Исследования влияния параметров пассивных элементов на статические и динамические характеристики базового логического элемента

3.1. Влияние изменения R1, R2, R3, R4, R12, C1 на величины , и

Для оценки влияния изменений сопротивлений на параметры сигналов используем режим многовариантного анализа программы MicroCap 9 «Stepping»[1]. Влияние R1 на передаточную характеристику и уровни выходных сигналов, представлено на рисунке 10.

Рисунок 10 - Влияние изменений R1 на передаточную характеристику

В таблицу 2 занесены конкретные числовые значения и для различных значений R1.

Таблица 2.

Значение R1, Ом	, В	, В
	2, 7	0, 34
	2, 7	0, 37
	2, 7	0, 37
	2, 7	0, 37
	2, 7	0, 38

На основе таблицы 2 в программе Excel были построены графики, представленные на рисунке 11.

Рисунок 11- Зависимость уровней и от R1

Из графика видно, что изменение величины сопротивления R1 практически не оказывает влияния на уровень логической единицы, но несколько изменяет уровень логического нуля на выходе.

Влияние R2 на передаточную характеристику и уровни выходных сигналов, представлено на рисунке 12.

Рисунок 12 – Влияние R2 на передаточную характеристику

Числовые значения выходных напряжений (рисунок 12) для различных значений R2 представлены в таблице 3.

Таблица 3

Значение R2, Ом	, В	, В
	2, 7	0, 32
	2, 7	0, 35
	2, 7	0, 37
	2, 7	0, 38
	2, 7	0, 37
	2, 7	0, 37

В программе Excel на основе таблицы 3 были построены графики, показанные на рисунке 13.

Рисунок 13 – Зависимость уровней и от R2

Как видно, на рисунке 13 изменения R2 не оказывают существенного влияния на уровень логической единицы, но меняется уровень значения логического нуля: его значения колеблются в пределах от 1, 6 В до 1, 9В.

Влияние R3 на передаточную характеристику и уровни выходных сигналов представлено на рисунке 14.

Рисунок 14 – Влияние R3 на передаточную характеристику

Данные из графиков рисунка 14 внесены в таблицу 4.

Таблица 4.

Значение R3, Ом	, В	, В
		0, 28
	2, 8	0, 3
	2, 7	0, 3
	2, 6	0, 3
	2, 6	0, 3
	2, 5	0, 3

В программе Excel на основе таблицы 4 построены графики, показанные на рисунке 15.

Рисунок 15 – Зависимость уровней s w: val=" 28" /> < /w: rPr> < m: t> 0< /m: t> < /m: r> < /m: sup> < /m: sSubSup> < /m: oMath> < /m: oMathPara> < /w: p> < w: sectPr wsp: rsidR=" 00000000" > < w: pgSz w: w=" 12240" w: h=" 15840" /> < w: pgMar w: top=" 1134" w: right=" 850" w: bottom=" 1134" w: left=" 1701" w: header=" 720" w: footer=" 720" w: gutter=" 0" /> < w: cols w: space=" 720" /> < /w: sectPr> < /w: body> < /w: wordDocument> "> и s w: val=" 28" /> < /w: rPr> < m: t> 1< /m: t> < /m: r> < /m: sup> < /m: sSubSup> < /m: oMath> < /m: oMathPara> < /w: p> < w: sectPr wsp: rsidR=" 00000000" > < w: pgSz w: w=" 12240" w: h=" 15840" /> < w: pgMar w: top=" 1134" w: right=" 850" w: bottom=" 1134" w: left=" 1701" w: header=" 720" w: footer=" 720" w: gutter=" 0" /> < w: cols w: space=" 720" /> < /w: sectPr> < /w: body> < /w: wordDocument> "> от R3

Из графиков видно, что значения сопротивления R3 сильно влияют на уровень значений логической единицы на выходе. Уровень логического нуля же не имеет существенных изменений. Изменения логической единицы меняются на 0, 4 В.

Влияние R4 на передаточную характеристику и уровни выходных сигналов, представлено на рисунке 16.

