Übungen zur DC

Simulationstechnik
3. Übungen zur DC-Analyse
3.1 SPANNUNGSTEILER
Es soll das Verhalten eines einfachen Spannungsteilers simuliert werden.
Die Simulationsanweisung verändert die Spannungsquelle V1 linear von 0V bis 10V in 1VSchritten.
Betrachten Sie die Netzliste unter View > Spice Netlist nach dem Simulationslauf.
* C:\Program Files (x86)\LTC\LTspiceIV\Draft1.asc
R1 2 1 1k
R2 0 2 1.1k
V1 1 0 0V
R3 0 2 1k
.dc V1 0 10 1
.backanno
.end
Das Ergebnis der Simulation zeigt den Verlauf der Spannungen an den Knoten 1 und 2 der
Schaltung:
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Wird der Knoten 2 zusätzlich mit 1kOhm belastet:
Betrachtet man die Ströme durch die Widerstände:
Beachte: Hier wurde der untere Teilerwiderstand etwas verändert, um beide Ströme sichtbar zu
machen – sonst wären die Ströme durch R2 und R3 übereinander gelegen.
Berechnung des Eingangswiderstandes, wie ihn die Quelle sieht:
Berechnet durch Darstellung der Spannung am Knoten 1, rechts auf den Schriftzug oberhalb
des Diagramms klicken und die Rechenvorschrift eingeben:
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Die Leistungen in den Widerständen:
3.2 DIODENKENNLINIE
Bei dieser Aufgabe geht es um die Simulation einer Diodenkennlinie. Dazu wird eine Diode vom
Typ 1N4148 verwendet und mit einer Spannungsquelle verbunden.
Das zugehörige Simulationsprofil wird unter Simulate > Edit Simulation Command eingestellt.
Aktiviert wird als Analysis Type: DC Sweep; bei 1. Source: Name: V1; Type of Sweep: Linear;
Start value: -1V, Stop Value: 1V, Increment: 0.01V.
Starten Sie nun den Simulationslauf mit Simulate > Run.
Zur Darstellung von Spannungen und Strömen müssen Sie im Schaltbild-Fenster den Cursor
entweder über ein Bauteil zur Anzeige des im Bauteil fließenden Stromes oder an eine
Verbindungsleitung (einen Schaltungsknoten) zur Anzeige der Knotenspannung führen. Der
Cursor ändert dabei seine Form und stellt entweder eine Stromzange oder einen Tastkopf dar.
Sie können die darzustellende Größe auch im Plot-Fenster unter View > Visible Traces
auswählen. Durch gedrückt Halten der Shift-Taste können Sie gleichzeitig mehrere Kurven
anzeigen – allerdings nur welche der gleichen Form, beispielsweise mehrere Ströme oder
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mehrere Spannungen. Wenn Sie die Strg-Taste bei der Auswahl gedrückt halten, können auch
Spannungen und Ströme gleichzeitig aktiviert werden.
Hier soll der Diodenstrom über der Quellenspannung dargestellt werden.
Verändern Sie nun den Maßstab der Darstellung, indem Sie den Cursor über die yAchsenbeschriftung führen, die linke Maustaste drücken und den Bereich von –10nA bis +30nA
mit einer Schrittweite von 3nA angeben.
Was sehen Sie jetzt?
Simulieren Sie die Kennlinie bei verschiedenen Temperaturen. Hierzu wird direkt ein SPICEKommando eingegeben: Aus der Icon-Zeile das ganz rechts zu findende Symbol .op auswählen
und das Kommando “.temp -50 0 50 eingeben.
Nach erfolgter Simulation sehen Sie die drei Stromverläufe bei den vorgegebenen
Temperaturen.
Verändern Sie den Maßstab der Darstellung: In Y-Richtung: 0 bis 20mA in 2mA-Schritten, in XRichtung: 0.6V bis 0.9V in 0.1V-Schritten.
Mit der rechten Taste im Ergebnisfenster können Sie unter Add Trace eine Linie bei 10mA
einzeichnen lassen.
Messen Sie mit Hilfe des Cursors die Spannung an der Diode, wenn 10mA in Durchlassrichtung
fließen. (Cursor über der Kreuzung einer Diodenkennlinie mit der 10mA-Linie platzieren, links
unten werden die x- und y-Koordinaten angezeigt)
T = -50°C:
UD =
mV
T = 0°C:
UD =
mV
T = 50°C:
UD =
mV
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3.3 TRANSISTORKENNLINIE
Diesmal soll die Kennlinie eines Bipolartransistors simuliert werden. Im Schaltbild wurden ein
Transistor von Typ „2N2222“ sowie eine Stromquelle und eine Spannungsquelle verwendet.
Platzieren des Transistors: Place Component > npn
Mit dem Cursor über dem Transistor und gedrückter rechter Taste „Pick new Transistor“
auswählen und den Typ 2N2222 aus dem auftauchenden Fenster auswählen.
Unter Simulate > Edit Simulation Cmd eintragen:
DC_Sweep
1st Source: V1, Sweep Type Linear, Start Value: -1V, Stop: 20V, Inc.: 0.01V
2nd Source: I1, Sweep Type Linear, Start Value: 0.1mA, End: 1.1mA, Inc.: 0.2mA
Im Bild ist der Kollektorstrom von Q1 über der Kollektor-Emitterspannung (das IC/UCE Kennlinienfeld des Transistors) angezeigt.
Im Grafikfenster rechte Maustaste (rT): Add Plot Pane, dann rT: Visible Traces: IC(Q1)
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mit rT auf die Plotüberschrift zeigen und in das Fenster Ic(Q1) / Ib(Q1) eintragen.
Damit wird im oberen Plot die basisstromabhängige Verstärkung dargestellt.
Messen Sie die maximale Stromverstärkung im Vorwärtsbetrieb bei UCE = 11 V bzw. im
Rückwärtsbetrieb bei UCE = -1 V aus.
3.4 OPERATIONSVERSTÄRKER
3.4.1 DC-Simulation
DC-Sweep, 1st Source: V3, Sweep type: linear, Start: -12V, End Value: 12V, Inc: 1V
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Beschreiben Sie das Verhalten des OP bei variabler Eingangsspannung!
Welche Eigenschaft der Verstärkerschaltung erkennen Sie?
3.4.2 PARAMETER SWEEP
Untersuchen Sie das Verhalten des OP bei unterschiedlicher Verstärkung. Dazu ersetzen Sie
den Wert des Widerstandes R2 durch eine Variable in geschweiften Klammern. Der dazu
gehörige Simulationsbefehl ist im Bild mit eingetragen: .step param RV 1k 21k 10k (die
Variable RV wird von 1k bis 21k in 10k-Schritten durchlaufen)
Simulationseinstellungen sind: DC-Sweep V3 von -2V bis +2V in 0.5V-Schritten
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Warum verhält sich der OP bei 10-facher Verstärkung nichtlinear (Kurve weist Knicke im Verlauf
auf)?
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