Лабораторный практикум 2010

Рисунок 6.5. Каскад усиления переменного сигнала

На изображенной схеме резистор R5 совместно с емкостью C4 образует цепь нагрузки, а резистор R6 представляет внутреннее сопротивление источника сигнала. Источником сиг- нала является генератор синусоидальной ЭДС (Component\Analog Primitives\Waveform Source\Sine), окно параметров которого приведено на рисунке 6.6.

Рисунок 6.6. Окно параметров источника синусоидального сигнала.

В этом окне необходимо задать имя модели источника (в данном случае Sine1). Заме- тим, что модель источника содержит внутреннее сопротивление (RS), поэтому резистор R6 помещен на схему только для наглядности. В поле RS следует записать маленькое значение (1 мОм).

Для выполнения последующего анализа необходимо исключить влияние сопротивле- ния источника и нагрузки. Поэтому сопротивление резистора R6 необходимо сделать пренеб- режимо малым по сравнению с другими сопротивлениями схемы (0,1 Ом), а сопротивление резистора R5 настолько большим, чтобы другие сопротивления были по сравнению с ним пренебрежимо малыми (100 МОм). В принятой в MicroCap системе обозначений приставка «мега» обозначается Meg.

В районе частоты 100 кГц найти коэффициент усиления K, входное и выходное сопро- тивление каскада Rвх, Rвых.

Для расчета малосигнального коэффициента усиления с помощью команды Analysis\AC… вызвать окно параметров анализа на переменном токе (рисунок 6.7), задать частот- ный диапазон 50 Гц…150 кГц, в поле Y Expression измеряемую величину – напряжение на нагрузке (в данном случае на 6 узле схемы).

Рисунок 6.7. Окно параметров расчета частотных характеристик Полезно также установить опцию Auto Scale Ranges.

В результате анализа выводится отклик схемы (напряжение на 6 узле) на синусои- дальное воздействие в указанном частотном диапазоне (источник гармонического сигнала находится на схеме программой автоматически).

Значение выходного сопротивления находится по относительному уменьшению коэф- фициента усиления при шунтировании выхода схем резистором R5 сопротивлением 1 кОм: Rвых= R5(1-N)/N, где N=(K-K’)/K, K – исходный коэффициент усиления, K’ – коэффициент усиления, найденный при шунтировании выхода схемы резистором R5.

Значение входного сопротивления находится по относительному уменьшению коэф- фициента усиления при наличии существенного сопротивления источника сигнала R6 сопро- тивлением 1 кОм: Rвх= R6(1-M)/M, где M=(K-K’)/K, K – исходный коэффициент усиления, K’

– коэффициент усиления при сопротивлении источника сигнала 1 кОм.

Результаты измерений сравнить со значениями, полученными при выполнении Лабо- раторной работы №3.

3. По методике п.2 выполнить измерение K, Rвх, Rвых для каскада усиления переменно- го сигнала по схеме с общим коллектором (ОК), изображенной на рисунке 6.8. Обратить внимание на сопротивления источника сигнала и нагрузки, в данном примере R6 и R5.

Рисунок 6.8. Каскад усиления переменного сигнала по схеме ОК

4. По методике п.2 выполнить измерение K, Rвх, Rвых для каскада усиления переменно- го сигнала по схеме с общей базой (ОБ), изображенной на рисунке 6.9. Обратить внимание на сопротивления источника сигнала и нагрузки, в данном примере R6 и R5.

Рисунок 6.9. Каскад усиления переменного сигнала по схеме ОБ 5. Для схемы ОЭ (рисунок 6.5) вычислить значение емкости блокировочного конден-

сатора C2, при котором спад нормированной амплитудно-частотной характеристики (НАЧХ)

на частоте 100 Гц составит – 3 дБ, а также емкости разделительного конденсатора C1, при которой спад в разделительной цепи также равен – 3 дБ:

C2=g21/(2πfн), C1=1/(2πfн(Rвх+R6), где g21=Iк0/0,026, R6=1 кОм.

6.Исследовать влияние блокировочных и разделительных конденсаторов на спад АЧХ

вобласти низких частот. Для этого, вызвав командой Analysis\AC…окно параметров расчета частотных характеристик, необходимо задать частотный диапазон от 1 Гц до 1 кГц. Удобно также использовать логарифмический масштаб по оси частот (рисунок 6.10) логарифмиче- скую шкалу по оси ординат.

Рисунок 6.10. Параметры анализа частотных характеристик в области НЧ

Пример графика частотной характеристики для двух значений конденсатора C1 при- веден на рисунке 6.11.

Рисунок 6.11. Пример частотной характеристики

По графику измерить нижнюю граничную частоту fнΣ. Измерения выполнить сначала для рассчитанных значений емкостей. Затем измерения повторить, исключая влияние сначала одной, а затем другой емкости, увеличивая ее значение в 100 раз. Сопоставить измеренные значения fнб и fнр, соответствующие влиянию блокировочной и разделительной цепей ожи- даемому значению 100 Гц, а fнΣ=200 Гц.

5. Для схемы с общим эмиттером (рисунок 6.12) исследовать спад вершины импульс- ного сигнала.

Рисунок 6.12. Схема исследования спада вершины импульсного сигнала Для этого в качестве источника входного воздействия необходимо использовать ис-

точник импульсного сигнала Component\AnalogPrimitives\Waveform Sources\PulseSource и за-

дать его параметры, как показано на рисунке 6.13.

Рисунок 6.13. Параметры источника импульсного сигнала Источник характеризуется 7 параметрами, смысл которых разъясняется при установке

курсора в поле ввода параметра. P1 – время от начала моделирования до начала переднего фронта импульса, P2 – время от начала моделирования до окончания переднего фронта им- пульса, P3 – время от начала моделирования до начала заднего фронта импульса, P4 – время от начала моделирования до окончания заднего фронта импульса, P3 – период повторения импульсов, VZERO – напряжение, соответствующее отсутствию сигнала, VONE – напряже- ние, соответствующее наличию сигнала (амплитуда). В данном случае первые 2 параметра выбраны настолько малыми, что фронт импульса можно считать бесконечно коротким, дру- гие 3 временных параметра напротив выбраны большими, чтобы за время моделирования не наблюдалось окончание импульса. Тем самым обеспечивается расчет переходной характери-

стики – реакции на ступенчатое воздействие. Амплитуда сигнала выбрана небольшой, чтобы не нарушать линейного режима работы транзистора.

Воспользовавшись командой Analysis\Transient вызвать окно параметров расчета схем в переходном режиме и задать необходимые параметры (рисунок 6.14).

Рисунок 6.14. Параметры расчета переходного режима

Для первоначального расчета рекомендуется установить опцию Auto Scale Range. Расчет выполнить для всех трех сочетаний емкостей конденсаторов C1 и C2, исполь-

зованных в п.4. В ходе исследований для всех значений емкостей по графикам переходных характеристик определить время tи, за которая вершина импульсного сигнала уменьшится на 20%. Измеренные значения длительностей сопоставить с расчетными tи=1/(10πfн).

Пример импульсной реакции при двух значениях конденсатора C1 приведен на рисун-

ке 6.15.

Рисунок 6.15. Пример переходных характеристик каскада Заметим, что в силу инвертирующего характера схемы ОЭ реакция на положительный

входной перепад напряжения имеет вид импульса отрицательной полярности.

6. Для схемы ОЭ (рисунок 6.12) исследовать искажения фронта импульсного сигнала (искажения в области малых времен). Для этого измерить длительность фронта выходного сигнала при возбуждении схемы ступенчатым сигналом (рисунок 6.16).