Транзисторный полосовой усилитель
|
Рис. 3.20. Принципиальная схема полосового усилителя |
На рис. 3.20 приведена принципиальная схема транзисторного полосового усилителя, на примере которой продемонстрируем основные возможности программы PSpice. Усилитель собран на биполярном транзисторе КТ315А, который нагружен на двухконтурный полосовой LC-фильтр. Этот фильтр настроен на частоту 36 МГц и имеет характеристическое сопротивление 100 Ом. Фильтр состоит из двух параллельных колебательных контуров L1–C4, L2–C6 с емкостной связью C5. Связь фильтра с транзистором непосредственная через разделительный конденсатор C3, а с нагрузкой RLOAD – с помощью согласующего высокочастотного трансформатора L2–L3, обмотки которого имеют коэффициент связи 0,8. Резисторы RK1, RK2
имитируют потери в контурах (в реальной схеме усилителя они, естественно, отсутствуют). Усилитель питается от источника постоянного напряжения 6 В. Ко входу должен быть подключен источник гармонического сигнала.
Задание на моделирование занесено в файл band.cir :
BANDPASS FILTER
*ХAРAКТЕРИСТИКИ LC-ФИЛЬТРA
.OPTIONS ACCT LIST NODE OPTS NOPAGE RELTOL=1e-4
RG IN 10 1k
R1 2 1 MRES 4.5k
R2 1 0 MRES 1.3k
R3 2 3 100
R4 4 0 MRES 200
RK1 5 0 2.31k
RK2 6 0 2.31k
RLOAD 9 0 100
C1 IN 1 1000pF
C2 4 0 3300pF
C3 5 3 50nF
C4 5 0 241.4pF
C5 6 5 44.5pF
C6 6 0 243pF
L1 5 0 0.0692u
L2 6 0 0.0692u
L3 0 9 0.108u
K1 L2 L3 0.8
Q1 3 1 4 KT315A
VS 2 0 DC 6V
VIN 10 0 AC 1 SIN ( 0 0.05V 36MEG )
.MODEL MRES RES ( R=1 DEV=20% TC1=0.01 )
.LIB bip_rus.lib
.TEMP -37 27 67
.DC VS 0.5 20.5 5
.TF V(3) VS
.SENS VBE(Q1)
.AC LIN 41 16MEG 56MEG
.NOISE V(9) VIN
.MC 5 AC V(9) YMAX
.TRAN/OP 5ns 1us
.FOUR 36MEG V(9)
.PRINT NOISE INOISE ONOISE
.PROBE V(3) V(6) V(9) V(INOISE)
.END
В первых двух строках этого файла указан заголовок задания и дан комментарий. На следующей строке по директиве .OPTIONS устанавливаются параметры выдачи результатов моделирования в выходной файл band.out и допустимая погрешность вычислений. Затем идет описание схемы усилителя (порядок следования строк в этом файле совершенно произвольный). На вход подключен источник напряжения VIN, ЭДС которого в режиме AC равна 1 В (в этом режиме рассчитываются частотные характеристики линеаризованной цепи, поэтому абсолютное значение ЭДС входного сигнала не принципиально), а в режиме TRAN имеет вид гармонического сигнала с частотой 36 МГц и амплитудой 0,05 В (здесь уже ЭДС входного сигнала имеет реальную амплитуду, так как переходные процессы рассчитываются для исходной нелинейной цепи). Резисторы R1, R2 и R4 описываются по директиве .MODEL моделью с именем MRES, параметры которой перечислены в круглых скобках (они имеют линейный температурный коэффициент сопротивления TC1=0,01, разброс сопротивлений имеет относительное среднеквадратическое отклонение DEV=20 %). Директива .LIB указывает, что параметры модели биполярного транзистора находятся в файле bip_rus.lib. По директиве .TEMP устанавливается список температур, при которых будет проводиться анализ характеристик усилителя. По директиве .DC определяется режим расчета по постоянному току при вариации напряжения источника питания VS от 0,5 до 20,5 В с шагом 5 В. Малосигнальная передаточная функция dV(9)/dVIN рассчитывается по директиве .TF. Далее по директиве .SENS рассчитывается чувствительность постоянного напряжения база–эмиттер транзистора VBE(Q1) к изменению параметров всех компонентов схемы.
По директивам .AC и . NOISE производится расчет частотных характеристик и уровня шума в диапазоне частот от 16 до 56 МГц (всего 41 точка по частоте). После этого по директиве .TRAN рассчитываются переходные процессы в интервале времени от 0 до 1 мкс (шаг интегрирования устанавливается автоматически) с шагом вывода данных в файл band.out, равным 5 нс. После этого директива .FOUR задает спектральный анализ по Фурье напряжения на нагрузке V(9), частота первой гармоники установлена равной 36 МГц. Директива .MC задает статистический анализ в режиме AC модуля напряжения V(9); всего проводится пять статистических испытаний при случайных значениях сопротивлений R1, R2 и R4, которые имеют ненулевое значение отклонения DEV.
Перечень переменных, выводимых в файл band.out в виде таблиц, приводится в директиве .PRINT. Этот файл по окончании работы программы PSpice просматривается, редактируется и выводится на печать средствами DOS (при этом графики изображаются алфавитно-цифровыми символами). Графические возможности ПК реализуются с помощью графического постпроцессора Probe. В директиве .PROBE перечислен список переменных, заносимых в файл результатов band.dat, который автоматически загружается в программу Probe после ее вызова (см. разд. 7.2). В качестве примера на рис. 3.21 показаны два графика семейства АЧХ напряжений V(9) в узле 3 и корня квадратного из спектральной плотности напряжения эквивалентного шума на входе INOISE при вариации температуры. Фрагмент выходного файла band.out приведен в Приложении 3.
 |
