SAEU (Учебное пособие по использованию программы схемотехнического моделирования MICRO-CAP-7), страница 3

2.2. Определение дифференциальных (малосигнальных) параметров биполярного транзистора в рабочей точке. Для этого вначале введите в схему режим короткого замыкания (КЗ) нагрузки, блокировав сопротивление R1 конденсатором С6 с емкостью в 50 мкФ. Способ проведения режима короткого замыкания в схеме должен контролироваться преподавателем, ведущим лабораторные занятия. Вычислите с помощью программы МС-7 дифференциальные параметры транзистора:

g₁₁, S₀, τ, C^/_КБ … (1)

в стационарной точке, для этого необходимо исследовать в диапазоне частот 10кГц-100МГц зависимости

IB(Q1)/VBE(Q1) и IC(Q1)/VBE(Q1) . (2)

Для составления такого задания см описание рис.2. раздела1. Первая из них вызовет создание графика АЧХ входной комплексной проводимости Y₁₁ в указанном выше диапазоне частот, а вторая- АЧХ комплексной крутизны Y₂₁. Обратите внимание, что зависимость крутизны транзистора от частоты должна иметь падающий характер. Если это не происходит, то в значениях параметров транзистора объемное сопротивление базы RB было ошибочно заявлено равным нулю. В этом случае обязательно введите корректировку величины этого сопротивления, положив её, как указано ранее, 100 Ом ( RB= 100).С помощью навигатора программы Cursor Mode (F8)-определите модуль входной проводимости Y₁₁ на частоте f=10 кГц, который равен значению входной проводимости g₁₁ в области средних частот. Из графика АЧХ для параметра Y₂₁ определить на частоте f=10 кГц величину крутизны транзистора -S_0. Далее определите частоту f_τ, при которой модуль Y₂₁ уменьшается в величину по сравнению со значением S₀ на частоте f=10кГц. Значение постоянной входной цепи транзистора τ определяется тогда из выражения:

. (3)

Из графика АЧХ входной проводимости Y₁₁ определите на частоте f=100 МГц модуль , его величина будет соответствовать проводимости близкой к . Определите сопротивление и сопоставьте его с величиной = 100 Ом (RB=100) установленной ранее в списке дифференциальных параметров транзисторов. Величина «приведенной» емкости при стационарном напряжении между коллектором и эмиттером равном U₂₀ вычисляется по формуле:

, (4)

где CJС- величина емкости коллекторного перехода при «начальном» смещении равном 0,75 В. В выражении (4) CJС(U₂₀)- величина емкости приведенной к напряжению U₂₀- стационарному напряжению между базой и эмиттером в каскаде. С учетом конечного сопротивления базы окончательная величина «дважды приведенной» емкости, которая используется при аналитических расчетах, будет:

. (5)

По окончании исследования дифференциальных параметров исключите режим короткого замыкания нагрузки, разблокировав сопротивление R1, т.е. положив емкость конденсатора С6=0. Проведите копирование результатов исследования п.2 в рабочий файл лабораторной работы.

3. Частотный анализ, исследование переходных

процессов оконечного каскада

3.а. Установив емкость конденсатора С5 равной нулю, проведите анализ АЧХ выходной цепи оконечного каскада в диапазоне частот f=10 кГц- 100 МГц каскада, т.е. при отсутствии внешней нагрузки. Для этого по команде Analysis>AC в открывшемся окне задания частотного анализа запишите строку V(1)/V(2) и нажмите кнопку Ran ( Выполнить) По графику АЧХ на экране монитора, активировав пиктограмму Cursor Mode- (F9), определите усиление К₀ выходной цепи каскада на частоте 10 кГц и её верхнюю граничную частоту -f_B(гр).

