Анализ схемы электрической принципиальной прибора при различных режимах работы

Федеральное агентство по образованию

Государственное общеобразовательное учреждение высшего профессионального образования

СИБИРСКИЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНСТИТУТ ИНЖЕНЕРНОЙ ФИЗИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра «Приборостроение и телекоммуникации»

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1

АНАЛИЗ СХЕМЫ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПРИНЦИПИАЛЬНОЙ ПРИБОРА ПРИ РАЗЛИЧНЫХ РЕЖИМАХ РАБОТЫ

                                                                                                               Выполнил:

                                                                                                       ст-т гр. Р 54-2

                                                                                                                  В. С. Катышев

                                                                                                               Проверил:

                                                                                                                преподаватель

А. В. Сарафанов

Красноярск 2008

Цель лабораторной работы:

Целью лабораторной работы является закрепление теоретических зна­ний в области математического моделирования электрических характе­ристик ПС,  выполнение схемотехнического моделирования основных режимов работы и параметров схемы устройства сложения и вычитания двух сигналов в системе OrCad. При моделировании исследовать основные электрические характеристики устройства сложения и вычитания двух сигналов.

Задачи лабораторной работы:

К задачам лабораторной работы относятся:

•  освоение методик исследования различных электрических режимов работы ПС средствами математического моделирования на ПЭВМ;

•  приобретение навыков выполнения проектных задач при помощи стандартных средств компьютерного проектирования.

Задание для выполнения лабораторной работы

В качестве исходных данных берем схему электрическую принципиальную прибора, в данном случае, устройства сложения и вычитания двух сигналов, перечень электрорадиоэлементов (ЭРЭ), а также требования технического задания к выходным характеристикам прибора в условиях его эксплуатации.

 

Рис. 1. Схема электрическая принципиальная устройства сложения и вычитания двух сигналов

 

Рис. 2. Эквивалентная схема замещения устройства сложения и вычитания двух сигналов

Перечень элементов представлен в Приложении 1.

Моделирование входного сигнала

Входными являются сигналы, подаваемые на базы транзисторов VT1 и VT2. В качестве входных сигналов используем источники синусоидального напряжения, генераторы – эпюра которых показана на рис. 3, 4.

Рис. 3. Эпюра сигнала, действующего на входе устройства (V2)

U_вх=19.949 мВ, ∆U_вх=0.051 мВ

Рис. 4. Эпюра сигнала, действующего на входе устройства (V3)

U_вх=9.433 мВ, ∆U_вх=0.567 мВ

Описание параметров выходного сигнала

 

Выходные сигналы снимаются с резисторов R_н1и R_н2.

Рис. 5. АЧХ устройства на нагрузке R_н1

Рис. 6. АЧХ устройства на нагрузке R_н2

Приведем графики выходных сигналов.

Рис. 7. Эпюра сигнала, снимаемого с нагрузки R_н1

U_вых=13.271 мВ, ∆U_вых=0.729 мВ

Рис. 8. Эпюра сигнала, снимаемого с нагрузки R_н2

U_вых=10.370 мВ, ∆U_вых=0.63 мВ

Из рисунков 3, 4, 7 и 8 видно, что напряжение снимаемое с нагрузки R_н1отображает полусумму входных сигналов, а напряжение, снимаемое с нагрузки R_н2 отображает их разность.

Анализ с учетом температурного фактора.

Проведем временной анализ при различных значениях температуры. Прибор должен эксплуатироваться при температуре не выходящей за рамки от 0˚С до +40˚С. Построим графики выходных напряжений при температурах 0˚С, 25˚С, 40˚С.

а)

б)

Рис. 9. Напряжение на выходе устройства при температуре 25°С: а) на нагрузке R_н1,

б) на нагрузке R_н2

а) U_вых=13.243 мВ, ∆ U_вых=0.757 мВ

б) U_вых=10.367 мВ, ∆ U_вых=0.633 мВ

а)

б)

Рис. 10. Напряжение на выходе устройства при температуре 40°С: а) на нагрузке R_н1, б) на нагрузке R_н2

а) U_вых=13.282 мВ, ∆ U_вых=0.718 мВ

б) U_вых=10.410 мВ, ∆ U_вых=0.79 мВ

а)

б)

Рис. 11. Напряжение на выходе устройства при температуре 0° С: а) на нагрузке  R_н1, б) на нагрузке R_н2

а) U_вых=13.193 мВ, ∆ U_вых=0.807 мВ

б) U_вых=10.364 мВ, ∆ U_вых=0.636 мВ

Из рисунков 9, 10 и 11 видно, что при увеличении температуры амплитуда сигнала увеличивается.

Относительный температурный коэффициент нестабильности (ТКН) напряжения:

,

где U_вых0 – значение U_вых при нормальной температуре;

      U_вых1 и U_вых2 – при температурах t₁ и t₂ соответственно;

       t₁ и t₂ – крайние значения температурного интервала.

Значения U_вых0 , U_вых1 и U_вых2 определим из эпюр напряжений на рис. 9, 10, 11.

а)

б)

Исследование рассеиваемых мощностей на ЭРЭ

В таблице 1 приведены мощности, выделяемые на элементах.

Таблица 1

Элемент	Рассеиваемая мощность
R1	966.6 мкВт
R2	224.5 мкВт
R3	797.4 мкВт
R4	1.306 мВт
R5	5.114 мВт
R6	5.164 мВт
R7	5.184 мВт
VT1	9.055 мВт
VT2	9.528 мВт
Общая рассеиваемая мощность	35.351 мВт

Общая рассеиваемая мощность схемы 35.351 мВт, что не требует применения дополнительных систем охлаждения.

Вывод:

При исследовании основных электрических характеристик устройства сложения и вычитания двух сигналов в системе OrCad были получены следующие  характеристики усилителя:

1.  Действующее выходное напряжение а) U_вых=13,271 мВ

                                                                                б) U_вых=10,370 мВ

2.  Пульсация U_вых составила а) 0.729 мВ

                                                          б) 0.63 мВ

3.  Относительный температурный коэффициент нестабильности напряжения  а) α_u=0.017%

б) α_u=0.011%

Так же были рассчитаны с помощью системы OrCad мощности, рассеиваемые на ЭРЭ схемы. Дополнительных средств охлаждения применять ненужно, поскольку максимальная рассеиваемая мощность порядка нескольких десятков мВт.