Прохождение через усилитель прямоугольного импульса.

Температурный анализ

Для исследования прохождения через усилитель прямоугольного импульса на вход схемы поставили в качестве источника входного сигнала генератор прямоугольных импульсов, который генерирует прямоугольные импульсы малой длительности амплитудой U_вх.раб. Получившаяся в результате изменения источника сигналов схема усилительного каскада приведена на рисунке 3.

Рисунок 3. Схема усилителя при исследовании прохождения через него прямоугольных импульсов.

3.1 Импульсная характеристика при t = - 35⁰С

Входной источник синусоидального напряжения заменили на импульсный источник со следующими параметрами: MODEL IMPULSE PUL (VZERO=0 P1=0 P2=1e-12 P3=154.5m P4=154.5000000001m P5=309m VONE=2.3m).

Для проведения анализа схемы запустили “Анализ переходных процессов”. Здесь в окне “Установки Анализ переходных процессов” указали параметры анализа схемы. Окно “Установки Анализ переходных процессов” представлено на рисунке 3.1.1.

Рисунок 3.1.1. Окно “Limits” для выходного сигнала схемы.

После заполнения этого окна запустили анализ, в результате которого получили сигнал на выходе усилительного каскада. Этот сигнал является откликом системы на прямоугольный импульс очень малой длительности, то есть входной сигнал можно приближенно считать функцией Хевисайта. Выходной сигнал на выходе схемы представлен на рисунке 3.1.2.

Рисунок 3.1.2. Сигнал на выходе схемы с дополнительными построениями

при -35°С.

В данном пункте курсовой работы необходимо исследовать, как долго длятся переходные процессы в усилителе после отключения питания. Для этой цели на полученном графике выходного сигнала с помощью дополнительных построений определили время переднего и заднего фронтов сигнала.

По полученному сигналу с помощью дополнительных построений определили и . Полученные данные занесли в таблицу 3.

Аналогично делаем в пунктах 3.2 – 3.7.

3.2 Импульсная характеристика при t = - 20⁰С

Входной источник синусоидального напряжения заменили на импульсный источник со следующими параметрами: MODEL IMPULSE PUL (VZERO=0 P1=0 P2=1e-12 P3=295.5m P4=295.500000001m P5=591m VONE=2.745m).

Рисунок 3.2.1. Окно “Limits” для выходного сигнала схемы.

Рисунок 3.2.2. Сигнал на выходе схемы с дополнительными построениями

при -20°С.

По полученному сигналу с помощью дополнительных построений определили и . Полученные данные занесли в таблицу 3.

3.3 Импульсная характеристика при t = - 5⁰С

Входной источник синусоидального напряжения заменили на импульсный источник со следующими параметрами: MODEL IMPULSE PUL (VZERO=0 P1=0 P2=1e-12 P3=166.5m P4=166.500000001m P5=333m VONE=2.9m).

Рисунок 3.3.1. Окно “Limits” для выходного сигнала схемы.

Рисунок 3.3.2. Сигнал на выходе схемы с дополнительными построениями

при -5°С.

По полученному сигналу с помощью дополнительных построений определили и . Полученные данные занесли в таблицу 3.

3.4 Импульсная характеристика при t = 10⁰С

Входной источник синусоидального напряжения заменили на импульсный источник со следующими параметрами: MODEL IMPULSE PUL (VZERO=0 P1=0 P2=1e-12 P3=232.5m P4=232.500000001m P5=465m VONE=3.56m).

Рисунок 3.4.1. Окно “Limits” для выходного сигнала схемы.

Рисунок 3.4.2. Сигнал на выходе схемы с дополнительными построениями

при 10°С.

По полученному сигналу с помощью дополнительных построений определили и . Полученные данные занесли в таблицу 3.

3.5 Импульсная характеристика при t = 25⁰С

Входной источник синусоидального напряжения заменили на импульсный источник со следующими параметрами: MODEL IMPULSE PUL (VZERO=0 P1=0 P2=1e-6 P3=205.5m P4=205.500000001m P5=411m VONE=4.95m).

Рисунок 3.5.1. Окно “Limits” для выходного сигнала схемы.

Рисунок 3.5.2. Сигнал на выходе схемы с дополнительными построениями

при 25°С.

По полученному сигналу с помощью дополнительных построений определили и . Полученные данные занесли в таблицу 3.

3.6 Импульсная характеристика при t = 40⁰С

Входной источник синусоидального напряжения заменили на импульсный источник со следующими параметрами: MODEL IMPULSE PUL (VZERO=0 P1=0 P2=1e-6 P3=12.984 P4=12.98400000001 P5=25.968 VONE=37.5m).

Рисунок 3.6.1. Окно “Limits” для выходного сигнала схемы.

Рисунок 3.6.2. Сигнал на выходе схемы с дополнительными построениями

при 40°С.

По полученному сигналу с помощью дополнительных построений определили и . Полученные данные занесли в таблицу 3.

3.7 Импульсная характеристика при t = 55⁰С

Входной источник синусоидального напряжения заменили на импульсный источник со следующими параметрами: MODEL IMPULSE PUL (VZERO=0 P1=0 P2=1e-12 P3=1.605615 P4=1.60561500000001 P5=3.21123 VONE=5.6m).

Рисунок 3.7.1. Окно “Limits” для выходного сигнала схемы.

Рисунок 3.7.2. Сигнал на выходе схемы с дополнительными построениями

при 55°С.

По полученному сигналу с помощью дополнительных построений определили и . Полученные данные занесли в таблицу 3.

Температурный анализ

По рисункам определили для каждой температуры время переднего и заднего фронта. Полученные результаты занесли в таблицу 3.

Таблица 3. Зависимость времени переднего и заднего фронта сигнала от температуры.

t, °C	, мс	, мс	Fmax
-35	1,331	1,145	23,757
-20	1,634	1,155	21,091
-5	1,472	1,098	22,889
	1,567	1,155	21,61
	1,496	1,243	21,476
		1,423	0,0266
	5,018	1,105	9,607

По полученным в таблице значениям длин переднего и заднего фронтов определили скважность импульсов F_max по формуле:

,

где К_з – коэффициент запаса, который для выполнения задания приняли равным 1,7. в результате расчетов получили значения скважности для трех различных температур. По полученным в таблице 3 величинам построили графики зависимостей длительностей фронтов от температуры и скважности от температуры. Полученные зависимости приведены на рисунках 3.8.1 – 3.8.3.

Рисунок 3.8.1. Зависимость длительности переднего фронта от температуры.

Рисунок 3.8.2. Зависимость длительности заднего фронта от температуры.

Рисунок 3.8.3. Зависимость скважности импульсов от температуры.

Из температурного анализа, проведенного в этом пункте, можно сделать вывод, что исследуемый усилительный каскад с точки зрения установления в режим стабильности эффективнее всего использовать при высоких температурах, так как именно при этой температуре длительность переходного процесса самая малая из всех рассмотренных случаев. Следовательно, именно при таких температурах усилительный каскад быстрее всего переходит в стабильное состояние после возбуждения, значит, и работать схема при этой температуре будет быстрее, а, следовательно, будет тратиться меньше энергии для питания усилителя, и элементы, из которых он состоит, будут нагреваться медленнее и на меньшую величину.