Лекции.Орг


Поиск:




Определение максимального уровня входного сигнала.




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

Для определения максимального уровня входного сигнала необходимо построить амплитудную характеристику выходного сигнала, а затем с помощью дополнительных построений и расчетов определить уровень входного сигнала.

Амплитудная характеристика строится с помощью пункта меню “Анализ” компьютерной программы МС9, “Анализ переходных процессов”. В окне

“Установки Анализ переходных процессов” вводятся параметры соответствующие данной схеме. Оно приведено на рисунке 1.1.1.

Рисунок 1.1.1. Окно “Limits” для получения выходного сигнала

Для получения необходимых характеристик в окне “С шагом”, которое приведено на рисунке 1.1.2, задают цикл изменения амплитуды входного гармонического сигнала от 0 до 5,5 мВ с шагом 0,55 мВ.

Рисунок 1.1.2. Окно “Stepping” для построения семейства выходных характеристик.

В результате получают семейство выходных характеристик, которые приведены на рисунке 1.1.3. Из графика выходного сигнала видно, что полуволны его ассиметричны, поэтому построение семейства выходных характеристик ведется до тех пор, пока коэффициент ассиметричности полуволн не превысит то значение, которое было задано в ТЗ:

Рисунок 1.1.3. Семейство выходных характеристик с дополнительными

построениями.

Для получения зависимости коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения, измерили амплитуды положительной и отрицательной полуволн выходного напряжения. Полученные результаты занесли в таблицу 1.1.

По результатам, занесенным в таблицу 1.1, посчитали коэффициент ассиметрии при различном входном напряжении. Коэффициент ассиметричности определили по формуле:

Где U+ - амплитуда положительной полуволны выходного напряжения;

U- - амплитуда отрицательной полуволны выходного напряжения.

 

Таблица 1.1. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

Uвх, мВ U+, мВ U-, мВ Kac
       
0,55 4,193 4,182 0,0013134
1,1 8,354 8,374 0,0011956
1,65 12,467 12,621 0,0061384
2,2 16,554 16,848 0,0088019
2,75 20,566 21,074 0,0121998
3,3 24,584 25,371 0,0157542
3,85 28,52 29,633 0,0191392
4,4 32,401 33,918 0,0228743
4,95 36,141 38,197 0,0276575
5,5 39,996 42,465 0,0299414

 

По полученным в таблице 1.1 значениям построили зависимость коэффициента ассиметричности от входного напряжения, которая изображена на рисунке 1.1.4.

Рисунок 1.1.4. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

По зависимости, изображенной на рисунке 1.1.4, путем дополнительных построений, получили значение максимального входного напряжения

Uвх.мах=4,6 мВ. Это означает, что при подаче сигнала с большей амплитудой, усилительный каскад будет вносить такие искажения в сигнал, которые не удовлетворяют условиям задания.

После определения максимального входного напряжения определили рабочее входное напряжения, то есть напряжение, которое рекомендовано приложить к усилительному каскаду, чтобы он работал, не внося серьезных искажений в обрабатываемый им сигнал. Входное рабочее напряжение определяется по формуле:

То есть, в данном каскаде, для избегания высоких искажений сигнала рекомендуется использовать входное напряжение 2,3 мВ.

В пунктах 1.2 – 1.7 проводим дальнейшее изучение зависимости максимального уровня входного сигнала от температуры.

1.2 Определение максимального уровня входного сигнала при t = - 200С

Рисунок 1.2.1. Окно “Limits” для получения выходного сигнала

Рисунок 1.2.2. Окно “Stepping” для построения семейства выходных характеристик.

Рисунок 1.2.3. Семейство выходных характеристик с дополнительными

построениями.

Таблица 1.2. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

Uвх, мВ U+, мВ U-, мВ Kac
       
0,55 4,211 4,2 0,0013078
1,1 8,393 8,42 0,0016059
1,65 12,499 12,655 0,0062018
2,2 16,63 16,897 0,0079637
2,75 20,738 21,163 0,0101430
3,3 24,769 25,406 0,0126956
3,85 28,746 29,702 0,0163564
4,4 32,694 33,981 0,0193026
4,95 36,579 38,259 0,0224485
5,5 40,44 42,551 0,0254365

 

По полученным в таблице 1.2 значениям построили зависимость коэффициента ассиметричности от входного напряжения, которая изображена на рисунке 1.2.4.

