Элементная база микро- и нанотехнологий в радиоэлектронике
Исследование программы для моделирования процессов и расчета электронных устройств на аналоговых и цифровых элементах. Проектирование эмиттерного повторителя в Electronic Workbench. Разработка схем усилителя и регулируемого стабилизатора напряжения.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | контрольная работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 11.05.2016 |
| Размер файла | 1,4 M |
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/
Федеральное агентство по рыболовству
Федеральное образовательное учреждение
Высшего профессионального образования
Мурманский Государственный Технический Университет
Кафедра РиРТКС
Контрольная работа
по дисциплине
«Элементная база микро- и нанотехнологий в С и РП радиоэлектронике»
Выполнил:
Курсант 5-го курса
Группы РO-511-1
Носкович М.И.
Проверил:
Яров В.Н.
Мурманск
2016
План
1. Общие сведения о работе в среде EWB 5.12
2. Моделирование эмиттерного повторителя в программе Electronic Workbench
3. Моделирование усилителя в программе Electronic Workbench
4. Регулируемый стабилизатор напряжения 142ЕН1
Список использованной литературы
1. Общие сведения о работе в среде EWB 5.12
Electronic Workbench 5.12 (EWB) - Мощная программа для моделирования процессов и расчета электронных устройств на аналоговых и цифровых элементах. Большой выбор виртуальных генераторов, тестеров, осциллографов. Совместима с программами PCB-дизайна и CAD. Программа EWB позволяет проверить и проанализировать работу электронных схем без их сборки.
В программе используется большой набор приборов для проведения измерений: амперметр, вольтметр, осциллограф,
мультиметр, Боде-плоттер (графопостроитель частотных характеристик схем), функциональный генератор, генератор слов,
логический анализатор и логический преобразователь.
Electronics Workbench позволяет строить схемы различной степени сложности при помощи следующих операций:
?выбор элементов и приборов из библиотек;
?перемещение элементов и схем в любое место рабочего поля;
?поворот элементов и групп элементов на углы, кратные 90°;
?копирование, вставка или удаление элементов, групп элементов, фрагментов схем и целых схем;
?изменение цвета проводников;
?выделение цветом контуров схем для более удобного восприятия;
?одновременное подключение нескольких измерительных приборов и наблюдение их показаний на экране монитора;
?присваивание элементу условного обозначения;
?изменение параметров элементов в широком диапазоне.
Все операции производятся при помощи мыши и клавиатуры. Управление только с клавиатуры невозможно.
Путем настройки приборов можно:
?изменять школы приборов в зависимости от диапазона измерений;
?задавать режим работы прибора;
?задавать вид входных воздействий на схему (постоянные и гармонические токи и напряжения, треугольные и прямоугольные импульсы).
Графические возможности программы позволяют:
?одновременно наблюдать несколько кривых на графике;
?отображать кривые на графиках различными цветами;
?измерять координаты точек на графике;
?импортировать данные в графический редактор, что позволяет произвести необходимые преобразования рисунка и вывод его на принтер.
Electronics Workbench позволяет использовать результаты, полученные в программах P-SPICE, PCB, а также передавать результаты на Electronics Workbench в эти программы. Можно вставить схему или ее фрагмент в текстовый редактор и напечатать в нем пояснения или замечания по работе схемы.
Компоненты программы.
ПАНЕЛЬ КОМПОНЕНТОВ
Для операций с компонентами на общем поле Electronics Workbench выделены две области: панель компонентов и поле компонентов:
Панель компонентов состоит из пиктограмм полей компонентов, поле компонентов - из условных изображений компонентов.
В библиотеки элементов программы Electronics Workbench входят аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые компоненты.
Все компоненты можно условно разбить на следующие группы:
?базовые компоненты;
?источники;
?линейные компоненты;
?ключи;
?нелинейные компоненты;
?индикаторы;
?логические компоненты;
?узлы комбинационного типа;
?узлы последовательного типа;
?гибридные компоненты.
Базовые компоненты
Соединяющий узел применяется для соединения проводников и создания контрольных точек. К каждому
узлу может подсоединяться не более четырех проводников.
