Температурный анализ. Temperature (Sweep)
КУРСОВАЯ РАБОТА
Исследование шумовых и температурных свойств усилительного каскада
Вариант 2
Руководитель ________ Ф.Г. Зограф
подпись, дата инициалы, фамилия
Студент РТВ13-03, 301312501 ________ К.Г. Калашников
номер группы, зачетной книжки подпись, дата инициалы, фамилия
Красноярск 2015
Содержание
ВВЕДЕНИЕ………………………………………………………………….3
1Задание на курсовую работу…………………………………………….4
2Исходные данные………………………………………………………...5
3Цель…………………………………………………………………….....5
4Ввод и подготовка схемы……………………………………………......6
5Анализ шумов…………………………………………………………....6
6Температурный анализ. Temperature (Sweep)……………………….....9
7Температурный анализ. Parametric Sweep. Анализ эффективности.....10
ВЫВОД………………………………………………………………………12
ВВЕДЕНИЕ
В данной курсовой работе объектом исследования является усилитель, построенный из двух каскадов и выполненный по схеме включения с общим эмиттером. Рассмотрим схему включения биполярного транзистора с общим эмиттером. Схема включения биполярного транзистора с общим эмиттером является наиболее распространенной схемой усилительного каскада. При данном включении транзистора эмиттер является общей точкой входа и выхода каскада. Входным током является ток базы, входным напряжением - напряжение база-эмиттер, выходным током - ток коллектора, выходным напряжением - напряжение коллектор-эмиттер. Коэффициент усиления по току такого каскада представляет собой отношение амплитуд или действующих значений выходного и входного переменного тока, то есть переменных составляющих токов коллектора и базы. Поскольку ток коллектора в десятки раз больше тока базы, то коэффициент усиления по току составляет десятки единиц. Коэффициент усиления каскада по напряжению равен отношению амплитудных или действующих значений выходного и входного переменного напряжения и имеет значение от десятков до сотен. Отсюда следует, что коэффициент усиления каскада по мощности получается равным сотням, тысячам, или даже десяткам тысяч. Входное сопротивление схемы с общим эмиттером мало - от 100 до 1000 Ом. С увеличением сопротивления нагрузки входное сопротивление уменьшается. Каскад по схеме с общим эмиттером при усилении переворачивает фазу напряжения, т. е. между выходным и входным напряжением имеется фазовый сдвиг 180°.Итак, достоинствами схемы с общим эмиттером являются: большой коэффициент усиления по току и большее, чем у схемы с общей базой, входное сопротивление. Недостатки: худшие, чем у схемы с общей базой, температурные и частотные свойства. Однако за счёт преимуществ схема с общим эмиттером применяется наиболее часто.
Задание на курсовую работу
1. Получить у преподавателя номер варианта, в соответствии с номером варианта выбрать исходные данные для работы и сформировать задание на курсовую работу.
2. Рассчитать сопротивления, задающие коэффициент передачи усилителя, подобрать по 3-5 ближайших сопротивлений из рядов номиналов Е24 и Е48.
3. Создать в OrCAD Capture схему усилителя согласно Приложению 1.4. Снять и проанализировать АЧХ усилителя по напряжению. Если необходимо, методом перебора подобрать сопротивления, задающие коэффициент передачи усилителя. Добиться соответствия коэффициента передачи заданному в Приложении 1 с абсолютной точностью ±1. При подборе сопротивлений использовать ряды номиналов Е24 и Е48.
5. Получить зависимость напряжения шумов на выходе усилителя от частоты.
6. Исследовать спектральные плотности шума для всех источников шума в схеме, отдельно для транзисторов и остальных компонентов схемы, выявить
элементы, дающие наибольший вклад в суммарное напряжение шумов.
7. Исследовать зависимости АЧХ по напряжению и отношения сигнал/шум усилителя от температуры. Температурный коэффициент резисторов (ТКС) принять равным 0,005, ёмкостей (ТКЕ) принять равным 0,003. Температуру менять в пределах рабочего диапазона транзисторов, для расчёта температурных зависимостей взять пять отсчётов, включая комнатную температуру, и температуры на границах диапазона.
8. Построить зависимости отношения сигнал/шум, коэффициента передачи по напряжению и ширины полосы пропускания от температуры. Для построения графиков использовать не менее десяти точек.
9. Составить общий вывод, включающий основные результаты проведенных исследований и заключение о работоспособности устройства в различных условиях.
Исходные данные
Внутреннее сопротивление источника сигнала R1=26 Ом; R8=1,1кОм; коэффициент передачи усиления К=95.
Рисунок 1 - Анализируемая схема
Цель:
Целью курсовой работы является закрепление теоретических знаний и практических навыков полученных в ходе изучения дисциплины. Курсовая работа подразумевает применение основных проектных процедур с использованием конкретных операций производимых с помощью стандартных программных средств для автоматизированного проектирования и моделирования радиоэлектронных устройств. В качестве программного средства студентам предлагается использовать пакет программ сквозного проектирования OrCAD версий 16.0-16.6. Приобретение навыков построения аналоговых схем и освоение методики учёта шумовых и температурных свойств радиоэлектронных компонентов средствами компьютерного проектирования (пакет OrCAD) на примере усилителя, построенного из двух каскадов, выполненных по схеме с общим эмиттером.
Ввод и подготовка схемы
Средствами Capture ввести схему согласно варианту
Рисунок 2 - Схема, полученная в пакете OrCAD
Методом подбора получил R7=10.4 Ом из ряда номиналов Е48.
Анализ шумов
Построить и сохранить зависимость напряжения шумов каскада от частоты.
Рисунок 3 - АЧХ и напряжение шумов на выходе усилителя от частоты
По графику получил коэффициент передачи усиления К=93.692.
Построить зависимость отношения сигнал/шум от частоты в децибелах.
Рисунок 4 - Зависимость отношения сигнал/шум от частоты в децибелах
Построить и сохранить спектральные плотности шумов для различных источников шума в схеме.
Рисунок 5 - Спектральные плотности шумов транзисторов
Рисунок 6 - Спектральные плотности шумов резисторов и суммарный шум транзисторов
Открыть выходной файл с директивами анализа (Analysis directives).
*Analysis directives:
.AC DEC 100 1 100meg
.NOISE V([OUT]) V_V1
.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))
.INC "..\SCHEMATIC1.net"
Температурный анализ. Temperature (Sweep)
Получить зависимости АЧХ для разных температур.
Рисунок 7 - АЧХ каскада для различных температур
Построить зависимость отношения сигнал/шум от частоты для различных температур
Рисунок 8 - Зависимость отношения сигнал/шум от частоты для различных температур
Открыть выходной файл с директивами анализа (Analysis directives)
*Analysis directives:
.AC DEC 100 1 100meg
.NOISE V([OUT]) V_V1
.TEMP -55 0 27 75 125
.PROBE V(alias(*)) I(alias(*)) W(alias(*)) D(alias(*)) NOISE(alias(*))
.INC "..\SCHEMATIC1.net"