Analiza komputerowa pracy wzmacniacza tranzystorowego jednostopniowego za pomocą programu PSpice wersja EDU.

Transkrypt

1 Analiza komputerowa pracy wzmacniacza tranzystorowego jednostopniowego za pomocą programu PSpice wersja EDU. ZADANIA DO WYKONANIA: I. Przeprowadzić analizę czasową wzmacniacza klasy A w układzie OE z tranzystorem typu Q2N2222 (pkt. 1) określić współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza. II. Przeprowadzić analizę wpływu temperatury pracy (-70 0 C 125 o C) na przebieg sygnału wyjściowego ze wzmacniacza. Określić współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza dla wybranego zakresu temperatur (pkt. 2). III. Przeprowadzić podstawowa analizę częstotliwościową układu (pkt. 3) okreśłic współczynnik wzmocnienia układu w db oraz pasmo przenoszenia. IV. Przeprowadzić analizę wpływu temperatury pracy (-70 0 C 125 o C) na przebieg charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza. Określić współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza w db oraz pasmo przenoszenia dla wybranego zakresu temperatur (pkt. 4). V. Przeprowadzić analizę stałoprądową DC na otrzymanej charakterystyce określić punkt pracy wzmacniacza (pkt. 5 i 6). VI. Przeprowadzić analizę wpływu pojemności wejściowej układu (C 1 ) na przebieg charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza. Określić współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza w db oraz pasmo przenoszenia dla wybranego zakresu zmian pojemności (pkt. 7). VII. Przeprowadzić analizę wpływu rezystancji emiterowej układu (R 4 ) na przebieg charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza. Określić współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza w db oraz pasmo przenoszenia dla wybranego zakresu zmian rezystancji (pkt. 8). VIII. Przeprowadzić analizę wpływu rezystancji emiterowej układu (R 4 ) na przebieg czasowy sygnału wyjściowego ze wzmacniacza. Określić współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza (pkt. 9). IX. Przeprowadzić analizę wpływu rezystancji ustalającej punkt pracy tranzystora (R 1 ) na przebieg charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza. Określić współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza w db oraz pasmo przenoszenia dla wybranego zakresu zmian rezystancji (pkt. 10). X. Przeprowadzić analizę wpływu rezystancji ustalającej punkt pracy tranzystora (R 1 ) na przebieg czasowy sygnału wyjściowego ze wzmacniacza. Określić współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza (pkt. 11). XI. Przeprowadzić analizę wpływu pojemności wyjściowej układu (C 2 ) na prze- bieg charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza. Określić współczynnik wzmocnienia napięciowego wzmacniacza w db oraz pasmo przenoszenia dla wybranego zakresu zmian pojemności (pkt. 12). XII. DO OPRACOWANIA W DOMU OKREŚLIĆ WPŁYW POJEMNOŚCI EMITEROWEJ NA KSZTAŁT CHARAKTERYSTYKI CZĘSTOTLIWO- ŚCIOWEJ (np. dla C E = µF) ORAZ WPŁYW POJEMNOŚCI SPRZĘGAJĄCEJ KOLEKTOR BAZA NA KSZTAŁT CHARAKTERY- STYKI CZĘSTOTLIWOŚCIOWEJ (np. dla C S = pF). Określić współczynnik THD dla f=1khz. Wyznaczyć charakterystykę wyjściową tranzystora Q2N2222 i zaznaczyć na niej punkt pracy i prosta obciążenia. Określić rezystancję wyjściową i wejściową wzmacniacza. Wyniki zilustrować graficznie. 1

2 UWAGA: PODANY ZAKRES ĆWICZENIA NIE JEST MOŻLIWY DO ZREALIZOWANIA W CYKLU 2-h. NALEŻY WYKONAĆ JE- DYNIE PUNKTY PODANE PRZEZ PROWADZĄCEGO ZAJĘCIA. 1. Analiza podstawowa - czasowa 1. Uruchomić program SCHEMATICS z programu PSpice 2. Wczytać zbiór WT-TRANZYSTOROWY 3. Po wczytaniu winien pojawić się schemat przedstawiony na rys (Uz=30Vdc), Uwe=0.5Vac f=1khz 5. Analiza czasowa układu podstawowego: 1. Uaktywnić SETUP ANALYSIS ( ANALYSIS, SETUP) 2. Wybrać opcje: Bias Point Detal i Transient 2

3 3. Nacisnąć przycisk Transient pojawia się okno ustalające SE- TUP analizy czasowej 4. Po ustawieniu parametrów analizy jak na rysunku naciśnij OK i Close i przejdź do schematu głównego i do analizy Simulate (F11) (rys. 2). Po wykonaniu analizy wydrukuj jej efekt. 3

