Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни




НазваМіністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни
Сторінка3/8
Дата конвертації07.03.2013
Розмір0.68 Mb.
ТипДокументы
uchni.com.ua > Фізика > Документы
1   2   3   4   5   6   7   8
^

Лабораторна робота № 2 Моделювання біполярного транзистора в режимі малого сигналу



Мета роботи – ознайомлення з моделями біполярного транзистора для малого сигналу.
^ Теоретичні відомості
Для моделюванні транзисторів при роботі в режимі слабкого сигналу знаходить широке застосування гібридна П-образна малосигнальна модель, що володіє високою точністю і є широкосмуговою. Для транзистора, включеного з ЗЕ, модель представлена на рис.1.2.



Рисунок 1.2 – Малосигнальна модель транзистора
Компоненти моделі мають наступний сенс:

- еквівалентна розподілена провідність бази;

- провідність переходу емітер-база;

- дифузійна ємність переходу емітер база;

- сумарна провідність витоку і дифузійна провідність колекторного переходу;

- бар'єрна ємність колекторного переходу;

- еквівалентна провідність переходу емітер-колектор;

S - еквівалентна провідність (крутизна) залежного джерела струму, керованого напругою на переході емітер-база.

Система рівнянь схеми на мал. 1.2, складена методом вузлових потенціалів, має наступний вигляд:





б

б΄

К


.







=




б







Uб

Iб

б΄







Uб΄

Iб΄

к







Uк

Iк



(1.12)

Тут , , ,

, ,

, ,

- уявна одиниця, - кругова частота.

Рішення даної системи рівнянь методом Крамера за умови, що струми і рівні нулю, дає наступні співвідношення для напругі на зовнішніх вузлах схеми:

, (1.13)

, (1.14)

де - визначник матриці провідності в (1.12).

По даних співвідношеннях визначаються функції даної схеми:

- комплексний коефіцієнт підсилення по напрузі:

, (1.15)

- вхідний комплексний опір:

. (1.16)

Частотні властивості коефіцієнта підсилення транзистора по напрузі характеризуються:

- амплітудно-частотною характеристикою (АЧХ)

; (1.17)

- фазо-частотною характеристикою (ФЧХ)

. (1.18)

АЧХ – це залежність модуля комплексного коефіцієнта підсилення від частоти. ФЧХ – це залежність від частоти аргументу комплексного коефіцієнта підсилення.
Лабораторне завдання
Завдання передбачає моделювання частотних характеристик коефіцієнта підсилення по напрузі і вхідного опору транзистора з ЗЕ. Варіанти завдань приведені в таблиці 1.2, де представлені параметри малосигнальної моделі транзистора.
Таблица1.2


Цифры

номера

Последние 4-е цифры номера студенческого билета

(n-3)-я

(n-2)-я

(n-1)-я

n-я

S

(мА/В)



(мСм)



(пФ)



(пФ)

0

30

0.1

10

5

1

40

0.2

12

10

2

50

0.3

14

20

3

60

0.4

16

30

4

70

0.5

18

40

5

80

0.6

20

50

6

90

0.7

22

15

7

100

0.8

24

25

8

110

0.9

26

35

9

120

10.0

28

45


Додаткові дані: См, мСм, мкСм.

У роботі необхідно:

  1. По співвідношенню (1.15), (1.17), (1.18) скласти програму для побудови в графічній формі АЧХ і ФЧХ коефіцієнта посилення транзистора по напрузі. Графіки АЧХ побудувати у вигляді залежності і від частоти f. Визначити частоту, на якій модуль коефіцієнта посилення приймає максимальне значення . Визначити нижню і верхню смуги пропускання підсилювача, на яких коефіцієнт посилення зменшується до значення або на 3дБ. При побудові графіків діапазон зміни частоти узяти по рівню . Вісь частот представити в логарифмічному масштабі.

  2. Досліджувати вплив на частотні характеристики коефіцієнта посилення зміни крутизни S, а також ємності . Побудувати графіки АЧХ при збільшувані в два рази крутизни і зменшенні в два рази ємності .

  3. Скласти програму для розрахунку по співвідношенню (1.15) значень вхідного комплексного опору на частотах , , с представленням результатів в алгебраічній и показній формах:

,

При складанні програм можна використовувати символ на панелі інструментів Calculator| для обчислення модуля комплексного числа, а на панелі інструментів Matrix| для обчислення визначника матриці. Набір вбудованих операторів і функцій для роботи з тригонометричними функціями і комплексними числами указується|вказується| у вікні вставки вбудованих функцій, які викликаються|спричиняються| командою Function|, що знаходиться|перебувати| в меню Insert|, а також за допомогою кнопки f(x).

Зміст|вміст,утримання| звіту


  1. Короткі теоретичні відомості, розрахункові формули, еквівалентні схеми.

  2. Графіки АЧХ| і ФЧХ| коефіцієнта посилення транзистора по напрузі|напруження|, причому АЧХ| у вигляді залежностей і .

  3. Значення частот . Значення коефіцієнта посилення .

