Міністерство освіти і науки України Національний університет (Львівська політехніка( Кафедра ТРР КУРСОВА РОБОТА з дисципліни ( Основи автоматизації проектування РЕА( на тему: (Моделювання підсилювача на біполярному транзисторі( Варіант№47 Львів 2007 План Вступ………………………………………………………………………………3 Початкові дані…………………………………………………………………….4 Аналіз в режимі постійного струму……………………………………………..5 Заступна схема підсилювача в режимі постійного струму……………….. 6 Визначення напруг, струмів та диференціальних провідностей компонентів……………………………………………………………………6 Складання вектора вузлових струмів………………………………………. 7 Складання матриці вузлових диференціальних провідностей …………… 7 Розроблення та описання програми статичного аналізу………………….. 9 Результати статичного аналізу …………………………………………….. 10 Аналіз частотних характеристик в режимі малого сигналу…………………..11 Лінеаризація нелінійної універсальної моделі біполярного транзистора……...11 Заступна малосигнальна схема підсилювача…………………………….. 11 Складання вектора еквівалентних вузлових незалежних джерел струму. 12 Складання матриці вузлових комплексних провідностей ………………. 12 Розроблення та описання програми частотного аналізу ………………… 14 Результати частотного аналізу……………………………………………. 15 Моделювання підсилювача за допомогою ПМК Micro-CAP 8……………… 16 Висновки……………………………………………………………………… 17 Додатки……………………………………………………………………….. 18 Література…………………………………………………………………….. 21 Автоматизоване схемотехнічне проектування РЕП дозволяє повністю або частково замінити макетування комп'ютерним моделюванням, що забезпечує зменшення терміну затрат проектування, а також відкриває принципово нові можливості дослідження схем, які недоступні при традиційних підходах. З огляду на це вивчення методів та засобів комп'ютерного моделювання РЕП є важливим аспектом підготовки сучасного радіоінженера.
Рис. 1.1 Принципова електрична схема транзисторного підсилювача Дані для розрахунку: Br=1.75 - коефіцієнт передачі струму в інверсному режимі Bf=99 - коефіцієнт передачі струму в нормальному режимі Is=17E-15 - струм насичення р-n переходу Cjc=4E-12 - барєрна ємність колекторного переходу Cje=3.4E-12 - барєрна ємність емітерного переходу Vjc=0.69 - контактна різниця потенціалів колекторного переходу Vje= 0.75 - контактна різниця потенціалів емітерного переходу Mjc=0.33 - коефіцієнт зміни ємності колекторного переходу Mje=0.35 - коефіцієнт зміни ємності емітерного переходу Tf=160E-12 - час перенесення заряду в нормальному режимі Tr=40E-9 - час перенесення заряду в інверсному режимі 2. Аналіз в режимі постійного струму
Рис. 2.1 Універсальна модель Еберса-Молла біполярного транзистора N-p-n типу Для того щоб провести статичний аналіз замінюємо транзистор універсальною моделлю Еберса-Молла, відкидаємо реактивні елементи та послідовно пронумеровуємо вузли.
Рис. 2.2 Заступна схема підсилювача для аналізу по постійному струму Визначення напруг, струмів та диференціальних провідностей компо-нентів Записуємо компонентні рівняння напруг та струмів на кожному з елементів, прийнявши умовні додатні напрями струмів та напруг та замінивши джерело напруги на еквівалентне джерело струму. Визначаємо струми , напруги та диференціальні провідності, де напруга виражена через вузлові потенціали. Ijs=18E+3 A YS=1E+03 Cм


2.3 Складання вектора вузлових струмів Запишемо систему нелінійних алгебричних рівнянь для кожного з вузлів
2.4 Складання матриці вузлових диференціальних провідностей Запишемо в загальному вигляді диференціальні провідності кожного з компонентів, що потрібно для складання матриці провідностей: 1/R=gR ─ провідність резистора. Is/φt*exp ((φm- φ1)/ φt) =gd - провідність діода, де φt- температурний потенціал. Is/φt*exp ((Ube)/ φt) =gcc - провідність керованого джерела струму Is/φt*exp ((Ube)/ φt) =gec - провідність керованого джерела струму Запишемо матрицю диференціальних провідностей
Розроблення та описання програми статичного аналізу
2.6 Результати статичного аналізу Ввівши початкові наближення для розв’язку системи
отримаємо розв’язок системи нелінійних рівнянь тобто отримаємо результат статичного аналізу (струми в кожному з вузлів підсилювача):

Аналіз частотних характеристик в режимі малого сигналу 3.1 Лінеаризація нелінійної універсальної моделі біполярного транзистора
Рис. 3.1 Універсальна модель Еберса-Молла біполярного транзистора N-p-n типу для режиму малого сигналу Проведемо аналіз підсилювача в режимі малого сигналу. Для цього замінимо транзистор малосигнальною моделлю і відкинемо (як сказано в методичних вказівках) відповідні елементи.
