Материал: Исследование аналоговых каскадов на дискретных элементах методом схемотехнического моделирования. Акимов В.И

Рис. 2.6. Базовые резистивные каскады:

ФТБ с ЭС (а), ФНБ нестабилизированный (в) и ФТБ с КС (с)

9

5. Каскад с фиксированным напряжением базы нестабилизированный (рис 2.6-б)

R_б2 = U_B0 / [(5 – 10) I_B0] , (2.29)

R_B1 = [R_B2(E_C – U_D0)] / (U_B0 + I_B0R_B2) , (2.30)

S = (1 + β). (2.31)

6. Каскад с фиксированным током базы нестабилизированный

R_B1 = (E_C - U_B0) / I_B0 , (2.31)

S = (1 + β). (2.33)

7. Каскад с фиксированным током базы и КС (рис. 2.6 – с)

,

,

Е_К ≈ U_0K + ( I_0K + I_0B ) (R_C + R_Э). (2.34)

. (2.35)

В выражениях (2.25), (2.26) и (2.35) R_Н = R_C .

3. Экспериментальное исследование влияния температуры на работу базовых аналоговых каскадов с помощью программы EWB

На рис. 3.1 представлена схема лабораторной установки для исследования базовых схем аналоговой дискретной схемотехники и влияния на их работу температуры.

Для исследования влияния температуры необходимо воспользоваться стандартным режимом, выбрав кнопку «Analysis» на рабочем столе программы EWB. Далее выбирают режим «Temperature Sweep», после чего появляется окно, изображённое на рис. 3.3, с помощью которого и задаются параметры изменения температуры.

При таком режиме задаются нижнее и верхнее значение температуры, шаг изменения, вид зависимости (линейная или логарифмическая), при этом

требуется также указать на какой режим работы каскада следует учесть влияние температуры (в нашем случае это на режим работы по постоянному току (DC)). Исследовав можно провести для любого узла схемы.

10

Рис. 3.1. Схема лабораторной установки

Рис. 3.2. Показания приборов

М оделирование включатся с помощью кнопки «SIMULATE»

В рассмотренном случае можно исследовать поведение схемы только в одном узле. Для комплексного исследования влияния температуры на всю схему необходимо включить в схему ряд амперметров и вольтметров по показаниям которых при разной температуре симуляции можно определить парамет-

Рис. 3.3 ры исследуемых каскадов. (См. рис. 3.1).

Для задания требуемой температуры симуляции необходимо задать её значение после нажатия кнопки «Analysis» и далее «Analysis Options»,

после чего в окне «TEMP» задать первоначально начальное значение температуры (Т_МИН), а после снятия показаний приборов, выставляется

11

второе значение температуры (Т_МАХ). Вид окна представлен на рис. 3.5.

Рис. 3.4. Результат схемотехнического моделирования влияя ния температуры в узле 14.

П рограмма позволяет задать температуру только транзистора. Реализация этого и рассмотренных выше методов представлены на рис. 3.6 – рис. 3.10.

12

Рис. 3.5. Окно задания параметров моделирования

Рис.3.6. Выбор типа модели БПТ

Значения постоянного напряжения в контрольных точках схемы в режиме DC Bias (См. рис. 3.9)

Node/Branch Voltage/Current (для Т = 10⁰ С).

2, 10→10.62280 V; 3→1.95741 V; 4,5,6,8.9,13,14,15,17 → 0.00000 V; 7→1.95741V;

11, 16 →1.38959 V; 12→12.00000 V.

Значения этих параметров при температуре Т = 70⁰ С.

Node/Branch Voltage/Current

2, 10 →10.88185 V; 3 →1.91491V; 4,5,6,8.9,13,14,15,17 → 0.00000 V; 7

13

→1.91491 V; 11, 16 →1.13334 V; 12 →12.00000 V.

FGen#OPEN NODE →0.00000; Q1#collector →10.85993; S5#OPEN NODE →0.00000; V1#branch →-1.26645m; V_FunctionGenerator_minus#branch →0.00000;

V_FunctionGenerator_plus#branch →0.00000.

Данные получены путём задания температуры транзистора (Рис. 3.8) и режима Анализ по постоянному току (Рис. 5).

Рис. 3.7. Задание типовых параметров модели БПТ

Р ис. 3.8. Окно задания температуры БПТ

Для схемы с ФНБ с ЭС значение коллекторного тока I_C0 при максимальной температуре определяется выражением (Кризе, с.156)

I_{C0 МАX} = [α _МАХ (Е_К*m – U_{B0 MIN}) + I^T_{C0 MAX}(R_E + R_1-2)]/ [R_E + R_1-2(1-α _МАХ )],

где m = [R_B2/(R_B1 + R_B2)], R_1-2 = [R_B1* R_B2 /( R_B1 + R_B2)].

Для схемы ФТБ с КС аналогичное значение коллекторного тока

I_{C0 МАX} при максимальной температуре:

14

I _{C0 МАX} = [α _МАХ (Е_К*m – U_{B0 MIN}) + I^T_{C0 MAX}(R₁ + R_C)]/ [R_C + R₁(1-α _МАХ )].

Р ис. 3.9. Значение напряжения в узлах схемы в режиме DC Bias

Тип исследуемого каскада определяется положением переключателей S1 – S5 схемы, изображённой на рис. 3.1.

Таблица № 1

15

Рис. 3.10. Результаты температурного анализа в точке 14 (коллектор транзистора) при исходной температуре транзистора равной 10⁰ С.

4. Домашнее задание Исходные данные

1. Напряжение питания: Е_Р = 10 ± ( ) В.

Знак (+) в числителе второго слагаемого для N – чётных, знак (-) – для N – нечётных;

Знак (+) перед вторым слагаемым для S – чётных, знак (-) – для S – нечётных.

2. Допустимый коэффициент температурной нестабильности стабилизированного каскада

S_T = S_ДОП = .

3. Диапазон температур: Т_МИН. = S⁰ C, T_МАКС = (100 – S)⁰ C.

4. Тип нестабилизированного каскада: ФТБ для чётных N; ФНБ – для нечётных N.

5. Тип стабилизированного каскада: ЭС – для (N,S) чётных; КС для (N,S) нечётных; КМС – для всех остальных.

6. Тип транзистора определяется значением параметра N (таб. 2).

16

Примечание: N – последняя цифра номера зачётной книжки (студенческого билета).

S – номер студента в списке журнала.

Г – последняя цифра номера группы.

Типы БПТ для домашнего задания к лабораторным работам

1. Определить согласно данным для домашнего задания Ваши индивидуальные данные и занести их в таблицу 3.