6. Анализ схемы усилителя в системе ewb

6.1 Общие рекомендации по работе в системе EWB. Почати введення нової схеми, натиснувши клавіши Ctrl+N або використавши команду New з меню File.

Зібрати задану в технічному завданні схему з елементів, що містяться у бункері, шляхом переміщення їх мишою на робочий стіл. Поворот елементів зручно виконувати клавішами Ctrl+R. Прибираються елементи з робочого столу переміщенням їх мишою назад в бункер. В місцях з’єднання більше двох елементів ставляться контакти (точки).

Для задання мітки та значення параметра елемента необхідно активізувати цей елемент, натиснувши по ньому мишою. Нажати клавіши Ctrl+L і ввести позначення елемента. Далі нажати клавіши Ctrl+U або два рази натиснути мишою по елементу, щоб ввести його номінал.

Для введення моделі транзистора слід нажати клавіши Ctrl+M або два рази натиснути на ньому мишою. У бібліотеці моделей вибрати ідеальну модель транзистора.

Записати під будь-яким ім’ям побудовану схему за допомогою команди Save as із меню File.

6.2 Анализ вольтамперных характеристик транзистора. Составить схему для измерения вольтамперных характеристик транзистора. Провести измерения и построить семейства входных при и выходных при вольтамперных характеристик. Графики построить для напряжений и токов , соответствующих режимам работы транзисторов первого и второго каскадов. Сравнить полученные графики с характеристиками из справочника по транзисторам. При необходимости скорректировать параметры модели транзистора.

Рекомендований порядок виконання роботи. Ввести схему натисненням клавіш Ctrl+O або за допомогою команди Open із меню File. Підключити до транзистора джерела живлення, вольтметри й амперметри, перемістивши їх мишою з бункера елементів. Запустити схему на розрахунок натисненням кнопки включення живлення схеми, або натисненням клавіш Ctrl+G, або командою Activate із меню Circuit.

Зупинити розрахунок можна виключенням живлення схеми, або клавішами Ctrl+T, або командою Stop. Натиснення клавіши F9 дозволяє призупинити та продовжити розрахунок.

Виконати розрахунок схеми за постійним струмом (вид аналізу – Steady-state ). Вимірити струм і напругу на транзисторе.

Отчетность: схема измерения, графики характеристик- рассчитанные и из справочника, перечень скорректированных параметров модели, выводы.

6.3 Анализ схемы усилителя по постоянному току. Собрать схему усилителя для постоянного тока, удалив из схемы конденсаторы. Измерить токи и напряжения на транзисторах. Сравнить их значения с результатами расчета. При необходимости скорректировать величины резисторов, обеспечив расчетные режимы работы транзисторов.

Рекомендований порядок виконання роботи. Ввести схему натисненням клавіш Ctrl+O або за допомогою команди Open із меню File. Підключити до транзисторів джерело живлення , вольтметри й амперметри, перемістивши їх мишою з бункера елементів. Запустити схему на розрахунок натисненням кнопки включення живлення схеми, або натисненням клавіш Ctrl+G, або командою Activate із меню Circuit. Виконати розрахунок схеми за постійним струмом (вид аналізу – Steady-state ). Вимірити струм і напругу на транзисторах та оптимізувати їхній режим шляхом підбору номіналів резисторів.

Отчетность: схема усилителя, перечень токов и напряжений на транзисторах исходного варианта усилителя и после подгонки величины резисторов, выводы.

Номиналы резисторов должны соответствовать стандартизованным значениям.

6.4 Анализ и оптимизация усилителя в частотной области. Необходимо осуществить решение следующих задач:

- оптимизировать параметры элементов схемы с целью повышения коэффициента усиления по напряжению:

- построить для исходного и оптимизированного вариантов усилителя амплитудно-частотную (АЧХ) и фазочастотную (ФЧХ) характеристик коэффициента усиления, по АЧХ найти частоты F_O, на которой коэффициент усиления максимален и равен , определить верхнюю F_В и нижнюю F_Н граничные частоты полосы пропускания усилителя по уровню 0.707 ;

- для исходного и оптимизированного вариантов усилителя рассчитать на частотах F_Н, F_O, F_В входное и выходное сопротивления схемы и коэффициенты усиления по току и по мощности .

