Міністерство освіти і науки України Національний Університет “Львівська політехніка” Курсова робота з дисципліни “Основи автоматизації проектування РЕА” на тему: “Комп'ютерне моделювання транзисторного підсилювача.” Львів 2007 Зміст ВСТУП В даній роботі виконується аналіз підсилювача в режимі постійного струму, аналіз підсилювача в режимі малого сигналу та моделювання підсилювача за допомогою ПКМ Micro-CAP III. При аналізі підсилювача в режимі постійного струму транзистор заміняємо статичною моделлю Еберса-Молла, вилучаємо зі схеми ємності і незалежні змінні в часі джерела напруги і струму, закорочуємо індуктивності, перетвотворюємо незалежне джерело постійної напруги у незалежне джерело постійного струму та знаходимо струм, напругу і розсіювану потужність кожного компонента. При аналізі підсилювача в режимі малого сигналу транзистор заміняємо малосигнальною моделлю і розраховуємо її параметри, використавши результати статичного аналізу. 1.ПОЧАТКОВІ ДАНІ Завдання до курсової роботи підготовлене із застосуванням ПМК PSpice і складається з операторів опису схеми, директив керування завданням та результатів аналізу. Початковими даними до курсової роботи є електрична схема транзисторного підсилювача(Рис.1), який складається з біполярного транзистора, джерела живлення, режимозадавальних резисторів, джерела гармонічного сигналу, розділювальних конденсаторів та навантаження. Задається також універсальна модель Еберса-Молла (нелінійна гібридна π-модель)біполярного транзистора та її параметри. TRANSISTOR test 7 .OPT ACCT LIST NODE OPTS NOPAGE .OP .LIB nom.lib R1 3 0 15.5K R2 2 3 100K R3 5 0 100 RH 2 4 6K VS 4 0 DC 12V Q1 2 3 5 KT316B C1 1 3 1U C2 5 0 0.1U VIN 1 0 AC 10E-3 0 .MODEL KT316B NPN (Is=3e-15 Bf=75 +Br=0.3 Rb=70 Rc=7 Re=4 +Cjc=4p Vjc=0.65 Mjc=0.33 +Cje=1.2p Vje=0.70 Mje=0.35 Tf=94p Tr=66n) .DC VS 12 12 0.5 .SENS V(2) .AC DEC 2 10 1E7 .PRINT DC V(3),V(5),V(2),IB(Q1),IC(Q1),IE(Q1) .PRINT AC V(1),VM(2),VP(2),V(3),V(5) .PROBE .END  EMBED PBrush 
 Рис.1 Електрична схема транзисторного підсилювача 2. АНАЛІЗ ПІДСИЛЮВАЧА В РЕЖИМІ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ 2.1.Заступн схема кола в режимі постійному струму Для складання заступної схеми кола в режимі постійному струму необхідно: - замінити транзистор статичною моделлю Еберса-Молла; - вилучити зі схеми ємності і незалежні змінні в часі джерела напруги 1 струму, закоротити Індуктивності; - перетворити незалежне джерело постійної напруги VS, прийнявши його внутрішній опір RS=0.001 Ом, у незалежне джерело постійного струму JS з внутрішньою провідністю YS (рис. 2). Перетворення незалежного джерела напруги в незалежне джерело струму або навпаки для вказаної полярності джерел-(рис. 2) здійснюється за формулами: Ijs=Uvs/RS YS=1/RS і є еквівалентним відносно зовнішніх полюсів m і l, тобто напруга U i струм І в обох випадках є однаковими. Однак потужність, що розсіюється на внутрішній провідності YS джерела струму JS, на відміну від джерела напруги VS, є дуже великою i не має фізичного змісту. Робити топологічні перетворення в заступній схемі, тобто об'єднувати послідовно або паралельно з'єднані компоненти, не дозволяється. Отже, заступна схема кола в режимі постійного струму набуде вигляду:  EMBED Word.Picture.8 
