402001 ELECTRONIC CIRCUITS 1 Spring

402001 ELECTRONIC CIRCUITS 1 Spring 2016 2
SPICE Homework Due Monday, Feb. 22,12:300pm



1. Using any SPICE based simulation system, plot the V-I characteristics of a 1N4148 diode. Most PC based programs already contain the 1N4148 diode model; however, if you are using http://www.nanohub.org/ you will need to input model parameters. Below are the model
parameters used by the Cadence PSpice program.

.model D1N4148 D(Is=2.682n N=1.836 Rs=.5664 Ikf=44.17m Xti=3 Eg=1.11 Cjo=4p
+ M=.3333 Vj=.5 Fc=.5 Isr=1.565n Nr=2 Bv=100 Ibv=100u Tt=11.54n)

The V-I characteristics are obtained by performing a D.C. Voltage Sweep using the following circuit.


V

0Vdc

D1 D1N4148



0
Sweep the D.C. voltage from –0.2 V to 1.0 V to obtain a plot similar to the graph below.











2. Using the cursor, mark a point at about –0.1 V to estimate the value of IS (as shown above) and record the result on the cover sheet.

3. Plot the dynamic resistance of the diode logarithmically to obtain a plot similar to the plot below.

The dynamic resistance rd is the reciprocal of the slope of the diode I-V characteristic evaluated at the operating point, Q.

rd  
Q

 VT
ID  IS

  VT
ID


(for forward bias)

where η is the ideality factor and VT is the thermal voltage. Since the PSpice simulation assumes a temperature of 27°C,

V  k T
T q

 25.87 mV .

4. Modify your plot to provide an estimate of the ideality factor. That is, plot   ID rd .
VT












5. Using the cursor mark a point at about 0.3 V to estimate the value of η (as shown above) and record the result on the cover sheet.
NOTE: Our approximation requires that the diode be forward biased but we note that the diode behavior begins to deviate from that of an ideal diode at both very low and high currents.


Now that we know all about our diode’s characteristics, let’s build something!
How about a variable attenuator? (This is known as a rhetorical question.)



The attenuator will be based on the following circuit:


Vcc







Vcc



Vcc

?? Vdc

VSIN

VOFF = 0V VAMPL = 10mV FREQ = 5kHz


0 0

NOTE: The elements in the box at the right are added to simulate the effect of the oscilloscope set to
A.C. coupling and should not affect (or be included in) your hand calculations.

6. Determine the value of rd at 2µA from the diode V-I characteristics.
The plots below suggest how this can be easily accomplished. Using “Add Plot to Window”, both the V-I characteristics and dynamic resistance can appear in the same view. Simply place one cursor on the desired current and the other cursor at the corresponding voltage on the dynamic resistance plot to directly read the dynamic resistance.
























V 1
7. Assuming that ID = 2µA, determine a value for R2 such that the attenuation ratio out  .
VS 2
You can neglect the effect of the oscilloscope input impedance in this and the following calculations.
8. Since we want to actually build the attenuator, we need to select a real resistor value. The table on page 1300 of the text shows the values of 5% tolerance resistors that are available. Select the closest single 5% resistor value to use for R2.
9. Since you probably can not use the exact value of R2 you calculated in Part 7, you may need to slightly adjust your operating point to achieve an attenuation ratio of exactly 1 . Assuming that
2
the value of your single 5% resistor is exactly equal to the nominal value, calculate the new
1
value of the dynamic resistance, rd, that will produce an attenuation ratio of .
2
10. Determine the diode operating point that will produce this new value of dynamic resistance, rd, and record the values of ID and VD on the cover sheet.

11. Determine the value of VCC required to achieve the operating point that will produce the value of 1

rd required to produce an attenuation ratio of

with the value of R2 that you have selected.
2

12. Place the computed values of R2 and VCC in the attenuator circuit shown above and perform a transient simulation (of duration 2ms) to produce a plot as shown below.










NOTE: If your initial output trace is “lumpy” adjust the maximum step size to produce a smooth output trace. You may also notice that your output plot is not quite symmetric about zero volts. The reason is that the capacitors are initially uncharged. You can compensate for this by either applying an initial charge to the capacitors (using the IC property) or by simply skipping the first few milliseconds of the output to allow the charging transients to die out.

12.5 If your output trace does not have a peak value of nearly 5 mV reexamine your work in Parts 6–11 and determine new values of R2 and VCC to produce plot shown above in Part 12.

