Исследование частотно-избирательного усилительного каскада с трансформаторной связью
Анализ усилительного каскада в режиме постоянного тока. Расчет амплитудо-частотных и фазо-частотных характеристик усилителя, полосы пропускания и добротности переменного тока малой амплитуды. Спектральный анализ сигналов в режиме Transient Analysis.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | лабораторная работа |
Язык | русский |
Дата добавления | 07.06.2014 |
Размер файла | 394,3 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Тема: Исследование частотно-избирательного усилительного каскада с трансформаторной связью
Цель работы. Средствами программы схемотехнического моделирования Micro-Cap 7 провести:
- анализ усилительного каскада в режиме постоянного тока (DC);
- расчет амплитудо-частотных и фазо-частотных характеристик усилителя, полосы пропускания и добротности в режиме переменного тока малой амплитуды (AC);
- временной и спектральный анализ сигналов в режиме Transient Analysis (ТА);
- расчет нелинейных искажений при повышенном уровне сигнала;
Провести математическое моделирование блочно-структурной схемы замещения в режиме усиления и генерирования сигналов средствами пакета Mathcad. ток усилитель амплитуда спектральный
Рисунок 1. Принципиальная схема усилительного каскада с трансформаторной связью
Исходные данные.
Во всех вариантах данной работы используется кремниевый биполярный транзистор n-p-n типа 2N2218, основные характеристики и предельно-допустимые режимы этого транзистора приведены в следующей таблице:
Тип |
Pc mW |
fT MHz |
Vcb V |
Veb V |
Ic mA |
hFE |
||
max |
max |
max |
max |
max |
min |
max |
||
2N2218 |
800 |
250 |
60 |
5 |
800 |
40 |
120 |
|
Рассчитать:- напряжение питания V1 по формуле:
V1 = 20 + Z=20+6=26(В);(1)
- емкость конденсатора С1 по формуле:
C1=(1000+100*Y)=1000+100*6=1600(пФ)(2)
-- индуктивности L1 и L2 по
формулам:
L1=(80+Y)=80+6=86(мкГн)
L2=0,005*L1=0,005*86=0,43(3)
- сопротивление R4 по формуле:
R4 = 10 + X=10+0=10 (Ом);(4)
- коллекторный ток в рабочей точке по формуле:
IC = 15 + Z=15+6=21(мА);(5)
здесь X - третья справа, Y - предпоследняя, Z - последняя цифра в номере зачетной книжки.
П. 1. Анализ схемы по постоянному току.
Рисунок 2. Анализ усилительного каскада по постоянному току
Рисунок 3. Ic=21мА,тогда подбираем R3=61k
Проведенный анализ показал, что мощность, рассеивается транзистором, равна 546,89 мВт, что соответствует предельно-допустимой мощности прибора данного типа. Для обеспечения надежной работы усилителя при повышенной температуре базовый ток следует уменьшить.
П.2. Анализ частотных характеристик усилителя проводится при гармоническом входном сигнале малой амплитуды.
Рисунок 5. Амплитудо-частотная характеристика усилительного каскада
Источник питания заземлен по высокой частоте, поэтому напряжение на LC- контуре равно напряжению на коллекторе транзистора. Из графиков видно, что усилитель обладает избирательной частотной характеристикой, наибольшее усиление происходит на частоте 455 кГц, и напряжение V(L1) на этой частоте достигает 144 В (рисунок 5-б). Поскольку трансформатор является понижающим, амплитуда напряжения на вторичной обмотке V(L2) на этой частоте в 14 раз меньше и равна 10 В (рисунок 5-в).
Рисунок 6. Частотная зависимость амплитуды входного и выходного напряжений при различных значениях активной нагрузки
Графики зависимости амплитуды входного и выходного напряжений от частоты на рисунке 7 построены при изменении сопротивления R5 в пределах от 3,2 Ом до 13,2 Ом.
Вывод: на 1 графике амплитуда входного сигнала остается постоянной при любой частоте, а амплитуда выходного сигнала на частоте 70 кГц принимает постоянные значения.
Рисунок 8. Фазо-частотные характеристики и амплитудо-фазовая характеристика
Подключение емкостной или индуктивной нагрузки изменяет резонансную частоту контура.
Рисунок 9. Принципиальная схема усилительного каскада с емкостной нагрузкой
Рисунок 10. АЧХ и ФЧХ усилительного каскада при изменении емкостной нагрузки
П.3. Построение временных диаграмм напряжений и токов.