Рисунок 16 – Влияние R4 на передаточную характеристику

Таблица 5 содержит изменения выходных уровней представленных на рисунке 16.

Таблица 5.

Значение R4, Ом	, В	, В
	0, 3	3, 1
	0, 3	2, 8
	0, 3	2, 7
	0, 3	2, 6
	0, 3	2, 5
	0, 3	2, 4

На основе таблицы 5 построены графики, показанные на рисунке 17.

Рисунок 17 – Зависимость уровней и от R4

Из графиков рисунка 17 видно, что изменение значений R4 существенно влияет на уровень логической единицы на выходе, но не оказывает влияние на уровень логического нуля на выходе. Значение логической единицы падает от 3, 1 В до 2, 4 В.

Влияние величины R12 на передаточную характеристику показано на рисунке 18.

Рисунок 18 – Влияние R12 на передаточную характеристику

Изменение напряжений рисунка 18 внесено в таблицу 6.

Таблица 6

Значение R12, Ом	, В	, В
	1, 3	0, 3
	2, 1	0, 3
	2, 5	0, 3
	2, 7	0, 3
	2, 8	0, 3

На основе таблицы 6 построены графики, представленные на рисунке 19.

Рисунок 19 – Зависимость уровней и от R12

На графиках рисунка 19 показаны изменения значений R12. Видно, что сильно изменяется уровень логической единицы, уровень же нуля остается неизменным. Значения уровня единицы изменяются от 1, 3 В до 2, 8 В.

Влияние C1 на передаточную характеристику и уровни выходных сигналов представлено на рисунке 20.

Рисунок 20 – Влияние C1 на передаточную характеристику

Данные из графиков рисунка 20 занесены в таблицу 7.

Таблица 7.

Значение С1, pФ	, В	, В
	0, 3	2, 7
	0, 3	2, 7
	0, 3	2, 7
	0, 3	2, 7
	0, 3	2, 7
	0, 3	2, 7

На основе таблицы 7 построены графики, представленные на рисунке 21.

Рисунок 21 – Зависимость уровней и от C1

На графиках рисунка 21 не видно изменений по уровню логической единицы и логического нуля при изменении C1 от 5 пФ до 30 пФ.

3.2. Влияние изменения R1, R2.R3, R4, R12, C1 на величины ,

Рассмотрим влияние изменений величин резисторов R1, R2.R3, R4, R12 и емкости C1 на потребляемый схемой ток и мощность. Влияние значения R1 на вид временной диаграммы мгновенного значения тока, потребляемого схемой, показан на рисунке 22.

Рисунок 22- Влияние R1 на потребляемый схемой ток

Значения величин токов и рассчитанные на их основе мощности занесены в таблицу 8.

Таблица 8.

Значение R1, Ом	, мА	, мА	, мВт	, мВт	, мВт
	6, 54	6, 604	32, 7	33, 02	32, 86
	5, 081	4, 487	25, 405	22, 435	23, 92
	4, 605	3, 78	23, 025	18, 91	20, 96
	4, 256	3, 367	21, 28	16, 835	19, 0575
	4, 097	3, 145	20, 458	15, 725	18, 0915

На рисунке 23 приведены графики, построенные на основе значений таблицы 8.

Рисунок 23- Зависимость , от R1

На рисунке 23 приведены изменения статических параметров в зависимости от изменений значений R1, которые показывают существенное изменение величин мощностей и токов. Увеличение R1 от 1000 Ом до 5000 Ом уменьшает значения с 6, 6 до 3, 1 мА, а – с 6, 5 до 4 мА. Средняя мощность при изменении значений R1 от 1000 Ом до 5000 Ом меняется от 32, 8 мВт до 18 мВт.

Влияние значения R2 на вид временной диаграммы мгновенного тока, потребляемого схемой, показан на рисунке 24.

Рисунок 24 - Влияние R2 на потребляемый схемой ток

Значения токов и рассчитанные на их основе мощности приведены

в таблице 9.

Таблица 9.

