Добавил:
Developer Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лабораторные практикумы / 2 Схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемных устройств

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
25.01.2024
Размер:
18.99 Mб
Скачать

.MODEL KD103A D (IS=6.708E-11 N=1.21 RS=1.43 CJO=8.58P TT=4.15E-9 M=0.31 VJ=0.72 FC=0.5 BV=75 IBV=1E-11 EG=1.11 XTI=3),

.MODEL K159NT1 NPN (BF=406.4 BR=763.3m CJC=1.65p CJE=6.15p IKF=19.03m IKR=120u IS=1.32f ISC=840f ISE=1.32f ITF=48m NE=1.352 RB=72 RC=5.4 TF=146.9p TR=155.4n VAF=67.4 VAR=48 VJC=700m VJE=700m VTF=20 XTB=1.5 XTF=2),

.MODEL KT3103A1 PNP (BF=137.7 BR=970.4m CJC=3.721p CJE=1.8p IKF=106.5m IKR=251m IS=.4491f ISC=1.12f ISE=98.79p ITF=45m NE=3.148 RB=56 RC=6.7 TF=73.23p + TR=56.41n VAF=63.25 VAR=42.2 VJE=690m VTF=15 XTB=1.5 XTF=2),

.MODEL D9V D (IS=202.839P RS=10 N=1.15 TT=1000P CJO=41.2P VJ=350M BV=10 IBV=4U RL=400K)

и ввести самостоятельно.

Для ввода параметров модели pnp транзистора нельзя воспользоваться строкой основных компонентов (рис.10.2) в окне схем, а необходимо последовательно выполнить ко-

манды: Component→ Analog Primitives→ Analog Devices → PNР, что позволит войти в

подменю

(v10.4.1) и описать параметры модели транзистора

КТ3103А1.

 

Завершив ввод компонентов схемы и, находясь в окне схем, последовательно выполни-

те команды: Analysis → Dynamic DC… → Dynamic DC Limits → Currents → OK, что позволит получить значения постоянных токов в ветвях принципиальной схемы (рис.10.50) усилителя.

Рис.10.50

Аналогично можно получить значения постоянных напряжений в узлах схемы (рис.10.51)

550

Рис.10.51

Отличие вычисленных значений токов в ветвях и напряжений в узлах схемы хотя бы на 2 % от, представленных на рис.10.50 показывает на необходимость проверки значений введенных компонентов и параметров моделей транзисторов и диодов. Установив значения токов и напряжений с заданной точностью можно перейти к настройке контура детектора АРУ.

4.2.2 Настройка контура детектора системы АРУ на промежуточную частоту

Для настройки резонансного контура в резонанс на частоту fпр= 465 кГц на вход схемы включаем генератор гармонических колебаний (GS) из библиотеки МС9.

Выполнив последовательно команды, находясь в окне схем

Рис.10.52

войдем в подменю (v10.3.12) , где введем параметры модели генера-

тора GS (V1, рис.10.53).

Примечание: при анализе в частотной области (АС…) моделирование всегда проводится для амплитуды А = 1 В. При анализе во временной области (Transient…) используются

все указанные в подменю

(v10.3.12) значения параметров генератора.

551

Рис.10.53

Моделирование в частотной области для условий, определяемых подменю (рис.10.54)

Рис.10.54

(v10.3.26) показывает, что для некоторого значения емкости С4 резонансная частота контура детектора равна fпр= 465 кГц. Выполнение этого условия с точностью ± 0,5 кГц можно добиться, применяя варьирование значения емкости

(v10.3.27) , как это проделано в разделе 4.2.4. В качестве исходного возьмите

552

значение С4 = 250 пФ. Приложите к отчету распечатку АЧХ усилителя с указанием величины емкости конденсатора С4 (рис.10.54).

4.2.3 Расчет амплитудной характеристики регулируемого усилителя

Исследование свойств АРУ во временной области проводится только после выполнения настройки в резонанс контура детектора АРУ (рис.10.55).

Рис.10.55

В качестве выходного параметра регулируемого усилителя будет использоваться напряжение на контуре детектора АРУ, определенное вблизи максимального значения в очень малом промежутке времени и без постоянной составляющей

(v10.4.2) напряжения (рис.10.56)

553

Рис.10.56

Параметром является амплитуда напряжения генератора (V1) гармонического сигнала (GS) на входе усилителя (узел V(2) ) (v10.4.3) . Параметры генератора GS

описаны в подменю (v10.3.12) (рис.10.53).

