3.3. Анализ переходных процессов в режиме большого сигнала

26. Установить частоту F входного синусоидального источника (см. схему на рис. 2.1) равной 5 кГц, амплитуду A — 20 мВ, постоянную составляющую DC равной нулю, внутреннее сопротивление источника сигнала RS — 0.001 Ом. Запустить анализ переходных процессов TRANSIENT. В окне Transient Analysis Limits произвести следующие установки:

• Выключить флажок Operating Point;

• Временной диапазон (Time Range) установить равным 50ms;

• Максимальный шаг по времени (Maximum Time Step) — 1E-6;

• график 1 (P1): Y expression — V(in); X range — Tmax, Tmin; Y range — 0.05,-0.05; линейные масштабы по обеим осям ( ); прямоугольные координаты ( );

• график 2 (P2): Y expression – V(out); Y range — auto; остальные поля заполняются так же, как для графика 1.

Нажать RUN, зафиксировать полученный результат в виде графика переходного процесса.

27. Установить флажок Operating Point. Повторить анализ. Объяснить отличия результатов пунктов 26 и 27.

28. Изменить установки временного диапазона (Time Range) на 2ms. Запустить анализ. Визуально по графику выходного напряжения определить наличие видимых нелинейных искажений. Оценить нелинейные искажения, используя программу MICROCAP. Для этого изменить время расчета на период входного синусоидального сигнала, т.е. установить временной диапазон (Time Range) равный 0.2ms. Добавить в перечень графиков функции спектрального анализа:

• график 3 (P3) — гармоники сигнала V(out): X expression – F, Y expression – HARM(V(out)); X range – 25K,5K (до 5-ой гармоники); Y range — 9, –1, 2 (максимум, минимум, шаг).

• график 4 (P4) — коэффициент нелинейных искажений спектра сигнала V(out): X expression – F; Y expression – THD(HARM(V(out)),5K); X range — 25K,5K (до 5-ой гармоники); Y range — 23, -2, 5 (максимум, минимум, шаг).

Запустить анализ, объяснить полученные результаты.

Выйти из режима анализа, нажав <F3>, уменьшить в 4–8 раз амплитуду входного синусоидального сигнала, повторить анализ. Объяснить изменение коэффициента нелинейных искажений.

29. Установить временной диапазон расчета (Time Range) 2ms, погасить 3 и 4 графики с функциями спектрального анализа. Организовать многовариантный анализ (Stepping) переходных процессов при изменении амплитуды входного сигнала от 10 мВ до 50 мВ. Запустить анализ и объяснить полученные результаты.

3.4. Исследование термостабильности различных каскадов

30. С помощью схемного редактора собрать схему, состоящую из трех различных усилительных каскадов с общим эмиттером, входы которых подсоединены к одному источнику сигнала (рис. 2.5). Все усилители имеют один и тот же режим по постоянному току (аналогичный рассмотренному выше каскаду, представленному на рис. 2.5 слева). Следовательно, номинальные значения компонентов двух других каскадов могут быть определены по формулам:

; (6)

; (7)

; ; (8)

; .

Рассчитать значения компонентов двух других усилительных каскадов по формулам (6)–(8) и ввести численные значения параметров в схему (см. рис. 2.5). Ко входу всех трех схем подключить источник синусоидального сигнала частотой 5 кГц, амплитудой 0.02 В и с внутренним сопротивлением RS=0.001 Ом.

Рис. 2.5. Разновидности усилителей с общим эмиттером

31. Включить режим Dynamic DC (<Alt>+<4>) и индикацию токов в схеме ( ), проверить режим покоя всех каскадов. При правильном расчете и вводе, режим покоя у всех трех схем должен быть одинаков и совпадать с режимом, рассчитанным в пп. 7–13.

32. Запустить малосигнальный анализ по переменному току АС, выполнив команду Analysis/AC (<Alt>+<2>). Построить амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики коэффициента передачи по напряжению для всех трех схем на одном графике, для чего выполнить следующее:

• Установить частотный диапазон (Frequency Range) равным 1E9,1; максимальное изменение между соседними точками (Maximum Change) — 0.01; шаг по частоте (Frequency Step) — Auto; установить флажок автоматического масштабирования (Auto Scale Ranges).

• Заполнить 3 строки Y expression для графика P1 выражениями DB(V(out)/V(in)), DB(V(out2)/V(in)); DB(V(out3)/V(in)). Заполнить 3 строки Y expression для графика P2 выражениями PH(V(out)/V(in)), PH(V(out2)/V(in)); PH(V(out3)/V(in)). Установить для всех графиков масштабы: логарифмический по частоте ( ) и линейный по оси Y ( ), прямоугольные координаты ( ).

Нажать RUN, наблюдать результат анализа на экране. Убедиться в практически одинаковом ходе малосигнальных частотных характеристик, и практически одинаковом коэффициенте передачи в полосе пропускания.

33. Проанализировать работу всех трех каскадов при двух значениях температуры: 27С и 67С. Запустить анализ переходных процессов TRANSIENT. В окне Transient Analysis Limits произвести следующие установки:

• Включить флажки Operating Point и Auto Scale Ranges;

• Временной диапазон (Time Range) установить равным 1ms;

• Максимальный шаг по времени (Maximum Time Step) — 1E-7;

• В графе Temperature установить: List 27,67;

• график 1 (P1): Y expression — V(out); линейные масштабы по обеим осям ( ), прямоугольные координаты ( );

• график 2 (P2): Y expression – V(out2), остальные поля заполняются так же, как для первого графика;

• график 3 (P3): Y expression – V(out3), остальные поля заполняются так же, как для первого графика.

Нажать RUN, зафиксировать полученный результат в виде графиков выходного напряжения усилителей. Сравнить каскады по термостабильности, сделать выводы.

34. Оформить отчет о проделанной работе.