85

Рис. 3.35. Схема для расчета основных параметров каскада

Рис. 3.36. Задание малосигнального анализа

После анализа схемы его результаты можно просмотреть в выходном файле программы Pspice, воспользовавшись, например, командой Analysis/Examine Output программы Schematics:

****SMALL-SIGNAL CHARACTERISTICS

V(OUT)/V_V1 = -5.057E+00

INPUT RESISTANCE AT V_V1 = 2.655E+03 OUTPUT RESISTANCE AT V(OUT) = 4.287E+02

Из текста видно, что коэффициент усиления по напряжению равен 5,06, входное сопротивление каскада со стороны базы равно 2,65 кОм, а выходное сопротивление – 429 Ом.

3.5. Триггер Шмитта на биполярных транзисторах

Для триггера Шмитта (рис. 3.37):

• снять входную характеристику Iб1(Uвх);

• снять передаточную характеристику

Uвых(Uвх);

• рассчитать для схемы мультивибратора (рис3.40) значение сопротивления резистора Rо;

• для мультивибратора снять осциллограммы на коллекторах транзисторов VT1 и VT2 и на базе VT1, определить пе-

риод и скважность импульсов.

Рис. 3.37. Триггер Шмитта

Триггер Шмитта представляет собой усилительное устройство с положительной обратной связью, которая осуществляется за счет общего сопротивления в цепи эмиттеров. Схема имеет два устойчивых состояния, а передаточная характеристика имеет гистерезис, за что и получила свое название.

86

Входная характеристика Iб1(Uвх) из-за ПОС имеет S-образную форму с отрицательным наклоном. Чтобы получить эту характеристику на вход схемы надо включить источник тока (а не источник напряжения), и в режиме DC Sweep… рассчитать зависимость Uвх (Iб1). Затем, изменив переменную по оси Х (см. п. 2.2.6.), строим входную характеристику (рис. 3.38).

По входной характеристике определяем напряжение срабатывания (3,0356В), напряжение отпускания (1,6680В) и сопротивление характеристи-

ки на отрицательном участке ((3,0356-1,6608) / (0,158-0,048) = 12,50 кОм).

Передаточную характеристику Uвых(Uвх) в режиме DC Sweep… построить невозможно по двум причинам: во-первых, в этом режиме не предусмотрено построение характеристик, имеющих гистерезис, и, во-вторых, при изменении входного напряжения в точках, соответствующих напряжению срабатывания (или отпускания при обратном ходе), решение не сходится. Поэтому для построения передаточной характеристики используем режим Transient при воздействии на входе пилообразного импульса (источник VPWL) со сравнительно большими временами нарастания и спада (1мс). После завершения моделирования, как и в предыдущем случае, меняем временную координату на входное напряжение, и строим передаточные характеристики Uвых1(Uвх) и Uвых2(Uвх) (рис. 3.39).

Рис. 3.38. Входная характеристика триггера Шмитта

Схема мультивибратора (рис. 3.40) будет работать, если линия нагрузки Rо пересечет входную характеристику на ее отрицательном участке. Несложный расчет, показывает, что 84кОм < Rо < 250кОм.

87

Рис. 3.39. Передаточные характеристики триггера Шмитта

Для моделирования генерации в схеме мультивибратора выбираем режим Transient… с отказом расчета начальных условий (Skip initial transient solution), т.е. определяем реакцию схемы на включение источника питания. Результаты моделирования представлены на рис. 3.41: осциллограммы на конденсаторе, на коллекторе транзистора VT1 и на коллекторе транзистора

VT2.

Рис. 3.40. Схема мультивибратора на базе триггера Шмитта

88

Рис. 3.41. Переходные процессы в схеме мультивибратора

С помощью целевых функции определены период T = 0,596 мс, длительность импульса t = 0,219 мс и скважность Q = T/t = 2,7174.

3.6. Автогенератор на туннельном диоде

Исследовать схему автогенератора на туннельном диоде (рис. 3.42), ВАХ которого задается выражением

I = 6,64U −3,6U 2 +0,5U 3 , где на-

пряжение в вольтах, а ток в амперах.

Рис. 3.42. Автогенератор на туннельном диоде

В символьной библиотеке программы Schematics нет модели туннельного диода. Поэтому, прежде всего, смоделируем нелинейный элемент, реализующий вышеуказанную функцию. Для его реализации используем компонент Gpoly с полиномиальными коэффициентами 6.64m, -3.6m, 0.5m, который и формирует заданную нелинейную передаточную функцию управляемого источника тока (масштабный суффикс m=10-3 добавлен для измерения тока в миллиамперах).

Рис. 3.43. Схема для снятия ВАХ нелинейного элемента

89

Для расчета ВАХ нелинейного элемента воспользуемся схемой (рис. 3.43) и в режиме DC Sweep… рассчитаем зависи-

мость I(U) (рис. 3.44).

Для схемы автогенератора (рис. 3.42) на ВАХ туннельного диода нанесены также две линии нагрузки:

1)R = 4 кОм, Е = 10 В и

2)R = 255 Ом, Е = 3 В

Рис. 3.44. ВАХ туннельного диода

Видно, что в первом случае (R = 4кОм, Е = 10В) линия нагрузки пересекает ВАХ в трех точках. Две из них (А и С) соответствуют устойчивым состояниям – схема обязательно перейдет в одно из них, что подтверждает моделирование переходного процесса при различных начальных условиях на конденсаторе (рис. 3.45). Точка неустойчивого равновесия В находится на участке характеристики с отрицательным сопротивлением.

При значении сопротивления R = 255 Ом и Е =3В линия нагрузки пересекает ВАХ только в одной точке – на участке с отрицательным сопротивлением (см. рис. 3.44). Схема не имеет устойчивого состояния и самовозбуждается при включении питания, что подтверждает анализ во временной области

(рис. 3.46).

Изменив (см. п. 2.2.6) имя переменной, откладываемой по оси Х, с Time на V(Out), построим зависимость тока через конденсатор I(C) от напряжения U(C) – фазовый портрет генератора (рис. 3.47).

90

Рис. 3.45. Переходные процессы в схеме при ее включении для различных значений Uc(0)

Рис. 3.46. Переходной процесс на конденсаторе при включении схемы

91

Рис. 3.47 Фазовый портрет генератора в режиме самовозбуждения

При сопротивлении резистора R > 442 Ом колебания в схеме затухают, что можно увидеть при моделировании переходного процесса (рис. 3.48).

Рис. 3.48. Затухающий процесс на конденсаторе при включении схемы