Амелина М.А. Моделирование усилительных каскадов на биполярных и полевых транзисторах

Подождите немного. Документ загружается.

55. Повторить действия пункта 52, открыв новую закладку в окне STEPPING

для изменения удельной крутизны KP транзистора M1 от номинального

значения 20×10

-6

A/B

до 80×10

-6

A/B

с линейным шагом приращения 20×10

-6

A/B

. Запустить анализ, объяснить полученные результаты. Выключить

Stepping на используемой закладке.

3.3.3. Анализ переходных процессов в схеме рис. 3.1, в

в режиме большого сигнала

56. Установить частоту F входного синусоидального источника (см. схему на

рис. 3.1, в) равной 1 кГц, амплитуду A равной 0.025 В, постоянную со-

ставляющую DC равной нулю, внутреннее сопротивление RS — 0.001 Ом.

Запустить анализ переходных процессов TRANSIENT. В окне Transient

Analysis Limits произвести следующие установки:

· Установить флажок Operating Point.

· Временной диапазон (Time Range) — 10ms.

· Максимальный шаг по времени (Maximum Time Step) — 1E-6.

· График 1 (P1): Y expression — V(IN); X range — Tmax, Tmin; Y range —

0.05,-0.05; линейные масштабы по обеим осям (

); прямоугольные

координаты ( ).

· График 2 (P2): Y expression – V(OUT); Y range – auto, остальные поля за-

полняются так же как и для графика 1.

Нажать кнопку RUN, зафиксировать полученный результат в виде гра-

фика переходного процесса. Визуально по графику выходного напряжения

определить наличие/отсутствие видимых нелинейных искажений. Организо-

вать в окне Stepping изменение амплитуды входного сигнала от 0.025 В до

0.1 В с двукратным увеличением на каждом шаге. Включить Stepping на дан-

ной закладке и запустить анализ. Определить по графикам наличие видимых

нелинейных искажений и размах выходного сигнала, при которых они появ-

ляются. Stepping в используемой закладке не отключать перед выполнением

следующего пункта.

57. Определить спектральный состав выходного сигнала и коэффициент не-

линейных искажений спектра для разных уровней входного сигнала. Для

этого изменить установки временного диапазона (Time Range) на 1 mS

(один период входного сигнала). Добавить в перечень графиков функции

спектрального анализа:

· График 3 (P3) — гармоники сигнала V(out): X expression – F; Y expression –

HARM(V(out)); X range – 10K,0 (до 10-ой гармоники); Y range — auto.

· График 4 (P4) — коэффициент нелинейных искажений спектра сигнала

V(out): X expression – F; Y expression – THD(HARM(V(out)),1K);

X range – 10K,0 (до 5-ой гармоники); Y range — auto.

Запустить анализ, посмотреть результаты, изменить при необходимости

диапазоны по оси Y для 3-го и 4-го графиков, чтобы на каждой частоте, крат-

ной основной (1 кГц), были видны 3 точки отсчета. Объяснить полученные

результаты.

58. Оформить отчет о проделанной работе

4. Контрольные вопросы

1. Как с помощью команд программы MICROCAP подписать кривые се-

мейства выходных характеристик полевых транзисторов?

2. Как с помощью программы MICROCAP определить дифференциаль-

ную крутизну S

DIFF

полевого транзистора для заданного режима по постоян-

ному току?

3. Способы обеспечения положения точки покоя усилительных каскадах

на полевых транзисторах с управляющим p-n переходом и с изолированным

затвором.

4. Методика измерения малосигнальных параметров полевых транзисто-

ров в окрестности рабочей точки по постоянному току с помощью программы

MICROCAP.

5. Что представляет собой спектральный анализ выходного сигнала уси-

лителя и для чего он используется?

6. Методика расчета разделительных и шунтирующих конденсаторов

усилительного каскада, исходя из заданного коэффициента частотных иска-

жений на нижней граничной частоте.

7. Влияние входной C

и проходной C

емкостей транзистора на час-

тотную характеристику передачи каскада на напряжению.

8. Влияние на работу каскада величин сопротивлений R

, R

LOAD

9. Чем определяются линейные частотные искажения усилительных кас-

кадов на полевых транзисторах?

