Анализ усилителя во временной области в нелинейном режиме

Для проведения анализа переходной характеристики при воздействии на входе синусоидального напряжения необходимо:

Подключить на вход время-зависимый синусоидальный источник напряжения и задать ему параметры амплитуды и частоту сигнала. Выбрать контроллер анализа переходных процессов и задать временные параметры анализа. Запустить задание на анализ. Полученный в результате выполненной последовательности действий проект приведен на рисунке 11.

Рисунок 11 – Проект для анализа переходного режима при гармоническом входном воздействии

После создания схемы необходимо вывести график выходного напряжения и определить время переходных процессов с помощью маркеров. График представлен на рисунке 12.

Рисунок 12 – Определение установившегося режима работы

Искажения сигнала на начальной стадии связанны с тем что конденсатору требуется какое-то время для входа в установившейся режим работы. Маркерами m1 и m2 отмечен интервал времени за который конденсатор входит в этот режим, он составил 0, 8 мсек.

Для проведения спектрального анализа выходного напряжения с использованием преобразования Фурье необходимо выполнить следующие действия:

Определить начальное и конечное значения интервала времени, когда можно считать, что выходной сигнал находится в установившемся режиме. Причем этот интервал должен соответствовать значению периода гармонического входного сигнала. В окне просмотра выходных переходных характеристик определить следующее уравнение spectr=fs(vout,,,,,,, 4us, 16us). Вывести на экран амплитудный спектр. Маркером выделить первую гармонику, которая соответствует частоте входного сигнала выходного спектра точно определив ее параметры (частоту, амплитуду). Для определения искажений маркируются также амплитуда 2-й и 3-й гармоник. Результаты спектрального анализа показаны на рисунке 13.

Рисунок 13 – Проведение спектрального анализа с использованием преобразования Фурье

Выводы: в ходе моделирования в системе ADS было выяснено что коэффициент искажения для усилителя в нелинейном режиме составил 4, 3%, что является очень хорошим показателем и даёт на выходе практически чистый усиленный сигнал с минимальными отклонениями от первоначальной формы.

Для многовариантного анализа схемы усилителя в режиме изменения амплитуды входного сигнала необходимо выполнить следующее:

Присвоить амплитуде входного сигнала имя переменной и определить это имя в компоненте VAR. Определить варьируемую переменную и ее параметры, начальное и конечное значения амплитуды напряжения и шаг ее изменения в статическом и мало сигнальном режимах. Схема представлена на рисунке 14.

Рисунок 14 – Проект для проведения анализа в режиме изменения амплитуды входного сигнала

После запустить схему на моделирование. Сформировать на экране уравнение, определяющее первую гармонику спектра выходного напряжения и уравнение определяющее переменную. Далее необходимо вывести на отдельном графике амплитудную характеристику первой гармоники выходного сигнала. График представлен на рисунке 15.

Рисунок 15 – Амплитудная характеристика первой гармоники

Вывод: график вхождение транзистора в режим отсечки, показывает, что для правильной работы транзистора амплитуда входного сигнала не должна превышать 40 mV.

Заключение

В ходе курсового проектирования было определенно комплексное значение амплитуды и фазы напряжения на конденсаторе С1, так же был произведён расчёт характеристик усилителя класса А на биполярном транзисторе и применено несколько видов анализов данной схемы, а именно: анализ по постоянному току, анализ по переменному току в линейном режиме и анализ во временной области в нелинейном режиме. В ходе проведения данных видов анализов было установлено что:

1) При увеличении сопротивления нагрузки коэффициент усиления увеличивается, а полоса пропускания уменьшается так же изменение сопротивления никак не влияет на фазу, но изменяет амплитуду. Полоса пропускания находиться в диапазоне от 4, 7 кГц до 83, 1 кГц. Максимальный коэффициент усиления составил 47, 1 Дб.

2) Искажения сигнала на начальной стадии работы схемы связанны с тем что конденсатору требуется какое-то время для входа в установившейся режим работы и этот интервал времени составил 0, 8 мсек.

3) Коэффициент искажения для усилителя в нелинейном режиме составил 4, 3%, что является хорошим показателем и даёт на выходе практически чистый усиленный сигнал с минимальными отклонениями от первоначальной формы.

4) Для правильной работы транзистора амплитуда входного сигнала не должна превышать 40 mV.

По результатам исследований можно сделать вывод, что усилительный каскад с общим эмиттером позволяет получить наиболее высокий коэффициент усиления по напряжению и большой коэффициент усиления по току, имеет узкий диапазон частот, в котором обеспечиваеться равномерное усиление, а так же в диопазоне средних частот вносит фазовый сдвиг на 180°.

Список литературы

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: учеб.пособие/ В.И. Лачин В.И., Н.С. Савелов. – Изд. 6-е перераб. и доп. – Ростов н/Д: Феникс, 2007. – 703с.

2. Автоматизация проектирования радиотехнических устройств и систем: Метод. указания к курсовому и дипломному проектированию/Владим.гос.ун-т; сост. Меркутов А.С.. Владимир, 2004. 92 с.

3. Меркутов А.С., Полушин П.А., Сушкова Л.Т. Основы автоматизации схемотехнического проектирования/Метод.указания к лабораторным работам- Владимир: ВлГУ, 2003.- 28 с.

4. Практикум по проектированию входных устройств систем связи в среде САПР ADS//Л.А.Калыгина, А.С.Меркутов; Владим. гос. ун-т.- Владимир, 2011 - 96

5. Онлайн калькулятор – https://www.abakbot.ru/