МОДЕЛЮВАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ПІДСИЛЮВАЧІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ. Методичні вказівки до лабораторної роботи з Електроніка та мікросхемотехніка. Робота № 500894

Перехід до торгівельного партнера Binance

МОДЕЛЮВАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ПІДСИЛЮВАЧІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ

Інформація про навчальний заклад

ВУЗ:

Національний університет Львівська політехніка

Інститут:

Не вказано

Факультет:

Не вказано

Кафедра:

Не вказано

Інформація про роботу

Рік:

2008

Тип роботи:

Методичні вказівки до лабораторної роботи

Предмет:

Електроніка та мікросхемотехніка

Завантажити

Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):

МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА» МОДЕЛЮВАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ПІДСИЛЮВАЧІВ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ Інструкція до лабораторної роботи № 3 з навчальної дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка” для студентів базового напряму 6.0914 «Інформаційна безпека», «Безпека інформаційних і комунікаційних систем», «Системи технічного захисту інформації», «Управління інформаційною безпекою» Затверджено на засіданні кафедри Захист інформації Протокол № від 2008 р. Львів – 2008 Моделювання та дослідження підсилювачів постійного струму: Інструкція до лабораторної роботи №3 з дисципліни: “Електроніка та мікросхемотехніка” / Укл.: Кеньо Г.В., Собчук І.С. ,  Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2008.  с. Укладач Кеньо Г.В., к. т. н., доц., Собчук І.С., к.ф.-м.н., доц. Відповідальний за випуск Дудикевич В.Б., д.т. н., проф. Рецензенти: МЕТА РОБОТИ Ознайомитися з основними параметрами і характеристиками підсилювачів постійного струму(ППС). Отримати амплітудно-частотні характеристики, визначити коефіцієнти підсилення по напрузі. Виявити вплив зміни параметрів пасивних елементів на коефіцієнт підсилення. ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП У пристроях автоматичного контролю та регулювання часто реєструються значення таких величин, як потужність, кут зсуву фаз, тиск, температура, світловий потік, прозорість та багато інших. Ці електричні та неелектричні величини в багатьох випадках зручно перетворюються у струми та напруги, які змінюються повільно, частота яких становить лише одиниці або частки герца. Для підсилення напруг або струмів, що змінюються повільно, необхідні підсилювачі, смуга пропускання яких має нижню межу f=0. Підсилювачі, яким властива така здатність, називаються підсилювачами постійного струму (ППС) незалежно від того, яку величину – струм чи напругу – необхідно підсилити. Електричні сигнали, що надходять на вхід підсилювача постійного струму, часто є малими за величиною. За допомогою ППС доводиться підсилювати напруги порядку часток мілівольта, а струми порядку 10-15…10-16 А. Для підсилення таких слабких електричних сигналів одного каскаду зазвичай є недостатньо, тому доводиться використовувати підсилювачі, що складаються з декількох каскадів. Сполучення каскадів між собою не є складним у звичайних підсилювачах змінної напруги, а у ППС це завдання є доволі складним. Очевидно, що в ППС для з’єднання виходу попереднього каскаду зі входом наступного не можуть використовуватись ні трансформатори, ні конденсатори. Тому єдиною схемою міжкаскадного зв'язку, придатною для ППС, є схема гальванічного зв’язку. Така схема вносить у підсилювач ППС низку специфічних особливостей, які утруднюють як побудову підсилювача, так і його експлуатацію. Не прогнозована зміна напруги на виході підсилювача, яка не пов’язана із зміною корисного вихідного сигналу, а зумовлена внутрішніми процесами в підсилювачі, називається дрейфом нуля ППС. Значення абсолютного дрейфу оцінюють за зміною рівня вихідної напруги дрейфу від мінімального до максимального значення при незмінному значенні корисного сигналу на виході. EMBED Equation.3 при EMBED Equation.3 Для якісної оцінки різних ППС за значенням дрейфу користуються поняттям зведеного дрейфу EMBED Equation.3 де EMBED Equation.3 – коефіцієнт підсилення ППС за напругою. Основні способи зменшення дрейфу нуля ППС: 1.