Исследование резонансного усилителя в режиме анализа переходных процессов

1. В графическом редакторе выполните изменение частоты источника сигнала (параметр FREQ), установив ее равной резонансной частоте колебательного контура.

2. Задайте необходимые параметры директивы моделирования переходных процессов(Analysis Setup/Transient): конечное время анализа (Final Time), временной шаг расчета характеристик (Step Ceiling). Закрыв окно Analysis Setup, запустите режим моделирования командой Analysis/Simulate или нажатием клавиши F11. ­ Важно отметить, что для правильного отображения результатов расчета необходимо так выбирать шаг между отсчетами сигнала, чтобы на период несущего колебания приходилось не ме­нее 20—25 отсчетов. Речь идет о параметре Step Ceiling директивы Transient. Так для схемы из файла p5.sch пара метр Step Ceiling = 0,005 мкс и форма выходного сигнала получается такой, как на рис. 2-6.

Рис. 2-6. Форма сигнала на выходе резонансного усилителя при правильном значении параметра Step Ceiling

Если же параметр Step Ceiling установить равным 0.1 мкс, то отсчетов сигнала явно недостаточно, результаты моделирования не соответствуют действительности — форма сигнала искажается, как будто бы имеет место мо­дуляция амплитуды выходного сигнала, уровень сигна­ла значительно меньше по сравнению с действительным. На рис. 2-7 показан результат моделирования при неверно установленном параметре Step Ceiling.

Рис. 2-7. Искаженная форма сигнала на выходе резонансно­го усилителя при неверном значении параметра Step Ceiling (недостаточно отсчетов на период несущей частоты)

3. По графику выходного сигнала в окне программы Probe определите коэффициент усиления (КУ) схемы и сравните его с коэффициентом усиления, рассчитанным в режиме анализа частотных характеристик. При этом значения КУ могут различаться. Это связано с тем, что ал­горитмы расчета частотных и временных характеристик различаются. Частотный анализ является менее точным, но более быстродействующим, поэтому коэффициент усиления следует определять по результатам временного анализа.

4. Измените частоту источника сигнала в окне графи­ческого редактора так, чтобы сигнал находился в полосе пропускания контура. Выполнив моделирование с измененными параметрами, убедитесь в уменьшении уровня выходного сигнала по сравнению с предыдущим резуль­татом (когда частота источника сигнала в точности соот­ветствовала резонансной частоте контура).

Пример и порядок выполнения заданий на моделирование искажений импульсных сигналов при их прохождении через резистивный усилитель

Резистивные усилители применяются для усиления сиг­налов в широком диапазоне частот, поэтому их АЧХ долж­на быть постоянной в некотором диапазоне. Однако из-за наличия паразитных емкостей в нелинейных элементах АЧХ резистивных усилителей в области высоких частот имеет убывающий характер. Это приводит к искажениям сигналов, несущая частота которых близка к граничной частоте пропускания усилителя, а также широкополосных сигналов (например, импульсных).

В связи с этим задача моделирования резистивных усилителей заключается в определении номиналов ком­понентов и модели активного компонента, обеспечиваю­щих усиление заданных широкополосных сигналов с ми­нимальными искажениями.­

В рассматриваемом ниже примере необходимо опреде­лить искажения фронтов импульсного сигнала на выхо­де резистивного усилителя в режиме анализа переходных процессов. Импульс считается искаженным, если длительность фронтов t_пф + t_зф (переднего и заднего) превышает длительность вершины t_в (плоской части импульса).

Рис. 2-8. Временное представление искаженного импульса

1. В схеме усилителя вместо резонансного контура включите сопротивление Rk = 15 кОм и замените ис­точник сигнала VSIN на VPULSE, установив параметры источника в соответствии с примером, приведенным на рис. 2-9 и в таблице 2-3.

Таблица 2-3.

Параметры источника импульсных сигналов (VPULSE)

VS	DC	AC	V1	V2	TD	TR	TF	PW	PEW
	0	0,01	0	- 0,02	0	0	0	1u	3u

Рис. 2-9. Схема резистивного усилителя

2. Задайте параметры директивы моделирования пе­реходных процессов (конечное время анализа Final Time и временной шаг расчета характеристик Step Ceiling) та­ким образом, чтобы на графике выходного сигнала видно было 10—15 импульсов. Закрыв окно Analysis Setup, за­пустите режим моделирования командой Analysis/Simu­late или нажатием клавиши F11.

3. Измените параметры источника сигнала (длитель­ность импульсов), уменьшив значение в 5—10 раз, и выполните моделирование с измененными параметрами. По графику выходного сигнала определите длительность пе­реднего и заднего фронтов импульсов. Из графика видно, что при длительности импульсов 0,1 мкс передний и за­дний фронты импульсов становятся затяжными — это ре­зультат влияния паразитных емкостей транзистора. Поэ­тому если искажения сигналов при их прохождении через усилитель являются значительными, то следует выбирать модель более высокочастотного транзистора.