13. Determine the two values of the dynamic resistance (rd) required

Kết quả (Việt) 1:

402001 MẠCH điện TỬ 1 mùa xuân 2016 2Gia VỊ bài tập ở nhà do thứ hai, tháng hai 22, 12:300 pm1. sử dụng bất kỳ gia VỊ dựa trên hệ thống mô phỏng, vẽ chữ V-tôi đặc điểm của một diode 1N4148. Hầu hết máy tính dựa trên chương trình đã chứa các mô hình diode 1N4148; Tuy nhiên, nếu bạn đang sử dụng http://www.nanohub.org/ bạn sẽ cần phải nhập các thông số mô hình. Dưới đây là các mô hìnhtham số được sử dụng bởi chương trình Cadence PSpice..Model D1N4148 D (= 2.682n N = 1.836 Rs =. 5664 Ikf = 44,17 m Xti = 3 ví dụ = 1.11 Cjo = 4 p+ M =. 3333 Vj =. 5 Fc =. 5 Isr = 1.565n Nr = 2 Bv = 100 Ibv = 100u Tt = 11.54n)V-tôi đặc tính thu được bằng cách thực hiện một DC điện áp quét bằng cách sử dụng các vi mạch. V0Vdc D1 D1N4148 0Quét D.C. ở cấp điện áp từ –0.2 V đến 1.0 V để có được một cốt truyện tương tự như biểu đồ dưới đây.2. sử dụng con trỏ chuột, đánh dấu một điểm ở về –0.1 V để ước tính giá trị của IS (như trên) và ghi lại các kết quả trên trang bìa.3. nội dung kháng động của diode logarithmically để có được một cốt truyện tương tự như cốt truyện bên dưới. Rd động kháng là đối ứng của độ dốc của các đặc tính tôi-V diode đánh giá tại thời điểm hoạt động, Q. Rd  Q  VTID ĐỘT LÀ   VTID (đối với các xu hướng về phía trước) nơi η là yếu tố ideality và VT là nhiệt áp. Kể từ khi mô phỏng PSpice giả định nhiệt độ 27° C, V  k TT q  25.87 mV. 4. sửa đổi nội dung của bạn để cung cấp một ước tính của các yếu tố ideality. Đó là, lô   ID rd.VT5. sử dụng con trỏ chuột đánh dấu một điểm ở về 0.3 V để ước tính giá trị của η (như trên) và ghi lại các kết quả trên tấm bìa.Lưu ý: Chúng tôi xấp xỉ đòi hỏi các diode được thiên vị về phía trước nhưng chúng tôi lưu ý rằng hành vi của diode bắt đầu đi chệch khỏi mà một diode lý tưởng tại dòng cả rất thấp và cao.Bây giờ mà chúng tôi biết tất cả về đặc điểm của diode của chúng tôi, hãy xây dựng một cái gì đó!Làm thế nào về một biến attenuator? (Điều này được gọi là một câu hỏi rhetorical.) Attenuator sẽ được dựa trên các mạch sau đây: VCC VCC VCC?? VDC VSINVOFF = 0V VAMPL = 10mV FREQ = 5kHz 0 0Lưu ý: Các yếu tố trong hộp ở phía bên phải được bổ sung để mô phỏng các hiệu ứng của oscilloscope thiết lập đểKhớp nối AC và nên không ảnh hưởng đến (hoặc được bao gồm trong) tính toán bàn tay của bạn. 6. xác định giá trị của rd tại 2µA từ các diode V-tôi đặc trưng.Lô dưới đây cho thấy làm thế nào điều này có thể dễ dàng thực hiện. Bằng cách sử dụng "Thêm cốt truyện để cửa sổ", cả hai chữ V-tôi đặc và năng động kháng có thể xuất hiện trong cùng một giao diện. Chỉ cần đặt một con trỏ hiện nay mong muốn và con trỏ khác tại cấp điện áp tương ứng vào âm mưu động kháng trực tiếp đọc cuộc kháng chiến động.V 17. giả sử rằng ID = 2µA, xác định một giá trị cho R2 sao cho tỷ lệ suy giảm trong .VS 2Bạn có thể bỏ qua hiệu ứng trở kháng đầu vào máy hiện sóng ở điều này và các tính toán.8. vì chúng ta muốn thực sự xây dựng attenuator, chúng ta cần phải chọn một giá trị điện trở thực tế. Bảng trên 1300 trang của văn bản Hiển thị các giá trị của điện trở khoan dung 5% có sẵn. Chọn giá trị điện trở 5% đơn gần nhất để sử dụng cho R2.9. kể từ khi bạn có thể không thể sử dụng giá trị chính xác của R2 bạn tính trong phần 7, bạn có thể cần một chút điều chỉnh điểm hoạt động của bạn để đạt được một tỷ lệ suy giảm 1 cách chính xác. Giả định rằng2giá trị của điện trở 5% duy nhất của bạn là chính xác tương đương với giá trị danh nghĩa, tính toán mới1giá trị của cuộc kháng chiến động, rd, mà sẽ tạo ra một sự suy giảm tỷ lệ.210. xác định các diode hoạt động mà sẽ tạo ra giá trị mới này của kháng chiến động, rd, và ghi các giá trị của ID và VD trên tấm bìa.11. xác định giá trị của VCC cần thiết để đạt được mức hoạt động mà sẽ sản xuất giá trị của 1 Rd cần thiết để tạo ra một sự suy giảm tỷ lệ với giá trị của R2 mà bạn đã chọn.2 12. nơi các tính toán giá trị của R2 và VCC trong mạch attenuator Hiển thị ở trên và thực hiện một thoáng qua mô phỏng (thời gian 2ms) để sản xuất một cốt truyện như hình dưới đây.Lưu ý: Nếu bạn theo dõi sản lượng ban đầu là "sần" điều chỉnh kích thước tối đa bước để sản xuất một mịn ra dấu vết. Bạn cũng có thể thấy rằng không phải là của mình âm mưu đầu ra khá đối xứng về zero volt. Lý do là các tụ uncharged ban đầu. Bạn có thể bù đắp cho điều này bằng hai cách áp dụng một khoản phí ban đầu tụ điện (sử dụng tài sản IC) hoặc bằng cách chỉ đơn giản là bỏ qua vài mili giây đầu tiên của sản lượng cho phép tạm sạc chết ra ngoài.12,5 nếu dấu vết đầu ra của bạn không có giá trị cao điểm gần như 5 mV reexamine công việc của bạn trong phần 6 – 11 và xác định các giá trị mới của R2 và VCC để sản xuất nội dung Hiển thị ở trên trong phần 12.13. xác định hai giá trị của cuộc kháng chiến động (rd) được yêu cầu