  4. Графіки АЧХ| при збільшенні крутизни|крутість| S в 2 рази, зменшенні ємкості|місткість| в 2 рази.

  5. Значення комплексного вхідного опору транзистора на частотах , , з|із| представленням даних у алгебраічної і показової формах|форма|.

  6. Висновки|висновок,виведення| по виконаній|проробленій| роботі.


Контрольні питання


  1. Намалюйте гібридну П-образну малосигнальну модель транзистора.

  2. Яку фізичну суть|зміст,рація| мають параметри , ,?

Яку фізичну суть|зміст,рація| мають параметри , ,?

  1. Яку фізичну суть|зміст,рація| має джерело струму|тік|, кероване напругою|напруження| ?

  2. Поясните, як складена матриця провідності в рівнянні (1.12) ?

  3. Поясните метод Крамера рішення|розв'язання,вирішення,розв'язування| лінійних алгебраічних рівнянь.

  4. Поясните, що таке АЧХ| і ФЧХ| ?

  5. Пояснить переклад|переведення,переказ| комплексних чисел з|із| алгебраїчної форми|форма| уявлення|вистава,подання,представлення| в показову і навпаки ?

  6. Запишіть формулу для представлення коефіцієнта посилення в дБ| ?


^ 2 МОДЕЛЮВАННЯ ЛІНІЙНИХ ЕЛЕКТРОННИХ СХЕМ
Лабораторна робота № 3 Складання математичної моделі електронної схеми
Мета|ціль| роботи - вивчення основних|основний| операцій з|із| матрицями|матриця| на прикладі|зразок| складання методом вузлових потенціалів системи рівнянь лінійної електронної схеми.
^ Теоретичні відомості
Математична модель схеми складається на підставі топологічних і компонентних рівнянь. Компонентні рівняння визначають зв'язки між струмами|тік| і напругою|напруження| елементів схеми. Топологічні рівняння складаються по законах Кирхгофа для струмів|тік| і напруги|напруження| і описують з'єднання|сполучення,сполука| елементів в схемі.

У системах комп'ютерного аналізу електронних схем найбільше застосування|вживання| отримав|одержав| метод вузлових потенціалів [1, 2, 3]. Формування топологічних рівнянь математичної моделі схеми в цьому методі проводиться|виробляється,справляється| згідно із законом Кирхгофа для струмів|тік|. У матричній формі|форма| ці рівняння записуються|занотовуються| у вигляді|вид|

(2.1)

де A-| матриця з'єднань|сполучення,сполука| (інціденцій|) вітвей схеми, I – вектор, складений із|із| струмів|тік| гілок графа схеми.

Матриця з'єднань|сполучення,сполука| складається з|із| 0, +1, -1 і має m рядків і n стовпців, причому m – число незаземлених вузлів, а n – число гілок (елементів) графа схеми. Якщо k-та гілка входить в i-й вузол, то на перетині|пересічення| k-го стовпця і i-го| рядка занотовуватимемо|занотовувати| –1, якщо виходить, то +1.

При виведенні розрахункової формули методу вузлових потенціалів топологічне рівняння (2.1) на підставі уявлення|вистава,подання,представлення| перетворюється до вигляду|вид|:

, (2.2)

де - вектор, складений зі|із| струмів|тік| в гілках схеми, що не містять|утримувати| незалежні джерела струму|тік|; - вектор, складений зі струмів|тік| незалежних джерел струму|тік|; - підматриці|матриця| матриці|матриця| А, відповідні векторам і J.

Компонентне рівняння в методі вузлових потенціалів пов'язує вектор струменів|тік| гілок з вектором падіння напруги|напруження| на них:

, (2.3)

де - матриця, складена з|із| провідності гілок, які відповідни всім елементам схеми, окрім|крім| незалежних джерел струму|тік|.

Зв’язок між напругою|напруження| гілок і вузловими потенціалами визначається таким чином:

, (2.4)

(2.5)

де - вектор напруги|напруження| на гілках, що не містять|утримувати| незалежні джерела струму|тік|; - вектор напруги|напруження| на гілках, відповідних незалежним джерелам струму|тік|; Т – символ транспонування матриці|матриця|.

З|із| рівнянь (2.2) - (2.4) слідує|прямувати| формула методу вузлових потенціалів:

(2.6)

або

, (2.7),

де Yn – матриця вузлових провідностей схеми, - вектор вузлових задаючих струмів|тік|.

Перед складанням компонентної матриці|матриця| необхідно елементи схеми представити|уявити| в базисі вузлових потенціалів. У цьому базисі k-тою| гілкой графа схеми може бути:

- провідність , що описується рівнянням

; (2.8)

залежне джерело струму|тік|, кероване напругою|напруження| m-ной| гілки

; (2.9)

- незалежне джерело струму|тік| величиною .

При складанні компонентної матриці|матриця| провідність записується|занотовується| на перетині k-го рядка і k-го стовпця, а провідність – на перетині k-го рядка і m-го стовпця матриці|матриця|.

