Расчет частотных характеристик цепи усилителя

4.3 Расчет частотных характеристик цепи усилителя

Определим граничную частоту усиления ФПУ. Коэффициент усиления К цепи, как функцию передачи информации линейной цепи, представить в операторной форме:

где U_2(p) – напряжение на выходе фотоприемного устройства; U_1(p) – напряжение на нагрузке ФД т.е. на комплексном сопротивлении по переменному току, действующему между базой входного транзистора и общим проводом; К_(р) – общий коэффициент усиления всех каскадов ФПУ, кроме выходного; J_ф – фотопоток сигнала; Z_вх,F – входное сопротивление ФПУ при действии общей ОС, охватывающей первых 2 каскада.

В нашем случае К_(р) = К_1(р) · К_2(р) и К_(р) = К₁ · К₂ = К₂, так как К₁ = 1 и усиление этих каскадов можно считать в нашем частотном диапазоне постоянным.

Тогда при использовании формулы Блеймана, найдем Z_вх,F

,

F_кз = 1, F_xx = 1 + кβ_(р), где

В результате получим

.

1+ B₀ · K = F₀ – глубина местной гальванической обратной связи.

В₀ – коэффициент передачи по петле обратной связи.

Частота верхнего среза для входных каскадов ФПУ (первого и второго) при действии ООС равна

Определим напряжение шумов на выходе ФПУ

,

I = I_RГ + I_б + I_д0 = 50мкА + 20мкА + 180мкА = 0,25мА/

Чтобы пренебречь шумами измерительного приемника, которые в полосе частот 20 кГц составляет 0,5 мкВ, увеличим напряжение шумов на выходе ФПУ в 3 раза

4.4 Оптимизация характеристик цепи ПУ

Программы моделирования электрических цепей (такие как OrCAD PSPICE, Micro-Cap, Electronics Workbench) во многих задачах обеспечивают удовлетворительный анализ переходного процесса. Однако в некоторых случаях расчет занимает очень много времени и точность может быть значительно ниже, чем необходимо, так как множество точек переходного процесса необходимо вычислить с помощью традиционной процедуры интегрирования.

В программе FASTMEAN используются новые решения матричных рекуррентных уравнений. Этот алгоритм совершенно отличается от обычно используемых в программах. Вместо отдельных точек функции переходного процесса вычисляются коэффициенты разложения в ряд Тейлора в матричной форме. Это позволяет найти значение функции для любого момента времени внутри заданного шага, который может быть больше (в сотни, тысячи раз и более), чем обычный шаг в широко используемых программах. В некоторых случаях, переходный процесс во всем временном интервале может быть рассчитан за один шаг.

Увеличение числа членов разложения в ряд Тейлора вместо увеличения числа маленьких шагов позволяет существенно уменьшить время расчета и, в то же время, увеличить его точность. Однако, максимальное число членов ряда Тейлора ограничено возможностями современного компьютера и составляет 70–80 членов. Вычисление большего числа членов может привести к большей ошибке, чем ожидается, или к совершенно неверному результату (при вычислении более 100 членов), но это происходит не по вине метода, а из-за ограниченности разрядной сетки компьютера и, следовательно, из-за ошибок округления.

Математические основы этих решений разработаны проф. Артымом А.Д. и проф. Филиным В.А. (Россия, г. Санкт-Петербург, Государственный Университет Телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича, кафедра Теории Электрических Цепей). Впоследствии, проф. Артым, проф. Филин и их коллеги разработали совершенно новую программу и применили ее для решения серьезных практических задач. Данная версия FASTMEAN предназначена для привлечения внимания специалистов и научных коллективов ВУЗов, интересующихся проблемами анализа сложных переходных процессов в цепях (также с переключениями), которые трудно рассчитать с большой точностью и скоростью традиционными методами.

На панели инструментов есть 3 группы элементов: Основные, Источники и Активные. Выберите одну из них, и появится окно с доступными элементами. Выберите нужный нажатием на соответствующую кнопку и поместите его на схему щелчком левой кнопки мыши. После того, как вы закончили добавлять элемент, нажмите правую кнопку мыши или соответствующую кнопку в окне.

Вы можете легко изменить параметры элемента, дважды щелкнув на нем мышью и введя необходимые значения в окне диалога. Вы можете вращать и отображать элемент: выделите его и нажмите нужную кнопку на панели инструментов. Используйте команды Вырезать (Ctrl+X), Копировать (Ctrl+C), Вставить (Ctrl+V) для работы с буфером обмена. Когда Вы выделяете элементы и нажимаете Вырезать или Копировать, программа помещает их в буфер обмена, используя свой формат, и как точечный рисунок, так что Вы можете использовать изображение схемы в других приложениях.

Вы можете соединить элементы проводами с помощью мыши, перетаскивая указатель от одного вывода к другому. Чтобы соединить более двух проводов вместе, используйте Соединитель (группа Основных элементов). Можно подтащить провод от вывода к другому проводу – программа автоматически соединит их, добавив Соединитель.

Чтобы изменить масштаб, используйте команды: Увеличить масштаб (Ctrl++) и Уменьшить масштаб (Ctrl+-).

После того, как Вы создали схему, ее можно сохранить, используя команды меню Файл.

Группы элементов: Основные, Источники и Активные элементы (линейные модели).

