- •Определение максимального уровня входного сигнала.
- •2. Анализ усилителя в частотной области. Температурный анализ
- •3. Прохождение через усилитель прямоугольного импульса.
- •3.8 Температурный анализ
- •4. Анализ уровня входного сопротивления. Температурный анализ
- •5. Определение реакции усилителя на включении питания
- •6. Определение допусков на параметры элементов согласно допускам на функциональные показатели усилителя парциальных характеристик
- •6.1 Определение допуска на резистор r5 при отклонении значения коэффициента усиления на 1,8 дБ.
- •6.2 Определение допуска на конденсатор с3 при отклонении значения нижней частоты задержания на 30%.
- •7. Статический анализ схемы
- •7.1 Метод Gauss
- •7.2 Метод Worst Case
- •Гоноровский и. С. Радиотехнические цепи и сигналы
Содержание
Введение……………………………………………………………………………....…..3
-
Определение максимального уровня входного сигнала.
Температурный анализ……………………………………………………………..…….5
-
Анализ усилителя в частотной области. Температурный анализ…………...…….25
-
Прохождение через усилитель прямоугольного импульса.
Температурный анализ…………………………………………………………...……..36
-
Анализ уровня входного сопротивления. Температурный анализ………………..47
-
Определение реакции усилителя на включении питания……………………….…50
-
Определение допусков на параметры элементов согласно допускам на функциональные показатели усилителя парциальных характеристик……………....54
-
Статический анализ схемы……………………………………………………….….62
Заключение……………………………………………………………….……….……..73
Список литературы……………………………………………………..………….……75
Введение
Для анализа транзисторного усилителя будем использовать программу схемотехнического моделирования Micro Cap 8.0. Кратко охарактеризуем данную программу
MicroCap-9 - это универсальная программа схемотехнического анализа, предназначенная для решения широкого круга задач. Характерной особенностью этой программы, впрочем как и всего семейства Micro Cap , является наличие удобного и дружественного графического интерфейса, что делает его особенно привлекательным для непрофессиональной аудитории. Несмотря на достаточно скромные требования к программно-аппаратным средствам ПК, его возможности достаточно велики. С его помощью можно анализировать не только аналоговые, но и цифровые схемы. Возможно также и смешанное моделирование аналого-цифровых электронных устройств.
Micro Cap-9 отличается от младших представителей своего семейства более совершенными моделями электронных компонентов. Это приближает его по возможностям схемотехнического моделирования к интегрированным пакетам DESIGNLAB, ORCAD, PCAD2002 - достаточно сложным в освоении средствам анализа и проектирования электронных устройств, подразумевающим в первую очередь профессиональное использование. Кроме того, полная совместимость со SPICE-моделями и SPICE-схемами и развитые возможности конвертирования позволяют пользователю Micro Cap успешно применять все разработки, предназначенные для данных пакетов, а полученные навыки моделирования дадут возможность в случае необходимости гораздо быстрее осваивать профессиональные пакеты моделирования.
Перечисленные достоинства делают программу MicroCap-9 весьма привлекательной для моделирования электронных устройств средней степени сложности. Удобство в работе, нетребовательность к ресурсам компьютера и возможность анализировать электронные устройства с достаточно большим количеством компонентов позволяют успешно использовать ее как начинающим радиолюбителям, студентам, так и инженерам-разработчикам. Кроме того, программы семейства Micro Cap активно применяются в научно-исследовательской деятельности.
Интерфейс Micro Cap настолько интуитивно понятен, что позволяет человеку, имеющему базовые навыки работы с персональным компьютером, начать использование этой программы даже не читая руководство. Разработчиками найден компромисс между простотой и функциональностью. В нем нет имитации «измерительных приборов», загромождающих Workbench. При расчете не открывается большое число окон со сложными взаимосвязями между ними, как в DESIGNLAB. Не зря его очень любят студенты - простенькую схему им в большинстве случаев удается промоделировать в MicroCap и без прочтения громоздких руководств. А если учесть, что даже в демонстрационной версии MicroCap приведены примеры моделирования практически всех типов электронных устройств (как аналоговых, так и цифровых), то это существенно упрощает освоение программы и изучение приемов моделирования. А полная версия содержит уже столько примеров, что изучение только тех схем, которые содержатся в библиотеке MicroCap, в состоянии заметно расширить знания, полученные в рамках базовых вузовских курсов электроники и схемотехники.