Kết quả (Việt) 2:

402.001 mạch điện tử 1 mùa xuân 2016 2
Spice Bài tập về nhà Do Thứ Hai, Tháng Hai 22,12: 300pm



1. Sử dụng bất kỳ Spice dựa trên hệ thống mô phỏng, cốt truyện đặc VI của một diode 1N4148. Hầu hết các chương trình dựa trên máy tính đã có các mô hình 1N4148 diode; Tuy nhiên, nếu bạn đang sử dụng http://www.nanohub.org/ bạn sẽ cần đến các thông số đầu vào mô hình. Dưới đây là mô hình
các thông số được sử dụng bởi các chương trình Cadence PSpice.

.model D1N4148 D (Is = 2.682n N = 1,836 Rs = 0,5664 IKF = 44.17m XTI = 3 Ví dụ = 1.11 = Cjo 4p
+ M = 0,3333 Vj = 0,5 fc = 0,5 ISR = 1.565n Nr = 2 Bv = 100 IBV = 100U Tt = 11.54n)

các VI đặc điểm thu được bằng cách thực hiện một điện áp Sweep DC sử dụng các mạch sau đây.


V

0Vdc

D1 D1N4148



0
Sweep điện áp DC từ -0.2 V đến 1,0 V để có được một cốt truyện tương tự như biểu đồ dưới đây.











2. Sử dụng con trỏ, đánh dấu một điểm khoảng -0,1 V để ước tính giá trị của IS (như hình trên) và ghi lại các kết quả trên trang bìa.

3. Biểu diễn các kháng năng động của diode loga để có được một cốt truyện tương tự như cốt truyện dưới đây.

Cuộc kháng chiến lần thứ năng động là nghịch đảo của độ dốc của đặc tính diode IV đánh giá tại các điểm hoạt động, Q.

thứ  
Q

 VT
ID  LÀ

  VT
ID


(cho sự thiên vị về phía trước)

trong đó η là yếu tố lý tưởng và VT là điện áp nhiệt. Kể từ khi mô phỏng PSpice giả định một nhiệt độ 27 ° C,

V  k T
T q

 25,87 mV.

