3.2. Анализ схемы на переменном токе для малого сигнала в режиме ac analysis
Задать коэффициенты частотных искажений на нижних частотах для трех цепей каскада, содержащих конденсаторы: входной MIN, выходной MOUT и цепи эмиттера ME — так, чтобы ML=MINMOUTME. Поскольку самой низкоомной цепью является цепь эмиттера транзистора, то целесообразно самый большой коэффициент частотных искажений выбрать для этой цепи. Например, для заданного результирующего коэффициента частотных искажений
,
можно задать следующие значения:
ME=1,41;
MIN=MOUT=1,001.Рассчитать величины емкостей конденсаторов CIN, COUT, CE по следующим формулам:
,
(3)
,
(4)
,
(5)
где
.
C помощью схемного редактора построить полную схему усилительного каскада (см. рис. 2.1). Присвоить элементам схемы: резисторам базового делителя R1, R2; резисторам в цепи эмиттера и коллектора RE, RC; разделительным конденсаторам CIN, COUT; конденсатору СE, — рассчитанные в предыдущих пунктах лабораторной работы значения. Ко входу схемы подключить источник синусоидального сигнала (можно взять и импульсный источник, для AC анализа это не принципиально). Для удобства анализа также можно назначить входному и выходному узлу текстовые наименования из латинских букв, как показано на рис. 2.1.
Проверить правильность расчета схемы по постоянному току. Для этого включить режим Dynamic DC в меню Analysis. Включить дополнительно показ токов, нажав кнопку . Проверить токи и напряжения в схеме (VBE A, VBA, VCE A, ICA, IBA, IEA). Если они приближенно равны рассчитанным в п.п. 7–13 значениям, то перейти к следующему пункту. В противном случае проверить расчет схемы по постоянному току (RE, R1, R2).
Запустить малосигнальный анализ по переменному току АС, выполнив команду Analysis/AC (<Alt>+<2>). Построить амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики коэффициента передачи по напряжению в различных масштабах по обеим осям, для чего выполнить следующее:
а) Для построения в линейных масштабах по обеим осям сделать в окне AC Analysis Limits следующие установки:
Частотный диапазон (Frequency Range) — 1E9,1.
Максимальное изменение между соседними точками (Maximum Change) — 0.01.
Шаг по частоте (Frequency Step) — Auto.
график 1 (P1): Y expression — V(out)/V(in); X range — Fmax, Fmin; Y range — auto; линейные масштабы по обеим осям ( ); прямоугольные координаты (
).график 2 (P2): Y expression — PH(V(out)/V(in)), остальные поля заполняются так же, как и для графика 1.
Нажать кнопку RUN, наблюдать результат анализа на экране. Повторно запустить анализ, объяснить полученные результаты.
б) Для построения в полулогарифмическом масштабе (логарифмический масштаб по частоте, линейный — для модуля коэффициента передачи), установки в окне Analysis Limits аналогичны п. а), за исключением масштабов по оси абсцисс для обоих графиков, теперь они устанавливаются логарифмическими ( ).
Запустить кнопкой RUN анализ, объяснить полученные результаты. Проверить соответствие усилителя техническому заданию по полосе пропускания и коэффициенту передачи. Если нижняя граничная частота усиления каскада больше, чем частота fmin, указанная в техническом задании, необходимо увеличить емкости конденсаторов CIN, COUT, СЕ. Для этого необходимо выйти из режима анализа, нажав <F3>, и с помощью схемного редактора изменить величины емкостей. В случае получения коэффициента передачи на средних частотах много меньше единицы (каскад не обладает необходимыми усилительными свойствами), необходимо проверить правильность ввода значений резисторов и расчет каскада по постоянному току.
в)
Построить амплитудно-частотную
характеристику в логарифмическом
масштабе в децибелах
.
Для этого для графика 1 установить в
графе Y
expression
— dB(V(out)/V(in)),
масштабы по осям оставить прежними,
логарифмический по оси абсцисс (
),
и линейный (
)
— по оси ординат. Запустить анализ
кнопкой RUN,
измерить коэффициент передачи в децибелах
на пологой части АЧХ. Запомнить
соответствие различных единиц для
коэффициента передачи (в децибелах и
разах):
20 дБ — усиление по уровню в 10 раз
40 дБ — усиление по уровню в 100 раз
60 дБ — усиление по уровню в 1000 раз и т.д.
Открыть окно Stepping ( ). Установить увеличение емкости конденсатора COUT в десять раз на каждом шаге расчета, от значения в 1000 раз меньшего рассчитанного до значения в 10 раз больше рассчитанного. Включить многовариантный анализ (Stepping), установив флажок YES на панели Step It. Запустить анализ, объяснить полученные результаты. Выключить Stepping, щелкнув мышью в кружке NO на панели Step It.
Повторить действия пункта 22, открыв новую закладку в окне Stepping для изменения емкости CIN в аналогичных пределах. Объяснить полученные результаты. Выключить Stepping на используемой закладке.
Повторить действия пункта 22, открыв новую закладку в окне Stepping для изменения емкости CЕ. Установить список значений (LIST) для изменения емкости CE: 0, 0.01CEрасч, 0.1CEрасч, CEрасч, 10CEрасч, где CEрасч — рассчитанная величина емкости CE. Запустить анализ и объяснить полученные результаты. Выключить Stepping на используемой закладке.
Повторить действия пункта 22 при изменении величин сопротивлений RЕ, RС, RLOAD, коэффициента передачи транзистора BF (параметр модели), барьерной емкости коллекторного перехода CJC (параметр модели), времени пролета TF (параметр модели). Объяснить полученные зависимости. В заключение выключить все закладки многовариантного анализа и установить исходные значения компонентов схемы, при которых характеристика соответствует техническому заданию.