Значение R2, Ом	, мА	, мА	, мВт	, мВт	, мВт
	7, 016	4, 524	35, 08	22, 62	28, 85
	5, 652	4, 51	28, 26	22, 55	25, 405
	5, 239	4, 459	26, 195	22, 295	24, 245
	5, 017	4, 414	25, 085	22, 07	23, 5775
	4, 795	4, 383	23, 975	21, 915	22, 945
	4, 684	4, 3	23, 42	21, 5	22, 46

Данные таблицы 9 представлены в виде графиков на рисунке 25.

Рисунок 25- Зависимость , от R2

Из рисунка 25, видно, что при изменении значений R2 от 1000 Ом до 6000 Ом есть изменения токов и мощностей. Увеличение R2 уменьшает значение с 7 мА до 4, 6 мА, а почти не меняется и остается на уровне 0.2 мА. Средняя мощность при изменений R2 от 1000 Ом до 6000 Ом уменьшается с 28, 5 мВт до 22, 4 мВт.

Влияние значения R3 на вид диаграммы тока, потребляемого схемой, показан на рисунке 26.

Рисунок 26 - Влияние R3 на потребляемый схемой ток

Значения токов и рассчитанные на их основе мощности занесены в таблицу 10.

Таблица 10.

Значение R3, Ом	, мА	, , мА	, мВт	, мВт	, мВт
	9, 762	6, 88	48, 81	34, 4	41, 605
	6, 1	4, 7	30, 5	23, 5
	5, 1	4, 4	25, 5		23, 75
	4, 4	4, 3		21, 5	21, 75
	4, 1	4, 1	20, 5	20, 5	20, 5
	3, 9	4, 09	19, 5	20, 45	19, 975

Данные таблицы 10 приведены на рисунке 27.

Рисунок 27- Зависимость , от R3

На графиках рисунка 27 и в таблице 10 показаны изменения значений R3 от 500 Ом до 3000 Ом, по которым можно определить, что ток и мощность уменьшаются. Так, меняется от 6, 8 мА до 4 мА, а от 9, 7мА до 3, 9мА. Также изменяются и мощности, потребляемые схемой. Средняя мощность в зависимости от изменений R3 от 500 Ом до 3000 Ом меняется от 41, 6 мВт до 19, 9 мВт.

Влияние значения R4 на вид диаграммы тока, потребляемого схемой, показан на рисунке 28.

Рисунок 28 - Влияние R4 на потребляемый схемой ток

Значения токов и рассчитанные на их основе мощности занесены в таблицу 11.

Таблица 11.

Значение R4, Ом	, мА	, , мА	, мВт	, мВт	, мВт
	5, 135	4, 954	25, 675	24, 77	25, 2225
	5, 196	4, 585	25, 98	22, 925	24, 4525
	5, 108	4, 369	25, 54	21, 845	23, 6925
	5, 077	4, 215	25, 385	21, 075	23, 23
	4, 932	4, 246	24, 66	21, 23	22, 945
	4, 892	4, 154	24, 46	20, 77	22, 615

Данные таблицы 11 приведены на рисунке 29.

Рисунок 29- Зависимость , от R4

На графиках рисунка 29 и в таблице 11 видно, что при изменении R4 от 500 Ом до 3000 Ом, уменьшаются значения тока от 5, 1мА до 4, 8мА и от 4, 9мА до 4, 1мА. Соответственно токам меняются и мощности потребляемой схемы. Средняя мощность при изменении R4 от 500 Ом до 3000 Ом меняется от 25, 2 мВт до 22, 6 мВт.

Влияние значения R12 на вид диаграммы тока, потребляемого схемой, показан на рисунке 30.

Рисунок 30 - Влияние R12 на потребляемый схемой ток

Значения токов и рассчитанные на их основе мощности занесены в таблицу 12.

Таблица 12.

Значение R12, Ом	, мА	, мА	, мВт	, мВт	, мВт
	5, 323	5, 662	26, 615	28, 31	27, 4625
	5, 262	4, 957	26, 31	24, 785	25, 5475
	5, 057	4, 559	25, 285	22, 795	24, 04
	4, 965	4, 438	24, 825	22, 19	23, 5075
	4, 886	4, 332	24, 43	21, 66	23, 045

Данные таблицы 12 представлены в виде графиков на рисунке 31.

