'Pyyhkäisygeneraattorin' arvojen muuttaminen

Taajuusakselin skaalaus

Vahvistusakselin skaalaus

Data-pisteiden lukumäärän muuttaminen

Lämpötilan muuttaminen

Komponenttiarvojen askellus

Useiden peräkkäisten ajokertojen määrittäminen

Avaa työtiedosto 037B.CIR. Piirikaaviossa on transistorivahvistinaste, johon syötetään siniaaltogeneraattorilla signaali. Tämä pätee Transient-analyysissä, mutta AC-analyysissä käytetään 'näkymätöntä pyyhkäisygeneraattoria', jonka asetusarvot näkyvät 'AC Analysis Limits' –keskusteluikkunassa.

Käynnistä AC-analyysi, jolloin analyysin keskusteluikkuna aukeaa ja 'pyyhkäisygeneraattorin' arvot näkyvät.

Frequency Range10MegHz,1Hz

Number of Points51

Temperature20

Maximum Change %.1

Noise Inoutnone

Noise Outputnone

Ensimmäinen rivi määrittää pyyhkäistävän taajuuden. Pilkulla erotettu lukupari ilmaisee suurimman ja pienimmän taajuuden. Huomaa käänteinen merkitsemisjärjestys, ensin suurin ja sitten pienin arvo. Lukuarvojen lisäksi voi käyttää etuliitteitä, joiden tulee välittömästi seurata lukuarvoa. Huomaa ohjelman erikoisuus, mega merkitään 'Meg'. Laadun, Hz, käyttö ei ole pakollista, mutta suotavaa.

Toinen rivi liittyy numeeriseen tulokseen, eikä sillä ole tässä yhteydessä merkitystä.

Kolmas rivi määrittää analyysin lämpötilan. Siinä voisi lukea esim. 40,-30,5, jolloin analyysi suoritettaisiin useita kertoja alkaen lämpötilan arvosta 40 ° C aina –30 ° C:een pakkaseen 5 ° C:een välein.

Neljännellä rivillä määritetään laskenta/piirtämistarkkuus. Mitä pienempi 'Maximum Change %' arvo on, sitä suurempi on laskentamäärä ja hitaampi tulostus, tosin paremmalla resoluutiolla.

Viimeiset rivit liittyvät kohinaan, eikä niillä ole merkitystä tässä yhteydessä.

Muuta taajuuspyyhkäisyn arvoiksi ihmisen kuuloalue, 20 Hz – 20 kHz.

Tee vastaava muutos edellisen alla olevaan analyysin määriteriviin (X-Range) kirjoittamalla siihen ihmisen kuulotaajuusalue (20 Hz – 20 kHz) muodossa: 20kHz,20Hz. Suorita analyysi ja totea taajuuskaista.

Tiedosto 037B.CIR on skaalattu 0 – 25 dB. Siitä on hieman hankala lukea silmämääräisesti –3 dB:n pisteitä, joten skaalataan Y-akseli uudelleen.

Jos kymmenjakoiselle Y-akselille määritetään jakoväliksi 3 dB, asteikon maksimiarvoksi tulee 10*3 dB = 30 dB.

Muuta 'Y Range' –arvo 30dB:ksi.

Suorita analyysi ja totea parempi luettavuus.

Jos kyseessä olisi laite, joka sekä vahvistaa että vaimentaa (esim. taajuuskorjain), tulisi Y-akseli skaalata esim. 30 dB - -30 dB. Formaatti: 30dB,-30dB tai 30,-30.

Muuta 'Y Range' –arvo 30 dB - -30 dB.

Lisää Y-akselin puoleen väliin nollaviiva (Base Line) valitsemalla työkaluriviltä 'Scope / View / Base Line' .

Suorita analyysi ja tarkista Y-akselin nollakohta ja nollaviiva.