Использование программы MicroCap позволяет не только изучать работу электронных схем, но и приобретать навыки наладки электронных устройств. Основные приемы получения рабочей модели ничем не отличаются от методик введения в рабочий режим реальных электронных устройств. Именно эти свойства и позволяют рекомендовать его в первую очередь студентам и радиолюбителям. Как отметил один из радиолюбителей, использующих Micro-Cap, основная проблема при работе с ним - начинает ржаветь паяльник...
Важным плюсом можно считать и то, что в настоящее время в сети Internet можно найти достаточно большие библиотеки отечественных и зарубежных электронных компонентов.
Из приведенной характеристики программы Micro-Cap 9 можно сделать вывод, что она является наилучшей для начинающих пользователей, которым требуется ознакомиться со способами анализа электрических схем с помощью возможностей компьютера. Именно поэтому для анализа транзисторного каскада выбираем эту программу.
-
Определение максимального уровня входного сигнала.
Температурный анализ
1.1 Определение максимального уровня входного сигнала при t = - 350С.
Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная
Для того, чтобы определить уровень входного сигнала исследуемого усилителя необходимо построить его амплитудную характеристику с помощью «Transient Analysis». Для этого в поле «Stepping» задали изменение амплитуды входного сигнала от 0 до 3,6 мВ с шагом 0,36 мВ. Окна лимитов «Transient Analysis» и «Stepping» показаны на рисунках 2 и 3.
Рисунок 2 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала
Рисунок 3 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала
В результате получается семейство выходных характеристик, которые приведены на рисунке 4. График строится до тех пор, пока не начнется ограничение выходного сигнала.
Рисунок 4 – Семейства выходных характеристик усилителя
Из полученных характеристик нашли коэффициент ассиметричности по формуле:
,
где: u + - амплитуда напряжения положительной полуволны;
u - - амплитуда напряжения отрицательной полуволны.
Таблица 1 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = - 350С.
-
Uвх, мВ
U+
U-
K
0
0
0
0
0,36
359.515
359.022
0,00068
0,72
719.029
718.044
0,000685
1,08
1079
1077
0,00092
1,44
1438
1436
0,00069
1,8
1798
1795
0,00083
2,16
2140
2154
0,0032
2,52
2497
2513
0,0031
2,88
2853
2872
0,0033
3,24
3236
3231
0,00077
3,6
3566
3590
0,0033
Рисунок 5 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = - 350С
1.2 Определение максимального уровня входного сигнала при t = -200С.
Рисунок 6 – “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала
Рисунок 7 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала
Рисунок 8 – Семейства выходных характеристик усилителя
Таблица 2 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = - 200С.
-
Uвх, мВ
U+
U-
K
0
0
0
0
0,36
356.648
359.022
0,0033
0,72
713.297
718.044
0,0033
1,08
1070
1073
0,0013
1,44
1438
1436
0,00069
1,8
1783
1795
0,0033
2,16
2157
2154
0,00069
2,52
2497
2513
0,0031
2,88
2853
2872
0,0033
3,24
3210
3219
0,0013
3,6
3566
3576
0,0014
Рисунок 9 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = - 200С
1.3 Определение максимального уровня входного сигнала при t = -50С.
Рисунок 10 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала
Рисунок 11 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала
Рисунок 12 – Семейства выходных характеристик усилителя
Таблица 3 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = -50С.