10. Чем определяются нелинейные искажения усилительных каскадов на

полевых транзисторах?

11. Что такое коэффициент гармоник и как он рассчитывается?

12. Особенности графоаналитического расчета точки покоя усилителя с

каскодным включением двух полевых транзисторов (см. рис. 3.1, в).

13. Какие существуют ограничения при выборе сопротивлений в цепи

стока R

и истока R

(т.е. при выборе нагрузочной прямой) каскадов на рис.

3.1, а, в?

14. В каких усилительных каскадах (на биполярных или полевых транзи-

сторах) при одинаковом напряжении питания и размахе выходных сигналов

следует ожидать меньший коэффициент нелинейных искажений и почему?

15. Как изменится амплитудно-частотная характеристика коэффициента

передачи по напряжению каскада на рис. 3.1, а, если в разрыв цепи между

точкой «IN» и конденсатором C

установить резистор сопротивлением

5 кОм?

16. Как изменится амплитудно-частотная характеристика коэффициента

передачи по напряжению каскада на рис. 3.1, б, если в разрыв цепи между

точкой «IN» и конденсатором C

установить резистор сопротивлением

5 кОм?

17. Как изменится амплитудно-частотная характеристика коэффициента

передачи по напряжению каскада на рис. 3.1, в, если в разрыв цепи между

точкой «IN» и конденсатором C

установить резистор сопротивлением

2 кОм?

18. Как влияет величина сопротивления затвора RG полевого транзистора

со структурой металл-окисел-полупроводник (MOSFET) на амплитудно-

частотную характеристику усилительного каскада (рис. 3.1, в) в области вы-

соких частот?

19. Какие параметры модели полевого транзистора с изолированным за-

твором (MOSFET) влияют на амплитудно-частотную характеристику усили-

тельного каскада (рис. 3.1, в) в области высоких частот? В чем заключается

это влияние?

20. Какие параметры модели полевого транзистора с управляющим p-n

переходом (JFET) влияют на амплитудно-частотную характеристику усили-

тельного каскада (рис. 3.1, а) в области высоких частот? В чем заключается

это влияние? При каких условиях оно проявляется?

21. Зависимость частотной характеристики коэффициента передачи уси-

лителей (рис. 3.1, а–в) в области низких частот от емкостей разделительных

конденсаторов C

, С

OUT

и от емкости шунтирующего конденсатора в цепи

стока C

ЛИТЕРАТУРА

1. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-CAP 7.

—М.: Горячая линия-Телеком, 2003. – 368 с., ил.

2. Разевиг В.Д. Система моделирования Micro-Cap 6. – М.: Горячая линия-

Телеком, 2001. – 344 с., ил.

3. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap V. –

Москва, «Солон», 1997. – 273 с.

4. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств

Design Lab 8.0. – Москва, «Солон», 2003.

5. Micro-Cap 7.0 Electronic Circuit Analysis Program Reference Manual Copy-

right 1982-2001 by Spectrum Software 1021 South Wolfe Road Sunnyvale, CA

94086.

СОДЕРЖАНИЕ

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

Демонстрация основных возможностей программы MICROCAP ......................... 3

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2

Исследование усилительного каскада с общим эмиттером

на биполярном транзисторе ................................................................................. 20

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 3

Исследование усилительных каскадов на основе полевых транзисторов .......... 35

ЛИТЕРАТУРА ........................................................................................................ 54

Учебное издание

Амелина Марина Аркадьевна

Моделирование усилительных каскадов на биполярных и полевых транзисторах

Методические указания к лабораторным работам

по курсу

«Компьютерный анализ и синтез электронных устройств»

Технический редактор Л.И. Криволапова

Корректор Л.И. Чурлина

________________________________________________________________________

Темплан издания филиала ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске, 2005 г., метод.

Подписано в печать 19.05.05 г.

Формат бумаги 60Х84

Тираж 50 экз. Усл. печ. л. 3,5

_____________________________________________________________________

Издательский сектор филиала ГОУВПО «МЭИ (ТУ)» в г. Смоленске

214013 г. Смоленск, Энергетический проезд, 1