Исследование усилителя напряжения низкой частоты с RC-связями

 

 

 

 

 

LOW FREQUENCY AMPLIFIER

* УНЧ с ОЭ – КУРСОВАЯ РАБОТА  – Шеркутов – 03А2

 

Рис.4 – Присвоение имен узлам схемы

 

Описание каждого элемента схемы  занимает одну строку, начиная с  первой позиции, и имеет структуру

 

<имя> <номера узлов  подключения> |<имя модели>| <числовые  данные>

 

<имя> - имя элемента - состоит из буквы, отражающей тип элемента, и шифр позиционного обозначения. Некоторые буквенные обозначения типа элемента:

С – конденсатор;

D – диод;

I – источник тока;

Q – биполярный транзистор;

R – резистор;

V – источник напряжения.

 

<номера узлов подключения> указывают номера узлов, к которым подключаются выводы элемента. Для пассивных элементов типа R, L, С порядок номеров узлов подключения не имеет значения. Для диода первым указывается узел анода, вторым – катода. Для транзистора номера узлов записываются в последовательности: узел коллектора, узел базы, узел эмиттера.

[<имя модели>] Не является обязательным и записывается в том случае, если необходимо сослаться на имеющуюся математическую модель программы Pspice (например, на модель диода или термозависимого резистора).

<числовые данные> задают численные значения параметров элементов. Масштабирование чисел осуществляется суффиксами:

Р    = 10^-12,

N     = 10^-9,

U     = 10^-6,

М     = 10^-3,

К     = 10³,

MEG   = 10⁶,

G     = 10⁹.

Здесь же, одновременно (или вместо) с суффиксами могут дописываться буквенные символы, обозначающие размерность: К или КОМ (КилоОм), UF (микрофарада), PF (пикофарада), V (вольт), МА (миллиампер) и т. д.

 

Примеры описания элементов:

R1 1 3 12К            12 кОм между узлами 1 и 3

R2 3 0 11ЕЗ           11 кОм между узлами 2 и 0

R3 1 5 RTEMP 2 К

В последней строке записан R3 с  номиналом 2 кОм, включенный между узлами 1и 5, причем его поведение описывается  моделью RTEMP. Ссылка на модель задается либо сразу после строки R3, либо где  угодно в тексте файла.

Пример записи модели:

.MODEL RTEMP RES (TC1=0.01)

Для полупроводниковых приборов, используемых в курсовой работе, созданы файлы  библиотек, содержащие операторы .MODEL. Поэтому при описании диода или  транзистора достаточно сослаться  на уже существующий библиотечный файл оператором .LIB.

Пример записи диода и транзистора:

D15 8 7 D522A                            D15 типа КД522А между узлами 8 и  7

LIB DSOV LIB                            Ссылка на библиотеку DSOV.LIB,   содержащую модель КД522А

Q1 5 3 6 QКТ3102В     Q1 типа КТ3102В, подключенный коллектором к узлу 5, базой - к узлу 3 и эмиттером - к узлу 6

.LIB OSOV .LIB                          Ссылка на библиотеку QSOV.LIB, содержащую  модель КТ3102В

Источники напряжения описываются  предложениями

<+узел> <- узел> DC <значение>  для источника постоянного тока 

V <узел> <- узел> AC I SIN (UO UM F) для источника  синусоидального сигнала. В этих  предложениях:

<+узел> и <- узел> — узлы подключения  положительного и отрицательного  полюсов источников;

DC - указывает  на постоянную составляющую тока  или напряжения со значением  <значение>;

AC I - указывает  на переменную составляющую напряжения 1В ( для расчета частотных характеристик,  где амплитуда  не имеет значения);

SIN (UO UM F)  —синусоидальное напряжение с  постоянной составляющей U0,  амплитудой UM и частотой F, учитываемое при  работе схемы во временной области (переходные процессы). Примеры записи источников напряжения:

VI 1 О AC I SIN ( 0 0.1 V 100К) V2 3 0 DC 10 V

В первой строке записан источник синусоидального напряжения  амплитудой 0.1 В,  частотой 100 КГЦ с нулевой постоянной составляющей. Во второй строке представлен источник постоянного напряжения 10 В,  подключенный " плюсом" к узлу 3 и "минусом" к узлу 0.

 

 

2.3. Результаты моделирования.

 

2.3.1. Схема УНЧ с общим эмиттером.

 

Разработанная схема УНЧ с общим эмиттером  представлена на рис.5.

 

Рис.5 – Пример схемы УНЧ с  общим эмиттером

 

 

Расчитанные номиналы параметров элементов:

 

R1 = 22,89 кOм   Сl = 2 мкФ

R2 = 8,124 кОм    С2 = 0,5 мкФ

R3 = 2,743 кОм                 С3 = 67 мкФ 

R4 = 1371 Ом  

 

Пред вводом схемы в ПЭВМ на ее графическом изображении (рис.5.) проставляются  номера узлов, причем номер 0 присваивается  потенциалу "земли".

После этого  формируется входной файл PSpice.

