Комплексный расчет, анализ и моделирование многокаскадного усилителя, страница 12

2.10.1  Равномерное распределение

Если  при подборе компонентов учтены разбросы, а номиналы компонентов укладываются в заявленные поля допусков, например, за счет отбраковки партий, то в качестве закона случайного рассеяния номиналов при моделировании целесообразно использовать равномерное распределение – рис.2.15.

        

Рисунок 2.15 – Изменение формы АЧХ и ФЧХ при равномерном распределении допусков пассивных компонентов

       Из рис.2.15, видно, что значение коэффициента передачи составляет  Ku=(13,91 ± 0,376) при ожидаемом  Ku=13,9. При этом 100% значений попадают в зону допуска σ±3, и лишь 65% – в зону допуска  σ±1.)

2.10.2  Нормальное распределение

Если допуски распределены по нормальному закону, т. е. производитель ориентируется только на указанные предельные значения компонентов и не предпринимает никаких мер по входному контролю и отбраковке, в т. ч. не работает с поставщиками электронных компонентов. Результаты этого испытания представлены на рис.2.16.

Рисунок 2.16 – Изменение формы АЧХ и ФЧХ при нормальном (гаусовском) распределении допусков пассивных компонентов

Из рис.2.16  видно, что значение коэффициента передачи составляет  Ku=(13,98±0,235) при ожидаемом Ku=13,88. При этом 100% значений попадают в зону допуска σ±3, и лишь 65% – в зону допуска σ±1.

2.10.3  Наихудший случай

Опция «Analysis|Worst Case» позволяет исследовать наихудший случай влияния предельного отклонения номиналов электронных компонентов при установленных или выбранных с помощью использования предыдущего инструмента допусках. Результаты испытания показаны на рис. 2.17.          

Рисунок 2.17 – Изменение формы АЧХ и ФЧХ при наихудшем случае допусков пассивных компонентов

На основании полученных результатов можно сделать вывод о том, что при использовании поля допуска  АЧХ (коэффициент усиления) будет находиться в пределах от номинального значения.

2.11  Выводы по главе

При выборе стандартной элементной базы значений резисторов

конденсаторов(ряд Е96), значение коэффициента передачи увеличивается с расчетных 13,4 до 13,9. При вариации температуры окружающей среды от  -50⁰С до 50⁰С усилитель продолжает работать с незначительными отклонениями, т.е. в этом диапазоне температур каскад работает стабильно. График спектрограммы мощности шума на входе и выходе усилителя показывает, что в диапазоне рабочих частот усилитель работает с максимальными шумами. При изменении резистора нагрузки каскад работает достаточно устойчиво, но при увеличении значения резистора более 7.15 кОм коэффициент передачи незначительно возрастает.

Анализ передаточных характеристик, полюсов и нулей показал вещественные части полюсов отрицательны, а комплексные части попарно сопряжены, то все коэффициенты полинома знаменателя будут положительными, а это, в свою очередь является признаком безусловной устойчивости усилителя. При нормальном и равномерном распределении допусков пассивных компонентов при 100 выборках наблюдаем попадание значений в промежуток ±3σ, следовательно номинальный ряд Е96, имеющим 2% допуск полностью удовлетворяет заданной точности.

3  Расчет и анализ надежности объекта проектирования

Для оценочных расчетов используются простейшие модели в виде формул с эмпиричискими коэффициентами, получившими название статистических моделей распределения вероятности безотказной работы. В качестве показателей надежности обычно используют интенсивность отказов, вероятность безотказной работы и среднее время.