Заземление.
Не все
схемы нуждаются в заземлении для моделирования, однако любая схема, содержащая:
?операционный усилитель;
?трансформатор;
?управляемый источник;
?осциллограф,
должна быть обязательно заземлена, иначе приборы не будут производить измерения или их показания окажутся неправильными.
2. Моделирование эмиттерного повторителя в среде EWB 5.12
Сборка схемы эмиттерного повторителя в программе Electronics Workbench.
Принципиальная схема эмиттероного повторителя.
Эммитерный повторитель характеризуется высоким коэфф. усил. по току и коэфф. передачи по напряжению. Вх. сопротивление - велико, а вых.- мало.
В схеме используются биполярные транзисторы включ. По схеме с ОК. Напряжение питания подаётся на коллектор, вх. сигнал подаётся на базу, а вых. Сигнал снимается с эммитера, в результате чего образуется отрицательная обратная связь по напряжению, что уменьшает нелинейные искажения, фазы вх. и вых. сигнала совпадают.
Рассмотрим осциллограмму этой схемы:
По графику на осциллографе можно сказать, что амплитуда выходного сигнала немного ниже, чем входного.
-Амплитуда входного сигнала - 9.86 В.
-Амплитуда выходного сигнала - 8.53 В.
-Период колебаний - 42 мсек (1/24Гц).
3. Моделирование усилителя в среде EWB 5.12
Принципиальная схема усилителя.
На входе и выходе усилителя для отсечки постоянной составляющей включены конденсаторы ёмкостью 5 мкФ.
Рабочая точка ВАХ транзистора обеспечивается резистивным делителем напряжения. Сопротивления резисторов делителя предварительно рассчитываются либо подбираются так, чтобы нелинейные искажения выходного сигнала были минимальными.
В цепь эмиттера включено сопротивление 50 Ом, обеспечивающее стабилизацию рабочей точки.
По переменному току эмиттер транзистора через шунтирующий конденсатор 50 мкФ подключается к общей точке. Сопротивление нагрузки составляет 100 кОм - усилитель работает в режиме холостого хода. Напряжение питания усилителя составляет 12 В.
На вход усилителя с функционального генератора Function Generator подаётся гармонический сигнал с амплитудой 20 мВ и частотой 10 кГц. Частота входного сигнала в дальнейшем будет меняться.
Теперь посмотрим дисплей осциллографа:
Теперь развернем дисплей осциллографа кнопкой Expand:
По ней можно сказать, что амплитуда выходного сигнала немного ниже, чем входного. Установя курсоры Т1 и Т2 на пики гармоник, глядя в поля под под осциллограммой можно сказать, что:
-Амплитуда входного сигнала - 19.8311 В.
-Амплитуда выходного сигнала - 825.3567 В.
-Период колебаний - 202.2484мсек (1/24Гц).
4. Регулируемый стабилизатор напряжения 142ЕН1
Принципиальная электрическая схема содержит следующие функциональные узлы: моделирование повторитель усилитель стабилизатор
·источник опорного напряжения Uоп = 2,4 В ± 15 % (элементы VT1, VD1, VT2, R1, R2, VD2);
·дифференциальный усилитель (элементы VT4, VT5, R3,VT3);
·регулирующее устройство (РУ) (элементы VT7, VT8);
·схему выключения стабилизатора внешним сигналом (элементы VT9, VD3, R4);
·транзистор защиты от токовых перегрузок и коротких замыканий (элемент VT6).
Назначение выводов: 2 - фильтр шума; 4 - второй вход; 6 - опорное напряжение; 8 - общий; 9 - выключатель; 10, 11, 14 - защита по току; 12 - регулировка выходного напряжения; 13 - выход; 16 - первый вход.
Зависимость максимально допустимой мощности, рассеиваемой микросхемой с использованием дополнительного теплоотвода, от температуры корпуса приведена на рис.11.