4. Sửa đổi cốt truyện của bạn để cung cấp một ước tính của các yếu tố lý tưởng. Đó là, âm mưu   ID rd.
VT












5. Sử dụng con trỏ đánh dấu một điểm vào khoảng 0,3 V để ước tính giá trị của η (như hình trên) và ghi lại các kết quả trên trang bìa.
LƯU Ý: xấp xỉ của chúng tôi yêu cầu các diode được chuyển tiếp thiên vị nhưng chúng tôi lưu ý rằng hành vi diode bắt đầu đi chệch khỏi đó của một diode lý tưởng ở cả hai dòng điện rất thấp và cao.


Bây giờ chúng ta biết tất cả về đặc tính diode của chúng tôi, hãy xây dựng một cái gì đó!
Làm thế nào về một bộ suy hao biến? (Điều này được biết đến như là một câu hỏi tu từ.)



Các suy hao sẽ được dựa trên các mạch sau đây:


VCC







VCC



VCC

?? Vdc

VSIN

VOFF = 0V VAMPL = 10mV FREQ = 5kHz


0 0

Chú ý: Các thành phần trong hộp ở bên phải được bổ sung để mô phỏng hiệu ứng của máy hiện sóng thiết lập để
A.C. khớp nối và không ảnh hưởng (hoặc được đưa vào) tính toán tay của bạn.

6. Xác định giá trị của thứ tại 2μA từ diode VI đặc.
Các đồ dưới đây cho thấy làm thế nào điều này có thể dễ dàng thực hiện. Sử dụng "Add Lô Window", cả hai đặc tính VI và kháng năng động có thể xuất hiện trong cùng một cửa. Đơn giản chỉ cần đặt một con trỏ trên hiện mong muốn và con trỏ khác tại cấp điện áp tương ứng trên các âm mưu chống động để trực tiếp đọc các kháng năng động.
























V 1
7. Giả sử rằng ID = 2μA, xác định giá trị cho R2 như vậy mà tỷ lệ suy giảm hiện  .
VS 2
Bạn có thể bỏ qua ảnh hưởng của trở kháng sóng đầu vào trong này và các tính toán sau.
8. Kể từ khi chúng tôi muốn thực sự xây dựng các bộ suy giảm, chúng ta cần phải chọn một giá trị điện trở thực sự. Bảng trên trang 1300 của văn bản cho thấy các giá trị của điện trở 5% khoan dung có sẵn. Chọn 5% giá trị điện trở đơn gần nhất để sử dụng cho R2.
9. Vì bạn có thể không thể sử dụng các giá trị chính xác của R2 bạn tính toán trong phần 7, bạn có thể cần phải điều chỉnh một chút điểm điều hành của bạn để đạt được một tỷ lệ suy giảm chính xác 1. Giả sử
2
giá trị của đơn 5% điện trở của bạn là chính xác bằng với giá trị danh nghĩa, tính toán mới
1
giá trị của cuộc kháng chiến năng động, rd, mà sẽ tạo ra một tỷ lệ suy giảm của.
2
10. Xác định các điểm hoạt động diode đó sẽ tạo ra giá trị mới này của kháng năng động, rd, và ghi lại các giá trị của ID và VD trên trang bìa tờ.

11. Xác định giá trị của VCC cần thiết để đạt được các điểm hoạt động sẽ tạo ra giá trị của 1

thứ cần thiết để sản xuất một tỷ lệ suy giảm của

các giá trị của R2 mà bạn đã chọn.
2

12. Đặt các giá trị tính toán của R2 và VCC trong mạch suy hao hiển thị ở trên và thực hiện một mô phỏng thoáng qua (2ms thời hạn) để tạo ra một cốt truyện như hình dưới đây.










Chú ý: Nếu vết sản lượng ban đầu của bạn là "sần" điều chỉnh kích thước bước tối đa để sản xuất một đầu ra dấu vết trơn tru. Bạn cũng có thể nhận thấy rằng âm mưu đầu ra của bạn là không hoàn toàn đối xứng về không volts. Lý do là các tụ điện ban đầu là không tích. Bạn có thể bù đắp cho điều này bằng cách áp dụng một khoản phí ban đầu để các tụ điện (sử dụng tài sản IC) hoặc chỉ đơn giản bỏ qua vài mili giây đầu tiên của đầu ra để cho phép quá độ sạc để chết ra ngoài.

12.5 Nếu dấu vết đầu ra của bạn không có một đỉnh cao giá trị gần 5 mV kiểm tra lại công việc của bạn trong Phần 6-11 và xác định các giá trị mới của R2 và VCC để sản xuất lô hiển thị ở trên trong phần 12.

13. Xác định hai giá trị của cuộc kháng chiến động (rd) cần