3.б. Проведите анализ переходного процесса выходной цепи каскада, проделав аналогичные операции (см раздел1 пункты 2.3 и рис.3.) и определите время нарастания фронта импульса- t_У. Для удобства исследования переходной функции в области малых временных интервалов и достаточно точного определения времени установления фронта выходного импульса t_У необходимо, чтобы длительность интервала Р₃-Р₁ во входном импульсном сигнале источника V1 составляла примерно величину (3--5) t_У .В зависимости от конкретной для каждого варианта величины верхней граничной частоты, которая связана с временем t_У известным соотношением ,возможно понадобиться изменение параметров P3, P4 и P5 входного импульсного сигнала (см. выше в разделе 1 описание источника сигнала -MODEL PULSE). Для того, чтобы при исследовании переходной функции исключить погрешности, вызванные нелинейностью ВАХ транзистора, амплитуду импульсного сигнала VONE в описании MODEL PULSE следует выбрать такой, чтобы приращение напряжения на коллекторе, вызванные входным сигналом, было бы существенно меньше стационарной величины напряжения U₂₀. Обычно это выполняется, если в модели источника -Model Pulse положить напряжение VONE=100Uт.е.100мкВ. Поскольку при анализе переходных процессов программа МС-7 выводит графики выходного сигнала ( приращений) вместе с постоянными составляющими, то для получения более точных расчетов величины t_У полезно использовать опции Horisontal Tag Mode иVertical Tag Mode, которые позволяют с большей точностью определить приращение(выходной сигнал) на фоне стационарных составляющих напряжений. Выполните копирование графиков частотных и переходных процессов, полученных в п.3 характеристик в рабочий файл лабораторной работы №1 и вновь перейдите в интерфейс программы МС-7.

4. Частотный анализ, исследование переходного

процесса промежуточного каскада

4.аУстановите величину емкости конденсатора С5 равной 50 мкФ и проведите анализ АЧХ и переходного процесса на выходе промежуточного каскада. При выполнении частотного анализа целесообразно включить опцию Stepping для вариации емкости конденсатора С5 с шагом в 50 мкФ. В этом случае на экране монитора будут изображены графики АЧХ как оконечного, так и промежуточного каскада, что будет весьма удобно при сопоставлении изменения их показателей. Определите коэффициент усиления промежуточного каскада в области средних частот и определите его верхнюю граничную частоту. Убедитесь, что происходит значительное уменьшение усиления в области средних частот и полосы пропускания промежуточного каскада по сравнению с оконечным каскадом.

4.б Проведите исследование переходной функции промежуточного каскада и определите время нарастания фронта импульса t_У. Поскольку при сужении полосы пропускания каскада в области верхних частот происходит увеличение времени нарастания фронта импульса, то при исследовании переходного процесса в выходной цепи промежуточного каскада также придется увеличить временной интервал Р₃-Р₄ входного импульсного сигнала при описании источника MODEL PULSE и одновременно время анализа. При исследовании величины t_У также целесообразно использовать возможности пиктограмм: Horisontal Tag Mode и Vertical Tag Mode. Проведите копирование частотных и переходных функций промежуточного каскада в рабочий файл Word лабораторной работы №1.

4.в Определите входную динамическую емкость второго резисторного каскада с транзистором Q2. Для этого исследуйте зависимость модуля входного сопротивления второго каскада в диапазоне частот 10кГц-100МГц, введя при частотном анализе задание для построения графика функции: VBE(Q2)/IB(Q2).

Полагаем, что комплексное входное сопротивление приближенно состоит из параллельного соединения входной проводимости g₁₁ и входной динамической емкости С_ВХ(d) и, следовательно, их сопротивление записывается в виде:

(6)

Фиксируйте на графике модуля входного сопротивления частоту ω^*, при которой действительная часть знаменателя Z_ВХ равна его мнимой части. Для определения частоты удобно записать модуль (6):

(6^/)

Используя график зависимости VBE(Q2)/IB (Q2,) от частоты, определите значение f,^* при которой модуль входного сопротивления уменьшается в величину по сравнению с входным сопротивлением в области средних частот. Тогда входная динамическая емкость находится из соотношения

,

где f^* -циклическая частота, при которой действительная часть знаменателя выражения Z_ВХ равна его мнимой части. По окончании работы проведите копирование (перемещение) содержимого рабочего файла лабораторной работы №1 на дискету с указанием варианта задания, которая будет использоваться при оформлении отчета. Файл Word с результатами выполненной лабораторной работы удалите.

5. Оформление отчета

Проведите сравнение аналитических расчетов с результатами машинного моделирования с помощью программы MС- 7 и оформите их в отчете. Помимо принципиальных схем отчет должен содержать эквивалентные схемы выходной цепи оконечного и промежуточного каскада для области средних и верхних частот. Выражения для аналитического расчета параметров частотных характеристик(К₀,, f_B(гр), приводятся ниже [5.ч1. c. 82-95].

Коэффициент усиления оконечного каскада: