Учебка / Фриск том 1

270 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

Активные кнопки внизу ниспадающего меню Resistor позволяют при их нажатии:

ÎК — подтвердить правильность введенной информации и продолжить выполнение задачи;

Ñancel — отказаться от введенной на этом подменю информации; Font — изменить шрифт и стиль выбранного атрибута;

Add — добавить атрибуты к описанию компонента; Help — файл помощи;

Syntax — показывает описания простейших компонентов в формате Spice; Expand — вызывать файл данных и в выбранном курсором текстовом поле проводить редактирование или вводить большой объем текстовой информа-

öèè;

Help Bar — переключает дисплей в режим Help. Дает краткое описание ключам окна схем и описывает возможности управления курсором.

При необходимости коррекции отдельных элементов принципиальной схемы необходимо сначала его удалить. Для этого вначале активизируют режим редактирования элементов и компонентов схемы (Select Mode, рис. 3.2). Затем, подведя курсор к компоненту, нажать левую кнопку мыши. При этом подсвечивается, обычно зеленым светом, компонент или соответсвующий текст в окне схем и затем, войдя в меню EDIT, на выпадающем подменю выбирают CUT (рис. 3.4) и удаляют необходимый атрибут схемы нажатием левой кнопкой мыши. Альтернативным вариантом при удалении компонентов является применение пиктограммы CUT (или Ctrl-X) на панели инструментов (ножницы) в окне схем, которая активизируется только при нажатии кнопки Select Mode (рис. 3.2).

Аналогично вводятся конденсаторы. На панели инструментов главного окна активизируется пиктограмма конденсатора и на выпадающем меню Capacitor: Capacitor задаются параметры конденсатора.

Соединительные линии между компонентами «прочерчивают» выбрав на панели инструментов главного окна пиктограмму линии (рис. 3.2). Установить курсор в начале будущей линии и нажать левую кнопку мыши. Удерживая кнопку в нажатом положении, проводят линию до вывода очередного компонента или местом соединения с другой линией.

При вводе транзистора типа PNP, которого нет в списке основных компонентов окна схем, необходимо сначала выполнить команду Component в меню главного окна и на дополнительном меню, разворачивающемся вправо, выбрать Analog Primitives, а из предлагаемого перечня устройств выбрать Active Devices, а затем, на закладке активных компонентов, PNP (рис. 3.5).

В дальнейшем, при повторном вводе транзистора такого типа проводимости, выполняемая команда Component уже содержит данный тип транзистора на выпадающем меню и достаточно лишь активизировать в нем соответствующую строку.

При нажатии на левую кнопку мыши на ниспадающем меню (рис. 3.6) PNP Transistor выбирается позиционное обозначение компонента (PART), на- чинающееся по умолчанию с буквы Q, затем его характеристика VALUE, определяющая активный режим, и тип транзистора MODEL. Активизацией

Лабораторная работа ¹ 3	271

Ðèñ. 3.4

Ðèñ. 3.5

272 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

Ðèñ. 3.6

строки в правой колонке меню можно выбрать тип транзистора из предложенного перечня.

Поскольку в библиотеке МС8, представленных в колонке справа, нет оте- чественных транзисторов, то необходимо ввести параметры модели транзистора КТ3107В. Для этого, после ввода выбранного позиционного обозначе- ния транзистора (PART), характеристики, определяющей активный режим (VALUE, можно не вводить), выбирается строка MODEL (рис. 3.6) и нажатием на кнопку NEW задаете переход в режим ввода параметров новой модели тразистора. В рамке Value вводится название транзистора КТ3107В вместо New Model1. Параметры модели Эберса — Молла биполярного транзистора КТ3107В:

IS = 2.111f, BF = 145.2, VAF = 68.5, IKF = 0.242, ISE = 7.338p, NE = 2.367, BR = 7.573, VAR = 32, IKR = 25m, ISC = 1.55p, NC = 2, RB = 25.5, RC = 0.75, CJE = 13.01, VJE = O.69, MJE = 0.35, CJC = 11.86p, VJC = 0.69, MJC = 0.33, FC = 0.5, TF = 474p, XTF = 1, VTF = 25, ITF = 0.15, TR = 20.11N, EG = 1.11, XTB = 1.5, XTI = 3 вводятся вместо представленных программой МС8. Для этого, войдя в подсвеченное окно выбранного параметра, стрелкой вверху клавиатуры удаляете, записанные там значения, и вводите новые. Смысл обозначений и способ определения параметров можно найти в [2].

Как видно из рис. 3.6 параметры модели транзистора могут уже содержаться в библиотеке МС8 (если в методических материалах имееется дискета с описанием файла VOAM).

