3.2.3 Моделирование динамического режима ключа с форсирующим конденсатором

а) Построение схемы

Введем в схеме ключа на рис. 12 в цепь базы транзистора форсирующий конденсатор емкостью 100 пФ (рис. 3.18).

Рисунок 3.18 – Схема для моделирования ключа с форсирующим конденсатором

а) Моделирование

Повторим анализ, выполненный для схемы на рис. 12, используя те же ограничения в окне Transient Analysis Limits.

Результаты анализа представлены на рис. 3.19.

Рисунок 3.19 – Результаты анализа ключа

Как видно, введение конденсатора существенно повышает быстродействие ключа.

Для более детального просмотра графиков в определенных местах может быть использован режим увеличения изображения. Для этого при нажатой кнопке Scale Mode (F7) , используя мышь, необходимо захватить в прямоугольник участок графика, который должен быть увеличен. Тогда размеры захваченного участка увеличиваются до размеров экрана, и детали интересующего фрагмента могут быть просмотрены более тщательно. Увеличение изображения графика может быть произведено несколько раз. При очередном запуске программы моделирования исходное состояние графика восстанавливается.

3.2.4 Задание на моделирование

1. Изучить принцип работы ключа на биполярном транзисторе в статических состояниях и в режиме переключений.

2. Воспроизвести примеры моделирования и объяснить результаты.

3. Исследовать влияние сопротивления резистора R1 в схеме рис. 12 на длительность процессов переключений.

3.3 Содержание отчета

Составьте отчет по лабораторной работе, в котором изложите цель работы, по пунктам: название, исследуемую схему в редакторе программы Micro-Cap, ограничения анализа, результаты моделирования схемы, выводы.

3.4 Контрольные вопросы

1. Что такое ключ? Какой ключ используется в цифровых устройствах и для чего?

2. Перечислите и поясните способы закрывания ключа на БТ.

3. Укажите токи в схеме ключа в открытом состоянии. Поясните термины «ток базы насыщения» и «ток коллектора насыщения».

4. Из каких интервалов складывается время включения ключа? В каком режиме находится БТ на каждом интервале?

5. Из каких интервалов складывается время выключения ключа? В каком режиме находится БТ на каждом интервале?

6. Назовите способы повышения быстродействия ключа. Поясните работу ключа с форсирующим конденсатором в цепи базы.

7. Нарисуйте схему и поясните работу ключа с нелинейной обратной связью. Что такое транзистор Шоттки и в чем состоит его главное преимущество по сравнению с БТ?

8. Как емкость нагрузки влияет на быстродействие ключа? Как можно снизить это влияние?

Работа 4

УСИЛИТЕЛЬ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

Цель работы: изучение принципа работы и параметров усилителя на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером.

4.1 Теоретические сведения

4.1.1 Схема, назначение элементов и принцип работы усилителя

Схема усилителя представлена на рис. 4.1.

Рисунок 4.1 – Схема усилителя напряжения

Здесь - эквивалентные параметры источника сигнала; - эквивалент нагрузки; - цепь смещения, обеспечивающая активный режим работы БТ; - нагрузка БТ по постоянному току; - резистор термостабилизации рабочей точки; - разделительные конденсаторы, исключающие взаимное влияние усилителя, источника сигнала и нагрузки по постоянному току; - конденсатор, подключающий эмиттер БТ к общему проводу по переменному сигналу и обеспечивающий вместе с конденсатором передачу всего входного переменного сигнала на управляющий переход база-эмиттер БТ.

Принцип работы усилителя иллюстрируется рис. 4.2.

При нулевом входном напряжении цепью смещения на базу БТ подается постоянное начальное напряжение , под действием которого открывается переход база-эмиттер и БТ поддерживается в активном режиме. Протекают постоянные начальные токи базы и коллектора . На коллекторе присутствует начальное напряжение

.

Выходное напряжение равно нулю, так как конденсатор не пропускает постоянный ток с коллектора на выход.

Рисунок 4.2 – Временные диаграммы сигналов усилителя

При положительной полуволне входного усиливаемого сигнала напряжение на базе увеличивается относительно начального значения. Токи базы и коллектора БТ также увеличиваются относительно своих начальных значений, а напряжение на коллекторе уменьшается. Конденсатор пропускает переменную составляющую напряжения с коллектора, и на выходе формируется отрицательная полуволна усиленного сигнала.

При отрицательной полуволне входного сигнала напряжение на базе уменьшается относительно начального значения. Соответственно уменьшаются токи базы и коллектора, а напряжение на коллекторе увеличивается. На выходе формируется положительная полуволна напряжения.

Усиление напряжения в усилителе происходит, с одной стороны, за счет усиления тока в БТ, а с другой стороны, за счет достаточно больших сопротивлений и , на которых формируется переменная составляющая выходного напряжения при протекании переменного тока коллектора.

Как видно из временных диаграмм, усилитель по схеме с ОЭ является инвертирующим: при положительной полуволне входного переменного напряжения на выходе формируется отрицательная полуволна и наоборот.