BADANIE WZMACNIACZA W KONFIGURACJI OC

1) Wykorzystując edytor schematów Schematics Narysuj układ wzmacniacza jak na rys. 1.

Rys. 1.

2). Definiowanie wartości elementów układu.

Definiowanie wartości rezystancji oraz pojemności przebiega tak samo. Klikając dwa razy na wybrany element zostaje wyświetlone okno z jego podstawowymi parametrami (rys. 2).

Rys. 2.

W polu VALUE należy podać wartość elementu, który jest obecnie definiowany. Oprócz wartości można także zmienić opis elementu. W tym przypadku rezystor R1 został zamieniony na Rb1.

Ważnymi do zdefiniowania są wszelkie źródła prądu lub napięcia. Poniższa tabela pokazuje przykład skonfigurowania źródła napięcia sinusoidalnego V1 (rys. 3).

Rys. 3.

Źródło to podaje na wejście układu napięcie przemienne sinusoidalne o amplitudzie 2V (AC = 2V; Vampl=2V ) oraz poziomie składowej stałej równej 0 (voff = 0). Częstotliwość tego przebiegu wynosi 1 kHz (freg = 1kHz ). Elementy do układu wybierane są poprzez polecenie Get New Part
z menu Draw.

3). Określanie pasma wzmacniacza OC.

Pasmo przenoszenia częstotliwości jest wielkością charakterystyczną dla każdego wzmacniacza. W celu określenia pasma przenoszenia badanego wzmacniacza OC należy zdefiniować analizę
AC Sweep znajdującą się w menu Setup (patrz rys. 4).

Rys. 4.

W tabeli tej została „zagęszczona” częstotliwość (AC Sweep Type - Octave oraz 101 punktów na oktawę) dzięki czemu można uzyskać charakterystykę amplitudową wzmacniacza
OC w szerokim paśmie częstotliwości (rys. 5).

Do pomiaru charakterystyki ku = f(f) został użyty marker vdb (wzmocnienie napięciowe) z gamy markerów specjalnych Mark Advanced (markery dostępne w bibliotece .lib).

Połączono go na wyjście wzmacniacza OC w punkt C2:2 i otrzymano wykres:

Rys. 5.

Szerokość pasma przenoszenia określa różnicę górnej częstotliwości (fg) i dolnej (fd) przy spadku wzmocnienia o 3 dB, co wyraża się wzorem:

W przypadku tego wzmacniacza wartość
= 10 GHz natomiast
= 112 Hz.

Szerokość pasma wynosi: B = 10 GHz - 112 Hz ≈ 10 GHz.

4). Pomiar wzmocnienia napięciowego Uwy/Uwe.

Wzmacniacz OC jest układem, który nie odwraca fazy sygnału, a jego wzmocnienie napięciowe jest bliskie jedności. Aby się o tym przekonać należy wykonać analizę czasową stanów nieustalonych Transient znajdującą się w menu Setup co pokazuje poniższa tabela (rys. 6).

Rys. 6.

Niezbędnymi parametrami, które trzeba tu ustawić jest końcowy czas trwania przebiegu Final Time (w tym przypadku 2ms) oraz krok drukowania przebiegu na ekranie Print Step (np. 20ns).

W celu pomiaru zmian sygnału na wyjściu względem jego wejścia należy pobrać sygnał wejściowy ze źródła napięcia sinusoidalnego V1 oraz sygnał wyjściowy po wzmocnieniu (wartość napięcia na Robc). Umożliwiają to markery napięcia Mark Voltage/Level włączone na wejście i wyjście układu. Wartości amplitud przebiegów przedstawione są na poniższym wykresie wykonanym w programie Probe (rys.7).

Rys.7.

Obliczając wartość międzyszczytową napięć Uwej i Uwyj można obliczyć wzmocnienie napięciowe układu ze wzoru:

ku = Uwyj/Uwej

Dla napięć Uwej_ss = 4V i Uwyj_ss = 3,97V wartość wzmocnienia wynosi:

ku = 3,97 / 4 = 0,9925 V/V

5). Pomiar charakterystyki fazowo - częstotliwościowej wzmacniacza OC.

Pomiaru charakterystyki fazowej dokonuje się identycznie jak w przypadku pasma przenoszenia (deklaracja analizy AC Sweep ) z tą różnicą, że zamiast markera vdb na wyjściu stosujemy marker vphase (znajduje się także w dostępnych bibliotekach ) .

Charakterystyka ta ma następującą postać (rys. 8).

Rys. 8.

Dla częstotliwości f_d-3dB= 112 Hz wartość przesunięcia fazowego wynosiła ϕ = 52,4°. Natomiast dla częstotliwości f_g-3dB= 10 GHz wartość przesunięcie fazowe wynosiło odpowiednio ϕ = -40,1°.

6). Badanie wpływu pojemności montażowej na pasmo przenoszenia wzmacniacza OC.

Do badanego układu należy dołączyć równolegle do wyjścia pojemność o wartości Cm = 50pF (dokonać pomiaru zgodnie z punktem 1. ) i zaobserwować zachodzące zmiany.

Poniższy wykres przedstawia wpływ tej pojemności na pasmo przenoszenia badanego wzmacniacza OC (rys. 9.), (porównaj z rys. nr 5.).

Rys. 9.

Przy spadku wzmocnienia o 3dB wartości częstotliwości wynoszą odpowiednio:

F_g-3dB = 546,2 MHz; f_d-3dB = 115 Hz

Można więc zauważyć, że pojemność montażowa Cm wpływa na zawężenie pasma przenoszenia. Dla tych wartości częstotliwości szerokość pasma wynosi około 546 MHz.

7). Pomiar rezystancji wejściowej i wyjściowej wzmacniacza OC.

Przed rozpoczęciem pomiaru rezystancji wejściowej jak i wyjściowej należy zewrzeć w uladzie pojemności C1 iC2.

Pomiar rezystancji wykonywany jest przez program Pspice automatycznie, a wynik umieszczany jest w pliku wyjściowym o rozszerzeniu .out. Do pomiaru rezystancji należy wykonać analizę Transfer Function w menu Setup, gdzie należy zdefiniować napięcie wyjściowe oraz źródło napięcia wejściowego tak jak na rysunku (rys. 10.).

Rys. 10.

Dla danych wartości napięć zdefiniowanych w powyższej tabeli otrzymujemy w pliku wyjściowym .out wartości rezystancji:

INPUT RESISTANCE AT V_V1 = 9.419E+04

OUTPUT RESISTANCE AT V($N_0003) = 5.000E+02

W tym przypadku wartość rezystancji wejściowej wynosi Rwej = 94.2kΩ, natomiast rezystancja wyjściowa ma wartość Rwyj = 500Ω.

---