Компьютерный практикум по курсу Компьютерное моделирование и исследование радиотехнических устройств. Часть 2

2.1.4. Определение переменных напряжений и токов в схеме УМЗЧ

Для определения формы и величин переменных напряжений и токов, действующих в цепях усилителя, следует перейти в режим анализа схем по

Рис. 2.14

команде Analysis главного меню и выбрать в открывшемся окне режим анализа переходных процессов командой Transient… (см. стрелку на Рис. 2.14). При этом откроется окно пределов анализа переходных процессов во времени, приведённое на Рис. 2.15.

Рис. 2.15

Следует убедиться, что все параметры пределов анализа на экране монитора и на Рис. 2.15 совпадают. Параметры источника синусоидального напряжения V1 с именем GE1 (см. Рис. 2.3) должны соответствовать параметрам,

11

отрицательной полуволны выходного напряжения Umнаг.- = -7,948 и среднюю

амплитуду выходного напряжения Umнаг.ср = (Umнаг.+ + Umнаг.- )/2. Эти значения заносим в Табл. 2.6.

Далее переходим к определению переменных токов. Для этого дополняем окно пределов анализа в соответствии с Рис. 2.18 (см. стрелки на Рис. 2.18). Запускаем программу на анализ командой RAN и получаем графики токов, приведённые на Рис. 2.19. По полученным графикам определяем амплитуду

тока коллектора Imk1 VT1 и максимальные значения токов Ikmax2 и Ikmax3 VT2

240.000m 0,175.972m

160.000m

Рис. 2.19

и VT3. Найденные значения токов также заносим в Табл. 2.6. Все полученные графики напряжений и токов необходимо поместить в отчёт.

13

Таблица 2.6

Переменные напряжения и токи в УМЗЧ Рис. 2.3

2.1.5. Определение мощностей в схеме УМЗЧ

Далее вновь дополняем окно пределов анализа в соответствии с Рис. 2.20 (см. стрелки на Рис. 2.20). Переменную мощность в нагрузке PD(Rn) программы ССМ ряда МС можно находить непосредственно, что позволяет посмотреть и

Рис. 2.20

осознать её форму (Рис. 2.21).

Рис. 2.21

14

Для определения действующей мощности в нагрузке Pn и мощности, отдаваемой источником питания Po, следует в окно текстового описания схем с помощью текстовой директивы внести следующие определения:

.define Pn avg(pd(Rn))

.define Po avg(pg(V2))

Эти переменные уже были введены для проведения анализа в окно пределов анализа (см. Рис. 2.20). Поэтому после записи приведённых выражений в

УМЗЧ_9_ДОПзан1.CIR 4

4.000

Pср н

3.500

3.000

Рис. 2.22

текстовом окне можно запустить программу на анализ переходных процессов и получить результаты, приведённые на Рис. 2.22 и Рис. 2.23.

УМЗЧ_9_ДОПзан1.CIR 5

12.000

Рср пит

Рис. 2.23

15

На полученных графиках в области времени t = 10m с помощью курсора отсчитываем значения Pn и Po и вносим эти значения в Табл. 2.7.

Таблица 2.7

Мощности и КПД УМЗЧ Рис. 2.3

2.1.6. Определение КПД УМЗЧ и его зависимости от

Для определения общего (результирующего) коэффициента полезного действия УМЗЧ kpd в окне текстового описания схем следует с помощью текстовой директивы записать следующее выражение:

.define kpd Pn/Po .

Переменные Pn и Po уже были определены выше. Поэтому в окно пределов анализа следует добавить строку, приведённую на Рис. 2.24 – см. 1 стрелку.

Рис. 2.24

После этого программу можно запускать на анализ переходного процесса. Результаты анализа приведены на Рис. 2.25. Из них следует, что общий КПД УМЗЧ низкий, меньше 30%. Значение КПД следует занести в Табл. 2.7. Увеличить КПД путём увеличения сигнала на входе нельзя, так как Кг УМЗЧ и так выбран максимально большим – 2,8% (см. пункт 2.1.7). В связи с этим целесообразно оценить КПД оконечного каскада kpd1.

16

УМЗЧ_9_ДОПзан1.CIR 6

600.000m

КПДрез

500.000m

400.000m

300.000m

9.385m,297.37m

200.000m

100.000m

T (Secs)

Рис. 2.25

Для этого нужно ввести в окно текстового описания схем нижеследующие соотношения:

.define P1 avg(IC(VT1)*VCE(VT1))+avg(I(R2)*I(R2)*R(R2))+ avg(I(R3)*I(R3)*R(R3))+ avg(I(R1)*I(R1)*R(R1))

.define kpd1 Pn/(Po-P1)

А в окно пределов анализа ввести параметры для определения крд1 (см. вторую стрелку на Рис. 2.24). Результаты анализа приведены на Рис. 2.26.

УМЗЧ_9_ДОПзан1.CIR 7

600.000m

500.000m

КПДок

400.000m

9.668m,495.664m

300.000m

200.000m

100.000m

0.000m 0.000m 2.000m 4.000m 6.000m 8.000m 10.000m kpd1

T (Secs)

Рис. 2.26

Теоретическое значение КПД каскада в режиме В составляет 78,6%. В нашем случае оконечный каскад обеспечивает лишь 49,6%. Его значение внести в Табл. 2.7.

Оценим далее зависимость КПД исследуемого УМЗЧ от уровня сигнала на входе УМЗЧ, т.е. от коэффициента использования напряжения источника питания = Umвых/Uкэо.

17

Амплитуду выходного напряжения можно представить в окне текстового описания схем с помощью выражения:

Umвых = (RMS(V(Rn))*SQRT(2).

Отсюда = KSI в этом окне можно представить следующим выражением в формате МС:

.define ksi (RMS(V(Rn))*SQRT(2)/(V(V2)/2)

В окне пределов анализа следует ввести переменные и значения, приведённые на Рис. 2.27 в 8 строке.

Рис. 2.27

Рис. 2.28

Далее в окне пределов анализа следует войти в режим Stepping (см. Рис. 2.18) и установить пределы изменения амплитуды источника сигнала V1, как это представлено на Рис. 2.28 – см. верхнюю стрелку. Затем выйти по команде ОК – см. нижнюю стрелку и запустить программу на анализ. Результаты анализа приведены на Рис. 2.29. Эти результаты необходимо объяснить и привести краткие выводы.

18

Рис. 2.29

2.1.7. Определение гармонических составляющих и Кг

Для определения гармонических составляющих выходного напряжения добавляем в окно пределов анализа строку с оператором обработки сигналов HARM(V(Rn)) (Рис. 2.30 – верхняя стрелка). Внимательно проверьте введённые вами значения переменных в этой строке по оси X и по оси Y.

Для определения коэффициента гармоник Кг в окно пределов анализа вводим также строку с оператором обработки сигналов THD(HARM(V(Rn))) (Рис. 2.30 – нижняя стрелка).

Рис. 2.30

19

Перед запуском программы на анализ следует войти в окно свойств Properties (см. овал на Рис. 2.30) и по команде спектрального анализа FFT (правая стрелка на Рис. 2.31) установить значения времени отсчётов 10m и 9m (левая стрелка на Рис. 2.31).

После выхода по команде OK из окна Properties и запуска на анализ, получаем график спектральных составляющих, приведённый на Рис. 2.32.

4.000

2.000

Рис. 2.32

Полученные с помощью указателя и режима двух курсоров [3; 4; 5] амплитуды первой , второй и третьей гармоник внести в Табл. 2.8.

20