Рисунок 31- Зависимость , от R12

Из графиков рисунка 31 и таблицы 12 видно, что при изменении R12 от 400 Ом до 2400 Ом ток уменьшается с 5, 6 мА до 4, 3 мА, а с 5, 3мА до 4, 8 мА. Относительно токов изменяются и мощности, потребляемые схемой. Средняя мощность при изменении R12 от 400 Ом до 2400 Ом меняется от 27, 4 мВт до 23 мВт.

Влияние изменении значения C1 на вид диаграммы тока, потребляемого схемой, показан на рисунке 32.

Рисунок 32 - Влияние C1 на потребляемый схемой ток

Значения токов и рассчитанные на их основе мощности занесены в таблицу 13.

Таблица 13.

Значение C1, pФ	, мА	, мА	, мВт	, мВт	, мВт
	5, 262	4, 246	26, 31	21, 23	23, 77
	4, 954	4, 431	24, 77	22, 155	23, 4625
	4, 892	4, 554	24, 46	22, 77	23, 615
	4, 862	4, 738	24, 31	23, 69
	4, 892	4, 831	24, 46	24, 155	24, 3075
	4, 832	4, 923	24, 16	24, 615	24, 3875

Данные таблицы 13 приведены на рисунке 33.

Рисунок 33- Зависимость , от C1

На графиках рисунка 33 и из таблицы 13 видно, что при изменении значений C1 от 5 пФ до 30 пФ ток меняется по-разному, в частности, уменьшается от 5, 2 мА до 4, 8 мА, а , наоборот, увеличивается от 4, 2 мА до 4, 9 мА. Мощность изменяется в зависимости от тока. Средняя мощность при изменении C1 от 5 пФ до 30 пФ меняется от 23, 7 мВт до 24, 3 мВт.

3.3. Влияние изменения R1, R2, R3, R4, R12, C1 на величины

Для оценки влияния изменений сопротивлений на временные параметры сигналов используем режим многовариантного анализа.

Влияние R1 на иллюстрируется рисунком 34.

Рисунок 34 – Временные диаграммы входных и выходных напряжений в зависимости от значений R1.

На основе рисунка 34 получаем данные, которые занесем в таблицу 14.

Таблица 14.

Значения R1, Ом	, нс	нс	нс
	1, 7	7, 5	4, 6
	3, 6	7, 8	5, 7
	6, 1	7, 7	6, 9
	8, 8	7, 8	8, 3
	11, 5	7, 8	9, 65

На основе таблицы 14 в программе Excel строим графики (рисунок 35).

Рисунок 35 – Влияние значений R1 на динамические параметры.

Из рисунка 35 видно, что изменение значений R1 сильно влияет на время задержки распространения сигнала. Так, при изменении R1 от 1000 Ом до 5000 Ом, значение повышается от 1, 7 нс до 11, 5 нс, а почти не изменяется; на этом промежутке возрастает с 4, 6 нс до 9, 65 нс.

Влияние R2 на иллюстрируется рисунком 36.

Рисунок 36 – Временные диаграммы входных и выходных напряжений в зависимости от значений R2.

На основе рисунка 36 получаем данные, которые занесем в таблицу 15.

Таблица 15.

Значения R2, Ом	, нс	нс	нс
	3, 3	5, 4	4, 35
	3, 4	5, 6	4, 5
	3, 5	5, 8	4, 65
	3, 6	6, 1	4, 85
	3, 7	6, 4	5, 05
	3, 8	6, 8	5, 3

На основе таблицы 15 в программе Excel строим графики (рисунок 37).

Рисунок 37 – Влияние значений R2 на динамические параметры.

Из рисунка 37 видно значительное изменение времени задержки распространения сигнала при изменении R2. При повышении значений от 1000 Ом до 6000 Ом возрастает от 3, 3 нс до 3, 8 нс; возрастает от 5, 4 нс до 6, 8 нс; возрастает от 4, 3нс до 5, 3 нс.

