Характеристика основных задач электронных схем. Характеристика схемы усилительного каскада, назначение топологии электрических схем и усилительного каскада с общим эмиттером Особенности составления матрицы узловых проводимостей. Применение ППП "MicroCap".
Аннотация к работе
Ведущей программой, обеспечивающей решение данной задачи, является входной блок (интерфейс), который производит прием информации о конфигурации схемы, типах и параметрах компонентов схемы, характере решаемой задачи и т.д. В блоке математического моделирования конфигурации схемы производится описание способов соединения компонентов (элементов) в схему. В блоке формирования математической модели схемы, математические модели объединены в соответствии с конфигурацией схемы в общую систему уравнений определенного вида. Решение полученных уравнений при заданных значениях параметров компонентов и значений входных сигналов выполняется блоком анализа ММС, математическим обеспечением которого являются методы численного решения полученных систем конечно-разностных или дифференциальных уравнений. В данной курсовой работе требуется рассчитать усилительный каскад, включенный по схеме с общим эмиттером.В данной курсовой работе был рассмотрен усилительный каскад с общим эмиттером.
Введение
электронный схемы усилительный каскад
Основными задачами электронных схем являются: 1.Определение выходных сигналов схемы и режимов при заданных значениях входных сигналов и параметров схемных компонентов.
2.Определение работоспособности схемы при изменениях температуры окружающей среды, напряжения питания, параметров схемных компонентов.
3.Определение вероятностных, т. е. статических характеристик распределения параметров схемы.
Ведущей программой, обеспечивающей решение данной задачи, является входной блок (интерфейс), который производит прием информации о конфигурации схемы, типах и параметрах компонентов схемы, характере решаемой задачи и т.д.
Следующий блок ММК содержит библиотеки математических моделей разнообразных компонентов электронных схем, различающиеся точностью и сложностью, при этом для одного и того же элемента может быть использовано несколько моделей.
В блоке математического моделирования конфигурации схемы производится описание способов соединения компонентов (элементов) в схему.
В блоке формирования математической модели схемы, математические модели объединены в соответствии с конфигурацией схемы в общую систему уравнений определенного вида. Математическим обеспечением этого блока являются методы формирования ММС.
Решение полученных уравнений при заданных значениях параметров компонентов и значений входных сигналов выполняется блоком анализа ММС, математическим обеспечением которого являются методы численного решения полученных систем конечно-разностных или дифференциальных уравнений.
Анализ задания
В данной курсовой работе требуется рассчитать усилительный каскад, включенный по схеме с общим эмиттером. Он выполнен на биполярном транзисторе КТ301А - это кремниевый n-p-n транзистор.
На рис.1 представлена схема усилительного каскада.
Рис.1 Схема усилительного каскада
Транзистор KT301A Диоды Д9Б
R1=7,5 КОМ R2=1,1 КОМ
, где
Входные и выходные характеристики представлены на рисунках 1 и 2.
Рис.1 Входные характеристики Рис. 2 Выходные характеристики
Математические модели компонентов схемы
Рассмотрим математические модели компонентов, которые будут встречаться в дальнейших расчетах. Это элементы R и VD. Причем для одного и того же компонента может быть использовано несколько математических моделей. Математические модели пассивных двухполюсников являются выражения закона Ома для них.
Рис.
Расчет схемы по постоянному току
Независимо от типов электронных приборов, применяемых в усилителе, принцип усиления остается единым и сводится к тому, что в цепи, в состав которой входит активный электронный прибор, устанавливаются определенные постоянные токи. Этот режим работы называют режим по постоянному току. Он характеризуется постоянным падением напряжения на компонентах, входимых в состав усилительного каскада. При подаче сигнала переменного тока на управляющие электроды активного прибора ток в цепях начинает изменятся в соответствии с приложенным сигналом. Этот переменный ток создает переменное падение напряжения на компонентах.
Определить ток и падение напряжения нелинейной цепи можно аналитическим и графоаналитическим методами. Последний широко распространен в электронике в связи с тем, что позволяет проводить расчеты с помощью экспериментально определенных характеристик электронного прибора.
