS，在菜单栏中选择FileNewProject，在name栏中输入新建项目的名称，在Create a New Project Using栏中选择Analog or Mixed A/D，在Location栏中输入项目文件保存的文件夹，然后单击“OK”按钮.在Create PSpice Project窗口中选择，Creare a blank project，单击“OK”按钮，进入Orcad Capture的空白绘图页.

放置晶体管符号：执行P1ace/Part命令，在“Libraries”列表框中选择“BIPOLAR”，在“Part”列表框中选择“Q2N2222”，单击“OK”，将晶体管移至合适位置，按鼠标左键，按ESC键以结束绘制元器件状态.用同样方法可以放置电阻R/ANALOG，电容C/ANALOG，直流电源VDC/SOURCE，正弦电源VSIN/SOURCE.放置的符号执行P1ace/Ground命令，在“Libraries”列表框中，选择“SOURCE”，在“Symbol”列表框中，选择“0”，单击“OK”.

元器件间的电连接执行P1ace/Wire命令，将光标移至互连线的起始位置处，点击鼠标左键，移动鼠标，互连线出现，在互连线终点，单击鼠标左键，继续移动鼠标，以绘制下一段互连线，单击鼠标右键，选择End Wire子命令，结束互连线绘制.

将鼠标对准要修改的名称或者数值，双击鼠标左键，出现“Display Properties”窗口，在“Value”栏填入所要改的名称或者数值，单击“OK”完成对元件属性参数的修改.执行P1ace/Junction命令，放置连接点.执行P1ace/Net Alias功能选项为网络连接线命名，输入连线为Vi，输出连线为Vo.电路原理图保存执行File/Save命令.设置好的电路如图1所示.

图1 两级负反馈放大电路电路图

2 偏压点分析

选择菜单PSpice/New Simulation打开New Simulation对话框.在name栏内输入分组的文件名称，然后单击“Create”按钮调出Simulation Setting-“文件名”对话框，这是设置“PSpice”仿真参数的集成对话框，在Analysis type栏内选择仿真类型Bias Point，同时在Output File Options域内选定Include detailed bais point information for nonlinear controlled sources and semiconductors(.OP)，单击“确定”按钮退出此窗口，现在选择菜单：PSpiceRun即可启动PSpice仿真窗口，窗口上方是波形图区，由于直流工作点不需要波形显示，故此区域目前是深灰色，窗口左下方是输出窗口，负责显示本次仿真操作的进度与执行情况.执行菜单：View/Output File功能选项，打开一个记录了本次仿真结果的文本文件，图2是仿真结果的一部分文本内容，从中可以看出三极管的发射结正偏集电结反偏即处于放大状态.

图2 仿真结果部分文件

回到Orcad Capture绘图窗口，选择工具栏中的“V”符号Enable Bias Voltage Display.显示静态电压；选择“I”符号Enable Bias Current Display.显示静态电流.

3 瞬态分析

关闭偏压点仿真窗口，选择菜单：PSpiceEdit Simulation Setting在Analysistupe栏内选择Time Domain(transient)设置瞬态分析，将Run to time栏内设为1ms、Start saving data after栏设为0、Maximum step size栏设为1000ns.就是从0秒开始观察，1ms结束(一个正弦周期)，每1000ns内至少记录一点.放置仪器探头，执行PSpice/Markers/Voltage Level命令，将电压探头拖至输入端Vi、输出端RL处，按ESC键，以结束仪器探头放置.执行PSpice/Run命令，屏幕上出现PSpice仿真分析窗口.执行Trace/Cursor/Display命令，进行波形测量，点击分析窗口左下角“V(Vo)”，选择输出电压波形，执行Trace/Cursor/Peak命令，测量标尺定位于输出波形顶峰.执行Plot/Label/Mark命令，显示输出波形顶峰标尺坐标，第一位置坐标为顶峰处时间=745.802us，第二位置坐标为顶峰处电压=21.856mv；执行Trace/Cursor/Trough命令，测量标尺定位于输出波形谷底，第一位置坐标为谷底处时间=248.855us，第二位置坐标为谷底处电压=-21.160mv.也可用此方法测量输入波形.