Амплитудная характеристика регулируемого усилителя для различных значений ам-

плитуды

входного

сигнала

получается

переходом

из

подменю

 

 

 

(v10.3.63) в подменю

(v10.3.37) на-

жатием кнопки

(v10.2.39) .

 

 

 

Закон изменения амплитуды входного сигнала, в отличие от п.4.2.3 настоящего описания при исследовании свойств режимной АРУ, задается не с постоянным шагом, а с помощью

списка значений. Для этого в подменю

(v10.3.37)

в рамке (v10.2.49)

помечается точкой способ изменения амплитуды генератора

(v10.4.4)

и, в поя-

вившейся строке (рис.10.53), вводятся требуемые значения амплитуды А генератора. Соединив вершины значений рассчитанных напряжений, для списочной величины

амплитуды входного сигнала, получаем амплитудную характеристику.

Получите амплитудную характеристику при изменении амплитуды сигнала генерато-

ра (GS) с шагом 2 мВ (задается в подменю (v10.3.37)), начиная с нулевого значения и до 20 мВ, а так же с 70 мВ и до 110 мВ. В промежутке значений амплитуды от 20 мВ до 70 мВ расчет проводите с шагом 10 мВ. График, полученный для указанных условий расчета, приложите к отчету.

2.2.4 Расчет регулировочной характеристики усилителя

Построение регулировочной характеристики усилителя, охваченного АРУ (зависимости коэффициента усиления каскада от напряжения регулирования) проводится с использованием принципиальной схемы (рис.10.53) и воздействии генератора гармонических колебаний описанных в подменю (v10.3.23) (рис.10.53). Для получения изменяющегося напряжения регулирования, определяемого в узле (V(22)) ввод 9 ИМС, будем изменять амплитуду входного сигнала. Дл этого, выполнив последовательно ко-

554

манды: Analysis → Transient…→ Transient Analysis Limits, войдем в подменю

(v10.3.37) , нажав кнопку (v10.2.39) . Выбрав наименование изменяемого компонента с помощью линейки прокрутки (V1) и изменяемый параметр (А) зададим закон его изменения. Закон изменения амплитуды входного сигнала задается с

помощью списка значений. Для этого в подменю

(v10.3.37)

в рамке

(v10.2.49) помечается точкой способ изменения амплитуды генератора

(v10.4.4)

и, в появившейся строке (рис.10.57), вводятся требуемые значения амплитуды А генератора.

Рис.10.57

Примечание: для расчета характеристики регулирования для всех указанных значений амплитуды входного сигнала от нуля до 125 мВ потребуется достаточно большое время (примерно 5 мин).

Для построения регулировочной характеристики будем использовать два семейства характеристик. Напряжение регулирования (V(22)), вычисляем для заданного значения

амплитуды входного сигнала (подменю (v10.3.27) ) в установившемся режиме для момента времени T = 9 мс и откладываем по оси абсцисс. Значение коэффициента усиления каскада по напряжению определяем как отношение амплитуды напряжения

на выходе регулируемого усилителя

 

 

 

(v10.4.4)

к ам-

плитуде напряжения на входе ( (v10.4.5)

в подменю

(v10.3.27) ). Рас-

считанные значения внесите в таблицу 1Б

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1Б

Uм вх

0

0,005

0,015

0,025

0,05

 

0,07

0,085

0,095

0,105

0,115

0,125

Eр,мВ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Uм вых

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

K

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

555

Примечание: амплитуда входного напряжения Uм вх – значение (v10.4.6)

, напряжение регулирования Ер

(v10.4.7)

значение напряжения в узле

V(22) без постоянной составляющей, амплитуда

напряжения на выходе усилительного

каскада Uм вых (v10.4.8), для соответствующей амплитуды на входе.

Построение графика можно графика можно упростить, используя программу Mathcad, введя множество значений напряжения регулирования и величины коэффициента усиле-

ния [8].

График, построенный на основании данных таблицы 1Б, приложить к отчету по лабораторной работе.

4.2.5 Расчет коэффициента гармоник на выходе детектора УНЧ

Как следует из описания принципиальной схемы усилителя, регулирование коэффициента усиления дифференциального каскада на транзисторах Q1 – Q4 (рис.10.49) осуществляется изменением режим работы диодов глубины D1, D2. Режим работы диодов определяется усилителем постоянного тока на транзисторах Q7 – Q9, изменяющий сопротивление диодов и глубину ООС.

Управляющее напряжение на входе усилителя постоянного тока (Q8) создается при воздействии на входе регулируемого каскада АМ — сигнала. Параметры функционально управляемого генератора будем задавать последовательно выполнив: Component→ Analog Primitives → Function Sources→ NFV войдем в подменю

(v10.4.9) (рис.10.58а)

а)

б)

 

Рис.10.58

Подменю обладает стандартной формой, с присущими ему функциями. Свойства создаваемого сигнала описываются аналитическим выражением, вводимым в строке

(v10.3.13) . Нажатие на кнопку (v10.2.17) позволяет получить график АМ — сигнала (рис.10.58 б), при выбранной частоте модулирующего (2000 Гц) и несущего колебания (465 КГц) и значения глубины модуляции (m=0,9) для амплитуды несущего колебания U = 0,005 В.

556

Аналитическое выражение, описывающее входное воздействие, может выводиться на экран монитора (рис.10.59) при установке метки (v10.4.10) в подменю

(v10.4.9)

.

Рис.10.59

Рассчитываемое значение коэффициента гармоник напряжения на выходе амплитудного детектора должно определяться на временном интервале, соответствующем стационарному режиму в усилителе, когда завершились переходные процессы.

557

Рис.10.60

С этой целью в эксперименте выбирался интервал времени от 7 мс до 10 мс (рис.10.60). Для оценки коэффициента гармоник на этом временном интервале необходи-

мо, находясь в подменю

(v10.3.63) и, нажать кнопку

(v10.2.40) войти в подменю

(v10.4.11) (рис.10.61)

Рис.10.61

558

Выбрав закладку FFT( FFT(u) Standard Forward Fourier transform of waveform u –стандартное прямое преобразование Фурье) укажите верхнее временное значение (v10.4.12), нижнее значение (v10.4.13) и число разбиений(v10.4.14) этого интервала (число подинтервалов может изменяться с помощью линейки прокрутки). Ограничимся 10 гармониками (в рамке

)(v10.4.15) (v10.4.16)разложения в ряд Фурье (не включая постоянную составляющую) для расчета амплитудного спектра отрезка выходного напряжения в узле V(20). Значения составляющих спектра (рис.10.61 – нижний график) позволяют оценить величину нелинейных искажений (коэффициент гармоник) напряжения на выходе амплитудного детектора, возникшие в процессе детектирования АМ – сигнала.

Проведите расчет коэффициента гармоник на выходе регулируемого каскада при воздействии АМ – сигнала с частотой модуляции F = 1000 Гц, для различных значений амплитуды несущего колебания (f пр = 465 кГц). Результаты моделирования внести в таблицу

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 2Б

Uм вх,мВ

0

5

10

20

28

36

44

48

 

Кг,% ,(R6=2 кОм)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Кг,% ,(R6=5 кОм)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Примечание: для ввода очередного значения амплитуды несущего колебания, частоты модулирующего сигнала и др. необходимо, находясь в окне схем активировать левой кноп-

кой мыши пиктограмму (v10.4.17) (рис.10.59 (v10.4.18)) , заменяющей курсор пиктограммой, подвести изображение пиктограммы на УГО источника входного сигнала и нажать левую кнопку мыши. В появившемся подменю

(v10.4.9)произвести замену амплитуды необходимым значением и, после окончания замены, подтвердить нажатием на кнопку

(v10.3.45). Значение амплитуды несущего колебания вносится в таблицу 2Б. Вычисление Кг, определяемое по известной формуле [1], находится для двух значений резистора R6 в цепи управления АРУ. Графики, соответствующие рассчитанным величинам Кг в таблице 2Б , постройте для двух значений R6 =2 кОм и R6 = 5кОм в одной системе координат и приложите к отчету.

С) Исследование схемы автоматического регулирования усиления изменением глубины ООС и шунтированием нагрузки каскада

Загрузка принципиальной схемы

Перед выполнении п.4.2.1. следует загрузить систему схемотехнического проектирования МС9 и вызвать в главное окно (рис.10.2) принципиальную схему усилителя (рис.10.60), находящегося в файле VАРУоОСшУн.CIR.

Для этого необходимо выбрать режим (v10.2.1) основного меню (рис.10.2), в выпадающем окне выбрать файл C:\MC9DEMO\data\VАРУоОСшУн.10.1.CIR.

При отсутствии в списке указанного файла необходимо обратиться к схемному файлу. В окне схем указаны основные команды и вспомогательные пиктограммы, позволяющие “ собирать” принципиальные или эквивалентные схемы устройств, для последующего анализа по постоянному току, во временной или частотной области и др. Возможности системы схемотехнического моделирования МС9, реализованные в МС8, и, подробно описанные в [2], расширены, дополнены примерами анализа аналоговых и цифровых схем и в некоторых случаях применена другая форма представления моделей компонентов.

559