Курсовой / Курсовой_целиком

21

4.Моделирование усилительного каскада на ЭВМ

4.1.Схема моделирования

На рисунке 4.1.1 представлена моделируемая с помощью программы Design Lab 8.0 схема усилительного каскада.

Рисунок 4.1.1 – Схема модели усилительного каскада

Для схемы модели усилительного каскада снимаем осциллограммы входного и выходного сигналов. Результаты представлены на рисунке 4.1.2.

Рисунок 4.1.2 – Осциллограммы входного и выходного сигналов усилительного каскада

22

Схема работоспособна.

4.2.Статический анализ схемы

Спомощью программы Design Lab 8.0 проведем статический анализ схемы модели усилительного каскада. Результат представлен на рисунке 4.2.1.

Рисунок 4.2.1 – Статический анализ схемы усилительного каскада

Всоответствии с рисунком 4.2.1:

−рабочий ток стока IС0 = 2,117 мА;

−потенциал на стоке ϕС0 = 7,379 В;

−потенциал на затворе ϕЗ0 = 4,412 В;

−потенциал на истоке ϕИ0 = 0,1927 В. Рассчитаем значение напряжения затвор-исток:

UЗИ0 = ϕЗ0 - ϕИ0 = 4,412 - 0,1927 = 4,219 В.

Рассчитаем значение напряжения сток-исток:

UСИ0 = ϕС0 - ϕИ0 = 7,379 - 0,1927 = 7,186 В.

Результаты моделирования усилительного каскада на ЭВМ представим в таблице 4.2.1.

23

Таблица 4.2.1

4.3.Частотные характеристики усилителя

Спомощью программы Design Lab 8.0 для схемы на рисунке 4.1.1 снимаем амплитудночастотную характеристику. Результаты представлены на рисунке 4.3.1.

Рисунок 4.3.1 – Амплитудно-частотная характеристика усилителя

Из графика рисунка 4.3.1 определим максимальное значение коэффициента усиления:

Кемах= 10,07.

Из графика рисунка 4.3.1 определим значение коэффициента усиления для ближайшего к заданному минимальному значению нижней границы полосы пропускания fН = 75 Гц:

Ке75 = 9,961.

Рассчитаем значение коэффициента усиления для нижней границы полосы пропускания:

КеН = Кемах × 0,707 = 10,07×0,707 = 7,117.

24

Из графика рисунка 4.3.1 определим значение нижней границы полосы пропускания для значение коэффициента усиления КеН = 7,117:

fН1=12,15 Гц.

Сравним определенное значение частоты с заданным минимальным значением нижней границы полосы пропускания fН = 75 Гц:

fН1 < fН

Значение нижней границы полосы пропускания меньше требуемого.

Примем значение емкости конденсатора CP2 ближайшим к рассчитанному (CP2 = 1 мкФ), но при котором значение нижней границы полосы пропускания удовлетворяет требуемому значению нижней границы полосы пропускания fН = 75 Гц:

CP2 = 0,1 мкФ.

С помощью программы Design Lab 8.0 смоделируем схему усилительного каскада для значения CP2 = 0,1 мкФ. Результат представлен на рисунке 4.3.2.

Рисунок 4.3.2 – Схема модели усилительного каскада

Для схемы модели усилительного каскада на рисунке 4.3.2 снимаем осциллограммы входного и выходного сигналов. Результаты представлены на рисунке 4.3.3.

25

Рисунок 4.3.3 – Осциллограммы входного и выходного сигналов усилительного каскада

Схема работоспособна.

С помощью программы Design Lab 8.0 для схемы на рисунке 4.3.2 снимаем амплитудночастотную характеристику. Результаты представлены на рисунке 4.3.4.

Рисунок 4.3.4 - Амплитудно-частотная характеристика усилительного каскада

26

Из графика рисунка 4.3.4 определим максимальное значение коэффициента усиления:

Кемах = 10,05.

Рассчитаем значение коэффициента усиления для нижней границы полосы пропускания:

КеН = Кемах × 0,707 = 10,05×0,707 = 7,105.

Из графика рисунка 4.3.4 определим значение нижней границы полосы пропускания для значение коэффициента усиления, ближайшего к КеН = 7,105:

fН2=75,03 Гц.

Сравним определенное значение частоты с заданным минимальным допустимым значением нижней границы полосы пропускания fН = 75 Гц:

fН2 ≈ fН

Значение нижней границы полосы пропускания практически совпадает с требуемым.

4.4.Определение входного и выходного сопротивления усилителя

Спомощью программы Design Lab 8.0 снимаем для схемы на рисунке 4.3.2 график зависимости входного сопротивления Rвх от частоты f. Результаты представлены на рисунке 4.4.1.

Рисунок 4.4.1 - График зависимости входного сопротивления усилительного каскада от частоты

27

По графику рисунка 4.4.1 для области средних частот определяем значение входного сопротивления усилительного каскада:

Rвх=1,059 МОм

По осциллограмме рисунка 4.3.3 определяем значения амплитуд выходного сигнала: U+ = 3,719 В - амплитуда положительной полуволны;

U- = -4,229 В - амплитуда отрицательной полуволны. Рассчитаем среднее значение амплитуды выходного сигнала:

U1 = (|U+|+ |U-|)/2 = (3,719+4,229)/2= 3,974 В

С помощью программы Design Lab 8.0 для схемы на рисунке 4.3.2 снимаем осциллограмму выходного сигнала при сопротивлении нагрузки RН1, которое в три раза превышает заданное:

RН1 = 3RН = 3х18 = 54 кОм.

Результаты представлены на рисунке 4.3.6.

Рисунок 4.3.6 – Осциллограмма выходного сигналы усилительного каскада при сопротивлении нагрузки 54 кОм

28

По осциллограмме рисунка 4.3.6 определяем значения амплитуд выходного сигнала: U+ = 4,009 В - амплитуда положительной полуволны;

U- =- 4,933 В - амплитуда отрицательной полуволны.

Рассчитаем среднее значение амплитуды выходного сигнала:

U2 = (|U+|+ |U-|)/2 = (4,009+4,933)/2= 4,471 В

Рассчитаем выходное сопротивление усилительного каскада:

Результаты определения входного и выходного сопротивления усилительного каскада представим

29

4.5. Выводы

Входе данной курсовой работы:

1.Разработаны схемы и режимы для снятия стоко-затворных и выходных характеристик полевого транзисторе с индуцированным n-каналом.

2.Рассчитаны элементы схемы однокаскадного усилителя с общим истоком на полевом транзисторе с индуцированным n-каналом, удовлетворяющие заданным техническим требованиям.

3.Выбранные координаты рабочей точки удовлетворительно совпадают со значениями, полученными в результате аналитического, графического расчета и моделирования на ЭВМ.

4.С помощью программы схемотехнического моделирования Design Lab 8 построены графические характеристики, типичные для полевых транзисторов с индуцированным n- каналом и усилительных схем с общим истоком на их основе.

5.С помощью программы Design Lab 8.0 проверена работоспособность схемы усилительного каскада. Режим работы схемы близок к расчетному.

6.Параметры усилительного каскада рассчитанные аналитически (коэффициент усиления, нижняя граница полосы пропускания, входное и выходное сопротивление) и полученные в результате моделирования на ЭВМ совпадают удовлетворительно.

30