Стабілізація джерела живлення ППС. 2.Застосування від’ємного зворотного зв’язку. 3.Використання елементів з нелінійними залежностями параметрів від температури для температурної компенсації. 4.Схемотехнічні методи – застосування балансних компенсаційних схем. 5.Структурні методи – застосування ППС з перетворенням сигналу. Основні параметри ППС Коефіцієнт підсилення за напругою. Вхідний і вихідний опори. Динамічний діапазон сигналів. Верхня робоча частота. Зведений температурний дрейф вхідної напруги. Підсилювачі постійного струму поділяються на підсилювачі прямого підсилення і підсилювачі з модуляцією і демодуляцією сигналу. ППС прямого підсилення можуть бути одно і двотактними. ППС прямого підсилення називаються також паралельно-балансними або диференціальними. Підсилювачі постійного струму з безпосередніми зв’язками В таких підсилювачах основна проблема – це погодження каскадів між собою за постійним струмом. Один з варіантів такої схеми наведений на рис.1. EMBED Visio.Drawing.6 Рис.1. Схема підсилювача постійного струму з безпосередніми зв’язками Найпростіший спосіб погодження каскадів між собою за постійним струмом – це збільшення емітерного опору наступного каскаду і відповідно зменшення опору колектора наступного каскаду. Такий спосіб найбільш простий, але вимагає певних умов. Приймаючи струми колекторів усіх транзисторів однаковими, можна отримати такі умови роботи підсилювача EMBED Equation.3 і EMBED Equation.3 . Ці умови повинні виконуватися поки EMBED Equation.3 Ці нерівності вказують на те, що коефіцієнти підсилення від каскаду до каскаду зменшуються. Більш раціонально збільшувати потенціал емітерів не шляхом збільшення струму через , а шляхом збільшення струму через ці опори за допомогою баластних резисторів або за допомогою додаткових напруг від окремих стабілітронів. Напруга живлення повинна бути достатньо велика для встановлення нормального режиму останнього каскаду EMBED Equation.3 Недолік такої схеми полягає в тому, що навантаження не можна заземляти. Для такої схеми характерний достатньо великий дрейф, особливо великий вплив має дрейф першого каскаду, оскільки він підсилюється всіма наступними каскадами. При наявності парної кількості каскадів можлива компенсація дрейфу. Слід відмітити, що АЧХ ППС в області нижніх частот не обмежена (із-за відсутності розділювальних конденсаторів), а в області високих частот не відрізняється від характеристики підсилювачів з резистивно-ємнісним зв’язком. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ Синтизувати схему двокаскадного підсилювача постійного струму рис.2, за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Подати на вхід підсилювача синусоїдальний сигнал з амплітудою 0,1В і частотою 0,1Гц. Провести аналіз перехідних процесів: залежність амплітуди вхідного і вихідного сигналів для першого і другого каскадів див. рис.2. По отриманих значеннях амплітуди розрахувати Ku1 і Ku2. Зробити висновок про форму та фазу вихідних сигналів. Отримати амплітудно-частотні та фазо-частотні характеристики підсилювача постійного струму для першого і другого каскадів . Визначити коефіцієнт підсилення по напрузі на основі отриманих АЧХ. Дослідити вплив пасивних елементів - R7, R1 та R8 підсилювача (див. рис.2) на АЧХ. Зробити висновок. Рис.2. Схема двокаскадного підсилювача постійного струму. МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ В схемі рис.2. використані комплементарні транзистори – Q1(BC107B) n-p-n типу, Q2(BC177A) p-n-p типу. Вибір транзисторів проводимо відриваючи вікно Компоненты. За допомогою інструментів Компоненты можна вибрати світові аналоги у розділі Analog Primitives /Active Devices(рис.3.). Для забезпечення необхідних режимів роботи транзисторів використовуємо два окремих різнополярних джерела живлення V1=9В і V2=9В. Проведемо аналіз вхідних та вихідних характеристик для цього виберемо з меню команд Анализ/Переходные процессы. Задамо параметри аналізу , де діапазон часу – 50с(оскільки частота сигналу 0.1Гц, то на екрані буде відображено 5 коливань - 50*0.1=5), по осі Х(XExpression) задаємо час Т, по осі Y(YExpression) задаємо номери вузлів у яких ми хочемо отримати значення величини сигналу в вольтах(наприклад v(2) і v(4) див.