Рис. 3.2 Заступна малосигнальна схема підсилювача Розрахуємо параметри транзистора використавши результат статичного аналізу. Ube0= 0.656 B Ubc0= 8.01 B Gmf=Is/φt*exp (Ube0/ φt) =0.059 Cм Rpi=Bf/gmf=1.684Е+3 Oм CPI=gmf*Tf+Cje (Ube0) =1.488Е-11 Ф Cmu=Cjc (Ubc0) =4.189Е-11 Ф Перетворивши джерело напруги на еквівалентне джерело струму отримаємо: YIN=1Cм IJIN=0.001 A 3.4 Складання матриці вузлових комплексних провідностей Виходячи з виразів наведених вище запишемо загальну матрицю комплексних провідностей:
Розроблення та описання програми частотного аналізу
3.6 Результати частотного аналізу За допомогою програми MathCad проведемо частотний аналіз підсилювача тобто визначимо коефіцієнт передачі (АЧХ та ФЧХ) та напруги в окремих вузлах схеми підсилювача кожному з вузлів підсилювача в заданому діапазоні
Зобразимо АЧХ і ФЧХ
4. Моделювання підсилювача за допомогою ПМК Micro-CAP 6 Змоделюємо підсилювач за допомогою програми Micro-Cap 6 і порівняємо розрахункові дані з даними, які видасть ця програма. частот.
В результаті аналізу бачимо, що розраховані дані збігаються з даними які видала програма. Це означає, що завдання статичного аналізу підсилювача виконане правильно. Результат малосигнального аналізу наведемо графічно:
Рис. 4.1 АЧХ та ФЧХ підсилювача Висновки: Основним завдання курсової роботи було порівняння розрахункових даних з даними розробленими за допомогою програмного забезпечення Micro-Cap 8. Ми порівняли розрахункові дані з даними програми для моделювання (Micro-Cap 8) різного роду підсилювачів і не тільки. Точність збігу програмних та розрахункових даних складає 10Е-3 Ми визначили основні параметри транзистора, такі як АЧХ та ФЧХ, визначили напруги та струми у кожному з вузлів транзистора. Визначили смугу пропускання для даного типу транзистора (вона складає 6.7 МГц) 5. На заключення хочу додати, що програма Micro-Cap дозволяє швидко і зручно розрахувати підсилювальний каскад. Виходячи з розрахункових даних, можу сказати, що програма проводить розрахунок з меншою похибкою це дозволяє з більшою точністю дати оцінку аналізу підсилювача. Додаток F v(3)/v(2) ph(v(3)/v(2)) (Hz) (Degrees) 0.010K 0.260 N/A 0.012K 0.319 -94.588 0.015K 0.392 -95.633 0.019K 0.480 -96.911 0.023K 0.588 -98.473 0.028K 0.719 -100.375 0.034K 0.876 -102.680 0.042K 1.063 -105.457 0.052K 1.284 -108.769 0.064K 1.538 -112.668 0.079K 1.822 -117.170 0.097K 2.129 -122.244 0.119K 2.445 -127.785 0.146K 2.752 -133.615 0.179K 3.034 -139.504 0.220K 3.277 -145.207 0.271K 3.473 -150.519 0.333K 3.625 -155.300 0.409K 3.737 -159.485 0.503K 3.817 -163.071 0.618K 3.873 -166.095 0.759K 3.912 -168.618 0.933K 3.938 -170.706 1.147K 3.955 -172.426 1.409K 3.967 -173.839 1.732K 3.975 -174.997 2.129K 3.980 -175.946 2.616K 3.984 -176.725 3.215K 3.986 -177.365 3.951K 3.987 -177.893 4.856K 3.988 -178.333 5.968K 3.989 -178.701 7.334K 3.990 -179.014 9.014K 3.990 -179.285 11.078K 3.990 -179.525 13.614K 3.990 -179.745 16.731K 3.990 -179.955 20.562K 3.990 -180.162 25.270K 3.990 -180.376 31.057K 3.990 -180.607 38.168K 3.990 -180.863 46.907K 3.990 -181.156 57.648K 3.989 -181.498 70.847K 3.989 -181.904 87.070K 3.988 -182.391 107.006K 3.987 -182.980 131.508K 3.985 -183.696 161.620K 3.982 -184.568 198.626K 3.978 -185.633 244.106K 3.972 -186.935 300.000K 3.963 -188.526 Список літератури 1. Автоматизация схемотехнического проектирования: Учебн. пос. для вузов Ильин В.Н. , Фролкин В.Т. , Бутко А.И. , и др.; под ред. В.Н. Ильина. – М. : Радио и связь . 1987- 368с. 2 . Глориозов Е.Л. , Ссорин В.Г. , Сыпчук П.П. , Введение в автоматизацию схемотехнического проектирования . – М .: Сов. радио, 1976. -234 с. 3 . Разевиг В.Д. Моделирование аналоговых электронных устройств на персональных ЭВМ. – М.: Изд-во МЭИ, 1993. -152 с.