2.6 Моделювання режимів роботи схеми електричної принципової
Моделювання режимів роботи схеми буде проводитися у програмі ОrСАD PSрісе. Дана програма моделює тільки аналогові схеми. Після того, як було підготовлено проект до моделювання, ОrСАD Сарture робить набір файлів схем. Набір файлів схем, що містить список схем і команди аналізу, читається РSрісе для моделювання. РSрісе формулює їх у графічні графіки, що можна виділяти і безпосередньо переносити на схематичну сторінку, використовуючи маркери.
Для проведення моделювання ППЗЧ необхідно з меню РSрісе Capture вибрати New Simulation Profile. Зі списку Analysis type необхідно вибрати АС Sweep і ввести параметри настроювання: Options – General Settings, АС SweepType - Logarithmic, Decad, Start Frequency - 10, End Frequency – 100Meg, Points/Decad – 11 (рис. 2.11)
Рис. 2.11 Вигляд вкладки AC Sweeep
На рисунку 2.12 зображено АЧХ ППЗЧ на вході
Рисунок 2.12 – АЧХ ППЗЧ на вході отримане за допомогою AC Sweeep аналізу
На рис. 2. 13 зображена АЧХ сигналу на виході
Рисунок 2.13 АЧХ підсилювача ППЗЧ на виході
Як видно з графіка АЧХ, ППЗЧ має смугу пропускання (підсилення) відповідну для звукового діапазону.
Також було отримано ФЧХ сигналу, що представлено на рис. 2.14.
Рисунок 2.14 ФЧХ ППЗЧ
З даного графіка видно, що через схему добре проходить сигнал, що підтверджує дієздатність схеми.
Виконано температурний аналіз за допомогою AC Sweeep. Для цього в Options типу моделювання AC Sweeep обираємо Temperature і вказуємо два значення 27 ОС і 80 ОС (рис. 2.15)
Рис. 2.15 Вигляд вкладки AC Sweeep Temperature
На рисунку 2.16 отримаємо вихідну характеристику температурного моделювання ППЗЧ
Рис. 2.16 Температурний аналіз AC Sweeep
На рисунку 2. 17 отримаємо температурний аналіз ППЗЧ
Рисунок 2. 17 Температурний аналіз ППЗЧ
Як видно з графіків ППЗЧ буде мати майже однакову характеристику (при порівнянні з АЧХ) при різних значеннях температури (27 ОС і 80 ОС).
Проводимо Transient
(перехідний) аналіз (використовуємо
джерело
).
Для цього необхідно з меню РSрiсе
Сарture
вибрати New
Simulation
Profile.
У діалоговому вiкнi
New
Simulation
у текстовому полі Name
необхідно набрати Transient
і натиснути ОК. Зi
списку Inherit
From
вибрати none
та y
полі зі списку Analysis
встановити Nime
Domain
(Transient)
і ввести настyпні
значення параметрів: Options
– General
Settings,
Run
to
time
–2 ms,
Print
values
in
the
output
file
every
– 20ns
(рис. 2.18).
Рис. 2.18 Вигляд вкладки Transient
На рисунку 2.19 графік зміни напруги на вході ППЗЧ, що має наступний вигляд:
Рисунок 2.19 – Графік зміни напруги ППЗЧ на вході
На рисунку 2.20 графік зміни напруги на виході ППЗЧ, що має наступний вигляд:
Рисунок 2.20 Графік зміни напруги ППЗЧ на виході
Як видно з отриманих результатів перехідного аналізу ППЗЧ його смуга пропускання підходить для роботи із звуковими частотами. З отриманих графіків можемо сказати, що схема працює стабільно. Тобто дана характеристика підтвердила спроможність нормальної роботи пристрою.
Температурний аналіз на базі Transient аналізу зображено на графіку рис. 2. 21.
Рисунок 2.21 Температурний аналіз на основі Transient аналізу
Як видно з отриманих результатів моделювання ППЗЧ підходить для роботи зі звуковими частотами. Робота підсилювача є стабільною при різних температурних режимах, смуга пропускання цілком підходить для нормальної роботи пристрою.
3 МОДЕЛЮВАННЯ КОСТРУКЦІЇ ДРУКОВАНОЇ ПЛАТИ
3.1 Розрахунок площі і габаритів друкованої плати
Для розрахунку габаритів друкованої плати, необхідно обчислити загальну площу, яку будуть займати всі елементи схеми на платі. Для цього, використовуючи дані табл. 2.5, знаходиться площа, яку займають однакові елементи схеми за такою формулою:
,
(3.1)
де ni – кількість елементів однакового розміру;
Si – площа одного елемента.
Використовуючи формулу (3.1) знаходимо площу, яку займають резистори на платі:
;
;
;
.
Використовуючи формулу (3.1) знаходимо площу, яку займають конденсатори на платі:
;
;
;
;
;
;
;
.
Використовуючи формулу (3.1) знаходимо площу, яку займають діоди на платі:
;
;
;
.
Використовуючи формулу (3.1) знаходимо площу, яку займають транзистори на платі:
;
;
;
;
;
.
Використовуючи формулу (3.1) знаходимо площу, яку займає котушка на платі:
.
Сумарна площа всіх елементів на схемі дорівнює:
.
Розмір плати в залежності від розмірів елементної бази та щільності компонування знаходиться за формулою:
,
(3.2)
де q – коефіцієнт дезінтеграції. Значення його може бути від 2 до 4.
Взявши значення коефіцієнта дезінтеграції рівним 2 розраховується розмір плати за формулою (3.2):
.
На основі отриманих розрахунків вибираються розміри друкованої плати із стандартного ряду типорозмірів 80х80 мм.
За ГОСТ 10317-79 розміри кожної сторони повинні бути кратними 2,5 при довжині до 100 мм, кратними 5 при довжині до 350 мм, та 10 при довжині сторони >350 мм. Рекомендовані співвідношення сторін 1х1, 1х3, 2х3, 2х5. На основі наведених вище обмежень вибирається розмір друкованої плати: довжина 80 мм, ширина 80 мм.
До матеріалів друкованої плати висуваються наступні вимоги:
висока технологічність;
високі електрофізичні властивості;
можливість працювати в умовах вакууму;
забезпечення високої адгезії;
мінімальні механічні короблення.
Властивості матеріалів друкованих плат наведені в табл. 3.1.
Таблиця 3.1 – Властивості матеріалів друкованої плати
Параметри |
Гетинакс |
Текстоліт |
Склотекстоліт |
Щільність без фольги, кг/м3 |
130..140 |
130..150 |
160..190 |
Відносна діелектрична проникність |
4,5..6,0 |
4,5..6,0 |
5,0..6,0 |
Питомий об’ємний опір, Ом·м |
1012..1014 |
1012..1014 |
1014..015 |
Діапазон робочих температур, ºС |
-60º..+80º |
-60º..+70º |
-60º..+100º |
Коефіцієнт теплопровідності, Вт/м·ºК |
0,25..0,3 |
0,23..0,34 |
0,34..0,74 |
Температурний коефіцієнт лінійного розширення, 10-6·ºК-1 |
22 |
22 |
8..9 |
За матеріал для друкованої плати вибирається склотекстоліт фольгований 2-сторонній, марки СФ-2-35-2, який має товщину фольги 35 мкм, товщину матеріалу з фольгою 2 мм.