Аналіз ланцюгів з активними елементами

Національний технічний університет України

“Київський політехнічний інститут”

КАФедра електронних приладів і пристроїв

ЗВІТ

про виконання лабораторної роботи № 3

з курсу: “Аналіз та розрахунок електронних схем ”

Тема роботи:АНАЛІЗ ЛАНЦЮГІВ З АКТИВНИМИ ЕЛЕМЕНТАМИ

Виконали:

Соверченко Д.

Бабич Є.

Гринько І.

Київ 2010

Мета роботи:

опанувати методику обчислення передаточної функції ланцюгів та аналізу частотних характеристик на її основі.

Робоче завдання:

1.      Вибрати з таблиці варіант схеми для аналізу.

2.      Використовуючи сімейства характеристик транзистора, отримані в лабораторній роботі №1, розрахувати h-параметри транзистора і накреслити схему заміщення транизистора.

.        Накреслити еквівалентну схему ланцюга за змінним струмом, використовуючи модель транзистора на основі h-параметрів.

.        Скласти матричні рівняння ланцюга.

.        Виходячи з матричних рівнянь обчислити передаточну функцію ланцюга.

.        Побудувати карту полюсів та нулів.

.        На основі аналізу карти полюсів та нулів побудувати ескізи АЧХ та ФЧХ.

.        Побудувати графіки АЧХ та ФЧХ, обчислених за передаточною функцією.

.        Провести моделювання в MicroCap, визначити імпульсну характеристику та частотні характеристики ланцюга.

.        Порівняти результати, зробити висновки.

Рис 1.

Нехай задано транзистор з такими h-параметрами:

h11к= 2кОм

h12к= 0.97

h21к= 32

h22к=10-6См

Повна еквівалентна схема має вигляд:

Для аналізу будемо використовувати метод вузлових потенціалів, тому еквівалентну схему транзистора представимо через джерело напруги, кероване напругою. Для цього встановимо залежність Uэк від Uбк. З урахуванням емітерного опору:

Звідси маємо:

отже

Транзистор працює як повторювач вхідної напруги за рахунок від’ємного зворотного зв’язку з коефіцієнтом рівним одиниці. Тому його можна замінити ідеальним джерелом напруги, яке керується напругою.

Для спрощення аналізу схеми, яка має три реактивні компоненти  і має передаточну функцію третього порядку можна врахувати той факт, що конденсатор  використовується як роздільний конденсатор по постійному струму і впливає на частотні характеристики схеми при дуже низьких частотах. При цьому конденсатори , враховуючи їх величини, не впливають на характеристики схеми (мають великий опір). І навпаки, на середніх та високих частотах, частотні характеристики залежать тільки від конденсаторів , і не залежать від . Тому, для спрощення аналізу, його можна виконати роздільно, для низьких та високих частот.

Еквівалентна схема для низьких частот U3=U2

Передавальна характеристика:

Перехідна характеристика:

Передавальна характеристика:

>> t=0:10^(-3): 0.1;

>> g=(2/3*exp(-100/3*t)); hold on; grid on; title('Графік передавальної характеристики'); xlabel('вісь часу,сек'); ylabel('напруга,В'); plot(t,g)

Імпульсна характеристика:

>> t=0:10^(-3): 0.1;

>> h=(-200/9*exp(-100/3*t)); hold on; grid on; title('Графік імпульсної функції'); xlabel('вісь часу,сек'); ylabel('напруга,В'); plot(t,h)

ЧX

>> f=0:10^(-3):16; o=2*pi*f;

>>a=(o.*2./sqrt(9*o.^2+10^4));hold on; grid on; title('Графік АЧХ'); xlabel('частота, Гц'); ylabel ('Амплітуда, В');plot(o, a)

Карта нулів і полюсів

z=0

>> h=tf([2/3 0],[1 100/3]); sgrid; hold on; pzmap(h)

Еквівалентна схема для високих частот U3=U2

Передавальна характеристика:

>>p = [1.1*10^(-8) 55.5*10^(-5) 1.5]; z = roots(p)=

.7589e+004

.8654e+003

>>A=[1 1 1; 50.4544*10^3 2.8654*10^3 4.7589*10^4; 13.6361*10^7 0 0]

>>B=[0 0 1]= -6.4069e-002 2.2360e-005 -7.8033e-009

t=0:10^(-6): 10^(-3);

>> g=(-6.4069*10^(-2)+2.2360*10^(-5)*exp(-4.7589*10^4*t)-7.8033*10^(-9)*exp(-2.8654*10^3*t)); hold on; grid on; title('Графік передавальної характеристики'); xlabel('вісь часу,сек'); ylabel('напруга,В'); plot(t,g)

>>A=[1 1; 2.8654*10^3 4.7589*10^4]

>>B=[0 1]= -6.4069e-002 2.2360e-005

Карта нулів і полюсів

Pole

>> h=tf([0 0 1],[1.1*10^(-8) 55.5*10^(-5) 1.5]); sgrid; hold on; pzmap(h)

Імпульсна характеристика:

t=0:10^(-6): 10^(-3);

>> h=(-6.4069*10^(-2)*exp(-4.7589*10^4*t)+ 2.2360*10^(-5)*exp(-2.8654*10^3*t)); hold on; grid on; title('Графік імпульсної характеристики'); xlabel('вісь часу,сек'); ylabel('напруга,В'); plot(t,h)

\

АЧХ

>> f=0:10^(-3):100; o=2*pi*f;

>>a=(1./sqrt((1.1*10^(-8)*o.^2+1.5).^2+(55.5*10^(-5)*o).^2));hold on; grid on; title('Графік АЧХ'); xlabel('частота, Гц'); ylabel ('Амплітуда, В');plot(o, a)

ланцюг частотний схема струм

Висновок

У ході роботи ми мали змогу закріпити навички аналізу кіл активних компонентів. Також ознайомились з можливостями програми схемотехнічного моделювання Micro-Cap 7 стосовно моделювання (аналізу) кіл активних компонентів. Проведенні аналітичні (за допомогою системи MatLab) та експериментальні (в середовищі MicroCap) дослідження показали схожі результати, однак присутні і деякі розбіжності, що обумовлені похибками обчислювального процесу.