
- •Стабилизатора напряжения ”.
- •Санкт-Петербург
- •1997Г. Содержание
- •Техническое задание.
- •1. Оценка возможностей сапр pspice в решении задач схемотехнического проектирования.
- •1.1. Входной язык.
- •1.2. Виды автоматизированных расчетов.
- •1.3. Графический постпроцессор probe.
- •1.4. Тестовый пример.
- •2. Автоматизированное проектирование исн на уровне инженерного синтеза схемы.
- •2.1. Общие сведения об исн.
- •2.2. Выбор функциональной схемы исн.
- •2.3. Выбор и автоматизированное проектирование основных функциональных узлов исн.
- •2.3.1. Регулирующий элемент.
- •2.3.2. Источник опорного напряжения.
- •Зададимся токами :
- •При этих исходных данных получим:
- •2.3.3. Дифференциальный усилитель сигналов рассогласования.
- •2.3.4. Цепь задания статического режима и цепь тепловой защиты.
- •3. Проектирование исн на уровне расчета принципиальной схемы.
- •3.1. ВЫбор начального варианта схемы и его анализ.
- •3.2. Корректировка принципиальной схемы.
- •Ручной расчет сопротивлений резисторов r12, r13, r15 для цепи токовой защиты. Зададимся следующими исходными данными:
- •Тогда получаем:
- •Заключение.
- •Литература.
Зададимся токами :
IR1 = 0.6 mA;
IR2 = 0.06 mA;
IR4 = 0.3 mA;
IR5 = 1.4 mA;
IЭ4 = IR5 - IR1 - IR2 - IR4 = 0.4 mA
т - температурный потенциал т = 26 mB
При этих исходных данных получим:
R1=(Uоп-Uэб1)/IR1 = (1.2-0.6)/0.6*10-3= 1kOм
R2=(Uоп-Uэб3)/IR2 = (1.2-0.6)/0.06*10-3=11 kOм
R3=т/IR1 ln(IR1/IR2)=2.6*10-3/0.06*10-3 ln(0.6/0.06)=959 Oм
R4=Uэб4/IR4 = 0.6/0.3*10-3 = 2 kOм
R5 =(Uвых-Uоп)/IR5 = (15-1.2)/1.4*10-3 = 9851,14 Oм
Пример 2
Автоматизированное исследование источника опорного напряжения.
Расчет 1 Примера 2.
Проводим одновариантный расчет статического режима схемы. По результатам расчета определяем потенциалы всех узлов, а также токи транзисторов
Программа для автоматизированного расчета:
(Sobashnikov)
r1 1 2 1k
r2 1 3 11k
r3 4 0 959
r4 1 5 2k
r5 1 6 9851
q1 2 2 0 tna
q2 3 2 4 tna
q3 5 3 0 tna
q4 0 5 1 tpa
v1 6 0 15
.lib lab.lib
.op
.end
Результаты расчета:
U1 |
U2 |
U3 |
U4 |
U5 |
U6 |
1.3600 |
0.6508 |
0.6305 |
0.621 |
0.7669 |
15 |
|
Q1,TNA |
Q2,TNA |
Q3,TNA |
Q4,TPA |
Iб |
4.26e-06 |
4.96e-04 |
2.02e-06 |
-2.75e-05 |
iс |
7.05e-04 |
6.43e-05 |
3.24e-04 |
-2.85e-04 |
Вывод: ручной расчет совпадает с автоматическим. Это можно видеть из сравнительной таблицы:
|
IR1, мA |
IR2, мA |
IR3, мA |
IR4, мA |
IR5, мA |
ЭВМ |
0.705 |
0.0643 |
0.0643 |
0.324 |
1.4426 |
Теория |
0.6 |
0.06 |
0.06 |
0.3 |
1.4 |
Ir1 = Iс1; Iс2 = Iс2; Ir4 = Iс3; Ir3 = Ik2;
IR5 = Iс1 + Iс2 + Iс3 + Iс4
Расчет 2 примера 2.
Проводим автоматизированное исследование температурной нестабильности ИОН, изменяя температуру от -20 до +80 С через 10С, при вариации резистора R2 в пределах от 7 до 14 кОм. По результатам расчета выбираем R2 оптимальное, при котором температурная нестабильность ИОН минимальная.