Влияние R3 на иллюстрируется рисунком 38.

Рисунок 38 – Временные диаграммы входных и выходных напряжений в зависимости от значений R3.

Данные рисунка 38 заносим в таблицу 16.

Таблица 16.

Значения R3, Ом	, нс	нс	нс
	5, 9	2, 4	4, 15
	3, 5	4, 6	4, 05
		6, 7	5, 35
	3, 7	8, 8	6, 25
	3, 5	10, 6	7, 05
	3, 8	12, 9	8, 35

На основе таблицы 16 в программе Excel строим графики (рисунок 39).

Рисунок 39 – Влияние значений R3 на динамические параметры..

Рисунок 39 показывает, что изменение значений R3 сильно влияет на временную задержку распространения сигнала. При повышении R3 от 500 Ом до 3000 Ом значение от 5, 9 нс до 3, 8 нс; изменяется от 2, 4 нс до 12, 9 нс; изменяется от 4, 1 нс до 8, 3 нс.

Влияние R4 на иллюстрируется рисунком 40.

Рисунок 40 – Временные диаграммы входных и выходных напряжений в зависимости от значений R4.

На основе рисунка 40 получаем данные, которые занесем в таблицу 17.

Таблица 17.

Значения R4, Ом	, нс	нс	нс
	3, 8	6, 1	4, 95
	3, 8	6, 3	5, 05
	3, 8	6, 5	5, 1
	3, 7	6, 55	5, 125
	3, 7	6, 6	5, 15
	3, 6	6, 8	5, 2

Данные таблицы 17 используем для построения графиков в программе Excel (рисунок 41).

Рисунок 41 – Влияние значений R4 на динамические параметры.

Рисунок 41 показывает незначительное влияние R4 на временную задержку распространения сигнала. Так, при повышении R4 от 500 Ом до 3000 Ом меняется незначительно ( от 3, 8 нс до 3, 6 нс); меняется от 6, 1 нс до 6, 7 нс; 4, 9 нс до 5, 1 нс.

Влияние R12 на иллюстрируется рисунком 42.

Рисунок 42 – Временные диаграммы входных и выходных напряжений в зависимости от значений R12.

На основе рисунка 42 получаем данные, которые занесем в таблицу 18.

Таблица 18

Значения R12, Ом	, нс	нс	нс
	3, 155	4, 782	3, 9685
	3, 442	5, 835	4, 6385
	3, 538	6, 504	5, 021
	3, 729	6, 982	5, 35
	3, 825	7, 365	5, 595

На основе таблицы 18 в программе Excel строим графики (рисунок 43).

Рисунок 43 – Влияние значений R12 на динамические параметры

Рисунок 43 показывает изменение временной задержки распространения сигнала. При повышении R12 от 400 Ом до 2400 Ом изменяется от 2, 295 нс до 3, 8 нс; с 5, 77 нс до 6, 4; от 4, 033 нс до 5, 1 нс.

Влияние C1 на показано на рисунке 44.

Рисунок 44-– Влияние значений C1 на динамические параметры

На основе рисунка 44 получаем данные, которые занесем в таблицу 19.

Таблица 19.

Значения С1, pФ	, нс	нс	нс
	3, 6	5, 8	4, 7
	3, 7	6, 5	5, 1
		7, 3	5, 65
	4, 01	8, 5	6, 255
	4, 1	9, 7	6, 9
	4, 2	10, 9	7, 55

На основе таблицы 19 в программе Excel строим графики (рисунок 45).

Рисунок 45 – Влияние значений C1 на динамические параметры

На рисунке 45 видно увеличение временных задержек распространения сигнала. Так, при повышении C1 от 5 пФ до 30 пФ увеличивается с 3, 6 нс до 4, 2 нс; повышается с 5, 8 нс до 10, 9 нс. Средняя временная задержка распространения сигнала увеличивается с 4, 7 нс до 7, 55 нс.

12	Поделиться: