Лабораторная работа 6 двухтактный бестрансформаторный

• Название: Лабораторная работа 6 двухтактный бестрансформаторный
• Дата: 22.04.2023
• Размер: 2.68 Mb.
• Имя файла: Laboratornaya_rabota_16 (1).docx
• Тип: Исследование; #1082099
• страница: 3 из 8

4.2.2 Режимы работы транзисторов по постоянному току

Закончив ввод компонентов принципиальной схемы и, проверив их значение, кото- рое должно соответствовать значениям, указанным на рис.6.2, нажатием на пиктограмму (рис.6.2.38) Node Numbers (номера узлов) в окне схем, расставляют номере узлов в ис- следуемой схеме. Узлы, на которые подаются или с которых снимаются напряжения, за- поминают или записывают и переходят в режим анализа усилителя по постоянному току, последовательно выполнив Analysis → Dynamic DC…→ OK. На выпадающем подменю (рис.6.2.39) (рис.6.10)



Рис.6.10

активирована пиктограмма (рис.6.2.40) «Напряжения в узлах», что позволяет рассчи- тывать напряжения для выбранной в строке (рис.6.2.41) температуры 27^оС (или списка значений).

Выбор режима Place Text (установка метки) позволяет отображать на экране монитора, одновременно с величиной напряжения в узлах, значения температуры, при которой они определены. Когда, как показано на рис.6.10 активированы пиктограммы (рис.6.2.42), в окне схем появляется табличка с условиями анализа, например, (рис.6.2.43) — результаты анализа схемы на постоянном токе, для температуры 27^оС и отображением постоянных напряжений в узлах с сохранением, присвоенных программой, позиционных обозначений компонентов. Для получения значе- ний постоянных токов в цепях принципиальной схемы (рис.6.1) необходимо повторно на- жать на пиктограмму (рис.6.2.40) (рис.6.10) и активизировать пиктограмму (рис.6.2.44)- токи в ветвях. Активизация кнопки (рис.6.2.45), позволяет выводить на экран значения мощности постоянной составляющей, выделяющейся на резисторах. Циф- ровое значение в процентах, в окне строки (рис.6.2.46), указывает число процентов изменения величины резистора или источника от номинального значения при нажатии на клавиатуре кнопки Up Arrow или Down Arrow. Это происходит при условии предварительной активизации выбранного компонента (активи- рована пиктограмма (рис.6.2.36)- “изменение режима “ в окне схем).

Убедитесь в соответствии режимов транзисторов Q1, Q2, Q3, указанных на рис.6.11, и

рассчитанных, а при необходимости проведите коррекцию.




a)




б) Рис.6.11

При этом нумерация компонентов может отличаться, от приведенной на рис.6.11, и это не требует редактирования, но следует учитывать при анализе свойств усилителя в частотной или временной области. Вычислите величину напряжений U_бэ01, U_{бэ02 и} U_бэ03 токи баз I _бо1, I _б02 и I _б03 и коллекторов I _ко1, I _к02 и I _к03 при сопротивлении обратной связи R9 =77 Ом и результаты сведите в таблицу 1.
Таблица 1

R9	Uбэ01, В	Uбэ02, В	Uбэ03, В	Iб01, мА	Iб02, мА	Iб03, мА	Iк01, мА	Iк02, мА	Iк03, мА
77, Ом
105, Ом

Проведите анализ режимов транзисторов Q1, Q2, Q3 по постоянному току схемы (рис.6.11) при значении резистора в цепи обратной связи R9 = 105 Ом, вычислите указан- ные ранее величины и результаты сведите в таблицу 1.

3. 
   АЧХ бестрансформаторного усилителя мощности
   

Анализ свойств усилителя мощности в частотной области проводят, предварительно обеспечив заданный режим транзисторов Q1, Q2, Q3 в ИРТ (рис.6.11) для сопротивления ОС R9 =77 Ом.

Исследование свойств усилителя в частотной области проводится при воздействии на его входе гармонического сигнала. Модель источника сигнала выбирается выбором в ок- не схем команд Component → Analog Primitives → Waveform Sources → Sine Source с последующим заданием его параметров (рис.6.8).

Анализ частотных свойств оконечного каскада обеспечивают последовательным выпол- нением команд: Analysis → AC…→ AC Analysis Limits → Run, в окне схем (рис 6.12).

Рис.6.12

Параметры анализа схемы усилителя в частотной области (AC…) и сведения о выводи- мых на экран монитора кривых, указываем на выпадающем подменю

(рис.6.2.47) (рис.6.12)

В подменю AC Analysis Limits задается следующая информация:

Frequency range — значения верхней и нижней границы частотного интервала и спосо- бом

определения верхней частоты подинтервала. При линейном законе разбиения частотного интервала

(рис.6.2.48)число

подинтервалов определяется строкой Number of Points. Используя линейку прокрутки можно установить автоматический выбор шага, определяемый точностью интегрирования в процентах на каждом шаге интегрирования (указывается в строке Maximum Change %),

Number of Points — количество точек в заданном частотном интервале, в котором производится расчет частотных характеристик и полученные значения выводятся в форме таблицы (если активирована кнопка (рис.6.2.49)),

Теmperature–диапазон изменения температур (может задаваться одно значение, при которой проводится анализ),

Maximum Change %–максимально допустимое приращение функции на интервале шага по частоте (учитывается только при автоматическом выборе шага– активизация процедуры Auto Scale Ranges),

Noise Input–имя источника шума, подключенного ко входу усилителя,

Noise Output–номер (а) выходных зажимов, где вычисляется спектральная плотность напряжения шума,

Run Options–определяет способ хранения полученных результатов: Normal- результаты расчетов не сохраняются,

Save-результаты сохраняются на жестком диске, Retrieve–использование результатов расчета, хранящегося на жестком диске, для вывода на экран монитора,

State Variables – задание начальных условий интегрирования

На экран монитора, в соответствии с рис.6.12, выводится частотная зависимость коэф- фициента усиления по напряжению (YExpression, Plot 1) в узле 5 и ЭДС (Plot2). Область частот (XExpression -F), в которой проводится анализ, определяется форматом: макси- мальное значение выводимой переменной, ее минимальное значение и шаг сетки значе- ний. Аналогично задаются условия при выводе на экран монитора значений коэффициен- та усиления. Характер изменения значений по осям – линейный, что выбирается нажатием двух левых крайних кнопок (рис.6.2.50) в каждой строке выводимых значений. Вход в режим анализа частотных свойств ДУ производится нажатием кнопки (рис.6.2.51). (Замечание: обратите внимание на номера узлов, с которых снимается на-пряжение и к номеру какого узла относится это напряжение, что особенно важно принумерации узлов, отличной от указаннойнарис.6.12). Результаты анализа представлены на рис.6.13.

Рис.6.13

Замечание: расчет АЧХ всегдапроводится для единичной ЭДС генератора на входе Gin: А = 1В. Указанная в описании модели (рис.6.8) амплитуда А = 0,8 В используется толькопри анализе во временной области Transient… .

На графике АЧХ усилителя по напряжению определите коэффициент усиления по на- пряжению на средней частоте К _ср (f = 10 кГц). Для этого на нижней строке окна результа- тов активизируйте пиктограмму (рис.6.2.52). Для перехода в другую систему коорди- нат щелкните левой кнопкой мыши на название переменной, выводимой на экран (она станет подчеркнутой).

На полученных графиках результатов анализа в режиме двух курсоров определите гра- ничные частоты полосы пропускания усилителя по напряжению и по ЭДС (f _нч, f ^*_нч, f

_вч, f ^*_нч) для величины линейных искажений М = М^* =

= 3 дБ. Для этого необходимо

активизировать пиктограмму (рис.6.2.52) (Peak), а затем нажать на пиктограмму (рис.6.2.53) (Go To Y) и на выпадающем подменю (рис.6.2.54) (рис.6.14) в окне (рис.6.2.55) указать значение, соответствующее уровню меньше в 2 раз К _ср и поочередно нажав на кнопки (рис.6.2.56), (рис.6.2.57) получить значения, соответствующие, например f _нч и f _вч. Полученные измерения занесите в таблицу 2.

Таблица 2

Зависимость R9, Ом	АЧХ по напряжению			АЧХ по ЭДС
	К ср	f н	f		К *ср	f *н	f*в
77
105

Повторить измерения для резистора в цепи обратной связи R9 = 105 Ом и результаты внести в таблицу 2.

3. 
   Расчет временных зависимостей (токов и напряжений) в различных точках принципиальной схемы.
   

Определениеформывыходногонапряженияиегоспектра

Исследование временных характеристик усилителя мощности в различных точках схемы и спектра напряжения на нагрузке проводится с использованием принципиальной схемы (рис.6.4) для режимов транзисторов по постоянному току, указанных на рис.6.1. На входе усилителя включен источник гармонического сигнала GIN, параметры которого описаны в подменю (рис.6.2.32) рис.6 8. Вход в режим анализа схемы усилителя (рис.6.14)

Рис.6.14

во временной области осуществляется последовательным вводом команд в окне схем Analysis → Transient … → (рис.6.2.58) → (рис.6.2.51) (рис.6.1).
Значения пределов анализа и исходные условия, кривые, выводимых на экран монитора, описаны в подменю (рис.6.2.58) (рис. 6.14)

Кнопки на верхней строке означают:

(рис.6.2.11) -добавление строки, в перечень выводимых на экран монитора, содержание которой определяется положением курсора перед нажатием кнопки, (рис.6.2.12) — удаление строки, выводимых на экран монитора результатов,

номер которой

определяется положением курсора перед нажатием кнопки,

(рис.6.2.59) — ввод дополнительной информации в окно, определяемое поло-

жением

курсора,



понентов

(рис.6.2.60) — подменю, реализующее пошаговоеизменениепараметров ком-

принципиальной схемы по закону, определяемому свойствами подменю

(рис.6.2.61) — подменю “свойства” описывающее возможности, предостав- ляемые МС9 при

анализе во временной области (изменение перечня выводимых кривых, цвета, расчет спектральных характеристик любой из выводимых зависимостей и др.)

(рис.6.2.16) — файл помощи.

Окно



формате:
(рис.6.2.62) определяет пределывременногоанализа; задается в

верхняя граница, нижняя границ, шаг разбиения всего интервала анализа (можно задавать только верхний предел, что означает наличие только верхней границы анализа, например, t = 1 мсек, с нижней границей t =0),

- (рис.6.2.63) максимальныйшагразбиениязаданного интер-

вала анализа.

Система МС9 выбирает наибольший интервал интегрирования, ограниченный лишь точностью, составляющей по умолчанию 0,01 на каждом интервале,

(рис.6.2.64) — числоточеквыводимыхна печать (вместо изобра-

жения кривой

на экране монитора) при активизации пиктограммы (рис.6.2.49) в соответствующей строке,

(рис.6.2.65) — указывается температура, при которой прово- дится анализ,

или список температур, или закон ее изменения,

(рис.6.2.66) — указывает числоповторенийвывода на экран мо-

нитора

результатов расчета, ранее сохраненных, при выборе в окне (вариантырасчета) с помощью линейки прокрутки опции Retrieve (восстановление)

(рис.6.2.67) — выбор с помощью линейки прокрутки способа представления результатов анализа (рис.6.2.68) Normal – обычный,ко-

гда результаты

расчета выводятся на экран монитора без сохранения их на диске, Save – сохранение,результаты не выводятся на экран, а записываются на диске, Retrieve – восстановление,когда результаты расчета, записанные ранее на диске выводятся на экран, как полученные при моделировании,

(рис.6.2.69) — начальныезначенияпеременных, используе-

мых при моделировании,

ных значений переменных

считанные по
(рис.6.2.70) выбор строки предполагает использование в качестве началь-

(рис.6.2.71) — нулевые(наиболее часто используемый вариант), (рис.6.2.72) — считыватьранее записанные значения, (рис.6.2.73) — однократно использовать текущиезначения,

(рис.6.2.74) — расчет проводится количество раз, указанное в строке

(рис.6.2.75). В качестве начальных значений используются, рас-

постоянному току, перед первым анализом во временной области.