Для перетворення елементів схем в допустимий до методу вузлових потенціалів тип використовується еквівалентна заміна. Незалежні джерела напруги|напруження| замінюються джерелами струму|тік|. Залежні джерела напруження|напруження|, керовані напругою|напруження| або струмом|тік|, а також залежні джерела струму|тік|, керовані струмом|тік|, перетворяться в залежні джерела струму|тік|, керовані напругою.

Алгоритм складання математичної моделі еквівалентної схеми методом вузлових потенціалів складається з наступних|слідуючий| кроків:

  1. Представити|уявити| елементи схеми в базисі вузлових потенціалів.

  2. Вказати позитивний напрям|направлення| струмів|тік| і напруги|напруження| в гілках схеми, пронумерувати вузли схеми, привласнивши 0 загальному|спільний| вузлу.

  3. Скласти матрицю|матриця| з'єднань|сполучення,сполука| А, виділивши в ній підматриці|матриця| і .

  4. Скласти з|із| провідності гілок компонентну матрицю|матриця| .

  5. Знайти матрицю|матриця| вузлової провідності .

  6. Скласти вектор із|із| заданих джерел струму|тік|.

  7. Знайти вектор вузлових задаючих струмів|тік| .

  8. Знайти вектор вузлових потенціалів, вирішивши|рішивши,розв'язавши| систему рівнянь (2.7).

  9. Знайти по співвідношеннях (2.3) – (2.5) вектори напруг і струмів|тік| вітвей схеми.

Порядок|лад| перерахування|перелік| елементів у матрицях|матриця| і , а також у матриці|матриця| та векторі повинен співпадати|збігатися|.

Досліджувана в лабораторній роботі схема транзисторного підсилювача представлена|уявлена| на рис. 2.1,а. При заміні транзистора малосигнальною схемою заміщення (див. рис. 1.2) досліджувана схема набуває вигляду, вказаного на рис. 2.1,б.


а) б)
Рисунок 2.1 – Досліджувана схема підсилювача: а - |із| з умовним позначенням транзистора, б – із|із| заміщенням транзистора еквівалентною схемою
Для схеми на рис. 2.1,б, елементи якої відповідають базису вузлових потенціалів, матриця з'єднань|сполучення,сполука| А і її підматриці|матриця| і для вказаних на малюнку напрямів|направлення| струмів|тік| і введеної|запровадженої| нумерації|нумерація| вузлів характеризується таблицею 2.1.

Вектор незалежних джерел струму|тік| для даної схеми складається з одного елементу і задається співвідношенням:

. (2.10)


Таблиця 2.1 – Матриця з'єднань|сполучення,сполука| еквівалентної схеми підсилювача




Елементи вітвей

Струм



gбб′

gб′э

Cб′э

Cб′k

gб′k

S

gkэ

Rк

J1

Вузли

1

1

1

0

0

0

0

0

0

0

-1

2

0

-1

1

1

1

1

0

0

0

0

3

0

0

0

0

-1

-1

-1

1

1

0




Матриця Ав

Aj
Матриця провідності компонентів схеми має наступний|слідуючий| вигляд|вид|:
(2.11)

Тут провідність двополюсних компонентів записана відповідно до (2.8) на головній діагоналі; крутизна|крутість| джерела струму|тік| записана згідно (2.9) на перетині|пересічення| 7-го рядка і 3-го стовпця, відповідного напрузі|напруження| на гілки, що управляє.
1   2   3   4   5   6   7   8

Схожі:

Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки України Національний технічний університет України
Методичні вказівки з виконання лабораторних робіт з дисципліни “Теорія автоматичного управління ” для студентів напрямку 0906 Електротехніка....
Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки україни національний технічний університет україни
Методичні вказівки до лабораторних робіт із дисципліни “Аудит І фінансово-управлінський облік (з використанням комп’ютерних технологій)”...
Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки україни Донецький Національний Технічний Університет
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт та самостійної роботи по курсу "Web-технології" (для студентів спеціальності 091502)....
Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки україни гуманітарний університет
Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисципліни “системи штучного інтелекту”
Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки України Запорізький національний технічний...

Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки України Запорізький національний технічний...

Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки україни дніпродзержинський державний...
Методичні вказівки для самостійної роботи з дисципліни «Управління проектами енерговикористання» для студентів за напрямом 0000 -«Специфічні...
Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни iconМетодичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни
Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни “Основи системного ана­лізу” для сту­дентів всіх форм нав­чан­ня спе­ці­альності...
Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки України дніпродзержинський державний...
Методичні вказівки до виконання курсового проекту “Розрахунок регенератора мартенівської печі” для студентів 3-го курсу спеціальності...
Міністерство освіти І науки україни запорізький національний технічний університет Методичні вказівки до лабораторних робіт з дисципліни iconМіністерство освіти І науки україни східноукраїнський національний...
Методичні вказівки до виконання розрахунково-графічної роботи з дисципліни: «Цивільна оборона» (для студентів усіх спеціальностей...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Школьные материалы


База даних захищена авторським правом © 2014
звернутися до адміністрації
uchni.com.ua
Головна сторінка