Рисунок 1.2.4. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

По зависимости, изображенной на рисунке 1.2.4, путем дополнительных построений, получили значение максимального входного напряжения

Uвх.мах=5,49 мВ. Входное рабочее напряжение определяется по формуле:

То есть, в данном каскаде, для избегания высоких искажений сигнала рекомендуется использовать входное напряжение 2,745 мВ.

1.3 Определение максимального уровня входного сигнала при t = - 50С

Рисунок 1.3.1. Окно “Limits” для получения выходного сигнала

Рисунок 1.3.2. Окно “Stepping” для построения семейства выходных характеристик.

Рисунок 1.3.3. Семейство выходных характеристик с дополнительными

построениями.

 

 

Таблица 1.3. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

Uвх, мВ U+, мВ U-, мВ Kac
       
0,63 4,819 4,829 0,0010365
1,26 9,651 9,674 0,0011902
1,89 14,19 14,539 0,0121480
2,52 19,108 19,42 0,0080980
3,15 23,78 24,284 0,0104860
3,78 28,455 29,211 0,0131100
4,41 32,975 34,093 0,0166696
5,04 37,551 39,018 0,0191592
5,67 42,003 43,945 0,0225951
6,3 45,376 48,863 0,0370071

 

По полученным в таблице 1.3 значениям построили зависимость коэффициента ассиметричности от входного напряжения, которая изображена на рисунке 1.3.4.

Рисунок 1.3.4. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

По зависимости, изображенной на рисунке 1.3.4, путем дополнительных построений, получили значение максимального входного напряжения

Uвх.мах=5,8 мВ. Входное рабочее напряжение определяется по формуле:

То есть, в данном каскаде, для избегания высоких искажений сигнала рекомендуется использовать входное напряжение 2,9 мВ.

1.4 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 100С

Рисунок 1.4.1. Окно “Limits” для получения выходного сигнала

Рисунок 1.4.2. Окно “Stepping” для построения семейства выходных характеристик.

Рисунок 1.4.3. Семейство выходных характеристик с дополнительными

построениями.

Таблица 1.4. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

Uвх, мВ U+, мВ U-, мВ Kac
       
0,75 5,789 5,765 0,0020772
1,5 11,54 11,567 0,0011685
2,25 17,249 17,352 0,0029768
  22,9 23,212 0,0067661
3,75 28,495 29,015 0,0090419
4,5 34,018 34,887 0,0126116
5,25 39,46 40,719 0,0157024
  44,832 46,578 0,0191008
6,75 50,121 52,468 0,0228777
7,5 55,243 58,331 0,0271893

 

По полученным в таблице 1.4 значениям построили зависимость коэффициента ассиметричности от входного напряжения, которая изображена на рисунке 1.4.4.

Рисунок 1.4.4. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

По зависимости, изображенной на рисунке 1.4.4, путем дополнительных построений, получили значение максимального входного напряжения

Uвх.мах=7,1 мВ. Входное рабочее напряжение определяется по формуле:

То есть, в данном каскаде, для избегания высоких искажений сигнала рекомендуется использовать входное напряжение 3,56 мВ.

1.5 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 250С

Рисунок 1.5.1. Окно “Limits” для получения выходного сигнала

Рисунок 1.5.2. Окно “Stepping” для построения семейства выходных характеристик.

Рисунок 1.5.3. Семейство выходных характеристик с дополнительными

построениями.

 

 

Таблица 1.5. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

Uвх, мВ U+ мВ U-, мВ Kac
       
  7,755 7,753 0,0001290
  15,514 15,525 0,0003544
  23,036 23,304 0,0057833
  30,781 31,125 0,0055568
  38,31 38,928 0,0080012
  45,716 46,723 0,0108937
  52,993 54,54 0,0143863
  60,152 62,362 0,0180388
  67,171 70,211 0,0221281
  74,08 78,03 0,0259680

 

По полученным в таблице 1.5 значениям построили зависимость коэффициента ассиметричности от входного напряжения, которая изображена на рисунке 1.5.4.