输出峰峰值以及系统增益，将顶峰处电压数值与谷底处电压数值相减，得到输出波形峰峰值Vopp=21.856-(-21.160)=43.016mV，Probe Cursor显示结果为：在746.053us的时候，A1为输出信号的幅度21.856mv，A2为输出信号的幅度-3.1815mv.

输出波形峰峰值Vopp与输入波形峰峰值Vipp相除，得到系统放大增益

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

图3 瞬态分析图

4 交流扫描分析

更换激励信号源：删除电压仪探头、信号源VSIN，执行Place/Part命令，放置信号源VAC，在“Libraries”列表中选择SOURCE，在“PART”列表中选择VAC，单击“OK”，将V1修改为Vi、5mVac、0Vdc；建立电路网表，执行PSpice/Create Netlist命令；仿真参数类型设置：执行PSpice/Edit Simulation Profile命令，Analysis Type栏选择，AC Sweep/Noise，AC Sweep Type栏选择，Logarithmic及Decade，Start 栏填写1Hz，End栏填写1000KHz，Points/Decade填写100，点击“确定”按钮；运行仿真分析程序：执行PSpice/Run命令，屏幕上出现PSpice仿真分析窗口；系统幅频特性分析：执行Trace/Add Trace命令，在Add Traces对话窗口，Trace Expression栏填写，DB(V[Vo]/V[Vi])，DB()为幅度函数，单击“OK”按钮.执行Trace/Cursor/Display命令，标尺对准Av曲线中频点，执行Trace/Cursor/Peak命令，在中频点处标记位置坐标，执行Plot/Label/Mark命令，测量得第一为中频处频率fO=2.448kHz，第二为中频处放大倍数20lg|Avo︱=16.633dB，换算放大倍数Avo=6.7866与之前的计算相符.测量低半功率点频率fL，向左拖动十字标尺，对准中频下降3dB处，即低半功率点，标记低半功率点处坐标，第一为低半功率点频率fL=33.039Hz，第二为fL处放大倍数20lg|Av︱=13.634；测量高半功率点频率fH，向右拖动十字标尺，对准中频下降3dB处，即高半功率点，标记高半功率点处坐标，第一为

高半功率点频率fH=202.247KHz，第二为fH处放大倍数20lg|Av︱=13.644dB.

执行PlotADD Y Axis功能选项增加一个Y轴，在Add Trace对话框的Trace Expression栏内键入P(V[Vo]/V[Vi])，同一窗口内出现了相频特性曲线.从曲线上可以看出在频率为2.4448KHz时相位差为-179.689°已接近反相.

图4 交流分析图

5 输入阻抗频率特性分析

执行Simulation/Run命令，执行Trace/Add Trace命令，在Add Traces对话窗口，Trace Expression

栏填写V[Vi:+]/I[Vi]，激励源输出电压与电流之比即为放大器系统输入阻抗Ri，单击“OK”按钮.同上测量方法测得低半功率点处坐标第一为低半功率点频率fL=36.712Hz，第二为fL处输入阻抗Ri=33.803k；中频点处第一为中频点频率fO=2.4484KHz，第二为fO处输入阻抗Ri=28.006k；高半功率点fH处Ri，第一为高半功率点频率fH=202.095KHz，第二为fH处输入阻抗Ri=22.587K.与理论计算结果十分接近，说明仿真结果符合真实工作状态.

图5 输入阻抗频率特性分析图

参考文献：

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[2]吴中华.用OrCAD PSpice仿真放大器工作状态[J].职大学报，2001(4)：29～30.

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[4]张俊涛，陈晓莉.PSpice在电路设计中的应用实例[J].现代电子技术，2001(9)：31～33.