Дополнения к учебному пособию по дисциплине «Функциональные узлы и устройства микроэлектроники» для использования в рамках дистанционного обучения.

В связи с ограничениями дистанционного режима произведён ряд изменений и дополнений к пособию по выполнения лабораторного практикума. Изменения отменяют действия соответствующих пунктов пособия, замещая их. Остальные разделы остаются без изменений.

Выполняются работы 1-4 и 6.

Импорт рисунков и таблиц из программ моделирования объектов исследования не допускается. Требуемые значения снимаются с соответствующих зависимостей или берутся из таблиц в программе и переносятся в Excel с последующим отображением в отчётах и построением необходимых графиков для отображения в отчётах.

Лабораторная работа №1. Исследование гибридно-плёночного усилителя низкой частоты.

При формировании модели в прг B2Spice выбор транзистора осуществляется в следующем порядке: Devices>BJT_npn. Двойным кликом по обозначению транзистора на схеме открывается редактируемая модель, в которой необходимо установить β=100 (bf>Value>100, отметить given).

Дополнения к программе работы по исследованию гибридно-плёночного усилителя низкой частоты:

1. Ключ K2 должен быть замкнут (путём модификации схемы, К2 располагается между левым выводом R17 и точкой соединения С5, С5; модификация выполняется путём изъятия R17 из схемы, что приводит к «размыканию» К2 – положение «выключено», если же R17 присутствует – ключ считается замкнутым).

1.4. Программа работы и указания по её выполнению

4. Снять амплитудные характеристики усилителя для частот 100 Гц, 500 Гц 1кГц, 20 кГц, 200 кГц. Для этого установить необходимую частоту. Установить требуемую амплитуду входного сигнала (начиная от 0,1 мВ), произвести моделирование и определить амплитуду выходного сигнала. Занести в таблицу значения входного и выходного напряжений. Изменяя выходное напряжение генератора, снять зависимость для данной частоты. Входной сигнал изменять до появления на зависимости участка насыщения при . В режиме насыщения изменять от до . Произвести не менее пяти измерений выходного напряжения в линейном режиме работы усилителя и не менее трёх в нелинейном. Результаты измерения заносятся в таблицы зависимостей для каждой частоты.

5. Уменьшить напряжение питания микросхемы до + 4 В. Повторить измерения амплитудных характеристик.

6. Снять амплитудно-частотные характеристики (АЧХ) в заданном частотном диапазоне (10…100000Гц) при постоянном входном напряжении. Измерение произвести дважды – первое для входного сигнала, соответствующего середине линейного участка амплитудной характеристики измеренной для частоты 1кГц, второе – для участка насыщения. Измерения проводятся следующим образом: устанавливаются первое значение частоты и первое значение входного напряжения (примерно соответствующее середине диапазона входных напряжений для линейного участка на частоте 1 кГц, ориентируясь на имеющиеся амплитудные характеристики), производится измерение амплитуды выходного напряжения и устанавливается следующее значение частоты. Частоты, для которых производятся измерения: 10 Гц, 20 Гц, 40Гц, 100Гц, 500 Гц, 1кГц, 5кГц, 10 кГц, 20кГц, 40 кГц, 80 кГц, 160кГц. Результаты заносятся в таблицу зависимости от частоты при неизменном входном напряжении (над таблицей указать значение входного напряжения в качестве неизменного параметра измерений).

7. Повторить измерения АЧХ при отключённой цепи обратной связи, для чего «установить» ключ K2 в положение «выключено».

8. Установить входное напряжение частотой 1 кГц, примерно соответствующее середине линейного участка амплитудной характеристики. Изменяя сопротивления нагрузки, снять нагрузочную характеристику усилителя. На практике изменение положения ключа сводится к изменению сопротивления резистора нагрузки, включаемого между выходом усилителя и общей точкой схемы.

9. Повторить измерение при уровне входного сигнала, соответствующем нелинейному режиму работы и рабочих частотах 20 и 80 кГц.

Отчет должен содержать:

1. Тип и параметры интегральной схемы.

2. Схему лабораторной установки и электрическую схему исследуемой микросхемы.

3. Амплитудные характеристики микросхемы при разных рабочих частотах и зависимости коэффициента усиления от уровня входного сигнала в виде таблиц и графиков.

4. Частотные характеристики усилителя при постоянных значениях входного сигнала.

5. Определение неравномерности амплитудно-частотной характеристики как отношение максимального и минимального коэффициентов усиления в заданном частотном диапазоне (звуковом – 20…20000 Гц). Для всех вычислений необходимо привести расчётные формулы с примерами подстановки исходных данных.

6. Определение выходного сопротивления усилителя по нагрузочным характеристикам , где – разность выходных напряжений, соответствующих различным сопротивлениям нагрузки, – разность выходных токов, соответствующих тем же сопротивлениям. Приводятся расчётные формулы с подстановкой исходных данных.

7. Выводы по работе.

Лабораторная работа № 2

Исследование интегрального монолитного

операционного усилителя

К разделу 2.3 (описание измерительной установки).

Для максимально достоверного моделирования работы в исследуемую схему операционного усилителя К140УД1 и измерительной установки внесены изменения. При «сборке» в симуляторе используются транзисторы 2n2219a, в модели которых внесены изменения. Ёмкость эмиттерного перехода при нулевом смещении cje установлена равной 2.41e-9, а значение параметра ideal forward transit time (идеальное время прямого переноса) изменено на 4.54e-7.

Кроме того, схема измерительной установки (рис. 2.4 пособия) дополняется последовательной цепью из конденсатора 1500пФ и резистора 39 Ом, включаемой между выводом 12 операционного усилителя и отрицательным источником питания.

Переключатель К2 не моделируется – при необходимости «переключить» нагрузочное сопротивление редактируется значение сопротивления резистора, включённого между выходом ОУ (выв. 5) и общей точкой схемы. То же относится к К1, который не размещается на схеме, а переключение сопротивлений обратной связи R1 или R2 на рис. 2.4 осуществляется изменением сопротивления резистора.

Используются два отдельных источника питания, в отличие от рис. 14, где источник один, а двуполярное питание ±12,5 В получено с использованием резистивного расщепителя на резисторах R9-R10. При моделировании в этом нет необходимости, а разбаланс питающих напряжений достигается изменением в заданных в пособии пределах напряжения соответствующего источника питания. Минус источника положительного питания и плюс источника отрицательного питания соединены с общей точкой схемы – «землёй». также на схеме не размещаются измерители токов, напряжений, осциллограф – требуемые токи и напряжения выводятся путём задания свойств графиков и путём размещения на схеме элементов Voltage probe и т. п.