7.2 Метод Worst Case
Далее провели тот же статистический анализ, но с помощью опции Worst Case, которая является не самой лучшей для проведения статистического анализа. Это сделали для того, чтобы на практике выяснить, насколько сильно будут отличаться результаты этих двух типов анализа.
Для проведения анализа по методу Worst Case в опции Monte Carlo выбрали этот тип анализа, установили количество отсчетов 150. Параметры схемы при этом на изменяли. Окно “Установки частотного анализа” представлено на рисунке 7.2.1.Окно Monte Carlo приведено на рисунке 7.2.2.
Рисунок 7.2.1. Окно “Limits” для варианта анализа Worst Case.
Рисунок 7.2.2. Окно опции “Monte Carlo”.
После того, как указали все параметры, запустили анализ, в результате которого получили семейство характеристик. Полученное семейство характеристик приведено на рисунке 7.2.3. На графике с помощью дополнительных построений отметили границы полосы пропускания и полосы задержания, в которых потом проводили анализ.
Рисунок 7.2.3. Семейство зависимостей коэффициента усиления от частоты.
На данном рисунке нашли зоны полос пропускания и задержания на нижних и верхних частотах. Каждую из этих зон увеличили и произвели на них дополнительные построения, чтобы определить, как сильно меняются частоты пропускания и задержания усилителя, если все его элементы имеют допуски. Кроме того, определили, как изменяется коэффициент усиления, если элементы схемы имеют допуски. Зависимость коэффициента от частоты в увеличенном виде представлена на рисунке 7.2.4.
Рисунок 7.2.4. Граничные коэффициенты усиления для схемы с допусками.
Для дальнейших расчетов сначала исследовали зону полосы пропускания на нижних частотах. Полученный график изображен на рисунке 7.2.5.
Рисунок 7.2.5. Изменение частоты в полосе пропускания нижних частот.
По полученному рисунку определили разность частот, в которой расположены все характеристики.
Далее исследовали полосу частот в зоне полосы задержания на нижних частотах. При этом анализ повторно не запускали, так как при повторном анализе каждая характеристика меняет свое положение относительно предыдущего случая. Полученная характеристика приведена на рисунке 7.2.6.
Рисунок 7.2.6. Изменение частоты в полосе задержания нижних частот.
После этого исследовали полосу пропускания и задержания в области верхних частот. Полученные зависимости с дополнительными построениями приведены на рисунках 7.2.7 и 7.2.8 соответственно.
Рисунок 7.2.7. Изменение частоты в полосе пропускания верхних частот.
Рисунок 7.2.8. Изменение частоты в полосе задержания верхних частот.
Все значения, которые получили в процессе проведения анализа, свели в таблицу 7.
По графикам определили коэффициент усиления Кu, нижнюю и верхнюю полосу пропускания и задержания с помощью формул:
;
;
;
;
.
Все значения, которые получили в процессе проведения анализа, свели в таблицу 7.
Таблица 7. Результаты статистического анализа при разных видах функции плотности распределения вероятностей.
|
Вид ФПРВ |
Кu, дБ |
ΔКu, % |
fнп, Гц |
Δfнп, % |
fвп, МГц |
Δfвп, % |
fнз, Гц |
Δfнз, % |
fвз, Гц |
Δfвз, % |
|
Gauss |
28,829 |
0,43 |
15,035 |
4,2 |
1,481 |
0,1 |
1,079 |
7 |
11,301 |
2,5 |
|
WC |
28,846 |
1,172 |
15,61 |
20,4 |
1,482 |
4,9 |
1,028 |
23,3 |
11,116 |
7,6 |
Подставив в данные формулы числа, приведенные в таблице 7, получили величины среднего отклонения значений коэффициента усиления и частоты от номинального значения при определенном допуске на элементы схемы.
Из полученных в таблице 7 результатов можно сделать вывод, что введение допусков на все элементы схемы приводит к тому, что частоты, характеризующие области пропускания и задержания усилительного каскада перестают быть стабильными. Из данных, полученных в таблице 7, заметно, что нестабильным становиться и коэффициент усиления каскада.
Таким образом, исходя из значений, полученных в таблице 7, можно сделать вывод, что вид анализа Gauss дает более точные результаты, так как отклонение величины от номинального значения при данном типе анализа меньше, что позволяет проводить анализ точнее, так как в более низком диапазоне находиться больше характеристик. Исходя из этого, можно сказать, что вид статистического анализа Gauss лучше, чем Worst Case, в чем мы убедились в процессе проведения эксперимента.
Заключение
В ходе проделанной работы был исследован усилительный каскад с помощью программы схемотехнического моделирования Micro Cap 9. усилительный каскад был подвергнут детальному анализу, который состоял из семи пунктов. В каждом из пунктов анализа была получена информация, необходимая для правильного построения устройства в промышленных условиях.
В ходе работы определили уровень максимального входного напряжения, которое можно подключать к каскаду, чтобы поддерживать стабильный и приемлемый для правильной работы уровень мощности, потребляемый устройством. Провели частотный анализ схемы, в результате которого определили максимальный коэффициент усиления и полосы пропускания и задержания устройства. Также провели температурный анализ всех вышеперечисленных параметров.
Также в работе провели анализ схемы на прохождение через усилитель прямоугольного импульса и исследовали реакцию усилителя на включение, в результате чего выяснили, что при включении и выключении питания и при скачкообразном его изменении в усилительном каскаде происходят переходные режимы, обусловленные наличием в схеме конденсаторов и транзистора.
Кроме того, определили допуск на один из элементов схемы, в результате чего облегчили работу тем, кто эту схему будет собирать в промышленных условиях.
Провели статистический анализ схемы, в котором исследовали, как изменяются амплитудо-частотные параметры усилителя, если элементы в нем имеют некоторые допуски.
В результате всех проведенных видов анализа при завершении работы мы имеем достаточно много сведений об исследуемом устройстве, чтобы собрать его из элементов, которые можно купить в любом магазине радиодеталей. Более того, после анализа, проведенного в ходе работы, мы предположительно знаем, как это устройство будет работать.
Таким образом, имея лишь только компьютер и программу схемотехнического моделирования Micro Cap, можно смоделировать работу любого устройства, затратив на это минимум времени и средств.
Список литературы