Краткие сведения о стабильности выходного параметра усилительных каскадов при изменении температуры эксплуатации в широком диапазоне

Цель работы

Сравнительные функциональные испытания стабильности выходного параметра математических моделей усилительных каскадов при изменении температуры эксплуатации в широком диапазоне

Содержание отчета

- цель работы;

- графики, таблицы и расчёты по методике, изложенной в пункте 3.3.4, отображающие результаты функциональных испытаний математической модели усилительного каскада в системе MicroCAP 8 с использованием метода планирования полного факторного эксперимента при изменении температуры, напряжения питания и сопротивления нагрузки. В результате расчётов должны быть решены все вопросы, изложенные в лабораторном задании;

- выводы по работе.

3.3.7 Перечень контрольных вопросов, которые могут быть заданы во время защиты отчёта по работе

1. Что такое полный факторный активный эксперимент?

2. Как составить матрицу планирования ПФЭ 2 ^п для п = 3?

3. Что даёт переход от аппроксимирующего полинома в натуральном масштабе к полиному с нормированными безразмерными переменными х ^*?

4. Как убедиться в том, что коэффициенты полинома значимы?

5. Как убедиться в адекватности аппроксимирующего полинома результатам опыта?

6. Как выглядит аппроксимирующий полином в натуральном масштабе?

7. Как выглядит аппроксимирующий полином с нормированными безразмерными переменными х ^*?

На примере входных каскадов усилителя обучить студентов проведению функциональных сравнительных испытаний стабильности выходного параметра математических моделей РЭС при изменении температуры эксплуатации в широком диапазоне в системе MicroCAP 8.

Экспериментальные и расчётные методы исследования РЭС при изменении температуры эксплуатации в широком диапазонезанимают много времени, в отличие от методов их исследованияв системе схемотехнического моделирования MicroCAP 8. Точность же полученных результатов во всех случаях приблизительно одинакова. Это связано с тем, что характеристики транзисторов одной и той же марки имеют довольно большой разброс. По этой причине, при прочих равных условиях,исследованиянесложных радиоэлектронных узлов в системе MicroCAP 8 дают значительный выигрыш во времени и в средствах по сравнению с экспериментальными и расчётными исследованиями.

Анализ стабильности усилительных каскадов при изменении температуры эксплуатации в широком диапазоне методически удобно проводить, рассматривая эти каскады как непрерывные системы автоматического регулирования (САР), если считать, что значения выходной величины этих каскадов (выходного напряжения) прямо пропорциональны величине входного сигнала. При учёте нелинейности управления усилительные каскады следует отнести к нелинейным системам автоматического управления (САУ). Зависимость выходного напряжения усилительных каскадов на транзисторах от возмущающего воздействия температуры эксплуатации является нелинейной. Использование нелинейных законов управления позволяет значительно увеличить точность процесса управления. Из-за отсутствия общей теории расчёта нелинейных САУ проще, быстрее и дешевле провести их испытания на математических моделях в системе MicroCAP 8.

Системы автоматического управления режимом работы входного усилительного каскада усилителя низкой частот (УНЧ) бывают разомкнутыми и замкнутыми.

В разомкнутой САУ вход и выход каскада не связаны между собой. В замкнутой САУ выходной сигнал, преобразованный цепью обратной связи (как правило, отрицательной) поступает на вход усилительного каскада.

По принципу построения различают САУ:

- с управлением по задающему воздействию (рисунки 3.31, а и 3.33, а);

- с управлением по возмущающему воздействию;

- с комбинированным управлением по задающему и по возмущающему воздействиям (рисунки 3.32, а и 3.33, б).

а – схема каскада с общим эмиттером;

б – вольт-амперная характеристика (ВАХ) биполярного транзистора

(УУ – управляющее устройство; ОУ- объект управления)

Рисунок 3.31 – Разомкнутая САУ с управлением

по задающему воздействию [10]

В УНЧ следует разделять задающее воздействие по постоянному току – постоянное смещение на базе транзистора, снимаемое с делителя напряжения на резисторах, и задающее воздействие по переменному току – переменное напряжение на входе усилителя. Принято называть УНЧ двухмерными САУ, так как их выходной параметр характеризуется двумя значениями (величиной напряжения и величиной частоты). В усилительных каскадах усилителей постоянного тока (УПТ) имеется только задающее воздействие по постоянному току. УПТ являются одномерными САУ.

а – схема каскада с общим эмиттером; б – ВАХ диода;

в – ВАХ биполярного транзистора

Рисунок 3.32 – Разомкнутая САУ с комбинированным управлением

по задающему и по возмущающему воздействиям [10]

а – с управлением по задающему воздействию; б – с комбинированным управлением по задающему и по возмущающему воздействиям;

в – ВАХ биполярного транзистора

Рисунок 3.33 – Замкнутые САУ [10]

Разомкнутые САУ с управлением по задающему воздействию наиболее просты, но имеют низкую температурную стабильность. Достоинство разомкнутой системы с комбинированным управлением – высокое качество регулирования при учете всех возмущающих воздействий; недостаток – необходимость учета большого количества зависимостей возмущающих воздействий. Замкнутая система с управлением по задающему воздействию работает по отклонению, и регулируемая величина тока коллектора имеет какую-то ошибку. Для повышения точности работы замкнутой системы вводят комбинированное управление по задающему и возмущающему воздействиям. Достоинство замкнутой системы регулирования – универсальность; недостатки при грамотном построении замкнутой системы отсутствуют [10].

Поскольку элементы за счет герметизации защищены от воздействия атмосферного давления, от загрязнений и от повышенной влажности воздуха, а также, частично, от радиации, то основным возмущающим воздействием на УНЧ являются температура окружающей среды. Обычно учитываютвоздействие температуры на характеристики полупроводниковых приборов (транзисторов и диодов), а более слабым воздействием температуры на характеристики остальных элементов пренебрегают.

Дата добавления: 2014-12-27