7.3. Анализ микросхемы дифференциального усилителя

ЗАДАНИЕ. Считая параметры биполярных транзисторов известными, для двух крайних значений диапазона температур построить следующие характеристики дифференциального усилителя (рис. 7.3): передаточную для входных напряжений в пределах -0,25...0,25В, амплитудно- и фазочастотные характеристики в диапазоне частот 10Гц...1ГГц, зависимость входного сопротивления от частоты в диапазоне 10ГЦ...100МГц, спектр выходного сигнала усилителя при входном сигнале 200мВ на частоте 5МГц. Температурный коэффициент сопротивлений принять равным 0,002 1/град, диапазон температур 27…67.

Параметры приборов (все транзисторы имеют одну модель):

PART=Q1,Q2,Q3,Q4

MODEL=QN

.MODEL QN NPN (BF=80 VAF=50 RB=100 CJE=2P CJC=1P CJS=1.5P +TF=0.3N)

РЕШЕНИЕ. Последовательность построения схемы описана в разделах 2, 7.1, 7.2. Для получения передаточной характеристики по постоянному току в форме задания параметров моделирования в режиме DC следует выбрать в качестве переменной Variable 1 из выпадающего списка Name источник входного напряжения VIN; установить диапазон его значений Range в виде «0.25,-0,25,0.001». В окне X Expression оставляем значение по умолчанию, в окне Y Expression – разность коллекторных напряжений.

Амплитудно- и фазочастотную характеристики получаем в режиме AC, указав требуемый частотный диапазон в окне Frequency Range, в двух окнах X Expression переменную F, в двух окнах Y Expression функцию MAG и функцию PH от разности коллекторных напряжений (см. разд. 3). Входное сопротивление определяется в режиме AC через отношение напряжения на базе транзистора Q1 - VIN к величине тока, протекающего через источник VIN, для чего в окне Y Expression указывается выражение «VIN/I(VIN)».

Для получения спектра выходного сигнала в режиме Transient в окне X Expression указываем F, а в Y Expression – функцию HARM от разности коллекторных напряжений (см. разд. 3).

Для всех видов моделирования в окне Method панели Temperature выбираем List и через запятую указываем два значения – «27,67».

7.4. Процент выхода годных микросхем активного rc-фильтра

ЗАДАНИЕ. Рассчитать процент выхода годных микросхем полосового активного RC-фильтра методом статистических испытаний, если допустимые значения коэффициента усиления на частоте 1КГц составляют 29,250,5дБ. Относительные среднеквадратичные отклонения номиналов составляют для резисторов: независимые - 0,1%, коррелированные - 0,2%; для конденсаторов: независимые - 0,5%, коррелированные - 1%. Распределение номиналов нормальное, число испытаний – 1000, параметрами операционного усилителя можно п.

РЕШЕНИЕ. Известно /5/, что при нормальном распределении номиналов элементов выходные функции устройства также имеют нормальное распределение. Таким образом, для расчета процента выхода достаточно вычислить среднеквадратичное отклонение выходной функции и далее воспользоваться таблицей интеграла вероятности /6/.

Схема создается введением операционного усилителя по команде Component>Analog Primitives> Active Devices>Opamp. По условию задачи влиянием его параметров можно пренебречь, поэтому выбираем простейшую модель:

PART=X1

MODEL=OU1

.MODEL OU1 OPA (LEVEL=1 A=1MEG)

Подключаем тем или иным способом источники питания – к выводу «+» + 15 В, к выходу «-» - 15 В. Обозначаем выходной узел – «OUT». Дополняем схему резисторами и конденсаторами с моделями RCARLO и CCARLO:

.MODEL RCARLO RES (R=1 DEV=.1% LOT=.2%)

.MODEL CCARLO CAP (C=1 DEV=.5% LOT=1%)

На вход устанавливаем произвольный источник гармонического сигнала. В форме задания параметров AC Analysis Limits устанавливаем Frequency Range -«1100,900», Frequency Step - «Linear», Auto Scale Range, X Expression – «F», X Expression – «DB(v(OUT))». После проведения однократного анализа, командой Monte Carlo>Options вызываем диалоговую форму Monte Carlo Options, на которой выбираем позицию Gauss в панели Distribution to Use, позицию On панели Status, вписываем «1000» в окно Number of Runs, нажимаем кнопку Get. В появившейся форме Get Performance Function выбираем из выпадающего списка Function позицию «Y_Level» (см. разд. 5.5), из списка Expression – «DB(v(OUT))». В окне N должна быть «1», поскольку значение «Y_Level» единственно. После завершения процесса моделирования командой Monte Carlo>Histograms> Add Histogram выводится гистограмма, на которой в поле Sigma указано среднеквадратичное отклонение.