 

LOW FREQUENCY AMPLIFIER

* KURSOVAYA RABOTA – VARIANT 22

VCC 1 0 DC 15V

VIN 2 0 DC 0 AC 1 SIN(0 0.030V 10K)

*

Q1 4 3 5 QKT3102B

.LIB QSOV.LIB

*

R1 1 3 RTEMP 15615  

R2 3 0 RTEMP 6236  

R3 1 4 RTEMP 1714  

R4 5 0 RTEMP 857  

.MODEL RTEMP RES (TC1=0.001)

RH 6 0 50

*

C1 2 3 5,4UF

C2 4 6 1,78UF

C3 0 5 176,79UF

*

.TRAN 1U 300U

.AC DEC 100 10 1E9

.TEMP -10 20 10

.PROBE

.END

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.2. Схема УНЧ с ОЭ с корректирующим R_ФC_Ф-фильтром

Рис.6 – Пример схемы УНЧ с ОЭ с корректирующим R_ФC_Ф-фильтром

 

LOW FREQUENCY AMPLIFIER

* KURSOVAYA RABOTA - VARIANT 22

VCC 7 0 DC 15V

VIN 2 0 DC 0 AC 1 SIN(0 0.030V 10K)

*

Q1 4 3 5 QKT3102B

.LIB QSOV.LIB

*

R1 1 3 RTEMP 15615  

R2 3 0 RTEMP 6236  

R3 1 4 RTEMP 1714  

R4 0 5 RTEMP 857  

R5 1 7 RTEMP 5880  

.MODEL RTEMP RES(TC1=0.001)

RH 6 0 50

*

C1 2 3 5,4UF

C2 4 6 1,78UF

C3 0 5 176,79UF

C4 0 1 51,93NF

*

.TRAN 1U 300U

.AC DEC 100 10 1E9

.TEMP -10 20 10

.PROBE

.END

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.3.3. Схема УНЧ с общей базой.

Рис.7 – Пример схемы УНЧ с ОБ

 

LOW FREQUENCY AMPLIFIER

*KURSOVAYA RABOTA - VARIANT 22

VCC 1 0 DC 15V

VIN 2 0 DC 0 AC 1 SIN(0 0.030V 10K)

*

Q1 5 4 3 QKT3102B

.LIB QSOV.LIB

*

R1 1 4 RTEMP 15615  

R2 0 4 RTEMP 6236  

R3 1 5 RTEMP 1714  

R4 2 3 RTEMP 857  

.MODEL RTEMP RES(TC1=0.001)

RH 6 0 50

*

C1 2 3 176,79UF

C2 5 6 1,78UF

C3 0 4 0,36UF

*

.TRAN 1U 300U

.AC DEC 100 10 1E9

.TEMP -10 20 10

.PROBE

.END

 

По окончании анализа автоматически  запускается постпроцессор Probe, при этом в нижней части экрана высвечивается перечень доступных режимов

Exit program   А С sweep   Transient analysis

(Выход,  Построение частотных характеристик,  Построение графиков переходных  процессов), из которых выбирается  сначала AC sweep нажатием Enter. Выводится меню выбора. В верхней части экрана появляется сообщение

 

 

List of analysis section/or AC Sweep

 (Перечень частей анализа для АС Sweep) с указанием температур, для которых выполнялось моделирование. В нижней части экрана размещается собственно меню выбора

Exit   All AC Sweep   Select sections

 (Выход, Все характеристики, Выбор частей анализа) с подсвеченным АLL АС Sweep. Очередное нажатие Enter приводит к появлению координатной сетки частотных характеристик с отложенным по оси абсцисс диапазоном частот. В нижней части экрана размещается меню команд, из которых по умолчанию предлагается команда Add trace (Добавление кривой).

Нажатие Enter приводит к появлению запроса

Enter variables or expression :

(Введите  переменные или выражения). Так  как для УНЧ представляет интерес  АЧХ в виде отношения выходного  напряжения (в узле 6) к входному (в узле 2), то следует ввести

V(6)/V(2),

после чего в координатной сетке появляются три кривые АЧХ, соответствующие  трем значениям назначенной температуры. Полученные АЧХ находятся в приложениях 1, 2, 3.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.4. Описание распечаток и выводы.

 

Курсовой проект выполнен в соответствии с заданием на проектирование, и полученные результаты удовлетворяют требованиям действующих ГОСТов на радиоаппаратуру. По результатам проверки и анализа работы схемы видно, что данная схема отличается высокой работоспособностью и наработкой на отказ. В данный момент наиболее перспективно использование компенсационных стабилизаторов напряжения на базе ИМС, так как это снижает затраты на монтаж, уменьшает энергоемкость стабилизатора, уменьшает его габаритные размеры, что сказывается на стоимости устройства.

В курсовой работе представлены расчеты низкочастотного  усилителя в заданном диапазоне  частот и с выполнением требуемого коэффициента усиления. Характеристики, полученные моделированием в программе  Pspise, приведены в приложении 3 к курсовой работе.

При выборе элементной базы производился сравнительный анализ отечественного и импортного ассортимента радиоэлементов. Анализ проводился по качественным, технологическим  и экономическим показателям. В  большинстве случаев предпочтение было отдано в пользу отечественных  компонентов.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Приложение 3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы

1. Фролов Г. Н. Электроника: Учебно-практическое пособие ч1.-Пенза, 2000.
2. Электронные промышленные устройства. / Ю.М. Гусин, В.И. Васильев, и др. – М.: Высш. шк., 1988. – 303с.
3. Перельман Б.Л. Полупроводниковые приборы. Справочник. – М: СОЛОН, МИКРОТЕХ, 1996. – 176с.
4. Фролов Г. Н. и Чулков В.А. Электроника: Методические указания к курсовой работе, 2-е издание – Пенза: Изд-во Пенз. техн. ин-та, 2002. – с. 47.
5. Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. 9-е изд., перераб. К.: Техника, 1980. – 464 с.;ил.
6. Полупроводниковые приборы. Транзисторы средней и большой мощности./А.А. Зайцев:Под ред А.В. Голомедова. – М.: Радио и связь,  
   КубК-а 1994. – 384с.;ил.