Для нормального функционирования интегрального стабилизатора напряжения, а также для получения заданных выходных напряжений к мик-росхеме подключаются дополнительные элементы (рис. 10). Сопротивления резисторов R1, R2 измерительного элемента выбираются из условия допустимого тока делителя (Iдел >1,5 мА) и обычно составляют R2 = (1,2 ё 1,6) кОм, R1 = 22 кОм. С помощью конденсаторов C1 и Сн - обеспечивается работа микросхемы. Типовыми емкостями этих конденсаторов при низких уровнях Uвых < 5 B является С1 < 0,1 мкФ, Сн = 5 ё 10 мкФ. При уровнях Uвых > 5 B емкости конденсаторов составляют - С1 > 100 пФ, Сн > 1 мкФ. В рассмотренной схеме резисторы R3, R4, R5 работают в цепях защиты. С помощью R4, R5 задается напряжение на базу транзистора защиты. Резистор R3 служит датчиком тока в схеме защиты от перегрузок по току. Сопротивления этих резисторов выбираются из следующих условий:
R3 = Uэб VT9 / Iвых.порог , а R5 = ( Uвых+Uэб VT6 ) / IVD2 ,
где Uэб VT9 = Uэб VT6 » 0,7 B; IVD2 » 0,3 мА, при этом R4 = 2 кОм = const.
Защита от перегрузок по току срабатывает при увеличении тока нагрузки Iвых.порог » 2,2Iвых.max. в этом случае приращение напряжения на резисторе R3 должно быть не менее 0,7 В. При этом транзистор защиты микросхемы открывается и шунтирует регулирующий транзистор. На рис. 11 представлены характеристики переключения узла защиты микросхемы при различных сопротивлениях резистора R3.
Принцип действия работы стабилизатора заключается в следующем.
Пусть возмущающие факторы ток Iн нагрузки и температура окружающей среды Тсреды. в рассматриваемый момент времени неизменные, а напряжение сети Uп увеличилось. В первый момент увеличится и напряжение на нагрузке. Это приведет к тому, что напряжение на резисторах делителя R1, R2 (рис. 10) тоже возрастет. В результате этого повысится потенциал напряжения на резисторе R2 делителя, который связан с выводом 12 микросхемы DA1 и транзистор VT5 больше приоткроется. В результате ток коллектора этого транзистора увеличится, что приведет к уменьшению тока базы транзистора VT7 и он призакроется. Это приведет к тому, что транзистор VT8 DA1 тоже призакроется. Сопротивление его перехода коллектор-эмиттер VT8 увеличится, что приведет к увеличению падения напряжения на нем. Следовательно, напряжение на нагрузке останется неизменным.
Выключение стабилизатора внешним сигналом осуществляется электронным ключом через резистор, подсоединяемый к выводу 9. Сопротивление этого резистора выбирается из условия протекания в цепи управления тока 0,5 ё 1 мА. (Например, логического элемента с током импульса 2 ё 5 мА и напряжением 0,7 ё 1,0 B). На практике иногда возникает необходимость повышения выходных токов (т.е. токов больших, чем максимальный допустимый ток микросхемы). Для этой цели обычно подключается дополнительный мощный транзистор n-p-n или p-n-p типа.
Вместо транзисторов могут использованы транзисторные сборки. В этих схемах резистор R2 выбирается из условия
R2 = Uоп.min / ( h21эVT1 Iдел.min ).
Резистор R3 служит для замыкания токов утечек регулирующего транзистора и выбирается в пределах 50 ё 100 Ом. Часто в стабилизаторах напряжения, собранных на микросхемах К142ЕН1 и К142ЕН2, управляющий (вывод 4) и регулирующий (вывод 16) элементы питаются от общего источника питания (выпрямителя) и выводы 4 и 16 объединяются. В этом случае, когда регулирующий транзистор находится в области насыщения, а на выходе стабилизатора требуется получить низкое (менее 4,5 в) напряжение, резко снижается стабильность опорного напряжения и, как следствие, ухудшаются стабилизирующие свойства микросхемы в целом. При этом снижается и КПД стабилизатора, так как падение напряжения на регулирующем транзисторе составляет 4,2 ё 4,5 В. Минимальное входное напряжение не должно быть меньше 9 В. Введение раздельного питания источника опорного напряжения и регулирующего устройства позволяют улучшить стабилизирующие свойства микросхемы и повысить КПД при малой разнице между Uвх и Uвых ,так как КПД в этом случае определяется только минимально допустимым напряжением на РУ, которое составляет примерно 2,5 В. При раздельном питании на вход (Uвх.2) опорного источника питания подается стабилизированное (например, стабилитроном) напряжение, которое должно быть равным или превышать входное напряжение Uвх.1.
