ОКПиМРЭС Лабораторная работа 1. отчет3. Цель работы Приобретение навыков построения аналоговых схем и проведения статического, частотного и динамического анализа нелинейных электрических цепей средствами

• Название: Цель работы Приобретение навыков построения аналоговых схем и проведения статического, частотного и динамического анализа нелинейных электрических цепей средствами
• Анкор: ОКПиМРЭС Лабораторная работа 1
• Дата: 16.04.2022
• Размер: 1.09 Mb.
• Имя файла: отчет3.docx
• Тип: Исследование; #478473

Цель работы:

Приобретение навыков построения аналоговых схем и проведения статического, частотного и динамического анализа нелинейных электрических цепей средствами компьютерного проектирования (пакет OrCAD) на примере усилительного каскада на биполярном транзисторе выполненного по схеме с общим эмиттером. Исследование средствами OrCAD spice-модели биполярного транзистора. Изучение методики линеаризации нелинейной модели биполярного транзистора.

Ход работы

Часть 1

Выходные ВАХ БТ



Рисунок 1 - Схема для съема выходных характеристик БТ с ОЭ (OrCAD Capture)


Параметры рабочей точки

U_кэ0= 96.939В

I_к0= 2.058А

U_кэ=Е_п= 200В

I_к= 4А

I_б0= 0.0024А



Рисунок 2 – Семейство выходных характеристик транзистора

Директивы анализа

*Analysis directives:

.DC LIN V_vce 0 250 0.01

.STEP LIN I_ib 0 8m 0.8m

.OPTIONS ADVCONV

.PROBE64 V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

h-параметры рабочей точки
∆Iб=0.0032-0.0016=0.0016=1.6мА

∆Iк=2.7429-1.3604=1.3825А

h_21э= ∆Iб /∆Iк =864.0625
∆Iк=181.9мА

∆Uкэ=9.4380В

h_22э=∆Iк/∆Uкэ=0.01927

Входные ВАХ БТ



Рисунок 3 - Схема для съема входных характеристик БТ с ОЭ (OrCAD Capture)

Параметры рабочей точки

I_б0=2.4050мА

U_бэ0=697.674мВ


Рисунок 4 – Входные характеристики транзистора

Директивы анализа

*Analysis directives:

.DC LIN V_vbe 0.5 0.8 0.001

.STEP LIN V_vce 87.25 106.6 9.6

.OPTIONS ADVCONV

.PROBE64 V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

h-параметры рабочей точки
∆Iб=245.5мкА

∆Uбэ=4.822мВ

h_11э=∆Uбэ/∆Iб=19.641

∆Uбэ=2.265мВ

∆Uкэ=106.45-87.25=19.2В

h_12э=∆Uбэ/∆Uкэ=0.1179∙10^-3

Часть 2

Предварительная подготовка





















Ход работы

Анализ по постоянному току



Рисунок 5 – Схема усилительного каскада на основе транзистора в OrCAD



Рисунок 6 – Схема усилительного каскада на основе П-образной схемы замещения с использованием ИТУН в OrCAD

Частотный анализ



Рисунок 7 – графики АЧХ напряжения в OrCAD



Рисунок 8 – графики АЧХ тока в OrCAD



Рисунок 9 – графики АЧХ мощности в OrCAD

Директивы анализа

*Analysis directives:

.AC DEC 100 1 0.1g

.OPTIONS ADVCONV

.PROBE64 V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"
Временной анализ



Рисунок 10 – Переходные характеристики в области больших времен.

Время переходного процесса – 12 мс. Время анализа 20 мс

Директивы анализа

*Analysis directives:

.TRAN 0 20m 0 1u

.OPTIONS ADVCONV

.PROBE64 V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"


Рисунок 11 – Переходные характеристики в области малых времен.

Время анализа 50 мкс

Директивы анализа

*Analysis directives:

.TRAN 0 50u 0 1u

.OPTIONS ADVCONV

.PROBE64 V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"


Отклики на синусоидальное воздействие в установившемся режиме



Рисунок 12 – Источник входного воздействия для схем рисунок 5 и 6


Рисунок 13 – Графики откликов выходных напряжений на синусоидальное воздействие на входе


Рисунок 14 – Графики откликов выходных токов на синусоидальное воздействие на входе
Директивы анализа

*Analysis directives:

.TRAN 0 26m 25m 5u

.OPTIONS ADVCONV

.PROBE64 V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"
Анализ Фурье


Рисунок 15 – Спектр колебания на выходе усилителя

Директивы анализа

*Analysis directives:

.TRAN 0 19.2m 12m 0.0015m

.OPTIONS ADVCONV

.PROBE64 V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))

.INC "..\SCHEMATIC1.net"

Вывод:

В данной лабораторной работе были приобретены навыки построения аналоговых схем и проведения статического, частотного и динамического анализа нелинейных электрических цепей средствами компьютерного проектирования (пакет OrCAD) на примере усилительного каскада на биполярном транзисторе выполненного по схеме с общим эмиттером. Были исследованы средствами OrCAD spice-модели биполярного транзистора и Изучены методики линеаризации нелинейной модели биполярного транзистора.

В ходе первой части лабораторной работы были получены семейства выходных и входных ВАХ (рисунок 2 и 4) модели транзистора, построена нагрузочная линия, определены параметры рабочей точки и рассчитаны h-параметры.

Для подготовки ко второй части работы были проведены расчеты параметров схемы с помощью Mathcad .

Во второй части работы были введены две схемы (рисунок 5 и 6) и построены для них АЧХ по напряжению, по току и мощности (соответственно рисунок 7, 8 и 9).

Также был проведен анализ ПХ в области малых (рисунок 10) и больших времен (рисунок 11), время переходного процесса составило 12 мс.

Был изменен источник входного воздействия VSIN (рисунок 12) с частотой 5КГц для рассмотрения откликов на синусоидальное воздействие (рисунок 13 и 14) и для проведения анализа Фурье.

Также был рассчитан коэффициент гармоник К_г=2.53%