Моделирование схем на биполярных транзисторах

      В EWB -5.12 pro.

   Схему начинают создавать с транзистора, щелкнув мышкой по транзистору,

выбираем любой реальный транзистор из библиотеки,входят в режим редактирования Edit  и в соответствии со справочными данными изменяют

параметры,далее кнопку Rename,OK-транзистор готов.

 

 

ток насыщения

коэффициент усиления

 

коэффициент усиления при инверсном вкл.

объемное сопротивление базы

сопротивление эмиттера

 

сопротивление коллектора

емкость на подложке

емкость эмиттерного перехода

емкость коллекторного перехода

потенциал база-эмиттер

 

 

потенциал база-коллектор

время переноса заряда через базу

время  переноса заряда через базу в

инверсном включении

коэффициенты плавности эм. и кол.

переходов

 

напряжение Эрли

 

 

Примечание: для проведения лабораторной работы редактируем только 1 и 2 окна

модели, остальные оставляем неизменными.

Когда схема усилителя рассчитана по -постоянному току,правильность расчета можно проверить экспериментально: a) С помощью амперметров и вольтметров

б) Используя анализ DC Operating Point, получают распределение потенциалов в схеме

в)С помощью анализа DC Sweep,предварительно задав

параметры источника входного сигнала и шаг его

изменения,а также номер выходного узла, можно получить передаточную характеристику усилителя Uвых=F(Uвх) см. рис.3в

рис.10 а Моделирование на         рис.11 Результаты моделирования при анализе   

 постоянном токе         рис10б                                              DC Operating Point    

г)    В анализе DC Sweep можно построить

семейство входных и выходных характеристик транзистора,задав предварительно диапазоны изменения и шаг основного и вспомогательного

источников, а также узел,где выполняется анализ. При оформлении отчета необходимо построить нагрузочную прямую по постоянному,

переменному току и показать рабочую точку.

рис10в

 

 

рис12  Семейство выходных

характеристик.

рис 13 Параметры анализа для     рис14 Параметры анализа для                                                    

построения передаточной           для снятия семейства      

характеристики                                 выходных характеристик

 

 

                          

Входные характеристики       Схема для построения входной                Окно анализа для

транзистора рис  15                 характеристики транзистора рис16      снятия входной харак-

                                                                                                                             теристики рис17

                                                    

 

Для определения коэффициентов усиления,

входного и выходного со-

противлений,а также

верхней граничной частоты собирают схему,

приведенную на рис.18

Ко входу подключают

генератор синусоидальных

сигналов, ко входу и выходу

схемы подключают осциллограф. У всех

рис.18 Схема ОЭ по переменному току

приборов необходимо установить АС-моделирование на переменном токе.На вход схемы

подается сигнал средней частоты,амплитудой несколько милливольт. Для определения

верхней граничной частоты используется эта схема,анализ АС - frecuency  проводится

в выходном узле,с помощью маркеров на АЧХ (рис.8) определяется Fв (по оси Х)

При проведении анализа задается частотный диапозон и номер узла.

 

При снятии осциллограмм напряжений и тока удобно воспользоваться анализом

Transient, в нем задается временной диапозон,шаг и узлы в которых проводится анализ.

 

 

                 

 

рис 19 Параметры анализа АС frecuency

 

рис 20 Параметры анализа Transient

 

И более широкие возможности в исследовании схем позволяет проводить анализ Parametr Sweep

в нем можно изменить любой параметр любого компонента схемы –для этого задают диапазон параметра, шаг параметра, номер узла  и выбирают

субанализ- Transient, Parametr Sweep, DC Operating Point (необходимо поставить точку около выбранного анализа).

рис21

Схемы для определения

входного и выходного сопротивлений и графическое

определение величины сопротивления.

примечание: можно использовать боде-плоттер,или анализ АС Frecuenci.На средней

частоте по оси Y-будет величина сопротивления.

  Задание

Подготовить к работе генератор стандартных сигналов (ГСС) и милливольтметр переменного тока с большим входным сопротивлением. Ознакомившись с назначением органов управления лабораторной установки и присоединив к ней измерительные приборы, подключить установку к сети переменного тока.

1. Подавая на вход схемы синусоидальный сигнал с частотой fc= 2 кГц (средняя частота для усилителя) и напряжением UГ = 35 мВ, для каждого из усилительных каскадов ОЭ, ОБ, ОК провести экспериментальную оценку малосигнальных параметров каскада  при различных сопротивлениях нагрузки Rн. Построить зависимости параметров усилителя от Rн.
2. Используя формулы таблицы, оценить те же параметры усилителя и вычислить относительное расхождение между экспериментальными и аналитическими результатами.
3. Пользуясь экспериментальными данными определить, какой каскад и при каких Rн обладает наибольшим усилением по мощности. Объясните почему?
4. Дать заключение, как соотносятся между собой у различных каскадов . Объясните полученные результаты.
5. Экспериментально определить верхнюю граничную частоту для каждого из каскадов ОЭ, ОБ и ОК при Rн = R10. Напряжение на выходе ГСС поддерживать неизменным на всех частотах и равным 35 мВ.
6. Рассчитать fв для каждого каскада и сопоставить расчетные и экспериментально полученные значения между собой.