(рис.6.2.76) — расчет режимов АЭ в рабочейточкепопостоянномутоку, (рис.6.2.77) — проводится толькорасчетпопостоянномутоку (если

помечается),



ставляемых на
(рис.6.2.78) — автоматическийвыборпределовдля результатов, пред-

экране монитора (если помечена строка),

(рис.6.2.79) — накапливаетрезультатымоделирования (кривые, графики) редактируемой схемы (если помечена строка).

Результаты моделирования могут быть представлены на одной или нескольких страни- цах (рис.6.2.80), если есть указание в этой колонке.

(рис.6.2.81)- указывает номеррисунков, которые могут быть помещены в одну систему координатпри совпадении номера. Пределы представления кривых выбираются из числа наибольших, для выводимых зависимостей.

(рис.6.2.82)- выражениеили обозначение переменной по оси абсцисс, (рис.6.2.83)- выражениеили обозначение выводимой переменной

по оси

ординат,

оси абсцисс, динат.

(рис.6.2.84)- пределы изменения аргумента на экране монитора по
(рис.6.2.85)- пределы изменения функции на экране монитора по оси ор-

Крайние слева пиктограммы (рис.6.2.86)в каждой строке результатов позволя- ют выбирать способ изменения аргумента и функции в каждой системе координат, напри- мер, линейный по оси абсцисс и линейный по оси ординат.

Нажатие на пиктограмму (рис.6.2.87) предоставляют возможность выборацвета

кривой, выводимой на экран.

Как видно из рис.6.14, на экран должна выводиться форма напряжения в узлах V(1) и V(5), на выходе генератора GIN и на нагрузке, а также спектр выходного сигнала (Harm (V5)). Рассчитанные зависимости представлены на рис.6.17

Рис.6.15

Как видно из рис.6.15 спектр напряжения на нагрузке содержит достаточно выраженные нечетные гармоники входного сигнала. Определите значение коэффициента гармоник к _г для значений компонентов схемы (рис.6.14). Вычислите среднее значение амплитуды на- пряжения на нагрузке U_{m ср} = (U_m1 + U_m2 )/2, где U_m1 – наибольшее значение на периоде колебания выходного напряжения, а U_m2 – наименьшее. Для этого используйте пикто- граммы (рис.6.2.88) (Peak) и (рис.6.2.89) (Valley) окна результатов. Результаты вычислений занесите в таблицу 3.

Таблица 3

Параметр Резистор	Um ср, В	к г, %	I mк3 , мА	I к1 max , мА	I к2 max , мА
R9, Ом
R9 опт, Ом
R9 опт, А опт

Выбороптимальногосопротивленияобратнойсвязи
Определите оптимальное значение сопротивления обратной связи R9_опт, при котором отсутствует отсечка выходного напряжения сверху или снизу, при заданной амплитуде входного напряжения. Отсечка происходит вследствие перехода одного из транзисторов Q1 или Q2 в режим насыщения. Для этого используйте схему на рис.6.16.



Рис.6.16

Определение оптимального значения R9_опт основано на вариации значения резистора R9 с использованием подменю (рис.6.3.1). Для этого последовательным вы- полнением команд Analysis → Transient… → Transient Analysis Limits → Stepping входят в подменю (рис.6.3.1) (рис.6.17)

Рис.6.17

Используя линейку прокрутки (рис.6.17) выбираем варьируемый компонент R9.