Лабораторная работа ¹ 3	273

Аналогично вводятся параметры транзистора КТ3102А:

IS = 5.258f, BF = 185.1, VAF = 86, IKF = 0.4922, ISE = 28.21n, NE = 7.428, BR = 2.713, VAR = 25, IKR = 0.25, ISC = 21.2p, NC = 2, RB = 52, RC = 1.65, CJE = 11.3p, VJE = 0.69, MJE = 0.33, CJC = 9.921p, VJC = 0.65, MJC = 0.33, FC = 0.5, TF = 611.5p, XTF = 2, VTF = 80, ITF = 0.52, TR = 57.71n, EG = 1.11, XTB = 1.5, XTI = 3 (рис. 3.7, или выбирается активизацией строки с наименованием выбранного транзистора в библиотке транзисторов подменю NPN: NPN Transistor).

Ðèñ. 3.7

Для ввода параметров ОУ необходимо активизировать пиктограмму ОУ на строке основных компонентов (рис. 3.2), с последующим выбором необходимого типа микросхемы из встроенной библиотеки (рис. 3.8) в подменю Opamp:Opamp. Выбранная микросхема LF355, соответствует по своим параметрам ОУ КТ140УД18 [3].

При отсутствии ИМС необходимого типа во встроенной библиотеке необходимо ввести параметры модели ОУ, по аналогии с вводом параметров транзистора КТ3107В. Нажав при активизированной строке MODEL кнопку

New, последовательно заменяя параметры:
LEVEL = 3,	TYPE = 3,	C = 10p,	ROUTAC = 50,	ROUTDC = 75,
VOFF = 3M,	IOFF = 3p,	SRP = 3MEG,	SRN = 6MEG,	IBIAS = 30P,

VEE = -22,VCC = 22, VPS = 12.9, VNS = -12.9, GBW = 2.5MEG. Указанные параметры и смысл принятых обозначений можно найти в [2, 3].

274 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

Ðèñ. 3.8

Для получения частотных характеристик усилителя необходимо включить на его вход генератор гармонических колебаний.

Тип генератора можно выбрать, используя строку основных компонентов в главном окне, и затем выбрать из большого числа моделей генераторов с различной формой сигнала, с модуляцией или без модуляции и т. д. Поскольку можно ограничиться моделью генератора гармонических колебаний без ка- кой-либо модуляции то, выбрав команду Component меню главного окна последовательно выбрать на выдвигающихся вправо подменю: Analog Primitives → Waveform Sources → Sine Source (рис. 3.9). Появляющееся изображение модели генератора и подменю параметров Sine Source: Sine Source позволяет задать его параметры (рис. 3.10).

Подменю Sine Source построено по традиционной форме, использовавшейся ранее при вводе резисторов, конденсаторов и др., поэтому назначение кнопок, пиктограмм и вводимых параметров известно.

Параметры генератора (частота, амплитуда и др.) отличны от предлагаемых в библиотеке МС8 поэтому ввод начинают с выбора позиционного обозначения компонента (PART предлагается V10), а в строке MODEL указать на ввод новой модели генератора, нажав кнопку New под левым окном. Ведя затем название генератора (например, SN) в окне Value установить последовательно курсор в окнах параметров генератора ввести требуемые параметры, организовав файл данных источника сигнала: Source Local text area of

Лабораторная работа ¹ 3	275

Ðèñ. 3.9

Ðèñ. 3.10

276 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

C:\ MC8\DATA\VOAM.CIR (рис. 3.10). В качестве параметров генератора задаются:

F — частота несущего колебания — 1 = кГц; А — амплитуда несущего колебания — 100 мВ;

DC — значение постоянной составляющей сигнала — 0 В; РН — начальная фаза несущего колебания — 0 рад;

RS — внутреннее сопротивление генератора — 10е-3 Ом;

RP — период повторения (для сигнала, имеющего форму отрезка синусоиды) — 0 сек;

TAU — постоянная времени затухания огибающей сигнала (при экспоненциальной форме затухания амплитуды сигнала) — 0 сек.

Подключение батареи источника питания завершает ввод принципиальной схемы усилителя.

Выбрав нажатием на левую кнопку мыши пиктограмму батареи панели инструментов (рис. 3.2) переходят на выпадающем меню в режим задания параметров батареи (рис. 3.11).

Ðèñ. 3.11

Выбрав обозначение батареи на принципиальной схеме V7 (PART) и величину создаваемого напряжения 22 В (VALUE 22V), нажатием на кнопку ОК подтверждают правильность ввода параметров (PACKAGE, COST, POWER не вводятся). Появившееся изображение батареи устанавливают в принципиальную схему с учетом типа проводимости транзистора и вывода цепи питания ОУ. Другой источник питания, с теми же параметрами и обозначением V8, вводят аналогично, подключая к другому выводу цепи питания ОУ (с учетом требуемой полярности).

