Комплексный расчет, анализ и моделирование многокаскадного усилителя (пояснительная записка), страница 9

Проведя подбор элементов в соответствии с рядом Е96 и допусками 0,1% для конденсаторов, индуктивностей, 1%и резисторов.

2  Комплексное моделирование объекта проектирования

В данной главе приведены результаты комплексного моделирования цепи, по результатам аналитических расчетов. Для удобства был создан виртуальный лабораторный стенд, который включает в себе вспомогательные устройства, в нашей работе это: осциллограф и “Боде плоттер”. Все эксперименты проведены в EWB, на основании полученных данных, сделан выбор номиналов компонентов и внесены исправления в цепь.

а)

б)

Рисунок 2.1 – Схема виртуальной лабораторной установки: а – с расчетными номиналами компонентов; б – с необходимыми исправлениями

Для повышения уровня визуализации и возможности наблюдения измерений без предъявления требований к детализации отдельных отрезков АЧХ и ФЧХ целесообразно использовать виртуальный инструмент “Боде плоттер”, являющийся полным аналогом опции моделирования «Analysis|AC Frequency». На рисунке 2.2 показана АЧХ усилителя.

Рисунок 2.2 – Детализация частотного анализа с помощью виртуального инструмента “Боде плоттер”

С помощью инструмента Bode Plotter можно посмотреть АЧХ и ФЧХ цепи, а также определить коэффициент усиления цепи на интересующей частоте. Видно, что коэффициент усиления на резонансной частоте равен 450.

Рисунок 2.3 – Осциллограмма входного и выходного сигнала полученная с помощью виртуального осциллографа

Видно, что усилитель работает в линейном режиме. Сигнал на входе – линия красного цвета, сигнал на выходе – линия синего цвета. Так же по осциллограмме можно приблизительно определить коэффициент усиления цепи.

2.1  Анализ работы по постоянному току

Цель анализа схемы по постоянному току (опция «Analysis|DC Operating Point») или анализа статического режима заключается в том, что бы получить первичную информацию о токах и напряжениях ключевых узлах схемы (nodes) и, тем самым, сделать выводы о том, в каком режиме (линейном или не линейном) работает анализируемое устройство. Результаты анализа представлены на рисунке 2.4.

Рисунок 2.4 – Режимы работы каскадов

Анализ работы устройства по постоянному току – это одно из первоочередных испытаний, позволяющих оценить точность расчетов. Все данные соответствуют ожидаемым.       

а) аксимальный ток потребления каскада составляет 16,46 мА (параметр V2#branch – знак минус говорит о том, что ток вытекает из источника питания V2);

б) транзистор находится в активном режиме, об этом свидетельствует напряжение на коллекторе транзистора В;

в) в отсутствии сигнала ток в нагрузку не передается и выходное напряжение равно нулю.

2.2  Динамический (частотный) анализ

Цель частотного анализа (опция «Analysis|AC Frecuency…») схемы заключается в построении и исследовании амплитудно-частотных (АЧХ) и фазочастотных (ФЧХ) характеристик.

На рисунке 2.5 представлены амплитудно-частотная и фазочастотная характеристики каскада на биполярном транзисторе в децибелах.

а)

б)

Рисунок 2.5 – каскад на биполярном транзисторе: а – амплитудно-частотная характеристика; б – фазочастотная характеристика