Файл: Современные технологии проектирования электронных средств.pdf

15
5 ПРОВЕДЕНИЕ МОДЕЛИРОВАНИЯ СХЕМЫ В СРЕДЕ MICRO-
CAP
5.1 Разработка схемы фильтра
В ходе проведения моделирования схемы в среде Micro-Cap и построения
АЧХ и ФЧХ, было выявлено не соответствие параметров схемы техническому заданию. Схема фильтра, номиналы компонентов которой соответствуют подобранным в разделе 3 значениям, приведена на рисунке 5.1.
Рисунок 5.1- Схема ФНЧ Бесселя второго порядка с ООС

16
5.2 Анализ динамических характеристик схемы
На рисунке 5.2 изображены АЧХ и ФЧХ разрабатываемого фильтра нижних частот.
Рисунок 5.2 — АЧХ и ФЧХ фильтра нижних частот.
Из графика АФЧХ видно, что максимальный коэффициент ослабления в полосе задерживания примерно составляет 22 дБ, частота резонанса по уровню
22 дБ составляет 19,8 кГц (теоретическая 20 кГц).
На рисунках 5.3 и 5.4 изображены импульсная и переходная характеристики.
Рисунок 5.3 — Импульсная характеристика фильтра

17
Рисунок 5.4 — Переходная характеристика фильтра
По рисункам 5.3 и 5.4 видно, что время переходного процесса примерно составляет 5 мкс, а продолжительность импульса сигнала примерно составляет
83,65 мкс.
5.3. Анализ шумов
На рисунках 5.5 и 5.6 изображены анализ шумов и отношение сигнал/шум.
Рисунок 5.5 — Анализ шумовой характеристики фильтра

18
Рисунок 5.6 — Отношение сигнал/шум фильтра
Из рисунков следует, что с увеличением частоты входного сигнала, отношение сигнал/шум уменьшается, то есть амплитуда выходного сигнала уменьшается, а амплитуда шумов увеличивается, что соответствует частотным характеристикам схемы и зависимости напряжения выходного шума от частоты сигнала.
5.4 Анализ влияния изменения температуры
Нарисунках 5.7-5.8 представлено влияния температур на переходную характеристику и характеристику шума.
Рисунок 5.7 — Зависимость переходной характеристики при разности температур от -40 до 85

19
Рисунок 5.8 — Зависимость характеристики шума при разности температур от -40 до 85
5.5 Анализ зависимости динамических свойств схемы от разброса
параметров пассивных элементов
На рисунках 5.9-5.13 представлен анализ зависимости динамических свойств схемы от разброса параметров пассивных элементов.
На рисунке 5.9 изображен анализ зависимости динамических свойств схемы при изменении номинала резистора R1. По данным таблицы видно, что коэффициент усиления сигнала с увеличением номинала резистора R1 уменьшается в полосе пропускания, в то время как частота среза увеличивается.

20
Рисунок 5.9 — Влияние разброса параметров изделия при изменении номинала резистор компонента R1
На рисунке 5.10 изображен анализ зависимости динамических свойств схемы при изменении номинала резистора R2. По данным таблицы видно, что коэффициент усиления сигнала с увеличением номинала резистора R2 увеличивается в полосе пропускания, в то время как частота среза уменьшается.
Рисунок 5.10 — Влияние разброса параметров изделия при изменении номинала резистор компонента R1

21
На рисунке 5.11 изображен анализ зависимости динамических свойств схемы при изменении номинала резистора R3. По данным таблицы видно, что коэффициент усиления сигнала с увеличением номинала резистора R3 почти не меняется в полосе пропускания, в то время как частота среза уменьшается.
Рисунок 5.11 — Влияние разброса параметров изделия при изменении номинала резистор компонента R3
На рисунке 5.12 изображен анализ зависимости динамических свойств схемы при изменении номинала конденсатора С1. По данным таблицы видно, что коэффициент усиления сигнала с увеличением номинала конденсатора С1 почти не меняется в полосе пропускания, в то время как частота среза уменьшается.

22
Рисунок 5.12 — Влияние разброса параметров изделия при изменении номинала конденсатора С1
На рисунке 5.13 изображен анализ зависимости динамических свойств схемы при изменении номинала конденсатора С2. По данным таблицы видно, что коэффициент усиления сигнала с увеличением номинала конденсатора С2 почти не меняется в полосе пропускания, в то время как частота среза уменьшается.
Рисунок 5.13 — Влияние разброса параметров изделия при изменении номинала конденсатора С1

23
Заключение
В процессе расчётно-графической работы был произведён расчёт основных параметров ФНЧ Бесселя второго порядка с ООС. Была осуществлена оптимизация параметров фильтра и подобраны компоненты в соответствии с рядами Е12 и Е24 в соответствии с техническим заданием.
В программе Micro-Cap была построена схема фильтра нижних частот.
Были получены АЧХ и ФЧХ фильтра, переходная и импульсная характеристики.
Было зафиксировано время переходного процесса, время нарастания и продолжительность сигнала.
Был проведен анализ чувствительности схемы к изменению номиналов компонентов, который показал, что у схем активных фильтров с ООС к изменению номиналов элементов чувствительны все исследуемые параметры.
Был произведен анализ шумов и получено отношение сигнал/шум, который показал, что с увеличением частоты входного сигнала, отношение сигнал/шум уменьшается, то есть амплитуда выходного сигнала уменьшается, а амплитуда шумов увеличивается, что соответствует частотным характеристикам схемы и зависимости напряжения выходного шума от частоты сигнала.
Были получены АЧХ, переходные характеристики и зависимости выходного шума от частоты для различных температур из рабочего диапазона.
Был произведен анализ того, как изменение номиналов компонентов схемы фильтра влияет на АЧХ и ФЧХ системы.

24
Список используемой литературы
1. Опадчий Ю. Ф. Аналоговая и цифровая электроника: Полный курс: учебник для вузов / Ю. Ф. Опадчий, А. И. Гуров; ред. О. П. Глудкин. – М.:
Горячая линия-Телеком, 2000. – 768 с.
2. Павлов В. Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: учебник для вузов / В. Н. Павлов, В. Н. Ногин. – М.: Горячая линия-Телеком,
2005. – 320 с.
3. Пейтон А. Дж. Аналоговая электроника на операционных усилителях /
А. Дж. Пейтон, В. Волш; пер. с англ. В. Л. Григорьева, под ред. А. П.
Молодяну. – М.: БИНОМ, 1994. – 352 с.
4. Титце У. Полупроводниковая схемотехника. 12-е изд. В 2 т. Т.2. / У.
Титце, К. Шенк; под ред. А. Г. Алексеенко. – М.: ДМК Пресс, 2008. – 832 с.
5. Хьюлсман Л. П. Введение в расчет активных фильтров: пер. с англ. / Л.
П. Хьюлсман, Ф. Е. Ален; пер. с англ. Н. Н. Слепцова; под ред. А. Е.
Знаменского. – М.: Радио и связь, 1984. – 384 с.