Suorita Transient-analyysi. Tarkista lähtöjännitteen:

Aaltomuoto

Jaksojen lukumäärä

Paina F9-painiketta, jolloin pääset 'Analysis Limits' –keskusteluikkunaan. Vastaava toiminto löytyy myös työkaluriviltä: 'Accesess the Analysis Limits Dialog Box' (zoomipainikkeiden oikealla puolella).

Skaalaa aika-akseli siten, että kuvaruudulle tulee viisi täyttä jaksoa.

Päättele: 1kHz:n taajuus vastaa 1000 värähdystä sekunnissa, joten jakson kestoaika on 1/1000s eli 1ms

10kHz:n taajuus vastaa 10000 värähdystä sekunnissa, joten jakson kestoaika on 1/10 edellisestä eli 0,1ms, joka on 100ns

Jos jaksoja pitää olla viisi, niiden yhteinen kestoaika on 5*100ms eli 500ns (0.5ms)

Kirjoita keskusteluikkunassa

'Time Range' -arvoksi 0.5ms (muista, että desimaalierottimena on piste)

Muuta myös 'Maximum Time Step' -arvoksi 0.5ms/1k (em. arvo on itse asiassa tuhannesosa 'Time Range' –arvosta; se vain on osamäärämuodossa luettavuuden helpottamiseksi)

Muuta vielä kuvaajien 1 ja 2 'X -Range' -arvot samaksi kuin 'Time Range' -arvo eli 0.5ms:ksi. Huomaa, että jälkimmäistä arvoa ei enää tarvitse kirjoittaa, vaan se löytyy hiiren oikeanpuoleista painiketta käyttämällä valikosta

Suorita Transient-analyysi ja totea jaksojen oikea lukumäärä (5)

Palauta lopuksi keskusteluikkunan määritteet alkuperäisiksi. Tai vaihtoehtoisesti, kun lopetat simulaatio-ohjelman käytön, älä talleta tehtyjä muutoksia.

Paina F9-painiketta, jolloin pääset 'Transient Analysis Limits' –keskusteluikkunaan. Vastaava toiminto löytyy myös työkaluriviltä: 'Accesess the Analysis Limits Dialog Box' (zoomipainikkeiden oikealla puolella).

Skaalaa aika-akseli siten, että tasajakoisen (lineaarisen) taajuusasteikon tilalle tulee logaritminen taajuusasteikko.

Klikkaa hiirellä keskusteluikkunan vasemmassa laidassa olevaa 'Defines whether the X-axis is a linear or log scale', jolloin vaaka-akselin skaalaus muuttuu logaritmiseksi.

Käynnistä analyysi, jolloin ohjelma antaa virheilmoituksen 'Illegal Range'. Mieti hetki, mistä tämä voisi johtua. – Aivan oikein, skaalauksen lukuarvona oli 5ms eli 0 – 5ms. Logaritmisella asteikolla ei ole nollakohtaa!

Muuta skaalauksen lukuarvopariksi esim. 10ms,1us (huomaa formaatti: ensin suurempi arvo ja sitten lukuerottimena toimivan pilkun jälkeen pienempi arvo). Suorita Transient-analyysi ja totea logaritminen skaalaus aika-akselilla

Palauta lopuksi keskusteluikkunan määritteet alkuperäisiksi. Tai vaihtoehtoisesti, kun lopetat simulaatio-ohjelman käytön, älä talleta tehtyjä muutoksia. Palaa piirikaavioeditoriin.

Muuta piirikaaviossa generaattorin amplitudi 250mV:ksi klikkaamalla generaattorin määrityslauseketta ja korvaamalla aikaisempi amplitudiarvo uudella arvolla.

Suorita Transient-analyysi uudelleen ja totea, että jännitearvot ylittävät skaalauksen

Avaa 'Analysis Limits' –keskusteluikkuna F9-painikkeella. Skaalaa ylemmän kuvan (1) jännite-akseli siten, että kuva näkyy kokonaisuudessaan.

Anna kuvan 1 'Y-Range' -arvoksi 250mV (0.25V) ja huomaa formaatti: 250mV,-250mV, jossa lukujen erottimena on pilkku.

Suorita Transient-analyysi uudelleen ja totea ylemmän kuvan kuvaajan näkyvän sopivasti. Huomasit varmaan, että generaattorin amplitudi jäi oletettua pienemmäksi. Tämä johtuu siitä, että generaattorilla on sarjavastus (sovituksen vuoksi) ja osa jännitteestä häviää siihen.

Skaalaa seuraavaksi alemman kuvan (2) jänniteakseli. Koska jännitteen suuruutta voi olla vaikea päätellä, voidaan nyt käyttää automaattista skaalausta (AUTO).