 

При моделировании на компьютере трех схем у каждого студента свой вариант,

номиналы резисторов и конденсаторов и Ек из описания макета (см. выше)

Варианты заданий при моделировании в EWB 5-12pro  :

В	Uвх мВ	Fв kH	Rn KOм	IS мкА	F	Rb ом	CE пф	CC пф	E В	C В	ME	MC	VA В	Fa МГц
1	20	1	1	1	50	200	12	18	0.3	0.3	0.3	0.5	115	2
2	30	2	2	2	50	180	11	19	0.3	0.3	0.3	05	110	3
3	40	3	1	3	45	170	10	20	0.3	0.3	03	0.5	100	4
4	25	4	2	4	45	190	8	15	0.3	0.3	0.3	0.5	95	5
5	35	1.5	1.5	5	55	210	7	15	0.3	0.3	0.2	0.4	90	6
6	45	2.5	2.5	1	55	200	10	16	0.3	0.3	0.2	0.4	50	7
7	50	3.5	3	2	30	205	11	16	0.4	0.4	0.2	0.4	60	8
8	15	4.5	1	3	35	195	12	15	0.4	0.4	0.2	0.4	70	9
9	22	5	1	4	30	180	7	16	0.4	0.4	0.4	0.4	80	10
10	34	5.5	1	5	32	200	8	18	0.4	0.4	0.4	0.4	90	12
11	20	6	0.9	5	33	200	9	18	0.5	0.5	0.4	0.4	100	14
12	30	1	0.9	4	40	200	10	19	0.5	0.5	0.4	0.4	110	10
13	25	2	1	3	42	190	12	19	0.5	0.5	0.3	0.5	100	2
14	35	2.5	1	2	43	190	11	20	0.5	0.5	0.3	0.5	90	3
15	40	2	2	1	45	190	10	20	0.3	0.3	0.3	0.4	95	4
16	15	1	2	2	50	180	9	19	0.3	0.3	0.3	0.4	105	5
17	10	2	1	2	55	180	8	19	0.3	0.3	0.3	0.4	85	6
18	18	1.5	1	2	30	197	7	18	0.4	0.4	0.3	0.4	80	7
19	27	2.5	1	2	35	197	10	15	0.4	0.4	0.4	0.5	75	8
20	15	2	1	1	40	195	11	12	0.4	0.4	0.43	0.5	70	9
21	20	3	1.5	3	43	195	12	18	0.3	0.3	0.35	0.35	65	10
22	25	2.5	1.5	2	31	200	9	12	0.3	0.3	0.25	0.35	60	12
23	35	1	2	4	48	200	7	12	0.4	0.4	0.25	0.35	115	14
24	45	4	2.5	1	33	190	10	14	0.4	0.4	0.25	0.4	110	16
25	40	3	1.2	2	45	190	11	18	0.5	0.5	0.25	0.4	100	18
26	30	4	1.2	3	50	185	12	15	0.5	0.5	0.3	0.4	95	20
27	25	3	1.2	1	52	185	9	12	0.3	0.3	0.3	0.4	90	2
28	15	4	2	2	33	205	10	12	0.4	0.4	0.3	0.4	115	4
29	22	1	1	1	31	205	8	10	0.5	0.5	0.2	0.3	115	6
30	33	2	2	3	39	180	12	12	0.3	0.3	0.3	0.4	110	10
31	40	2.5	3	1	44	170	12	20	0.3	0.3	0.2	0.4	110	12
32	30	3.5	1	1	50	170	10	14	0.3	0.3	0.3	0.4	100	20

Через Fa в модели транзистора определяются   и ,где В-коэффициент передачи (в модели транзистора –F).

примечание: Параметы модели транзистора:

IS

F

Rb

CE

CC

E

C

ME

MC

VA

Fa

к7 Используя схему на рис 10а  определить токи и напряжения во всех цепях.Используя анализ DC Operating Point определить узловые потенциалы в схеме.

К8 Используя схему на рис 10б построить передаточную характеристику усилителя

К9 По схеме 10в и 16 построить входну и выходную характеристики транзистора,

на них показать нагрузочные прямые и рабочую точку.

К10 Используя анализ Parametr Sweep – определить что будет изменяться с изменением Ср1, Ср2 и Rn

К11 Задавая  Uвх в анализе Parametr Sweep- определить динамический диапозон усилителя.

К12 Используя анализ Transient и вспомогательный источник напряжения, управляемый током – снять осциллограммы для тока на входе и выходе схемы.

К13 В цепи общей обратной связи  включен двойной мост Вина- на выходе достичь

  максимального усиления на F=20 КГц

К14 В усилитель ОЭ добавлен колебательный контур-- на выходе достичь

  максимального усиления на F=20 КГц