4 2. Analiza podstawowa wpływ temperatury na przebieg sygnału wyjściowego ze wzmacniacza 1. Wczytać plik WT-TEMP-czasowa 2. Uaktywnić SETUP ANALYSIS ( ANALYSIS, SETUP) 3. Wybrać opcje: Bias Point Detal, Transient i Parametrics 4. Nacisnąć przycisk Parametrics i ustawić opcje wg rysunku (analiza dla temperatury (-70, 0, 25, 50, 125 o C) 4

5 5. Opcje analizy czasowej Transient pozostawić bez zmian 6. Po ustawieniu parametrów przejść do analizy wpływu temperatury na przebieg sygnału wyjściowego (rys. 3) 5

6 7. Wydrukować otrzymany wynik analizy ustawiając w opcjach wydruku: wydruk w nagłówku wydruk parametru zmienianego (klawisz #P). 3. Analiza podstawowa charakterystyka częstotliwościowa 1. Wczytać zbiór WT-Podstawowy-czestotliwosciowa 2. Po wczytaniu winien pojawić się schemat przedstawiony na rys Analiza częstotliwościowa układu podstawowego: 6

7 1. Uaktywnić SETUP ANALYSIS ( ANALYSIS, SETUP) 2. Wybrać opcje: Bias Point Detal i AC Sweep 3. Nacisnąć przycisk AC Sweep pojawia się okno ustalające SETUP analizy częstotliwościowej 4. Po ustawieniu parametrów analizy jak na rysunku naciśnij OK i Close i przejdź do schematu głównego i do analizy Simulate (F11) (rys. 5). Po wykonaniu analizy wydrukuj jej efekt. 7

8 4. Analiza podstawowa wpływ temperatury na przebieg charakterystyki częstotliwościowej wzmacniacza 1. Wczytać plik WT-TEMP-czestotliwosciowa 2. Uaktywnić SETUP ANALYSIS ( ANALYSIS, SETUP) 3. Wybrać opcje: Bias Point Detal, AC Sweep i Parametrics 8

9 4. Nacisnąć przycisk Parametrics i ustawić opcje wg rysunku (analiza dla temperatury (-70, 0, 25, 50, 125 o C) 5. Opcje analizy częstotliwościowej AC Sweep pozostawić bez zmian 6. Po ustawieniu parametrów przejść do analizy wpływu temperatury na przebieg charakterystyki częstotliwościowej (rys. 6) 9

10 7. Wydrukować otrzymany wynik analizy ustawiając w opcjach wydruku: wydruk w nagłówku wydruk parametru zmienianego (klawisz #P). 5. Analiza stałoprądowa DC 1. Wczytać plik WT-DC (rys.7) 2. Uaktywnić SETUP ANALYSIS ( ANALYSIS, SETUP) 3. Wybrać opcje: Bias Point Detal, DC Sweep 10

11 4. Opcje analizy częstotliwościowej DC Sweep ustawić wg rysunku 5. Po ustawieniu parametrów przejść do analizy Simulate (rys. 8) 11

12 6. Wydrukować otrzymany wynik analizy i po wykonaniu następnego kroku zaznaczyć na nim punkt pracy tranzystora Q1 6. Analiza DC ustalenie napięć i prądów w poszczególnych punktach wzmacniacza: 1. Wczytać plik WT-PODSTAWOWY 2. Uruchomić process symulacji Simalate i po jego wykonaniu zamknąć okno z otrzymanymi wynikami. 3. Na ekranie podstawowym uaktywnić przycisk (V) Enable Bias Voltage Display i (I) Enable Bias Current Dispaly. Na schemacie pojawia się wartości napięć i prądów w poszczególnych punktach układu. Zwrócić uwagę na kierunek prądu emitera tranzystora Q1 i prądu płynącego przez rezystor emiterowy R4. (rys. 9). 12

13 4. Wyliczyć pobór mocy przez wzmacniacz 7. Analiza parametryczna wpływu poszczególnych elementów wzmacniacza na jego charakterystykę częstotliwościową wpływ pojemności wejściowej Wczytać plik WT-PAR-C1-czestotliwosciowa 1. Uaktywnić SETUP ANALYSIS ( ANALYSIS, SETUP) 13

14 2. Wybrać opcje: Bias Point Detal, AC Sweep i Parametric 3. Nacisnąć przycisk AC Sweep pojawia się okno ustalające SETUP analizy częstotliwościowej 4. Nacisnąć przycisk Parametric pojawia się okno ustalające SETUP zadane parametru C1 14

15 5. Po ustawieniu parametrów analizy jak na rysunku naciśnij OK i Close i przejdź do schematu głównego i do analizy Simulate (F11) (rys. 1). Po wykonaniu analizy wydrukuj jej efekt ustal graficznie dolna częstotliwość graniczna wzmacniacza w zależności od pojemności kondensatora C1 15

