2. Расчет амплитудно-частотной характеристики усилителя.

Для получения частотной характеристики усилителя и определения коэффициента усиления усилителя K_e= U_н/Е_г и граничных частот f_н и f_в, необходимо сделать следующее.

• Отключить (Analysis – Setup или пиктограмма ) режим Transient. Установить режим анализа по переменному току (AC Sweep) с параметрами: Decade, Pts/Decade = 101, Start Freq = 10, End Freq = 1Meg.

• Отключить маркер входного сигнала ( ), так как Е_г=1В для всех частот, а к выходу схемы подключить специальный маркер для измерения коэффициента передачи в децибелах (Markers – Mark Advanced – Vdb). В этом случае выходной сигнал равен коэффициенту усиления (т.к. Е_г=1В), а коэффициент усиления измеряется в децибелах: LK_e(дБ) = 20lg(U_н/Е_г).

• Запустить схему на расчет (клавиша F11 или пиктограмма ) и получить амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) усилителя.

• С помощью электронных курсоров определить коэффициент усиления LK_e в децибелах в области средних частот (надо записать также значение K_e в линейном масштабе), и на уровне – 3дБ от значения LK_e на средней частоте определить граничные частоты (f_н и f_в). Для получения всех необходимых значений на одном графике следует воспользоваться пиктограммой Mark Label , позволяющей ввести на экран координаты точки, помеченной курсором (рис. 5).

Рис. 5. Амплитудно-частотная характеристика усилителя.

3. Определение входного сопротивления каскада Rвх..

Для определения входного сопротивления каскада необходимо построить (Trace – Add или пиктограмма ) график зависимости входного сопротивления от частоты (остальные графики следует удалить). Это можно сделать, записав в командной строке окна Trace Expression выражение: V(V1:+)/I(V1). Определить входное сопротивление можно в области средних частот с помощью электронного курсора и пиктограммы Mark Label .

4. Расчет амплитудной характеристики усилителя.

Амплитудная характеристика (АХ) определяет зависимость амплитуды выходного сигнала усилителя амплитуды входного: U_вых (E_г). Для построения амплитудной характеристики необходимо снять семейство выходных сигналов, наблюдая за изменением амплитуды и формы выходного сигнала. При этом важно, чтобы были достигнуты участки нелинейных искажений формы выходного сигнала (она должна отличаться от синусоидальной). Для этого надо увеличивать амплитуду входного сигнала до 1-2 В (для каскада ОЭ) или до 5-10 В (для каскада ОК).

Для выполнения этого пункта удобно воспользоваться глобальным параметром AMPL и автоматизировать процесс расчета. Для этого:

• пронумеровать выходной узел: выделить его щелчком ЛКМ и, щелкнув на нем дважды, ввести в появившемся окне номер узла – 1;

• отключить (Analysis – Setup или пиктограмма ) режим AC Sweep;

• установить режим расчета схемы во временной области (Analysis – Setup или пиктограмма ) Transient... с параметрами: Print Step=1ns; Final Time=1ms, Step Ceiling=1us. Установить также режим PARAMETRIC со следующими параметрами: Global Parameter; Linear; Name = Ampl; для каскада ОЭ – Start Value = – 2V; End Value = 2V; Increment = 10mV (Рис. 6); для каскада ОК – Start Value = – 5V; End Value = 5V; Increment = 50mV;

Рис. 6. Установки для параметрического анализа.

• отключить специальный маркер для измерения коэффициента передачи в децибелах (выделить и нажать Del), установить на выход (R_н) схемы маркер для вывода осциллограмм напряжения ( );

• произвести расчет схемы (клавиша F11 или пиктограмма ) и получить набор графиков напряжения выходного сигнала. Если участок с нелинейными искажениями выходного сигнала не достигнут, необходимо увеличивать значения Start Value, End Value и Increment до тех пор, пока искажения не появятся. При запросе системы о выборе графика для вывода на экран нажать OK.

Затем, находясь в интерфейсном окне программы Probe, по команде Plot - Х Axis Settings… – Performance Analysis (или пиктограмма ) на экране Probe получаем заготовку графика, у которого по оси Х откладывается глобальный параметр Ampl (см. рис.7,б) с предельными значениями, указанными в режиме PARAMETRIC (рис.6). В том же интерфейсном окне программы Probe, по команде Trace – Add… (или с помощью пиктограммы ) входим в окно целевых функций. В открывшемся окне следует убрать галочки рядом с Current и Alias Names, затем выбрать в правом столбце функцию YatX(1,X_value), которая определяет значение переменной в заданной точке, а в левом – переменную V(1). В момент, когда выходное напряжение достигает предельных значений (рис. 7,а), определяем заданную точку – 50 мкс (50u), вводим это значение вместо X_value. При этом в нижней части окна в строке Trace Expression появится выражение для построения графика: YatX(V(1),50u).

Рис. 7. Осциллограммы выходных напряжений (а) и амплитудная характеристика (б).

Когда окно будет закрыто, появится график амплитудной характеристики (рис.7,б). Если график получится слишком мелким, можно изменить диапазон изменения напряжения, для чего щелкнуть дважды ЛКМ слева от оси графика и, поставив галочку в графе User Defined, установить нужные пределы изменения выходного напряжения. После этого рекомендуется убрать нижний (исходный) график, щелкнув на нем ЛКМ и затем выбрав в меню Plot – Delete Plot. Далее с помощью курсоров надо определить и с помощью пиктограммы Mark Label отметить на каждом из графиков максимальную амплитуду неискаженного выходного напряжения (U_{вых макс}) и динамический диапазон входного сигнала (U_{вх макс}). Определить динамический диапазон входного сигнала U_{вх макс}, нужно, выбрав минимальное из полученных справа и слева значений. По наклону линейного участка характеристики с помощью маркера курсоров находим коэффициент усиления K_e = U_н / Е_г. Затем следует сравнить полученное значение коэффициента усиления K_e с техническим заданием и расчетом.