Содержание

Введение……………………………………………………………………………....…..3

1. Определение максимального уровня входного сигнала.

Температурный анализ……………………………………………………………..…….5

2. Анализ усилителя в частотной области. Температурный анализ…………...…….25

3. Прохождение через усилитель прямоугольного импульса.

Температурный анализ…………………………………………………………...……..36

4. Анализ уровня входного сопротивления. Температурный анализ………………..47

5. Определение реакции усилителя на включении питания……………………….…50

6. Определение допусков на параметры элементов согласно допускам на функциональные показатели усилителя парциальных характеристик……………....54

7. Статический анализ схемы……………………………………………………….….62

Заключение……………………………………………………………….……….……..73

Список литературы……………………………………………………..………….……75

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.

1. Определение максимального уровня входного сигнала.

Температурный анализ

1.1 Определение максимального уровня входного сигнала при t = - 35⁰С.

Рисунок 1 – Схема электрическая принципиальная

Для того, чтобы определить уровень входного сигнала исследуемого усилителя необходимо построить его амплитудную характеристику с помощью «Transient Analysis». Для этого в поле «Stepping» задали изменение амплитуды входного сигнала от 0 до 3,6 мВ с шагом 0,36 мВ. Окна лимитов «Transient Analysis» и «Stepping» показаны на рисунках 2 и 3.

Рисунок 2 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала

Рисунок 3 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала

В результате получается семейство выходных характеристик, которые приведены на рисунке 4. График строится до тех пор, пока не начнется ограничение выходного сигнала.

Рисунок 4 – Семейства выходных характеристик усилителя

Из полученных характеристик нашли коэффициент ассиметричности по формуле:

,

где: u ₊ - амплитуда напряжения положительной полуволны;

u _- - амплитуда напряжения отрицательной полуволны.

Таблица 1 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = - 35⁰С.

Uвх, мВ	U+	U-	K
0	0	0	0
0,36	359.515	359.022	0,00068
0,72	719.029	718.044	0,000685
1,08	1079	1077	0,00092
1,44	1438	1436	0,00069
1,8	1798	1795	0,00083
2,16	2140	2154	0,0032
2,52	2497	2513	0,0031
2,88	2853	2872	0,0033
3,24	3236	3231	0,00077
3,6	3566	3590	0,0033

Рисунок 5 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = - 35⁰С

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

Рисунок 6 – “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала

Рисунок 7 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала

Рисунок 8 – Семейства выходных характеристик усилителя

Таблица 2 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = - 20⁰С.

Uвх, мВ	U+	U-	K
0	0	0	0
0,36	356.648	359.022	0,0033
0,72	713.297	718.044	0,0033
1,08	1070	1073	0,0013
1,44	1438	1436	0,00069
1,8	1783	1795	0,0033
2,16	2157	2154	0,00069
2,52	2497	2513	0,0031
2,88	2853	2872	0,0033
3,24	3210	3219	0,0013
3,6	3566	3576	0,0014

Рисунок 9 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = - 20⁰С

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

Рисунок 10 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала

Рисунок 11 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала

Рисунок 12 – Семейства выходных характеристик усилителя

Таблица 3 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = -5⁰С.

Uвх, мВ	U+	U-	K
0	0	0	0
0,36	356.648	359.022	0,0033
0,72	713.297	718.044	0,00331
1,08	1070	1073	0,00139
1,44	1427	1436	0,00314
1,8	1783	1795	0,00335
2,16	2157	2154	0,00069
2,52	2497	2513	0,00319
2,88	2853	2872	0,00331
3,24	3210	3219	0,00139
3,6	3566	3576	0,0014

Рисунок 13 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = -5⁰С.

1.4 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 10⁰С.

Рисунок 14 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала

Рисунок 15 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала

Рисунок 16 – Семейства выходных характеристик усилителя

Таблица 4 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 10⁰С.

Uвх, мВ	U+	U-	K
0	0	0	0
0,36	356.648	359.022	0,00331
0,72	713.297	718.044	0,00331
1,08	1079	1077	0,000927
1,44	1427	1431	0,00139
1,8	1798	1788	0,00278
2,16	2157	2154	0,000695
2,52	2517	2503	0,00278
2,88	2853	2872	0,00331
3,24	3210	3219	0,00139
3,6	3566	3590	0,00335

Рисунок 17 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 10⁰С.

1.5 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 25⁰С.

Рисунок 18 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала

Рисунок 19 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала

Рисунок 20 – Семейства выходных характеристик усилителя

Таблица 5 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 25⁰С.

Uвх, мВ	U+	U-	K
0	0	0	0
0,36	359.515	359.979	0,00064
0,72	713.297	719.957	0,0000093
1,08	1079	1080	0,000463
1,44	1438	1440	0,000694
1,8	1798	1800	0,000555
2,16	2157	2160	0,0006949
2,52	2517	2520	0,000595
2,88	2876	2880	0,0006949
3,24	3236	3240	0,000617
3,6	3595	3600	0,0006949

Рисунок 21 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 25⁰С.

1.6 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 40⁰С.

Рисунок 18 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала

Рисунок 19 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала

Рисунок 20 – Семейства выходных характеристик усилителя

Таблица 6 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 40⁰С.

Uвх, мВ	U+	U-	K
0	0	0	0
0,36	356.64	359.022	0,0000093
0,72	719.029	718.044	0,000685
1,08	1079	1077	0,000927
1,44	1427	1436	0,00314
1,8	1783	1788	0,0014
2,16	2157	2146	0,0006949
2,52	2517	2520	0,00255
2,88	2876	2861	0,00261
3,24	3210	3231	0,00326
3,6	3595	3590	0,000695

Рисунок 21 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 40⁰С.

1.7 Определение максимального уровня входного сигнала при t = 40⁰С.

Рисунок 18 – Окно “Transient Analysis” для определения уровня входного сигнала

Рисунок 19 – Окно “Stepping” параметров входного сигнала

Рисунок 20 – Семейства выходных характеристик усилителя

Таблица 7 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 40⁰С.

Uвх, мВ	U+	U-	K
0	0	0	0
0,36	359.515	359.022	0,000686
0,72	719.029	718.044	0,000685
1,08	1070	1073	0,00139
1,44	1438	1431	0,00243
1,8	1798	1788	0,00278
2,16	2157	2146	0,00255
2,52	2517	2503	0,00278
2,88	2876	2861	0,00261
3,24	3210	3219	0,00139
3,6	3576	3576	0

Рисунок 21 – Зависимость коэффициента ассиметрии от уровня входного сигнала при t = 55⁰С.

1.8 Определение входного рабочего напряжения для температуры 55⁰С.

Рисунок 21 – Зависимость максимального входного наряжения 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.