Основная группа включает:

– Резистор. Параметры: сопротивление(R) в Омах;

– Индуктивность. Параметры: индуктивность(L) в Гн; начальные условия (НУ) в А;

– Конденсатор. Параметры: емкость(C) в Ф; начальные условия(НУ) в В;

– Унистор. Параметры: крутизна(S) в См;

– Идеальный трансформатор. Параметры: коэффициент трансформации (n);

– Соединитель. Для соединения более двух проводов вместе;

– «Земля». Для обозначения нулевого узла. Вы должны присоединить «Землю» к схеме, чтобы выполнить анализ.

Группа источников включает:

– Источник напряжения. Параметры: Тип источника – постоянный, гармонический или меандр.

В зависимости от типа источника доступны различные параметры:

а) Для постоянного: напряжение(U0) в В;

б) Для гармонического: амплитуда(U0) в В; частота(f) в Гц; начальная фаза(phi0) в градусах; Время окончания радиоимпульса в сек (по выбору).

в) Для меандра: частота (f) в Гц; длительность в%; напряжение (U0) в В; смещение в В.

– Источник тока. Параметры: Тип источника – постоянный или гармонический. В зависимости от типа источника доступны различные параметры. Для постоянного: ток (I0) в А. Для гармонического: амплитуда (I0) в А; частота (f) в Гц; начальная фаза (phi0) в градусах; Время окончания радиоимпульса в сек (по выбору).

– Источник тока управляемый напряжением (ИТУН). Параметры: проводимость(g) в См;

– Источник напряжения управляемый напряжением (ИНУН). Параметры: коэффициент управления (k) в В/В;

– Источник тока управляемый током (ИТУТ). Параметры: коэффициент управления(h) в А/А;

– Источник напряжения управляемый током (ИНУТ). Параметры: сопротивление (r) в Омах;

– Гиратор. Параметры: крутизна (Sg) в См.

Группа активных элементов включает:

а) Лампа. Параметры: крутизна (S) в См; внутреннее сопротивление(Ri) в Омах;

б) Биполярный транзистор n-p-n типа. Параметры: коэффициент передачи тока (alpha); омическое сопротивление эмиттера(Re); омическое сопротивление коллектора (Rc); омическое сопротивление базы (Rb);

в) Идеальный операционный усилитель (ОУ). Параметры: коэффициент усиления (k) в В/В.

Для всех элементов, кроме резистора, за положительное направление отсчета тока принимается направление от узла с большим номером к узлу с меньшим номером.

Для всех элементов за положительное направление отсчета напряжения принимается направление от узла с меньшим номером к узлу с большим номером.

Замечание. Принимается, что нулевой узел имеет наибольший номер.

Программа показывает сообщение об ошибке в следующих случаях:

– «Схема физически некорректна», если Ваша схема некорректна (например, 2 источника тока, 2 индуктивности или индуктивность и источник тока, соединенные последовательно);

– «Ошибка: Источник напряжения соединен параллельно с конденсатором»;

– «Ошибка: 2 источника напряжения соединены параллельно»;

– «Ошибка: 2 конденсатора соединены параллельно», если соединить параллельно 2 источника напряжения, 2 конденсатора или конденсатор и источник напряжения;

– "…: элемент закорочен», если элемент закорочен. Так как он не влияет на токи или напряжения в цепи, его следует убрать;

– "…: элемент не соединен», если элемент разомкнут. Вы можете избежать этого сообщения, присоединив выводы элемента к Соединителям, но только в том случае, если это будет физически корректно (так можно сделать с резистором, но нельзя с индуктивностью);

– «Добавьте землю к Вашей схеме.», если в схеме нет земли. Вы должны присоединить землю к схеме, чтобы выполнить анализ.

Похожие работы

Волоконно-оптические системы

Скачать

67879

12

0

... большие габариты, малый КПД, потребность во внешнем устройстве накачки являются основными причинами, по которым этот источник не используется в современных ВОСП. Практически во всех волоконно-оптических системах передачи, рассчитанных на широкое применение, в качестве источников излучения сейчас используются полупроводниковые светоизлучающие диоды и лазеры. Для них характерны в первую очередь ...

Анализ погрешностей волоконно-оптического гироскопа

Скачать

206582

2

63

... калькуляции представлены в табл.4.2. Ленточный график работ   5. Безопасность жизнедеятельности и охрана труда Дипломная работа посвящена анализу погрешностей волоконно-оптического гироскопа. В ходе ее выполнения были проведены необходимые расчеты и сделаны выводы, которые могут послужить материалом для ...

Передающее устройство одноволоконной оптической сети

Скачать

134967

36

30

... быть рассчитаны по формулам:   Годовая прибыль при запланированном уровне рентабельности составит: 8. Мероприятия по охране труда В данном дипломном проекте требуется разработать передающее устройство одноволоконной оптической системы передачи, рассчитанной на работу с длиной волны 0.85 мкм, которая относится к ближнему инфракрасному диапазону излучения. Поскольку передающее устройство ...

Оптоволоконные линии связи

Скачать

183923

13

0

... зондирования, коловорот и др.) КТП-2Г КТП-2БП 1 1 КТП-2П 1 УПТ 1 УПИ 1 1 Комплект устройства для фиксации местоположения соединительных муфт кабельной линии связи УФСМ По согласованию с заказчиком   Примечание. Средства измерения 1-5, 10-12, 14-17, 19 и 20 необходимы только в случае исп-я ОК с металл. элементами. 9.1.    Электрические проверки основных ...