Програма за анализ на електронни схеми pspice Student Цел на упражнението. Запознаване на студентите



Дата17.09.2016
Размер105.76 Kb.
ТипПрограма

Т Е Х Н И Ч Е С К И У Н И В Е Р С И Т Е Т - С О Ф И Я




ОБЕДИНЕН ТЕХНИЧЕСКИ КОЛЕЖ




база – Ботевград



Ръководство за провеждане на лабораторно упражнение


Дисциплина:

Аналогова схемотехника

Тема на упражнението:
Изследване на нискочестотен усилвател на мощност

с демонстрационната версия на компютърната програма за анализ на електронни схеми PSpice Student

1.Цел на упражнението.

Запознаване на студентите:



  • с основните амплитудно – честотни характеристики на нискочестотен усилвател на мощност и влиянието на елементите на схемата върху тези характеристики.

  • с възможностите на демонстрационната версия на компютърната програма за анализ на електронни схеми PSpice Student

2. Измервателна постановка.



За провеждане не упражнението се използува персонален компютър с инсталирана програма PSpice Student и създадения с нейния схемен редактор Schematics файл UsilvatelP.sch
3. Задачи за изпълнение.

3.1. Запознаване с възможностите на компютърната програма за анализ на електронни схеми PSpice Student (Приложение 6.2.).

Стартиране на програмата:

Srart > Programs > PSpice Student > Schematics>

От прозореца, показан на фиг.1, се избира файла UsilvatelP.sch.



фиг.1.
Зарежда се схемата за анализ. Прозорецът е като показания на фиг.2.



фиг.2.


3.2. Да се разучи действието на схемата (Приложение 6.1.).
3.3. Изследване на постояннотоковия режим на усилвателното стъпало.

  • При липса на сигнал на входа на схемата, в режим на покой, да се пресметнат постоянните напрежения във възлите на схемата. Да се сравнят с резултатите от анализа с програмата PSpice.

За създадената схема от лентовото меню Analysis/Create Netlist се прави топологично описание във файла UsilvatelP.cir. В менюто Analysis/Setup е избрано да се направят Bias Point Detail (постояннотоков), AC Sweep (честотен) и Transient (временен, преходен) анализи. Анализите се извършват чрез избора Analysis/Simulate или чрез натискане на функционалния бутон . С това се стартира симулатора PSpice A/D и се показва информация за хода на симулацията. PSpice A/D прочита схемните файлове UsilvatelP.sch и UsilvatelP.cir и записва резултатите от анализите в изходен файл с име UsilvatelP.out. Този изходен файл, който съдържа също топологичното описание но схемата и описание на елементите и, може да се разгледа с избор Analysis/Examine Output. При наличие на синтактични грешки в описанието на схемата или при аномалии при изпълнение на анализа в изходния файл се извеждат подходящи съобщения. След завършване на постояннотоковия анализ, резултатите (потенциалите на възлите и токовете в клоновете) могат да се изобразят върху схемата, с щракване върху бутоните и от лентовото меню на Schematics. Ако се щракне върху някоя от показаните стойности на токовете, се появява червена стрелка, която указва посоката на тока.
3.4. Измерване на основните параметри на усилвателя коефициент на усилване по напрежение Au и максимална амплитуда на изходното напрежение Uomax.

  • Параметърът Au се измерва в линеен режим на работа на усилвателя, със синусоидален сигнал с честота f=1kHz. Това означава, че променливият сигнал е много по-малък в сравнение с постояннотоковия режим, изходният сигнал не е изкривен и повтаря формата на входния. Подходяща амплитуда 100 mV се избира след двойно щракване върху източника V1 и попълване на текстовия прозорец от фиг.3.

фиг.3.


След завършване на анализа се избира типа на анализа Transient (фиг.4.), който да се изобрази


фиг.4.

От графиките на прозореца от фиг.5 с помощта на курсорите от менюто Trace/Cursors се измерват входното и изходното напрежения и се пресмета усилването Au.



фиг.5.


  • Au се изчислява по формулата:

Да се сравни с теоретичната.



  • За да се измери максималния изходен сигнал Uomax усилвателят трябва да е в режим на насищане на крайните транзистори, сигналът да не е със синусоидална, а с почти правоъгълна форма. Подходяща амплитуда 1000 mV се избира след двойно щракване върху източника V1 и попълване на текстовия прозорец от фиг.3.Отново се стартира анализа и се отчита Uomax. Да се сравни с теоретичната стойност.