Для повышения усиления схемы, прежде всего следует устранить отрицательные обратные связи по переменному току путем введения в схему блокировочных конденсаторов.

Замечание. При модификации схемы режим работы транзисторов по постоянному току не должен меняться.

Рекомендований порядок виконання роботи. Собрать схему усилителя с учетом сопротивления нагрузки кОм, подлючаемого к его выходу. Для частотного аналізу схеми використовується вимірювач АЧХ і ФЧХ (плоттер), який знаходиться в бункері з вимірювальними пристроями і переміщується на робочий стіл за допомогою миші. Вхід плоттера (клеми IN) підключається до входу схеми, вихід (OUT) – до виходу схеми. Збільшення розмірів пристрою для перегляду результатів аналізу виконується подвійним натисненням миші, зачепивши нею за полосу з назвою прибора його можна перемістити. У вихідне положення прибор повертається натисненням миші на символі – на його панелі та введенням команди Close.

Плоттер має наступні кнопки управління:

Magnitude – режим вимірювання АЧХ;

Phase – режим вимірювання ФЧХ;

Lin – лінійний масштаб;

Log – логарифмічний масштаб;

F – кінцеве значення інтервалу;

I – початкове значення інтервалу.

Пристрій обладнаний також кнопками управління візиром для зняття чисельного значення частоти на горизонтальній вісі та відповідного йому значення характеристики, що вимірюється. АЧХ вимірюється в разах або децибелах, ФЧХ – в градусах. Візир можна переміщувати безпосередньо мишою.

Перевод пристрою із розвернутого у вихідний стан виконується натисканням миші по кнопці – з наступним вибором команди CLOSE.

Виміряйте АЧХ схеми, яка вивчається. За характеристикою знайдіть середню частоту F_O і відповідний йому коефіцієнт підсилення Ko, а також частоти F_Н, і F_В, що визначають смугу пропускання підсилювача. Виміряйте ФЧХ підсилювача та знайдіть значення фаз на частотах F_Н, F_O, F_В.

Оптимізуйте структуру схеми, щоб отримати збільшення коефіцієнта підсилення на середній частоті, наприклад, шляхом видалення від’ємних зворотніх зв’язків за змінним струмом.

Виміряйте АЧХ і ФЧХ оптимізованої схеми та визначте ті ж параметри, що були знайдені для вихідної схеми.

Отчетность: схемы исходного и оптимизированного усилителя; графики их АЧХ и ФЧХ; значения частот F_Н, F_O, F_В и значения коэффициентов , , на этих частотах; перечень мер, предпринятых для повышения усиления; стандартизованные значения параметров элементов оптимизированной схемы; выводы.

6.5 Коррекция амплитудно-частотной характеристики усилителя. Коррекция АЧХ осуществляется в области низких или высоких частот путем введения в схему корректирующих цепочек и подбором их параметров с целью получения заданного уровня усиления по напряжению. Уровень усиления определяется в долях от в заданной полосе частот , указываемой в долях от F_В или F_Н. Анализ схемы усилителя проводится в соответствии с п. 6.4. При этом строится АЧХ и ФЧХ коэффициента усиления с учетом коррекции и проводится расчет на частотах F_Н, F_O, F_В входного и выходного сопротивлений, коэффициентов усиления по току и по мощности .

Отчетность: схема усилителя с коррекцией АЧХ; графики АЧХ и ФЧХ; значения частот F_Н, F_O, F_В и значения коэффициентов , , на этих частотах; перечень мер, предпринятых для коррекции АЧХ; стандартизованные значения параметров элементов схемы; выводы.

6.6 Анализ усилителя во временной области. Для оптимизированного усилителя необходимо выполнить следующие задания:

- проанализировать и построить переходные характеристики при входном сигнале прямоугольной формы с амлитудой 0.1 В;

- по графикам переходных характеристик вычислить длительности установления фронта выходного напряжения по уровням 0.1 и 0.9 от ;

- построить осциллограммы выходного напряжения при входном сигнале с амплитудой В и В синусоидальной формы с частотой F_O;

- построить амплитудные характеристики усилителя при изменении амплитуды входного сигнала синусоидальной формы с частотой F_O в пределах от 0.01 В до 0.9 Е_п .