Лабораторная работа ¹ 3	277

Общая электрическая шина («земля») обеспечивает протекание токов в цепях с разным количеством выводов (двухполюсники, трехполюсники, четырехполюсники) и различным функциональным назначением. «Земля» вводится установкой курсора на ее условное обозначение на панели инструментов главного окна и нажатием на левую кнопку мыши. Устанавливая курсор в виде символа «земля» в нужном месте схемы, повторным нажатием на левую кнопку мыши фиксируют его положение.

Завершив ввод активных и пассивных компонентов принципиальной схемы, проверьте их на соответствие со схемой на рис. 3.1 (источник входного воздействия должен быть SN-генератор гармонических колебаний). При необходимости проведите коррекцию элементов схемы.

Проведение анализа частотных свойств усилителя предваряет нумерация узлов принципиальной схемы нажатием на пиктограмму Node Numbers.

Для выполнения п. 2.2.1 войдем в режим анализа активизацией левой кнопкой мыши команды Analysis меню главного окна.

Ðèñ. 3.12

На выпадающей закладке выбирается режим анализа частотных характеристик АС. Нажатием левой кнопкой мыши при подсвеченной строке АС переходим к заданию условий анализа на выпадающем подменю АС Analysis Limits: заданию пределов анализа, способа проведения анализа и представления на экране монитора результатов анализа.

278 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

В окне AC Analysis Limits (рис. 3.13) задается следующая информация: Frequency Range — значения верхнего и нижнего пределов частот анализа; Number of Points — количество точек в заданном частотном интервале, в

котором производится расчет частотных характеристик и полученные значе- ния выводятся в форме графика или таблицы (если это указывается); если в строке Frequency Range выбрано Auto, то, число точек на заданном интервале интегрирования, будет 51 и шаг интегрирования будет выбираться автомати- чески, это может приводить к большим погрешностям вычислений;

Теmperature — диапазон изменения температур (может задаваться одно значение, при котором проводится анализ);

Maximum Change — максимально допустимое приращение функции на интервале шага по частоте (учитывается только при автоматическом выборе шага — активизация процедуры Auto Scale Ranges);

Noise Input — имя источника шума, подключенного ко входу второго каскада, Noise Output — номер(а) выходных зажимов, где вычисляется спектральная плотность напряжения шума;

Run Options — определяет способ хранения полученных результатов: Normal — результаты расчетов не сохраняются;

Save — результаты сохраняются на жестком диске;

Retrieve — использование результатов расчета, хранящегося на жестком диске, для вывода на экран монитора, State Variables — задание начальных условий интегрирования.

На экран монитора, в соответствии с рис. 3.13 выводится график (активизирована кнопка рядом со столбцом Р) коэффициента усиления (YExpression) в зависимости от частоты (ХExpression) в узле 8, на выходе усилителя, и в узле 6, на выходе ОУ, с пределами значений для каждой из них, определяемой форматом: максимальное значение выводимой переменной, ее минимальное значение и шаг сетки значений соответствующей оси (частота, коэффициент передачи). Характер изменения значений по оси абсцисс — логарифмиче- ский, а по оси ординат — линейный, что выбирается нажатием двух левых крайних кнопок в строке выводимых значений. Графики выводятся в одной

Ðèñ. 3.13

Лабораторная работа ¹ 3	279

системе координат (в обеих строках столбца Р — Plot — указана одна и та же цифра).

В столбцах XRange и YRange указываются: верхний и нижний пределы значений переменной, выводимой на экран. Третья цифра определяет шаг сетки по соответствующей оси.

Примечание: для увеличения числа графиков выводимых на экран монитора необходимо нажать на кнопку Add, а для уменьшения (удаления строки) — размещаете курсор в одном из окон удаляемой строки и нажимаете кнопку Del.

В соответствие с рис. 3.13, по оси абсцисс (частот) выбран логарифмиче- ский масштаб, а по оси ординат — линейный.

Для заданных условий моделирования характер АЧХ представлен на рис. 3.14.

Для нахождения верхней граничной частоты fâ÷ ãð для величины линейных искажений, составляющих 3 дБ, найдем значение коэффициента усиления на рабочей частоте (1 кГц), используя пиктограмму РЕАК. Затем сдвинув маркер на частоту 1 кГц определим точное значение коэффициента усиления на этой частоте — Кñð. Нажатием на пиктограмму Go To Y (в окне результатов вычислений, рис. 3.14) в окне Value выпадающего подменю Go To Y (рис. 3.15) вводим значение 0,707Кñð и нажимаем на кнопку Right. Маркер определяет положение верхней граничной частоты fâ÷ ãð. Полученные результаты заносите в табл. 1.

Ðèñ. 3.14