-
Uвх, мВ
U+
U-
K
0
0
0
0
0,36
356.648
359.022
0,0033
0,72
713.297
718.044
0,00331
1,08
1070
1073
0,00139
1,44
1427
1436
0,00314
1,8
1783
1795
0,00335
2,16
2157
2154
0,00069
2,52
2497
2513
0,00319
2,88
2853
2872
0,00331
3,24
3210
3219
0,00139
3,6
3566
3576
0,0014
Рисунок 13 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = -50С.
1.4 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 100С.
Рисунок 14 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала
Рисунок 15 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала
Рисунок 16 – Семейства выходных характеристик усилителя
Таблица 4 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 100С.
-
Uвх, мВ
U+
U-
K
0
0
0
0
0,36
356.648
359.022
0,00331
0,72
713.297
718.044
0,00331
1,08
1079
1077
0,000927
1,44
1427
1431
0,00139
1,8
1798
1788
0,00278
2,16
2157
2154
0,000695
2,52
2517
2503
0,00278
2,88
2853
2872
0,00331
3,24
3210
3219
0,00139
3,6
3566
3590
0,00335
Рисунок 17 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 100С.
1.5 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 250С.
Рисунок 18 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала
Рисунок 19 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала
Рисунок 20 – Семейства выходных характеристик усилителя
Таблица 5 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 250С.
-
Uвх, мВ
U+
U-
K
0
0
0
0
0,36
359.515
359.979
0,00064
0,72
713.297
719.957
0,0000093
1,08
1079
1080
0,000463
1,44
1438
1440
0,000694
1,8
1798
1800
0,000555
2,16
2157
2160
0,0006949
2,52
2517
2520
0,000595
2,88
2876
2880
0,0006949
3,24
3236
3240
0,000617
3,6
3595
3600
0,0006949
Рисунок 21 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 250С.
1.6 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 400С.
Рисунок 18 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала
Рисунок 19 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала
Рисунок 20 – Семейства выходных характеристик усилителя
Таблица 6 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 400С.
-
Uвх, мВ
U+
U-
K
0
0
0
0
0,36
356.64
359.022
0,0000093
0,72
719.029
718.044
0,000685
1,08
1079
1077
0,000927
1,44
1427
1436
0,00314
1,8
1783
1788
0,0014
2,16
2157
2146
0,0006949
2,52
2517
2520
0,00255
2,88
2876
2861
0,00261
3,24
3210
3231
0,00326
3,6
3595
3590
0,000695
Рисунок 21 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 400С.
1.7 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 400С.
Рисунок 18 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала
Рисунок 19 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала
Рисунок 20 – Семейства выходных характеристик усилителя
Таблица 7 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 400С.
-
Uвх, мВ
U+
U-
K
0
0
0
0
0,36
359.515
359.022
0,000686
0,72
719.029
718.044
0,000685
1,08
1070
1073
0,00139
1,44
1438
1431
0,00243
1,8
1798
1788
0,00278
2,16
2157
2146
0,00255
2,52
2517
2503
0,00278
2,88
2876
2861
0,00261
3,24
3210
3219
0,00139
3,6
3576
3576
0
Рисунок 21 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 550С.
1.8 Определение входного рабочего напряжения для температуры 550С.
Рисунок 21 – Зависимость максимального входного наряжения от температуры.
В ходе выполнения данного задания исследовали амплитудную характеристику усилительного каскада и влияние на нее изменения температуры. В ходе задания выяснилось, что данный каскад вносит искажения в обрабатываемый сигнал. Искажения выражаются в асимметричности полуволн выходного напряжения.
Для данного каскада был определен коэффициент асимметричности полуволн выходного сигнала. Кроме того, для данного каскада было определено входное рабочее напряжение. Так же был проведен температурный анализ каскада, то есть было исследовано влияние изменения температур на коэффициент асимметрии и, соответственно, на входное рабочее напряжение. Из графика зависимости входного рабочего напряжения от температуры можно сделать вывод, что при увеличении температуры входное рабочее напряжение усилителя увеличивается. Следовательно, данный усилительный каскад выгоднее использовать при низкой температуре.