Рисунок 1.5.4. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

По зависимости, изображенной на рисунке 1.5.4, путем дополнительных построений, получили значение максимального входного напряжения

Uвх.мах=9,9 мВ. Входное рабочее напряжение определяется по формуле:

То есть, в данном каскаде, для избегания высоких искажений сигнала рекомендуется использовать входное напряжение 4,95 мВ.

1.6 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 400С

Рисунок 1.6.1. Окно “Limits” для получения выходного сигнала

Рисунок 1.6.2. Окно “Stepping” для построения семейства выходных характеристик.

Рисунок 1.6.3. Семейство выходных характеристик с дополнительными

построениями.

Таблица 1.6. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

Uвх, мВ U+, мВ U-, мВ Kac
       
  62,632 61,724 0,0073016
  124,711 123,717 0,0040012
  187,964 185,153 0,0075338
  251,058 246,213 0,0097432
  313,997 306,944 0,0113586
  376,895 366,703 0,0137063
  440,342 426,201 0,0163189
  502,312 484,215 0,0183442
  566,690 541,362 0,0228581
  629,880 595,989 0,0276465

 

По полученным в таблице 1.6 значениям построили зависимость коэффициента ассиметричности от входного напряжения, которая изображена на рисунке 1.6.4.

Рисунок 1.6.4. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

По зависимости, изображенной на рисунке 1.6.4, путем дополнительных построений, получили значение максимального входного напряжения

Uвх.мах=75 мВ. Входное рабочее напряжение определяется по формуле:

То есть, в данном каскаде, для избегания высоких искажений сигнала рекомендуется использовать входное напряжение 37,5 мВ.

1.7 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 550С

Рисунок 1.7.1. Окно “Limits” для получения выходного сигнала

Рисунок 1.7.2. Окно “Stepping” для построения семейства выходных характеристик.

Рисунок 1.7.3. Семейство выходных характеристик с дополнительными

построениями.

 

 

Таблица 1.7. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

Uвх, мВ U+, мВ U-, мВ Kac
       
1,3 9,187 9,068 0,0065188
2,6 18,165 18,081 0,0023175
3,9 27,706 27,044 0,0120913
5,2 37,021 35,998 0,0140101
6,5 46,374 44,84 0,0168176
7,8 55,738 53,639 0,0191905
9,1 65,176 62,481 0,0211113
10,4 74,633 71,183 0,0236600
11,7 84,122 79,876 0,0258906
  93,662 88,487 0,0284108

 

По полученным в таблице 1.6 значениям построили зависимость коэффициента ассиметричности от входного напряжения, которая изображена на рисунке 1.7.4.

Рисунок 1.7.4. Зависимость коэффициента ассиметричности полуволн выходного напряжения от величины входного напряжения.

По зависимости, изображенной на рисунке 1.7.4, путем дополнительных построений, получили значение максимального входного напряжения

Uвх.мах=11,2 мВ. Входное рабочее напряжение определяется по формуле:

То есть, в данном каскаде, для избегания высоких искажений сигнала рекомендуется использовать входное напряжение 5,6 мВ.

Температурный анализ

Из полученных графиков путем дополнительных построений определили зависимости коэффициента асимметричности от величины входного сигнала. По этим зависимостям определили максимальное входное напряжение, затем определили уровни входного рабочего напряжения при разных температурах. По полученным результатам построили график зависимости входного максимального напряжения от температуры, который изображен на рисунке 1.8.

Рисунок 1.8. Зависимость входного рабочего напряжения 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.

 

 





Поделиться с друзьями:


Дата добавления: 2016-11-12; Мы поможем в написании ваших работ!; просмотров: 999 | Нарушение авторских прав


Поиск на сайте:

Лучшие изречения:

Если президенты не могут делать этого со своими женами, они делают это со своими странами © Иосиф Бродский
==> читать все изречения...

996 - | 939 -


© 2015-2024 lektsii.org - Контакты - Последнее добавление

Ген: 0.007 с.