При использовании графоаналитического метода строится линия нагрузки по постоянному току. Она представляет собой ВАХ той части обобщенной цепи, в состав которой не входит нелинейный, управляемый внешним сигналом активный прибор.
Рис.
Эквивалентная схема диода на прямой ветви
Епр=0,65 В
Rпр=2,5 Ом
Рис. Каскад с ОЭ
Uвых1=E/2
Тогда
Для нашей схемы уравнение линии нагрузки представляет функцию Ik=f(Uкэ).
По полученному уравнению нагрузочной прямой строим линию нагрузки в выходной ВАХ транзистора ГТ330Д.
Uбэ - определяем по входным ВАХ; Uбэ = 0,32 В,
Рис.
Идентификация компонентов моделей
Идентификация моделей компонентов проходит на представлении модели транзистора, как четырехполюсника. Наиболее употребляемые для биполярных транзисторов h - параметры. Схема биполярного транзистора как четырехполюсика представлена на рис. 5
Рис.5
Составим для этой схемы уравнения:
В этих уравнениях: / при U2=0, т.е. при коротком замыкании на выходе h11 - входное сопротивление транзистора, как четырехполюсника
/ при I1=0, т. е. при холостом ходе на входе h12 - коэффициент внутренней обратной связи по напряжению
/ при U2=0, т. е. при коротком замыкании на выходе h21 - коэффициент усиления (прямой передачи) тока транзистора
/ при I1=0, при холостом ходе на входе h22 - выходная проводимость транзистора как четырехполюсника.
Рис.
Найдем h-параметры транзистора:
Определим rб, rk, rэ, ?, rk* rэ, rk - сопротивление базо-эмиттерного, базо-коллекторного перехода rб - сопротивление тела базы rk*- сопротивление коллекторного перехода. rk*= rk/(1 ?)
Для схемы с ОЭ:
Тогда
rэ определяется формулой: , где - температурный потенциал;
Найдем тепловой ток транзистора : при t0 = 80?C , рассчитаем для t = 45?C: Для кремниевого транзистора А=2,5
Ік0* = Ік0 · ? = 0,405 · 10-6 ·40 = 16,2 МКА.
Топологическое описание схемы
Топология электрических схем - это способ соединения отдельных компонентов схем (конфигурации схем).
Составим эквивалентную схему замещения для нашей схемы (рис.3). С учетом того, что схема будет исследоваться МУПОМ в статическом режиме, т. е. вместо конденсаторов в схеме будет разрыв. Пронумеруем узлы, проставим произвольно направление токов.
Рис. 3 Эквивалентная схема замещения
Составим систему уравнений методом узловых потенциалов:
Решение данной системы уравнений произведем в пакете MATHCAD
Потенциалы узлов обозначим как v1,v2,v3,v4.
Система уравнений
Получим следующие потенциалы узлов:
Вычислим токи:
Математическая модель схемы
Составим вектор узловых токов для данной схемы:
Составим матрицу узловых проводимостей:
Моделирование схемы с применением «Micro-Cap»
Рис. Передаточная характеристика каскада
Рис. Входной и выходной сигналы каскада
Рис.Входной и выходной сигналы каскада
Вывод
В данной курсовой работе был рассмотрен усилительный каскад с общим эмиттером. Мы разработали усилитель в соответствии с данными технического задания, рассчитали токи и напряжения на всех элементах схемы методом узловых потенциалов. С помощью ЭВМ произвели моделирование характеристик каскада в ППП «Micro-Cap».
Список литературы
1.Лавриненко В.Ю. Справочник по полупроводниковым приборам. 10-еизд., перераб., и допол. К.: Техника, 1984, 424с.
2.Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника: Учебное пособие для приборостроения спец. ВУЗОВ. 2-е изд. перераб. и доп. М.: Высш. шк. 1991. 662с.
3.Транзисторы для аппаратуры широкого применения: Справочник/ К.М.
Брежнева, Е.И. Гатман, Т.И. Давыдова и др., под ред. Б.Л. Перельмана. - М.: Радио и связь, 1981 - 656с.
4.Усилительные устройства: Методические указания к курсовой работе./