Paina AC-analyysissä F9-painiketta, jolloin pääset 'AC Analysis Limits' –keskusteluikkunaan. Vastaava toiminto löytyy myös työkaluriviltä 'Accesess the Analysis Limits Dialog Box' (zoomipainikkeiden oikealla puolella). Etsi työkaluriviltä painike 'Marks the actual analysis data points' ja klikkaa sitä. Huomaat, että kuvaaja tuli 'paksummaksi'. Itse asiassa siinä näkyvät kaikki laskentapisteet eli datapisteet. Huomaa, että kuvaajan alku- ja loppuosassa datapisteitä on paljon enemmän kuin kuvaajan keskiosassa. Muuta 'Maximum Change %' -arvoa 0,1:stä 1:een. Suorita AC-analyysi ja huomaa vähentynyt datapisteiden määrä. Jokaisen datapisteen välillä on jana. Jos datapisteitä on liian vähän, kuvaaja ei voi olla todellisen kaltainen. Muuta vielä 'Maximum Change %' -arvoa 1:stä 0,01:een. Suorita AC-analyysi ja huomaa lisääntyneiden datapisteiden määrä. Lisääntyneestä laskentamäärästä johtuen kuvaajan piirtyminen hidastuu. Eräissä tapauksissa on tarpeellista hidastaa kuvaajan tai kuvaajien piirtymistä, jotta analyysin aikana ehditään tehdä havaintoja. Joskus saattaa ilmetä ongelmia kuvaajan piirron kanssa, ja edellä esitetystä datapisteiden määrän muutoksesta ei ole apua. Silloin on syytä tutustua 'AC Analysis Limits' –keskusteluikkunassa olevaan kohtaan 'Frequency Step' eli taajuuden lukuarvon askellustapa. Askellustavaksi on oletusarvona valittu automaattinen 'Auto', mutta sen voi tarvittaessa muuttaa joko kiinteäksi lineaariseksi, 'Fixed Linear', tai kiinteäksi logaritmiseksi, 'Fixed Log'. Kokeile näitä tapoja ja muista lopuksi palauttaa oletusarvona ollut automaattinen taajuuden askellustapa 'Auto'.

Käynnistä AC-analyysi ja avaa F9-näppäimellä analyysin keskusteluikkuna. Löydät sieltä kohdan 'Temperature' eli analyysin lämpötila, joka on yleensä asetettu huoneen lämpötilaa vastaavaksi. Voit muuttaa lämpötila-arvon haluamaksesi. Huomaa kuitenkin, että piirikaaviossa oleville komponenteille täytyy olla määriteltynä niiden lämpötilakäyttäytyminen. Aktiivikomponenteilla kuten transistoreilla ja mikropiireillä niiden lämpötilakäyttäytyminen on määritelty jo niiden mallinnuksen yhteydessä (ASCII-tiedosto), mutta passiivikomponenteilla, kuten vastus, kondensaattori ja kela ei lämpötilakäyttäytymistä ole automaattisesti huomioitu (yleensä pelkästään resistanssi, kapasitanssi tai induktanssi). Aseta lämpötila-arvoiksi '40,-40,10' ,jolloin alkulämpötila on 40 astetta. Loppulämpötila on –40 astetta ja askellus 10 astetta. Toisin sanoen analyysi suoritetaan 9 kertaa, joka kerta eri lämpötilassa. Suorita nyt AC-analyysi ja totea analyysikertojen määrä (9), lämpötilojen vaihtuminen ja uusien kuvaajien piirtyminen. Ainoa komponentti, johon lämpötilamuutos on vaikuttanut, on transistori. Lämpötilan aiheuttamat muutokset ovat pieniä, mutta selvästi havaittavia. Sulje 037B.CIR-tiedosto ja avaa 037D.CIR-tiedosto. Kyseessä on aivan sama kytkentä, paitsi että komponenteilla, vastuksilla ja kondensaattoreilla on omat lämpötilakertoimensa ja toleranssinsa. Suorita AC-analyysi ja totea lämpötilan vaikutus analyysituloksiin.