Программа для автоматизированного расчета:
(Sobashnikov)
r1 1 2 rb 1k
r2 1 3 rbs 10k
r3 4 0 rb 1k
r4 1 5 rb 2k
r5 1 6 rb 9857
q1 2 2 0 tna
q2 3 2 4 tna
q3 5 3 0 tna
q4 0 5 1 tpa
v1 6 0 dc 15
.lib lab.lib
.model rb res (r=1 tc1=1.65m tc2=6.5U)
.model rbs res (r=1 tc1=1.65 tc2=6.5U)
.dc lin temp -20 80 10 res rbs(r) 0.7 1.4 0.05
.probe
.end
Директивой .model задаем температурно зависимые модели сопротивлений rb и rbs, при этом сопротивления будут зависеть от температуры следующим образом:
r=r0[1+tc1(t-t0)+tc2(t-t0)2],где
t0 -начальная температура 27С;
t -текущая температура;
r0 -исходный номинал - сопротивление при 27С.
С помощью директивы .dc проводим многовариантный расчет по постоянному току. При этом варьируются два параметра: температура и значение резистора r2. Температура изменяется от -20 до +80 С через 10С. Такое изменение температуры будет проведено для каждого значения резистора r2.
Результаты расчета:
В результате получаем семейство зависимостей напряжения от температуры при разных r2 (см. график 2).
Выбираем r2=11 кОм (см. график 3). Этому значению соответствует наиболее прямая линия на графике (т.е. изменение U наименьшее).
Определяем абсолютный температурный дрейф:
c1=27.568 1.3758
c2=79.646 1.3738
dif=-52.078 2.0082m
получаем минимальный абсолютный температурный дрейф
2,0082m/52.078=0.038 mВ/С при t=27С ;
для максимального:
c1=-19.825 1.0557
c2=79.649 944.265m
dif=-99.474 111.412m, при t=27С примерно получаем 1 В.
Относительный температурный дрейф:
[ 0,038 / (1,3758*1000) ]*100%=0,00278 %/ С
Вывод: получили относительный дрейф в 2,8 раза лучше, чем в техническом задании, где было указано значение относительного температурного дрейфа 0,01 %/ С.
Расчет 3 Примера 2.
Осуществляем поверочный расчет статического режима и определяем схемные функции для окончательной схемы ИОН, полученной по результатам расчета 2. Для этого в исходных данных расчета 1 примера 2 изменяем r2 на r2-оптимальное, полученное по результатам расчета 2 и вводим дополнительную директиву.
Программа для автоматизированного расчета:
(Sobashnikov)
r1 1 2 1k
r2 1 3 11k
r3 4 0 1k
r4 1 5 2k
r5 1 6 9857
q1 2 2 0 tna
q2 3 2 4 tna
q3 5 3 0 tna
q4 0 5 1 tpa
v1 6 0 15
.lib lab.lib
.op
.tf v(1) v1
.end
Директивой .tf v(1) v1 мы определяем схемную функцию: отношение напряжения узла 1 к напряжению U1. Директива .tf позволяет осуществлять расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току после линеаризации цепи в окрестности рабочей точки, поэтому перед ней стоит директива .op.
Результаты расчета:
U1 |
U2 |
U3 |
U4 |
U5 |
U6 |
1.3320 |
0.6498 |
0.6308 |
0.0622 |
0.7364 |
15.0000 |
Ku=v(1)/v1=1.948E-03 Rвх=9.876E+03 Rвых=1.92E+01
Вывод: данные расчета 3 практически совпадают со значениями напряжений расчета 1.
Расчет 4 Примера 2.
Проводим расчет частотных характеристик ИОН. При этом изменяем частоту от 100 Гц до 10мгц (5 точек на декаду).
Изменения в v1:
v1 6 0 dc 15 ac 1
где dc-постоянное напряжение 15 В;
ac-переменная составляющая 1 В.
Дополнительная директива:
.ac dec 5 100 10meg - Провести расчет ЧХ: 5 точек на декаду от 100 Гц до 10 МГц. ( При этом исключаем директивы .op и .tf ).
Программа для автоматизированного расчета:
(Sobashnikov)
r1 1 2 1k
r2 1 3 11k
r3 4 0 1k
r4 1 5 2k
r5 6 1 9857
q1 2 2 0 tna
q2 3 2 4 tna
q3 5 3 0 tna
q4 0 5 1 tpa
v1 6 0 dc 15 ac 1
.ac dec 5 100 10meg
.lib lab.lib
.probe
.end
Результаты расчета:
График зависимости представлен на графике 4. Частотная характеристика представляет собой зависимость напряжения узла 1 от частоты, построенную в логарифмическом масштабе.
Вывод: из ЧХ видно, что на низких частотах Uоп от частоты не зависит, но, начиная примерно со 100кГц (высокие частоты), это напряжение начинает увеличиваться с увеличением частоты.