Skaalaa jänniteakseli siten, että joko kirjoitat sen 'Y-Range' -ruutuun 'Auto' tai valitset sen hiiren oikeanpuoleista painiketta käyttämällä valikosta.

Suorita Transient-analyysi ja totea, että alemman kuvan skaalaus onnistui jollain tavoin. Luettavuus ei aina ole paras mahdollinen, joten epäsymmetrinen skaalaus (2,-3) kannattaa muokata vielä manuaalisesti muotoon (2.5V.-2.5V). Huomaa, että laadut eivät ole pakollisia, mutta ne parantavat luettavuutta. Suorita Transient-analyysi vielä kerran ja totea, että molemmat kuvaajat ovat hyvin luettavissa. Voit vielä kytkeä molemmat kuvaajat samaan kuvaan muuttamalla kuvan 1 numeron numeroksi 2 tai päinvastoin. Huomaa, että vaikka kuvilla on eri jänniteskaalaukset, ohjelma valitsee yhteiseksi jänniteskaalaksi lukuarvoltaan suuremman.

Jänniteakselin logaritminen skaalaus

Tutki 'Analysis Limits' –keskusteluikkunassa olevaa alinta (kolmatta) määriteriviä

Sen lineaarisella vaaka-akselilla on ajan (t) asemasta taajuus (f) ja logaritmisella pysty-akselilla on suhteellinen jännite (jota tosin ei ole merkitty)

Kyseessä on Fourier-analyysi, joka analysoi piirin lähtöjännitteen pisteestä out1 ja jakaa sen siniaaltokomponenteiksi. Tässä yhteydessä käytetään yleensä lineaarista taajuusasteikkoa ja logaritmista jänniteasteikkoa

Kytke tämä kolmas määriterivi aktiiviseksi kirjoittamalla sen alkuun kuvanumero 3 ja poista samalla kuvien 1 ja 2 esitys klikkaamalla niiden määriterivien alussa olevaan P-ruutuun, ja hiiren oikeanpuoleista painiketta käyttämällä valitse 'None' eli ei mitään. Suorita analyysi ja tutki asteikkojen skaalauksia.

Palauta lopuksi keskusteluikkunan määritteet alkuperäisiksi. Tai vaihtoehtoisesti, kun lopetat simulaatio-ohjelman käytön, älä talleta tehtyjä muutoksia.

Harjoitustehtävä 1 – Puolilogaritmipaperin teko. Kirjoita 'Transient Analysis Limits' –keskusteluikkunassa uusi määriterivi (käytä tarvittaessa ADD-painiketta saadaksesi uuden rivin). Lisää (tai muuta):

'P'4

'X-Expression't

'Y-Expression'v(0)

'X-Range'10Meg,1

'Y-Range'50

'Fmt'5.3

Ensimmäinen rivi määrittää kuvanumeron

Toinen rivi määrittää X-akselin aika-akseliksi (ei merkitystä tässä yhteydessä).

Kolmas rivi kertoo, että ohjelma mittaa jännitettä solmupisteestä numero nolla (0), jossa jännitteen tiedetään koko ajan olevan nollassa. Tällä tavoin analyysi saadaan ’narraamalla’ käyntiin, eikä häiritsevää kuvaajaa piirry.

Seuraava rivi määrittää Y-akselin skaalauksen nollasta 50:een. Jos se halutaan päinvastaiseksi, silloin määrite on 0,50.

Viimeinen rivi on tässä yhteydessä merkityksetön.

Muuta yllä olevan määriterivin X-akselin skaalaus logaritmiseksi keskusteluikkunassa olevan painikkeen avulla. Kytke muut kuvat (1, 2 ja 3) pois keskusteluikkunassa olevien määriterivien vasemmassa reunassa olevien painikkeiden avulla. Suorita Transient-Analyysi, tarkista tulos. Tulosta puolilogaritmilomake paperille.

Harjoitustehtävä 2 – Kokologaritmipaperin teko. Kirjoita 'Analysis Limits' –keskusteluikkunassa uusi määriterivi (käytä tarvittaessa ADD-painiketta saadaksesi uuden rivin). Lisää (tai muuta):

’P’4

’X-Expression’t

’Y-Expression’v(0)

’X-Range’10Meg,1

’Y-Range’1000,1

’Fmt’5.3

Ensimmäinen rivi määrittää kuvanumeron.

Toinen rivi määrittää X-akselin aika-akseliksi (ei merkitystä tässä yhteydessä).