Рис.6.18

Затем, на первой закладке (рис.6.18) указываем варьируемыйкомпонент (рис.6.3.2)и пределы изменения сопротивления от (рис.6.3.3) до (рис.6.3.4)сшагом (рис.6.3.5)через 10 Ом.
Точка в рамке (рис.6.3.6)указывает на подтверждение режима варьиро-
вания компонента R9. Метка в рамке (рис.6.3.7)указывает на ме- тод изменения шага варьируемого компонента линейный. Может применяться также ло-гарифмический закон или некоторый перечень – список. В рамке

(рис.6.3.8)указывается тип изменяемого парамет-ра, что может быть или компонентом или параметрами модели какого-либо компонента, также индексами компонента. Закон изменения выбранного параметра указывается в рам- ке (рис.6.3.9). При вариации не-

скольких компонентов возможны варианты (профессиональная версия МС9), когда одно- временно изменяются все параметры (рис.6.3.10) или происходит вариация групп параметров, в некоторой последовательности

(рис.6.3.11) (выбран этот вариант). Кнопка (рис.6.3.12)включает вариациювсех

компонентов, указанных на закладках, а кнопка (рис.6.3.13)отключает варьи-

рованиевсехпараметров. Кнопка (рис.6.3.14) отменяет варьирование парамет- ров в пределах, указанных на закладках для каждого параметра, и устанавливает переделы и шаг изменения по умолчанию. Кнопка

(рис.6.3.15)отменяетранее веденные указания. Кнопка

(рис.6.3.16)позволяет обращаться к файлу помощипрограммы. Нажатие на

кнопку

(рис.6.3.17)включает режим варьирования параметров для условий, выбран-

ных в подменю . (рис.6.3.1)

Нажатие на копку

(рис.6.3.17)одновременно возвращает в окно результатов, где нажатием на пиктограмму (рис.6.3.18) входят в режим анализа. Результаты анализ, приведенные на рис.6.19 показывают, что

Рис.6.19

Например, при сопротивлении ОС R9 =110 Ом наблюдается ограничение при положи- тельной полуволне выходного напряжения, а при R9 = 50 Ом – при отрицательной. Значе- ние сопротивления, при котором характер зависимости выделяется цветом на семействе кривых, указывается при нахождении в окне результатов активизацией пиктограммы (рис.6.3.19) (рис.6.3.20). Таким образом можно проанализировать все кривые. Более просто, находясь в окне результатов, подвести курсор к любой их выбран- ных кривых, еще обладающей или уже не обладающей ограничением сверху или снизу, и выбрать пару таких, у которых нет ограничений ни сверху, ни снизу. При этом в окне ря- дом с курсором указывается текущее значение положения курсора и величина сопротив- ления резистора R9. Полусумма значений этих сопротивлений R9 _опт обеспечивает форму выходного напряжения без отсечки, при выбранной амплитуде сигнала (GIN) на входе усилителя. Полученное значение сопротивления R9 установить в схеме (рис.6.16), заме- нив R9 =77 Ом, и, проведя моделирование во временной области (вводя пределы анализа в спектральной области по аналогии с рис.6.14, подменю

(рис.6.2.58)) вычислите к _г и U_{m ср}. Результаты моде-

лирования внесите в таблицу 3.
Эпюрывыходныхтоковтранзисторов
Форму коллекторных токов транзисторов для схемы (рис.6.22)



Рис.6.20

получают последовательно выполняя команды Analysis → Transient… → Transient Analysis Limits → Run, находясь в окне схем (рис.6.20)

Рис.6.21

для значения сопротивления ОС R9 = 77 Ом, используя подменю

(рис.6.2.58) (рис.6.22)



Рис.6.22

Активируя пиктограммы (рис.6.3.21) (Peak) и (рис.6.3.22) (Valley) в окне резуль- татов, по аналогии с рис.6.17, определим амплитуду тока I _mк3 и максимальные значения коллекторных токов I _{к1 max} , I _{к2 max}, результаты измерения вставим в таблицу 3 (необхо- димо активизировать строку Harm (V(5)) рис. 6.22). Заменив значение сопротивления ОС на оптимальное (R9 _опт), повторите эксперимент и результаты внесите в таблицу 3.
Выбороптимальногозначенияамплитудынапряжениянавходеусилителя
Выходное напряжение формируется токами коллекторными плеч выходного каскада, протекающими через сопротивление нагрузки. Оценим влияние на форму выходного на- пряжения амплитуды напряжения на входе усилителя (напряжения возбуждения). Для этого выберем файл лабораторной работы 6.3.4 (рис.6.23)

Рис.6.23

Находясь в окне схем, и выполнив последовательно команды Analysis → Transient… →