16 8. Analiza parametryczna wpływu poszczególnych elementów wzmacniacza na jego charakterystykę częstotliwościową wpływ rezystancji emiterowej Wczytać plik WT-PAR-R4-czestotliwosciowa 1. Uaktywnić SETUP ANALYSIS ( ANALYSIS, SETUP) 2. Wybrać opcje: Bias Point Detal, AC Sweep i Parametric 3. Nacisnąć przycisk AC Sweep pojawia się okno ustalające SETUP analizy częstotliwościowej 16

17 4. Nacisnąć przycisk Parametric pojawia się okno ustalające SETUP zadane parametru R4 5. Po ustawieniu parametrów analizy jak na rysunku naciśnij OK i Close i przejdź do schematu głównego i do analizy Simulate (F11) (rys. 1). Po wykonaniu analizy wydrukuj jej efekt ustal graficznie wzmocnienie wzmacniacza w zależności od rezystancji R4 17

18 9. Analiza parametryczna wpływu rezystancji R4 na charakterystykę czasową układu Wczytać plik WT-PAR-R4-czasowa 1. Uaktywnić SETUP ANALYSIS ( ANALYSIS, SETUP) 18

19 2. Wybrać opcje: Bias Point Detal, Transient i Parametric 3. Nacisnąć przycisk Parametric pojawia się okno ustalające SETUP 4. Nacisnąć przycisk Transient pojawia się okno ustalające SE- TUP 19

20 5. Po ustawieniu parametrów analizy jak na rysunku naciśnij OK i Close i przejdź do schematu głównego i do analizy Simulate (F11) (rys. 1). Po wykonaniu analizy wydrukuj jej efekt. 20

21 10. Analiza parametryczna wpływu rezystancji R1 na charakterystykę czasową układu Wczytać plik WT-PAR-R1-czestotliwosciowa 6. Uaktywnić SETUP ANALYSIS ( ANALYSIS, SETUP) 7. Wybrać opcje: Bias Point Detal, AC Sweep i Parametric 8. Nacisnąć przycisk AC Sweep pojawia się okno ustalające SETUP analizy częstotliwościowej 21

22 9. Nacisnąć przycisk Parametric pojawia się okno ustalające SETUP zadane parametru R1 10. Po ustawieniu parametrów analizy jak na rysunku naciśnij OK i Close i przejdź do schematu głównego i do analizy Simulate (F11) Po wykonaniu analizy wydrukuj jej efekt. 22

23 11. Analiza parametryczna wpływu rezystancji R1 na charakterystykę czasową układu Wczytać plik WT-PAR-R1-czasowa 12. Uaktywnić SETUP ANALYSIS ( ANALYSIS, SETUP) 23

24 13. Wybrać opcje: Bias Point Detal, Transient i Parametric 14. Nacisnąć przycisk Parametric pojawia się okno ustalające SETUP 15. Nacisnąć przycisk Transient pojawia się okno ustalające SE- TUP 24

25 16. Po ustawieniu parametrów analizy jak na rysunku naciśnij OK i Close i przejdź do schematu głównego i do analizy Simulate (F11). Po wykonaniu analizy wydrukuj jej efekt. 12. Analiza parametryczna wpływu poszczególnych elementów wzmacniacza na jego charakterystykę częstotliwościową wpływ pojemności wyjściowej 25

26 Wczytać plik WT-PAR-C2-czestotliwosciowa 17. Uaktywnić SETUP ANALYSIS ( ANALYSIS, SETUP) 18. Wybrać opcje: Bias Point Detal, AC Sweep i Parametric 19. Nacisnąć przycisk AC Sweep pojawia się okno ustalające SETUP analizy częstotliwościowej 26

27 20. Nacisnąć przycisk Parametric pojawia się okno ustalające SETUP zadane parametru C2 21. Po ustawieniu parametrów analizy jak na rysunku naciśnij OK i Close i przejdź do schematu głównego i do analizy Simulate (F11) Po wykonaniu analizy wydrukuj jej efekt 27

28 28

29 Tabela z wynikami obliczeń: TABELA WYNIKÓW 1. U we [V] U wy [V] A u [V/V 2. t [ o C] U we [V] U wy [V] A u [V/V 3. A u [db] f g [Hz] f d [Hz] B [Hz] 4. t [ o C] A u [db] f d [Hz] f g [Hz] B [Hz] 5,6 U B U E U C U CC I B I E I C I CC P [V] [V] [V] [V] [ma] [ma] [ma] [ma] [mw] 7. C we [µf] A u [db] f d [Hz] f g [Hz] B [Hz] 8,9 R E [Ω] A u [db] f d [Hz] f g [Hz] B [Hz] A u [V/V] 29

30 10. R 1 [kω] A u [db] f d [Hz] f g [Hz] B [Hz] A u [V/V] 11. C wy [µf] A u [db] f d [Hz] f g [Hz] B [Hz] ZADANIE DOMOWE 1 C E [µf] A u [db] f d [Hz] f g [Hz] B [Hz] 2 C S [pf] A u [db] f d [Hz] f g [Hz] B [Hz] r we [kω] r wy [kω] THD [%] dla U we =100mV 30

31 31