Kolmas rivi kertoo, että ohjelma mittaa jännitettä solmupisteestä numero nolla (0), jossa jännitteen tiedetään koko ajan olevan nollassa. Tällä tavoin analyysi saadaan 'narraamalla' käyntiin, eikä häiritsevää kuvaajaa piirry.

Seuraava rivi määrittää Y-akselin skaalauksen 1:stä tuhanteen (1-1000). Jos se halutaan esimerkiksi 0,1:stä 10’000:een, määrite annetaan esim. muodossa: 10k,.1 eli käytetään etuliitettä k ja yhtä pienemmästä desimaaliluvusta jätetään merkityksetön 'etunolla' pois. Huom. kyseessä ei ole ’kikkailu’ vaan valmiuksien hankkiminen esim. ohjelman valmistajan tekemien määritteiden tulkintaa ajatellen.

Viimeinen rivi on tässä yhteydessä merkityksetön.

Muuta yllä olevan määriterivin X-akselin skaalaus logaritmiseksi keskusteluikkunassa olevan painikkeen avulla. Muuta myös yllä olevan määriterivin Y-akselin skaalaus logaritmiseksi keskusteluikkunassa olevan painikkeen avulla. Kytke muut kuvat (1, 2 ja 3) pois keskusteluikkunassa olevien määriterivien vasemmassa reunassa olevien painikkeiden avulla. Suorita Transient-Analyysi, tarkista tulos. Tulosta kokologaritmilomake paperille.

Paina Transient-analyysissä F9-painiketta, jolloin pääset 'Transient 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'. Nyt siinä näkyvät kaikki laskentapisteet (datapisteet). Muuta 'Maximum Time Step' -arvoa siten, että se on vain 1/100 sen yläpuolella olevasta 'Time Range' -arvosta (esim. 0,5ms/100). Suorita Transient-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 Time Step’ -arvoa siten, että se on 1/10000 sen yläpuolella olevasta ’Time Range’ -arvosta (esim. 0,5ms/10k). Suorita Transient-analyysi ja huomaa lisääntyneiden datapisteiden määrän aiheuttama viive laskennassa ja kuvaajan tulostumisessa. Muuta vielä ’Maximum Time Step’ -arvoa siten, että kuvaajan piirtyminen vie aikaa noin 5-30s. Suorita Transient-analyysi ja pysäytä se ESC-painikkeella generaattorin jännitteen ollessa positiivisen puolijakson huipussa. Siirry analyysistä piirikaavioon F3-painikkeella ja klikkaa hiirellä työkalurivin ’13’-painiketta, jolloin kytkennän solmupisteiden jännitteet analyysin lopettamishetkellä tulevat näkyviin. Suorita Transient-analyysi uudelleen ja paina näppäimistön ’p’-painiketta, jolloin saat näkyviin kuvaajan hetkellisen numeroarvon x- ja y-akseleiden suhteen.

Käynnistä Transient-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 Transient-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 Transient-analyysi ja totea lämpötilan vaikutus analyysituloksiin.

Tutki piirikaaviota (037B.CIR). Emitterivastus muodostuu kahdesta eri vastuksesta, R5:stä ja R6:sta. R5:den arvo on 196 ohmia. Entäpä jos korvaisin sen 220 ohmilla tai 180 ohmilla? 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 WhatR5

’Value’

From180

To220

Step Value10

Step It’Yes’

Method’Linear’

’Ok’

Ensimmäinen rivi määrittää, mitä komponenttia tarkoitetaan (tässä tapauksessa emitterivastusta R5)

Toinen rivi ehdottaa, että kyseessä on resistanssiarvon (value) askeltaminen. Muita vaihtoehtoja voisivat olla vastuksen 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? Lopuksi kysytään otetaanko askellus heti käyttöön eli ’Ok’

Käynnistä analyysi ja totea, että jo pienikin resistanssiarvon muutos R5:ssä vaikuttaa vahvistukseen noin 3 dB!

Muuta samalla tavoin esim. kondensaattorin C1 arvoa 1 uF:sta (= 1000 nF) 0.5 uF:iin ja totea ’kuivuvan’ kondensaattorin vaikutus vahvistimen toimintaan.

Avaa tiedosto 037B.CIR ja suorita Transient-analyysi. Paina F9-painiketta, jolloin pääset ’Transient Analysis Limits’ –keskusteluikkunaan. Muuta tulojännitteen ja lähtöjännitteen kuvaajat samaan kuvaan. Suorita analyysi ja totea, että molemmat kuvaajat näkyvät ja että niiden määritteet on merkitty kuvan alaosaan kuvaajan värillä. Entäpä mustavalkotulostettuna?