рис.4.). Мінімальні та максимальні значення величин по осях X таY(XRange та YRange) при першому запуску рекомендується встановити Auto, оскільки нам невідомо верхня межа значень напруги у заданих вузлах. Рис.3. Вікно вибору типу транзистора. Після натискання кнопки Запуск ми отримаємо на екрані віртуальні залежності напруги від часу в заданих вузлах схеми. Якщо в меню команд вибрати Анализ/Частотные характеристики то отримаємо АЧХ та ФЧХ досліджуваного підсилювального каскаду. Після Рис.4. Вікно аналізу перехідних процесів. вибору Частотные характеристики відкривається вікно у якому задаються параметри моделювання характеристик. Діапазон частот – верхня 108 Гц і нижня 1 Гц межі, температура 27○ рис.5. По осі Х задаємо частоту, по осі Y Ku1=v(1)/v(2)(рис.2) для першого каскаду та фазу напруги в вузлі 1(вихідна напруга), максимальні та мінімальні значення – Auto. Рис.5. Вікно розрахунку частотних характеристик. Після натискання клавіші Запуск на екрані отримаємо осцилограми АЧХ та ФЧХ досліджуваного підсилювача. ЗМІСТ ЗВІТУ Звіт про пророблену роботу повинен містити: Точну назву і мету роботи. Схему двокаскадного підсилювача постійного струму з короткою характеристикою елементів, які входять в неї. Графіки залежностей вхідного та вихідного сигналів для першого і другого каскадів. Осцилограми АЧХ та ФЧХ і коефіцієнти підсилення по напрузі для першого і другого каскадів. Короткі висновки: які Ku для першого і другого каскадів, про форму та фазу вихідних сигналів , вплив зміни R8 на роботу підсилювача і АЧХ. Контрольні запитання та завдання Що таке ППС? Яка нижня і верхня межа смуги пропускання ППС? Чи доцільно використовувати ППС для підсилення синусоїдального сигналу частотою 10 кГц і амплітудою 0.5 В? Порівняйте АЧХ ППС і підсилювача із спільним емітером. Що використовується в якості зв’язків між каскадами ППС? Що таке дрейф нуля ППС? Які основні способи зменшення дрейф нуля ППС? Який спосіб зменшення дрейфу нуля ППС запропонований у досліджуваній схемі рис.2.? Які є способи погодження каскадів за постійним струмом? РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА Разевиг В.Г. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap 6.- М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 344 с., ил. Кардашов Г.А. Виртуальная електроника. Компьютерное моделирование аналогових устройств.- М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 260 с., ил. Бойко В.И. и др.. Схемотехника электронных систем. Аналоговые ы импульсные устройства.- СПб.: БХВ-Петербург, 2004.-496 с., ил. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Електроніка і мікросхемотехніка: Підручник / За ред. А.Г. Соскова - К.: Каравела, 2006. - 384 с. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум: Навч. посіб. / За ред. А.Г. Соскова. 2-е вид. - К.: Каравела, 2004. - 432 с.

Методичні вказівки до лабораторної роботи Електроніка та мікросхемотехніка

01.01.1970 03:01-

Коментарі

Ви не можете залишити коментар. Для цього, будь ласка, або зареєструйтесь.

Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!

Маєш корисні навчальні матеріали, які припадають пилом на твоєму комп'ютері? Розрахункові, лабораторні, практичні чи контрольні роботи — завантажуй їх прямо зараз і одразу отримуй бали на свій рахунок! Заархівуй всі файли в один .zip (до 100 МБ) або завантажуй кожен файл окремо. Внесок у спільноту – це легкий спосіб допомогти іншим та отримати додаткові можливості на сайті. Твої старі роботи можуть приносити тобі нові нагороди!

поділитись