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 [9]:

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:

[7]

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

( при помощи программы моделирования электрических цепей Fastmean).

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.

Для постоянного: напряжение(U0) в В

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

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 :

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

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

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.

Эквивалентная схема приведена на рис. 4.4.

Похожие работы

Разработка блока управления фотоприёмником для волоконно-оптических систем передачи информации

Скачать

89392

13

6

... АРУ и дифференциальным выходом. Модель PROM-155 дополнительно имеет встроенный усилитель-ограничитель и PECL – выход отсутствия сигнала в линии. Модули предназначены для работы в цифровых волоконно-оптических линиях связи со скоростью передачи информации 2..155 Мбит/c. Технические характеристики оптических модулей приведены в табл. 1.3. Таблица 1.3 – Технические характеристики оптических ...

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 ...