Примеры моделирования схем.
Транзисторный каскад по схеме с ОЭ
Построение схемы моделирования.
Предположим, необходимо исследовать работу транзисторного каскада. Для этого надо нарисовать в окне его схему. Пусть это будет усилительный каскад на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером. Эта схема очень простая и никаких упрощающих допущений не требуется.
Для ввода компонента в Micro-Cap существуют три способа: выбрать его на верхней панели (там имеются условные графические обозначения наибо-лее часто используемых компонентов), выбрать его в меню Component либо на левой панели компонентов. Наиболее удобно пользоваться верхней и левой панелями.
На левой панели компонентов в разделе Active Devices выбираем NPN. Появляется его условное графическое обозначение.
Помещаем транзистор в нужное место и нажимаем левую клавишу мыши. Появляется окно задания параметров транзистора. В правой его части – список стандартных моделей, имеющихся в Micro-Cap 9. Если нужного транзистора в списке нет, то можно выбрать обобщенную модель $GENERIC_N. В дальнейшем ее можно будет заменить на любую другую. Компонентам автоматически присваиваются позиционные обозначения (в порядке добавления). Наш транзистор получил условное графическое обозначение Q1.
Затем на верхней панели нажимаем ярлычок резистора и начинаем добавлять эти компоненты в схему. Если нажать левую клавишу мыши, и, удерживая ее, нажимать правую, то компонент будет вращаться. После отпускания левой клавиши вызывается окно задания параметров. Для резистора достаточно задать его сопротивление. Стоит обратить внимание, что целая часть отделяется от дробной точкой, а не запятой. Множитель U (u) означает микро, M (m) – милли (см. табл. 2.1). Остальные необязательные параметры будут рассмотрены позже в соответствующем разделе книги. При построении схемы желательно включить отображение текстовых надписей, позиционных обозначений компонентов и номеров узлов.
Пусть на каскад подается сигнал с источника синусоидального напряжения с частотой 100 кГц, амплитудой 40мВ и внутренним сопротивлением 10 Ом. Эти значения необходимо ввести в окне задания параметров источника синусоидального сигнала. Сам источник можно выбрать на левой панели компонентов в разделе Waveform Sources (источники сигналов).
В окне задания параметров вводим F=10k, A=0.025, RS=10. Остальные значения — нулевые. Для того, чтобы посмотреть график получившегося напряжения источника, нужно нажать кнопку Plot. Таким же образом можно по-смотреть выходное напряжение (или ток) любого источника сигнала.
Схема моделирования обязательно должна содержать «землю» — специальный компонент, который подсоединяется к узлу, потенциал которого принимается за нулевой.
Анализ режимов работы транзисторного каскада
Для демонстрации возможностей Micro-Cap 9 при отладке схем парамет-ры каскада с общим эмиттером преднамеренно не рассчитаны точно, а про-сто взяты исходя из грубых прикидочных соотношений.
Для анализа переходных процессов выбираем в главном меню пункт ANALYSIS>Transient. Появляется окно задания параметров моделирования.
В нем нужно задать время расчета 300u (это – 300 мкс, три периода сиг-нала входного генератора). Кроме того, можно задать максимальный шаг анализа (например, 0.1u). По умолчанию этот параметр 0, максимальный шаг расчета выбирается автоматически, но при этом может возрасти погрешность расчетов и кривые могут стать ломаными. Установленный флаг Operating Point означает, что перед расчетом переходных процессов будет проведен расчет режима работы каскада по постоянному току. В частности, напряжения на конденсаторах примут установившиеся значения.
Кроме того, надо задать параметры выводов графиков: номер графика; выражения, которые будут выводиться по осям X и Y; и масштаб. Для приме-ра на первом графике по оси X — время, по оси Y — напряжение в узле 1 (на входе). Напряжение в узле задается выражением V(1), масштаб по оси X выбирается автоматически (TMAX,TMIN), по оси Y — задан в явном виде (диапазон от –30 мВ до 30 мВ с шагом сетки 15 мВ).
Если нужно вывести напряжение между узлами, то эти узлы перечисляются в скобках. Так на третьем графике задано напряжение между узлами 7 и 0 («землей») — V(7,0). Если нужно задать ток между узлами, то в поле Y Expression задается, к примеру, I(1,3). Но при этом между узлами должна быть только одна ветвь (путь протекания тока). Если между узлами несколько ветвей, то нужно задавать токи компонентов. На втором графике задан вывод тока через резистор R4 — I(R4)
Можно также выводить мощности, токи и напряжения полупроводниковых приборов и т.п. (более подробно — в соответствующем разделе описания). Для задания многих параметров можно щелкнуть правой клавишей мы-ши в поле раздела Y Expression и выбрать раздел открывающегося меню.
Такие же заготовки есть и для полей X Range и Y Range. Они позволяют быстро заполнять поля масштабов для новых графиков. Если выбрать значние AutoAlways, то масштаб для этого графика будет выбираться автоматически. Если поставить «галочку» в Auto Scale Ranges, то автоматически будет выбираться масштабы сразу для всех графиков по всем осям.
Команда Run запускает расчет и в окне появляются заданные графики.
В режиме анализа переходных процессов в дополнение к графикам можно вывести прямо на схему узловые потенциалы и состояния полупроводниковых приборов, а также токи через компоненты.
Следует отметить, что при проведении анализа переходных процессов на схему выводятся значения токов и напряжений в последней расчетной точке графиков (по умолчанию), а не режимы по постоянному току. Режимы по постоянному току можно получить только в анализе DC или Dynamic DC.