Tutki piirikaaviota (037B.CIR). Emitterivastuksen rinnalla on 100 uF:n elektrolyyttikondensaattori. Kuvitellaan, että iän myötä tämä kondensaattori 'kuivuu', jolloin sen kapasitanssi alenee. Miten transistorivahvistinaste käyttäytyy, kun emitterivastuksen rinnalla olevan ohituskondensaattorin C3 kapasitanssi alenee? Käynnistä AC-analyysi ja paina F9-painiketta, jolloin pääset 'AC Analysis Limits' –keskusteluikkunaan. Vastaava toiminto löytyy myös työkaluriviltä 'Accesess the Analysis Limits Dialog Box' (zoomipainikkeiden oikealla puolella).

Klikkaa 'Stepping…'-painiketta ja täydennä seuraavasti:

Step WhatC3

'Value'

From100uF

To1nF

Step Value10

Step It'Yes'

Method'Log'

'Ok'

Ensimmäinen rivi määrittää, mitä komponenttia tarkoitetaan; tässä tapauksessa ohituskondensaattoria C3.

Toinen rivi ehdottaa, että kyseessä on kapasitanssiarvon (value) askeltaminen. Muita vaihtoehtoja voisivat olla kondensaattorin lämpötilakerroin tai vaikkapa transistorin virtavahvistusarvo.

Kolmas rivi kyselee alkuarvoa 'From' ja neljäs loppuarvoa 'To'-

Seuraavaksi kysytään askellusarvoa 'Step Value' .

Sitten kysytään askellustapaa 'Method', lineaarinen vai logaritminen, ja aivan lopuksi kysytään, otetaanko askellus heti käyttöön eli 'Ok'.

Käynnistä analyysi ja totea, että kapasitanssin pieneneminen C3:ssa vaikuttaa pientaajuusvahvistimeen siten, että siitä tulee suurtaajuusvahvistin

Nyt kannattaa hidastaa kuvaajien piirtoa, jotta analyysikuvan yläosassa näkyvä C3:n hetkellinen arvo osattaisiin yhdistää kulloinkin piirtyvään kuvaajaan. Tämän opiskelujakson kappaleessa 'Datapisteiden lukumäärän muuttaminen' on ohjeita kuvaajien piirron hidastamiseksi. Kuvaajat kannattaa varustaa tekstilapuilla, joista ilmenee kuvaajaan liittyvä kapasitanssiarvo. Huomaa, että REL-tekstin käyttö mahdollistaa tekstilappujen 'kiinnittymisen' kuvaajaan. Simulaatio-ohjelman demoversiolla voi askeltaa kerrallaan vain yhtä parametriä.

Eräissä tapauksissa, kuten esim. tiedostoa 037D.CIR käytettäessä analyysi ajetaan useita kertoja. Eräs syy on se, että komponenttien arvoja (resistanssi, kapasitanssi…) voidaan muutella halutulla satunnaisuudella niiden nimellisarvojen toleranssien puitteissa.

Muuta analyysin ajokertojen määräksi 10

Käynnistä AC-analyysi ja valitse valikkoriviltä 'Monte Carlo / Options'.

Määritä jakauma normaalijakaumaksi valitsemalla 'Normal' eli ns. 'Gaussin jakauma'. Muita jakaumatyyppejä ovat 'Linear' (tasainen jakauma) ja 'Worst Case' (pahimmat tapaukset eli toleranssien raja-arvot).

Kirjoita kohtaan 'Number of Runs' ajokertojen lukumääräksi 10.

Kytke asettelut toimintaan valitsemalla 'Status-tilaksi' ON

Käynnistä analyysi ja seuraa kuvaruudun yläosassa näkyvää tekstiä ajokertojen lukumäärästä (Case=…)

Koska käytössä olevaan tiedostoon ei ole sisällytetty kondensaattoreiden ja vastusten toleranssiarvoja, ei ajokertojen lisääminen anna lisäinformaatiota. Avaa tiedosto 037D.CIR ja tutki sen avulla edellä esitettyjä asioita, kuten ajokertojen lukumäärää ja komponenttien toleranssiarvoja.