Pobierz instrukcję w postaci pliku PDF

POLITECHNIKA POZNAŃSKA
Wydział Elektroniki i Telekomunikacji
Katedra Systemów Telekomunikacyjnych i Optoelektroniki
Zespół Elektronicznych Systemów Pomiarowych
LABORATORIUM
KOMPUTEROWEGO WSPOMAGANIA
PROJEKTOWANIA UKŁADÓW ELEKTRONICZNYCH
ELEKTRONIKA I TELEKOMUNIKACJA
Instrukcja do ćwiczenia 1:
Analiza stałoprądowa DC
1. Cel ćwiczenia:
•
•
•
•
zapoznanie z możliwościami analizy stałoprądowej DC w programach symulacyjnych SPICE i
APLAC,
symulacja układu dzielnika rezystancyjnego,
symulacja charakterystyk statycznych diody półprzewodnikowej,
symulacja charakterystyk statycznych tranzystora bipolarnego.
2. Przebieg ćwiczenia
2.1. Program SPICE - Symulacja charakterystyk statycznych tranzystora bipolarnego Q2N3904
Rys. 1. Schemat układu do badania charakterystyk statycznych tranzystora bipolarnego
a) Obliczanie napięć i prądów w układzie
•
•
•
•
przeprowadzić analizę typu Bias Point układu dla UBE = 0,6V, UCE = 10V,
wyświetlić wartości napięć i prądów,
wyświetlić zawartość pliku netlisty, zinterpretować oznaczenia węzłów i elementów układu,
wyświetlić zawartość pliku wyjściowego, zinterpretować informacje o przebiegu analizy i
parametrach modelu tranzystora.
b) Badanie charakterystyki wejściowej
•
•
•
wyznaczyć charakterystykę wejściową IB = f(UBE), przy UCE=const, dla następujących
warunków:
zmiany napięcia UBE od 0 do 0,8V (krok 0,01V),
wartość napięcia UCE = 10V,
odczytać wartość napięcia UBE dla prądów IB = 10uA; 20uA; 30uA,
sprawdzić wpływ temperatury (0, 27, 50, 70°C) na kształt i p ołożenie badanych
charakterystyk.
c) Badanie charakterystyki wyjściowej
•
•
•
•
wyznaczyć charakterystykę wyjściową IC = f(UCE), przy IB=const, dla następujących warunków:
zmiany napięcia UCE od 0 do 10V (krok 0,1V),
IB = 10uA, 20uA, 30uA, (wartość prądu IB ustalić za pomocą wartości napięcia UBE
korzystając z wyników symulacji z punktu b),
na podstawie otrzymanej rodziny charakterystyk (tzw. charakterystyki kolektorowe
tranzystora) obliczyć współczynnik wzmocnienia prądowego (beta) tranzystora, porównać
wartość współczynnika β (beta) z wartością parametru BF modelu tranzystora,
wyznaczyć wartość prądu bazy IB dla IC = 10mA,
zmienić wartość parametru BF = 100, 250, 500 w modelu tranzystora (przejść do edycji
parametrów modelu tranzystora),
Rys. 2. Schemat wzmacniacza tranzystorowego z prądowym zasilaniem bazy
•
•
•
•
•
•
obliczyć wartości rezystorów R1, R2 tak aby ustalić stałoprądowy punkt pracy tranzystora:
napięcie UCE = 5V,
prąd kolektora IC = 10mA,
prąd IB wyznaczyć na podstawie analizy charakterystyk kolektorowych z punktu c),
dokonując pomiarów napięcia i prądu sprawdzić poprawność ustawienia punku pracy
tranzystora,
sprawdzić wpływ zmian wartości R1, R2, beta na ustalony punkt pracy:
zmiana wartości R1 o +/- 10%,
zmiana wartości R2 o +/- 10%,
zmiana wartości współczynnika wzmocnienia β (beta) 100, 200, 400,
sprawdzić wpływ zmian temperatury otoczenia w zakresie od -20°C do +70°C na ustalon ą
wartość punktu pracy tranzystora,
powtórzyć symulacje wyznaczania charakterystyk kolektorowych tranzystora.
2.2. Program APLAC - analiza stałoprądowa DC
szczegółowy opis w skrypcie "Symulacja układów
elektronicznych w środowisku APLAC"
a) Symulacja układu dzielnika napięciowego (str.8, Przykład 1)
Circuit Diagram
Analyze
Text
[...]
(E)
[DC...]
(E)
Prezentacja wynikow
P1
Analyze
DC
Print S "Napiecie w punkcie P1 = " REAL Vdc(P1) LF
R1
1k
Uzas
(E)
P2
DC = 5
R2
1k
Rys. 3. Program do analizy DC układu dzielnika rezystancyjnego
•
•
przeprowadzić analizę DC układu dzielnika napięciowego dla następujących danych
UZAS = 5V; R1 = R2 =1k (str.14, rys.3.3.),
wyświetlić i zapisać do pliku wynik symulacji (str.17-18).
b) Charakterystyka diody półprzewodnikowej (str.23, Przykład 2)
Circuit Diagram
Sweep
Sweep
[...]
["Charakterystyk...]
["Charakterystyk...]
(E)
(E)
(E)
BAV10
A
P1
Sweep
"Charakterystyka diody - kierunek przewodzenia"
DC
LOOP 500 AplacVar Uwe LIN 0 2
X "U" "V" 0 1
Y "I" "mA" 0 10m
P2
Display
+
Uzas
DC={Uwe}
R
100
X "Ud" Vdc(P1)-Vdc(P2)
Y "Id" Idc(A)
EndSweep
Sweep
"Charakterystyka diody - kierunek zaporowy"
DC
LOOP 500 AplacVar Uwe LIN -200 0
X "U" "V" -200 0
Y "I" "mA" -9m 3m
Display
+
X "Ud" Vdc(P1)-Vdc(P2)
Y "Id" Idc(A)
EndSweep
Rys. 4. Program symulacyjny do wyznaczania charakterystyki diody
•
wyznaczyć charakterystykę diody półprzewodnikowej BAV10 w kierunku przewodzenia i w
kierunku zaporowym (str.24-25, rys 4.5. i 4.7),
3. Zadania dodatkowe
•
•
•
•
•
obliczyć wartości elementów układu wzmacniacza z potencjometrycznym zasilaniem bazy,
punkt pracy przyjąć jak przy analizie wzmacniacza z prądowym zasilaniem bazy,
przeprowadzić analizę punktu pracy wzmacniacza tranzystorowego z potencjometrycznym
zasilaniem bazy w programach SPICE i APLAC,
porównać wyniki symulacji obu programów,
porównać stabilność punktu pracy obu wzmacniaczy przy zmianach temperatury w zakresie 20°C do +70°C.
4. Pytania sprawdzające
•
•
•
•
Jaka jest różnica pomiędzy analizą Bias Point a analizą stałoprądową DC?
Względem których wielkości (zmiennych) można przeprowadzić analizę DC?
Jakie informacje zawiera plik netlisty?
Jakie dodatkowe informacje zawiera plik wyjściowy?
5. Sprawozdanie
Powinno zawierać:
•
•
•
•
wszystkie schematy symulowanych układów,
wyniki symulacji,
odpowiedzi na pytania zawarte w instrukcji,
wnioski.