CCⅡ低通滤波器的PSpice仿真分析

　　 引言
　　计算机仿真是电路设计的一个重要环节。一方面它是可以代替采用简化电路模型估算电路特性进行验证的传统设计方式， 能高效地进行电路参数的确定和方案的优选， 并在设计初期对产品的性能进行可靠的预测， 从而提高设计质量， 缩短设计周期， 节省设计费用，故已成为现代设计方法中必不可少的组成部分； 另一方面， 它能利用仿真软件得出电路性能受电路中关键参数的影响， 更好地掌握电路的特性和指标， 对实际电路调试工作具有指导意义。本文以CCⅡ低通滤波器的设计为例， 先采用理论分析设计低通滤波电路， 然后运用OrCAD/ Pspice 进行仿真分析和优化设计， 最后对设计结果进行验证， 以使电路性能达到设计要求。同时， 也便于了解该电路受参数变化的影响及其高低温情况下的性能变化等特性。
　　1 滤波电路的设计

图1 基于CC Ⅱ的低通滤波电路

　　一般地， 图1 所示电路的转移函数可以通过列写电路节点a, b, o 的电流方程来求得， 即对a 节点有：

　　式中： K 为CCⅡ的电流放大倍数。联系以上等式可以求得图1 所示电路的转移函数为：

　　由图1 所示电路的转移函数可以得出电路参数与元件值的关系：

　　这种设计方法的主要思路是通过令R1 = R2 = R ,C1 = C2 = C 来减小元件的分散性， 然后根据式（ 7） ,式（ 8） 进行设计， 从而确定每个元件的参数值， 其设计步骤如下：
　　（ 1） 令R1 = R2 = R, C1 = C2 = C, 并选取适当的C 值；
　　（ 2） 根据给定的ωp 和式（ 7） , 求出R;
　　（ 3） 根据给定的Q 值和式（ 8） , 求出K ;
　　（ 4） 进行PSpice 仿真分析以及优化设计。
　　设计指标为： f p = 105 Hz, Q = 1/ √2。
　　根据电路参数与元件值的关系以及设计步骤选取C = 1 nF, 则可求得： R = 10 k , K = √2 - 3。
　　2 电路的PSpice 仿真分析与优化
　　首先对原始电路设计方案在OrCAD/ Capture 下绘图， 其中CCⅡ的仿真模型采用子电路形式， 所有元件都调用PSpice 仿真库中的模型， 选电流源为交流源，交流电路为1 A, 直流电流为0 A , 设电容C1 和C2 的初始值为0; 分析类型为AC Sw eep/ Noise, 起始频率为10 Hz, 终止频率为100 MHz, 扫描记录点数为1 000; 扫描类型为Log arithmic, 扫描方式为Decade, 以此进行电路仿真， 得到的电路初始幅频特性曲线如图2所示。从电路的转移函数可知， 图1 所示的滤波器为二阶低通滤波器， 对比二阶低通滤波器的幅频特性可以得知， 其原始电路的设计指标不符合要求。

图2 输出电流I o 的频率特性曲线

　　2. 1 电路参数分析
　　对原电路进行参数扫描分析时， 可将基本特性分析类型设置为AC Sw eep/ Noise 进行分析， 其他参数设置相同， 每次分别将R1 , R2, C1, C2 设置为全局变量进行参数扫描分析， 仿真分析结果如图3所示。此时， R1 =R2 = 10 kΩ, C1 = 10 pF, C2 = 10F。

图3 参数扫描分析后Io 的频率特性曲线。

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