3.5. Снемане на амплитудно честотната характеристика на усилвателя.

  • При амплитуда на входното напрежение, еднаква на тази от т.3.4 за измерване на усилването, се стартира анализа и се изобразяват графиките на АС анализа. Да се измери изходното напрежение Uo за различни стойности на честотата f. Резултатите да се нанесат в таблица 1. Да се начертае характеристиката. Коефициента на усилване по напрежение да се пресметне и в децибели по формулата:



  • Да се обясни на какво се дължат спадовете в характеристиката.

=100mV Таблица.1



0.01

0.1

0.2

1

2

10

20

50

100
























































































4. Въпроси за самостоятелна работа вкъщи.



4.1. Да се опишат недостатъците на изследваната схема.

4.1. Да се обясни, ако има, разликата между измерените и изчислените с PSPICE стойности за параметрите.


5.Съдържание на протокола.

Резултатите от изпълнението на т.3 и т.4.


6. Приложения

6.1. Нискочестотен усилвател 2W –описание на принципната електрическа схема.

6.2. РЪКОВОДСТВО за решаване на задачи по теоретична електротехника с PSpice.

Приложение 6.1.



Нискочестотен усилвател 2W

Усилвателите на мощност са предназначени да осигурят значителна мощност върху товара – в общия случай повече от един ват. Всяко усилвателно стъпало усилва по мощност, но изходната мощност е незначителна. За усилвател на мощност се приемат крайните (изходните) и предкрайните стъпала, в изхода на които амплитудите на променливотоковите съставки на токовете и напреженията са значителни и мощността е голяма. Амплитудите на токовете са близки до максимално допустимия ток на транзисторите, а амплитудите на напреженията – съизмерими със захранващите напрежения. Ето защо при усилването възникват нелинейни изкривявания, разсейваната мощност е голяма, а консумираната от захранващия източник мощност също е голяма. При разглеждането на усилвателите на мощност се обръща внимание на тези и на други специфични проблеми.

Съвременните усилватели на мощност са сложни устройства, които освен крайните стъпала включват драйверно стъпало, предусилвател и други спомагателни вериги. Изпълнени са дискретно или като интегрални схеми.

Наред с основните параметри и характеристики (коефициенти на усилване по ток, напрежение и мощност, входно и изходно съпротивление, амплитудно честотна и фазово честотна характеристики) усилвателите на мощност имат специфични за тях параметри:



  1. Мощност върху товара (изходна мощност) PL.Тя се определя при зададени товар RL и ниво на нелинейните изкривявания.

  2. Коефициент на полезно действие





  1. Мощност, разсейвана върху транзисторите

PC=PO-PL

  1. Коефициент на нелинейни изкривявания kx.

Към усилвателите на мощност се предявяват следните изисквания: Да осигурят зададената мощност върху товара PL при зададено ниво на нелинейните изкривявания; коефициентът на полезно действие да е възможно най-голям; да се осигури отдаване на разсейваната мощност PC в околната среда, за да работят транзисторите в нормален топлинен режим; да имат защита от късо съединение в изхода, топлинна защита и др.

Схемната реализация е различна – еднотактни, двутактни безтрансформаторни и трансформаторни усилватели на мощност. Транзисторите могат да работят в клас А, В, С и АВ. Най-често се използуват класовете В, С или АВ, тъй като са най-икономични.

Схемата, показана на фиг.1, е много проста схема на краен усилвател, която не се препоръчва за използуване заради липсата на защита в крайното стъпало, но много добре пояснява принципа на действие на усилвателите на мощност.

Фиг. 1.
Крайното стъпало е двутактно , използвани са двойка комплементарни n-p-n и p-n-p транзистори, които работят в клас АВ. Преднапрежението за двата транзистори се създава от диодите D1 и D2. Той има малко съпротивление за променлив ток, така че базите на двата транзистори имат еднакъв потенциал за променлив ток. При положителен сигнал (положителна полувълна на входния променлив сигнал) се отпушва транзистора VT1 (n-p-n), през него протича ток, който преминава и през товара на усилвателя – високоговорителя. Това е така наречения първи такт от работата на стъпалото. През втория такт (отрицателната полувълна на входния сигнал) се отпушва транзистора VT2 (p-n-p) и токът му също преминава през високоговорителя. Върху товара се повтаря напрежението от изхода на операционния усилвател. Транзисторите са свързани в схема общ колектор (ОК), наричана още емитерен повторител. За да се получи максимална амплитуда на изходния сигнал (максимална неизкривена мощност), е необходимо потенциалът в изхода на усилвателя при покой (при липса на променлив сигнал) да е винаги:




Това се постига чрез 100% отрицателна обратна връзка по постоянен ток, осъществена чрез резистора R6. Тъй като входния поляризиращ ток на операционния усилвател е ≈0 и входното напрежение на несиметрия също е ≈0, можем да приемем, че потенциалите на емитерите на крайния транзистор, на инвертиращия и на неинвертиращия вход на операционния усилвател са еднакви и равни на потенциала, зададен със съпротивителния делител R1+R2=R3 - Ucc/2. Потенциалът в изхода при покой ще бъде винаги Ucc/2, независимо от стойността на Ucc, така че и при промяна на захранващото напрежение, върху товара ще се получава винаги максимален неизкривен сигнал.

Като приемем, че за постоянен ток съпротивлението на кондензатора С3 е безкрайност, еквивалентната схема за постоянно напрежение на усилвателя има вида на схемата от фиг.2.




Фиг. 2.
Операционният усилвател и транзисторите са свързани като повторител на напрежението върху резистора R3.

Резисторът R1 и кондензаторът С1 образуват RС филтър и не позволяват пулсации от захранващото напрежение да се допускат до входа на усилвателя, избягва се бръмченето на усилвателя.

По отношение на променливия сигнал крайните транзистори и операционния усилвател са свързани като неинвертиращ усилвател. Ако приемем, че за променлив сигнал съпротивлението на кондензатора С3 е ≈0, тогава еквивалентната схема на усилвателя за променлив сигнал е като посочената на фиг. 3.



Фиг. 3.
Коефициентът на усилване по напрежение се определя от израза:




Кондензаторите С2, С3 и С4 са разделителни. С2 разделя постояннотоково входа на усилвателя от изхода на предното стъпало. С4 разделя изхода от товара – при липса на сигнал през високоговорителя няма да тече постоянен ток, тъй като тогава Uout=Ucc/2. Кондензаторът С3 разделя отрицателната обратна връзка по променлив ток от отрицателната обратна връзка по постоянен ток. Стойностите на тези кондензатори трябва да са такива, че за ниската честота на честотната лента на усилвателя fL, да не внасят общ спад в усилването, по-голям от 3dB. Кондензаторите С5, С6 и С7 са против възбуждането на операционния усилвател и транзисторите на високи честоти.

Максималната изходна мощност се изчислява по формулата:




При захранващо напрежение 12V максималната амплитуда на изходния сигнал е UOmax≈Ucc/2=6V (в действителност амплитудата е с 1÷2V по-малка). Ако приемем, че съпротивлението на високоговорителя е RL=8Ω, максималната изходна мощност е:


След като се монтира, тази схема е добре да се оживи, като вместо високоговорител се включи резистор около 8Ω. Захранващото напрежение се включва, без да е подаден променлив сигнал и се измерват потенциалите на емитерите на крайните транзистори, на инвертиращия и на неинвертиращия вход на операционния усилвател. Те трябва да са еднакви и равни на Ucc/2, ако елементите са здрави и монтажът е верен. На входа се подава синусоидален сигнал с честота ≈1kHz. На изхода се включва осцилоскоп, ако е двуканален, може да се наблюдават едновременно входния и изходния сигнал. Променят се амплитудата и честотата на входния сигнал и се прави оценка на параметрите и характеристиките на усилвателя.
Литература:

  1. Златаров, В. и др. Електронни аналогови схеми и устройства. Техника, София, 1993.

  2. Доневска Л., Н. Чамов. Електронни аналогови устройства. Техника, София, 1994.



Каталог: Webpages -> E learning
E learning -> Задача (приложение на машинни кодове) Моля, попълнете Вашия отговор
E learning -> Задача (особености на бройни системи) Моля, попълнете Вашия отговор
E learning -> Програма на С, която генерира и извежда на екрана редица от числа на Фибоначи: от 1 до зададено от потребителя число оценка: 4
Webpages -> Уроци по html 3 html 3 цветове 5 текст 6 списъци 10 хоризонтални линии 14 хиперлинкове 16 картинки 19 мелодии 21 таблици 23 формуляри 28 рамки 32 meta елементи 35 специални символи 36 JavaScript уроци 46


Поделитесь с Вашими друзьями:


База данных защищена авторским правом ©obuch.info 2019
отнасят до администрацията

    Начална страница