Внутренняя структура микросхемы 142ЕN1:
Осциллограмма линейного стабилизатора
Список использованной литературы
1. Чернышов Н.Г., Чернышова Т.И. Моделирование и анализ схем в Electronics Workbench: Учеб.-метод. пособие. Тамбов: Изд-во Тамб. гос. техн. ун-та, 2005. 52 с.
2. В.И. Карлащук. «Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение». М.: Солон-Р, 2003, 726с.
3. В.И. Карлащук. «Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и MATLAB». М.: Солон-Р, 2004, 799с.
4. Пустынников С.В., Эськов В.Д. Руководство к лабораторным работам по ТОЭ в программной среде Electronics Workbench. Ч. 1. - Томск: Изд - во ТПУ, 2004. - 56 с.
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Динамический режим работы усилителя. Расчет аналоговых электронных устройств. Импульсные и широкополосные усилители. Схемы на биполярных и полевых транзисторах. Правила построения моделей электронных схем. Настройка аналоговых радиотехнических устройств.
презентация [1,6 M], добавлен 12.11.2014Характеристика резистора R7. Знакомство со способами проектирования усилителя напряжения. Анализ этапов расчета входного каскада. Рассмотрение схемы эммиторного повторителя. Знакомство с особенностями моделирования электрических схем в программе Multisim.
контрольная работа [637,2 K], добавлен 22.11.2013Параметры и свойства устройств обработки сигналов, использующих операционного усилителя в качестве базового элемента. Изучение основных схем включения ОУ и сопоставление их характеристик. Схемотехника аналоговых и аналого-цифровых электронных устройств.
реферат [201,0 K], добавлен 21.08.2015Проектирование транзисторного каскада усилителя и фильтра низкой частоты на основе операционного усилителя, комбинационно-логического устройства (КЛУ) и транзисторного стабилизатора постоянного напряжения. Синтез преобразователей аналоговых сигналов.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 06.02.2014Логическая схема как совокупность логических электронных элементов, соединенных между собой. Разработка схемы управляющего автомата. Выбор аналоговых элементов. Разработка управляющего автомата и проектирование его. Элементы цифровых электронных схем.
курсовая работа [507,2 K], добавлен 29.01.2015Задачи применения аналого-цифровых преобразователей в радиопередатчиках. Особенности цифро-аналоговых преобразователей (ЦАП) для работы в низкочастотных трактах, системах управления и специализированных быстродействующих ЦАП с высоким разрешением.
курсовая работа [825,8 K], добавлен 15.01.2011Основные методы проектирования и разработки электронных устройств. Расчет их статических и динамических параметров. Практическое применение пакета схемотехнического моделирования MicroCap 8 для моделирования усилителя в частотной и временной областях.
курсовая работа [2,8 M], добавлен 23.07.2013Проектирование "охранного комплекса для автомобиля". Разработка принципиальных схем устройств и программы для микроконтроллеров, реализующих функции устройств. Выбор микроконтроллера, его элементная база. Краткое руководство по эксплуатации устройства.
курсовая работа [331,6 K], добавлен 24.12.2012Понятие и характеристика базовых аналоговых вычислительных устройств. Разработка в среде Multisim схемы сумматора, интегратора, дифференциатора, а также схемы для моделирования абсорбционных процессов в конденсаторах. Построение графиков их испытаний.
реферат [178,7 K], добавлен 11.01.2012Исследование работы интегрального усилителя в различных режимах. Подключение усилителя как повторителя. Измерение входящего и выходящего напряжения. Определение частоты пропускания усилителя. Анализ способов получения большого усиления на высокой частоте.
лабораторная работа [81,5 K], добавлен 18.06.2015
