Моделирование и динамический анализ работы усилительных схем (Лабораторная работа № 4)

Лабораторная работа №4

Моделирование и динамический анализ работы усилительных схем

Цель работы: Овладеть навыками моделирования и анализа работы транзисторных схем  в пакете OrCAD

Исходные данные к работе:

1. В ходе лабораторной работы необходимо выполнить моделирование и динамический анализ электронных транзисторных схем 1, 3, 5, 7 (см. файл «Варианты заданий к лабораторной работе №4»). Моделирование и анализ схем 2, 4 и 6 можно не выполнять. Номиналы элементов схемы выбираются из  таблицы №1 в соответствии с номером варианта. При выполнении работы схема изменяется последовательно от простейшей  - «Схема№1» до варианта схемы со сложной нагрузкой - «Схема№7». Напряжение питание схемы – 12В.

Графический редактор схем OrCADCaptureвыполняет нумерацию элементов автоматически, в силу чего номера элементов при подготовке схемы могут не совпадать с номерами в исходном задании. Перенумеровывать и переименовывать элементы не обязательно.

2. При выполнении работы в качестве источников входных сигналов использовать:

2.1 Источник импульсного напряжения VPULSE. Начальное значение амплитуды сигнала (т.е. параметр V2 источника VPULSE) задать равной 10мВ, постоянную составляющую (т.е. параметр V1 импульсного источника сигнала), задать равной 2 мВ, форму импульсного сигнала - близкой к треугольной (параметр PW источника импульсного сигнала должен быть близок нулю). Моделирование и анализ переходных процессов провести, задав период импульса в пределах:

2.1.1 T = 1мс;

2.1.2 T = 1 мкс.

2.2 Источник синусоидального напряжения VSIN. Начальное значение амплитуды входного сигнала задать 10мВ. Постоянную составляющую синусоидального сигнала источника VSIN задать равной 2 мВ. Моделировании провести с частотами входного сигнала:

2.2.1  F = 1 кГц;

2.2.2  F = 1000 кГц.

2.2 Источник гармонического сигнала VAC (при анализе частотных характеристик). Амплитуду входного сигнала задать равной 10мВ.

3. В схеме использовать транзистор BC548 одного из типов: A, B или C(выбрать самостоятельно).

4. Нагрузка усилителя – резистор R4 (но в примерах выполнения схем – это резистор R3!).

Ход выполнения работы:

1 Подготовить чертёж схемы №1 с параметрами элементов согласно варианта.

Варьируя значениями входных напряжений (амплитудой и постоянной составляющей сигнала), выяснить, при каких параметрах входных сигналов транзистор в схеме №1 открывается. Получить эпюры входных (на источнике), выходных (на резисторе R4) сигналов, а также на базе транзистора, рассчитать коэффициент усиления. Графики сигналов сохранить в редакторе Word для отчёта.

          При выполнении моделирования следует обратить внимание, что для некоторых вариантов заданий в схемах №№ 1 и 2 транзистор при подаче на базу сигнала амплитудой 10мВ может не открываться, в этом случае на нагрузке изменение напряжения, очевидно, не происходит. В этом случае, увеличивая входное напряжение и/или его постоянную составляющую, необходимо определить, при каких параметрах входного сигнала происходит открытие транзистора и, соответственно, устойчивая работа схемы усилителя.

2 Для схем №№ 1, 3, 5, 7 последовательно выполнить анализ переходных процессов, подавая входной сигнал:

2.1 - от источника импульсного напряжения; параметры сигнала задать согласно указаний п.2 настоящих методических указаний;

2.2 - от источника синусоидального напряжения; параметры сигнала задать согласно указаний п.2 настоящих методических указаний;

Получить эпюры входных (на источнике), выходных (на резисторе R4) сигналов, а также на базе транзистора, рассчитать коэффициенты усиления схем на различных частотах. Эпюры напряжений сохранить для отчёта.

3 Выполнить факультативно (для самостоятельной проработки).

3.1 Изменяя амплитуду входного сигнала до 1В убедиться в появлении существенных нелинейных искажений на выходе усилителя.

3.2 Изменяя ёмкость разделительных конденсаторов убедиться в их существенном влиянии на характер переходных процессов при различных частотах входного сигнала.

4 Для схемы № 5 получить спектральные характеристики входного и выходного сигналов при входном импульсном сигнале треугольной формы. Графики сигналов и спектральных характеристик сохранить в редакторе Word для отчёта.

5 Для схем №№ 5 и 7 построить АЧХ и ФЧХ усилителя. Убедиться, что усилитель имеет полосовой график АЧХ.

6  Выполнить анализ файла описания схемы  при моделировании схемы №7 (файл *.OUT). Текст файла в отчёт можно не помещать.

7  Подготовить отчёт по работе. Из всех построенных схем в отчёте достаточно привести только рисунок схемы №7 с номиналами элементов. В отчете необходимо показать результаты моделирования всех схем, выполнить тщательный анализ полученных результатов, сделать обоснованные выводы, подробно описав влияние конденсаторов и обратных связей схемы на её работу. Если при последовательной модификации схем от №1 до №7 какие-то из графиков переходных процессов не меняются, то в отчёте их можно не приводить, но в пояснительном тексте подобный факт и его объяснение необходимо отразить.