 2.2. Нумерація вузлів заступної схеми. Вузол - це точка з'єднання двох або більше компонентів. Спільний вузол ("земля") завжди необхідно позначати номером "0". Номери вузлів, що об'єднуються внаслідок закорочення індуктивностей або стають ізольованими після вилучення ємностей та незалежних змінних в часі джерел напруги чи струму, необхідно присвоювати внутрішнім вузлам заступної схеми транзистора. В Інших випадках змінювати номери вузлів, що вказані в завданні до курсової роботи, не дозволяється. 2.3. Прийняття умовних додатних напрямків струмів і напруг компонентів. Отже, в заступній схемі необхідно вказати лише умовні додатні напрямки струмів компонентів, а напрямки напруг компонентів, за винятком керуючих напруг, вказувати недоцільно. Довільно приймати напрямки струмів і напруг можна лише для неполярних компонентів, до яких належать лінійні опори та провідності. Для діодів умовний додатний напрямок завжди необхідно приймати від анода (емітера) до катода (бази). Для незалежних 1 керованих джерел струму чи напруги напрямки струму або напруги завжди задаються 1 змінювати їх, так само як 1 напрямок керуючої напруги, не можна, бо це призведе до зміни кола, що підлягає аналізу. Істинні напрямки струмів 1 напруг всіх компонентів можна визначити лише після розрахунку. Від'ємний знак розрахованої величини означає, що дійсний напрямок є протилежним до прийнятого. 2.4. Компонентні рівняння Для кожного компонента записати компонентне рівняння, з якого визначити струм компонента і похідну струму по напрузі, тобто диференціальну провідність компонента (крім незалежних джерел струму ). Напругу кожного компонента згідно з заданим або вибраним напрямком та прийнятою домовленістю про відлік (додатний напрямок - від "плюса" до "мінуса" (п.2.3)) виразити через відповідні вузлові потенціали. Вузловий потенціал фk деякого вузла k (k=1,2, .... п) - це напруга між даним вузлом 1 базисним опорним вузлом, за який прийнятий спільний вузол ("земля"). що завжди повинен мати номер "О". Умовний додатний напрямок кожного вузлового потенціалу приймається від відповідного вузла до нульового (базисного) вузла. UR1=φ3;UR2=φ2-φ3;UR3=φ5; URн=φ4-φ2;Ube=φ1-φ7; Ubc=φ1-φ6; URc=φ2-φ6;URe=φ7-φ5;URb=φ3-φ1. 2.5. Вектор вузлових струмів J(ф) Нелінійне коло в режимі постійного струму описується системою нелінійних алгебраїчних рівнянь. Рівняння для нульового вузла не складається, оскільки воно є лінійно залежним стосовно рівнянь для всіх інших вузлів. Отже J(ф)=0  EMBED Mathcad 
 2.6. Матриця Якобі G(ф) Як відомо, матриця Якобі системи - це матриця перших частинних похідних функцій , з яких складається вектор-функція f(х), за всіма невідомими Хs. З огляду на це матриця Якобі складена у вузловому координатному базисі._ називається ще матрицею вузлових диференціальних провідностей G(ф) = J'(ф) При складанні матриці вузлових диференціальних провідностей можна застосувати, як і при формуванні вектора вузлових струмів, спосіб позиційного сумування. Згідно з цим способом кожний компонент схеми розглядається окремо і диференціальна провідність компонента з певним знаком заноситься у відповідні елементи матриці вузлових диференціальних провідностей. Запишемо диференціальні провідності для кожного елемента. В дужках подані номери вузлів, між якими знаходиться даний елемент. Для керованих джерел струму спочатку йдуть рядки, а потім стовбці. gR1=1/R1 gRн=1/Rн gYS=YS grc=1/re grc=1/rc grb=1/rb gcc=Is/фT*exp(Ube/фT) gR2=1/R2 gec= Is/фT*exp(Ubc/фT) Отже, повна матриця вузлових диференціальних провідностей набуде вигляду  EMBED Mathcad 
 2.7. Алгоритм і програма статичного аналізу. Складаємо алгоритм аналізу підсилювача в режимі постійного струму на підставі методу Ньютона, який передбачає розв'язування системи нелінійних алгебраїчних рівнянь, виконуючи Ітерації за такими формулами: G(ф(k-1))*Δφ (k)=-j(φ(k-1)) φ (k) = φ(k-1) + Δφ (k) де k=1,2 ... - номер Ітерації. Логічна схема алгоритму статичного аналізу наведена на рис. 5.