Рисунок 11. Временные диаграммы напряжений и токов
П.4. Анализ нелинейных искажений в усилителе при повышенном уровне входного сигнала.
Рисунок 12. Диаграммы напряжений и спектр амплитуд
Рисунок 13. Периодический несинусоидальный сигнал и его амплитудный спектр
П.5. Анализ усилительного каскада при импульсном периодическом входном воздействии.
Резонансную частоту контура (без учета индуктивности L2 и сопротивления нагрузки) рассчитаем по формуле
=2,33
Рисунок 14. Форма входного импульсного сигнала
Рисунок 15. Форма импульсов тока и напряжения в режиме Transient Analysis
Таким образом, усилитель обладает частотно-избирательными свойствами, пропуская только те частоты, которые близки к резонансной частоте контура.
П.6. Построение переходной характеристики усилительного каскада.
На рисунке 24 показана переходная характеристики усилительного каскада, т.е. форма импульсов напряжения на выходе усилителя при входном воздействии в виде функций Хевисайда (единичной функции).
Рисунок 16. Переходная характеристика усилительного каскада
П.8. Моделирование процесса генерации колебаний.
Рисунок 17. Реализация обратной связи в усилительном каскаде
Рисунок 19. Возникновение колебаний при введении положительной обратной связи
Рисунок 20. Измерение мгновенных значений коллекторного тока в заданные моменты времени
Рисунок 22. Возникновение и прекращение колебаний при R6 = 3 Ома (Dt = 50 мкс)
П.9. Исследование характеристик резонансного усилителя с трансформатором, содержащем сердечник из ферромагнитного материала.
В предыдущих схемах был использован идеализированный трансформатор без потерь и без искажений. Реальный трансформатор будет вносить искажения в форму выходного напряжения вследствие зависимости магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля и энергетических потерь в ферромагнитном материале, из которого изготовлен сердечник. Эти потери обусловлены вихревыми токами, а также гистерезисом кривой намагничивания.
Рисунок 23. Принципиальная схема усилителя с трансформатором, содержащем сердечник из ферромагнитного материала
Рассмотрим влияние подмагничивающего тока в первичной обмотке трансформатора на резонансную частоту. Для этого используем схему, показанную на рисунке 35.
Рисунок 24. Принципиальная схема для исследования характеристик трансформатора
Транзистор здесь замещается эквивалентной схемой из компонентов I1, R1 и C1.
Рисунок 25. Зависимость резонансной частоты от тока подмагничивания
Рисунок 26. Гистерезисная кривая намагничивания (зависимость B от H) и временная диаграмма индукции магнитного поля в сердечнике трансформатора (напряженность в системе Micro-Cap измеряется в Эрстедах, индукция в Гауссах)
Четырехполюсник описывается в системе z - параметров следующими уравнениями:
Из этого соотношения видно, что если положить I2 = 0, то
z11= U1 / I1 и z21= U2 / I1,
а если положить I1 = 0, то
z12= U1 / I2 и z22= U2 / I2
Проведем опыты холостого хода со стороны первичной и вторичной обмоток. При этом для первичной обмотки трансформатора нужно обеспечить тот режим по постоянному и переменному току, который имел место в усилительном каскаде. Функциональные источники тока удобны тем, что можно задать и постоянную, и переменную составляющие тока.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Данные для расчёта усилителя напряжения низкой частоты на транзисторах. Расчёт усилительного каскада на транзисторе с общим эмиттером. Расчёт выходного усилительного каскада - эмиттерного повторителя. Амплитудно-частотная характеристика усилителя.
курсовая работа [382,1 K], добавлен 19.12.2015Расчет каскада транзисторного усилителя напряжения, разработка его принципиальной схемы. Коэффициент усиления каскада по напряжению. Определение амплитуды тока коллектора транзистора и значения сопротивления. Выбор типа транзистора и режима его работы.
контрольная работа [843,5 K], добавлен 25.04.2013Классификация фильтров по виду амплитудно-частотной характеристики. Особенности согласованной и несогласованной нагрузки. Частотная зависимость характеристического и входного сопротивлений фильтра. Расчет коэффициентов затухания тока и фазы тока.
контрольная работа [243,7 K], добавлен 16.02.2013Конструирование электронных схем, их моделирование на ЭВМ на примере разработки схемы усилителя постоянного тока. Балансная (дифференциальная) схема для уменьшения дрейфа в усилителе постоянного тока. Режим работы каскада и данные элементов схемы.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 27.08.2010Расчет линейных электрических цепей постоянного тока, определение токов во всех ветвях методов контурных токов, наложения, свертывания. Нелинейные электрические цепи постоянного тока. Анализ электрического состояния линейных цепей переменного тока.
курсовая работа [351,4 K], добавлен 10.05.2013Принципы и обоснования выбора схемы усилителя постоянного тока, его внутреннее устройство и взаимосвязь элементов. Двухтактный эмиттерный, эмиттерный и истоковый повторитель. Источник тока для выходного каскада. Принципы реализации обратной связи.
контрольная работа [1,4 M], добавлен 10.06.2014Рассмотрение особенностей схемы автоматизированного электропривода постоянного тока. Анализ способов построения частотных характеристик объекта регулирования. Знакомство с основными этапами расчета принципиальной схемы аналогового регулятора скорости.
курсовая работа [3,5 M], добавлен 07.11.2013Расчет механических характеристик двигателей постоянного тока независимого и последовательного возбуждения. Ток якоря в номинальном режиме. Построения естественной и искусственной механической характеристики двигателя. Сопротивление обмоток в цепи якоря.
контрольная работа [167,2 K], добавлен 29.02.2012Анализ состояния цепей постоянного тока. Расчет параметров линейных и нелинейных электрических цепей постоянного тока графическим методом. Разработка схемы и расчет ряда показателей однофазных и трехфазных линейных электрических цепей переменного тока.
курсовая работа [408,6 K], добавлен 13.02.2015Исследование неразветвленной и разветвленной электрических цепей постоянного тока. Расчет нелинейных цепей постоянного тока. Исследование работы линии электропередачи постоянного тока. Цепь переменного тока с последовательным соединением сопротивлений.
методичка [874,1 K], добавлен 22.12.2009Графоаналитическое исследование режима работы в классе A. Определение параметров транзисторного усилительного каскада в схеме с общим эмиттером, с одним питанием, с автоматическим смещением и с эмиттерной температурой стабилизацией рабочего режима.
задача [795,6 K], добавлен 18.11.2013Отображение двигателя в режиме динамического торможения. Расчет пускового реостата и построение пусковых характеристик для двигателя постоянного тока с параллельным возбуждением. Запись уравнения скоростной характеристики с учетом требуемых параметров.
контрольная работа [1002,6 K], добавлен 31.01.2011Электрические цепи постоянного тока. Электромагнетизм. Однофазные и трехфазные цепи переменного тока. Электрические машины постоянного и переменного тока. Методические рекомендации по выполнению контрольных работ "Расчет линейных цепей постоянного тока".
методичка [658,2 K], добавлен 06.03.2015Исследование назначения машин переменного тока, их места в системе энергоснабжения. Анализ принципа действия трансформатора. Характеристика его работы в режиме холостого хода и короткого замыкания. Оценка качества работы магнитной системы трансформатора.
презентация [254,5 K], добавлен 21.10.2013Построение амплитудно-частотных и фазово-частотных характеристик элементарных звеньев радиотехнических цепей, последовательно и параллельно соединенных. Рассмотрение переходных процессов в цепях, спектральных преобразований и электрических фильтров.
курсовая работа [1,4 M], добавлен 07.01.2011Изучение механических характеристик электродвигателей постоянного тока с параллельным, независимым и последовательным возбуждением. Тормозные режимы. Электродвигатель переменного тока с фазным ротором. Изучение схем пуска двигателей, функции времени.
лабораторная работа [1,3 M], добавлен 23.10.2009Исследование основных особенностей электромагнитных процессов в цепях переменного тока. Характеристика электрических однофазных цепей синусоидального тока. Расчет сложной электрической цепи постоянного тока. Составление полной системы уравнений Кирхгофа.
реферат [122,8 K], добавлен 27.07.2013Основные источники и схемы постоянного оперативного тока. Принципиальная схема распределительной сети постоянного тока. Контроль изоляции сети постоянного тока. Источники и схемы переменного оперативного тока. Схемы и обмотки токового блока питания.
научная работа [328,8 K], добавлен 20.11.2015Анализ частотных и переходных характеристик электрических цепей. Расчет частотных характеристик электрической цепи и линейной цепи при импульсном воздействии. Комплексные функции частоты воздействия. Формирование и генерирование электрических импульсов.
контрольная работа [1,1 M], добавлен 05.01.2011Линейные цепи постоянного тока, вычисление в них тока и падения напряжения, сопротивления. Понятие и закономерности распространения тока в цепях переменного тока. Расчет цепей символическим методом, реактивные элементы электрической цепи и их анализ.
методичка [403,7 K], добавлен 24.10.2012