перечень сокращений (стр. 9 из 13)
Полученные следующие результаты для резонансной частоты 1.455МГц:
а) допуск номиналов пассивных компонентов 10% - коэффициент усиления минимальный – 7147, максимальный – 14690; полоса пропускания при минимальном коэффициенте усиления – 51200 кГц, при максимальном коэффициенте усиления - 46039, коэффициент прямоугольности соответственно – 20.06 при максимальном усилении, 23.76 при минимальном усилении;
б) допуск номиналов пассивных компонентов 2% - коэффициент усиления минимальный – 9400, максимальный – 10850; полоса пропускания при минимальном коэффициенте усиления – 48780 кГц, при максимальном коэффициенте усиления - 48120, коэффициент прямоугольности соответственно – 21.90 при максимальном усилении, 22.40 при минимальном усилении;
Анализ наихудшего случая для допуска пассивных компонентов – 10 %, позволяет сделать вывод, что коэффициент усиления может значительно колебаться. В то же время, если для сборки схемы будут применяться компоненты (резисторы и конденсаторы) с допуском – 2 %, то отклонения коэффициента усиления от номинального значения и коэффициента прямоугольности становятся меньше.
Результаты проведенных типов анализов, при необходимости, можно сделать еще более точными, если количество итераций увеличить до максимально возможного в OrCAD – 400.
5.6 Анализ чувствительности выходного напряжения цепи постоянного тока к разбросам параметров компонентов
При проведении данного типа анализа вычисляются малосигнальные (дифференциальные) чувствительности выходных переменных к изменениям внутренних параметров на постоянном токе. После линеаризации цепи в окрестности рабочей точки рассчитывается чувствительность каждой из указанных выходных переменных к изменению параметров всех компонентов и моделей (за исключением индуктивности и конденсаторов). Анализ чувствительности позволяет установить, какое влияние оказывают изменения отдельных параметров схемы на выходное напряжение. В результате анализа можно выяснить, какие компоненты следует выбрать с как можно меньшим допуском, чтобы гарантированно обеспечить необходимую характеристику схемы. По результатам проведения анализа не предусмотрено получение, какого – либо графического материала. Все результаты анализа чувствительности записываются в выходной файл под заголовком DC Sensitivity Analysis.
Анализ чувствительности в общем виде производится по директиве:
.SENS <(выходная) переменная>,
где <(выходная) переменная> - в качестве выходных переменных допускаются любые напряжения и токи через источники напряжения.
В качестве выходной переменной назначим постоянное выходное напряжение схемы УПЧ - 2 в точке V(C20:2). Проведя анализ чувствительности, и изучив выходной файл можно сказать, что наибольшее влияние на выходную переменную оказывают следующие элементы, перечисленные в порядке убывания влияния:
V – V2 – напряжение источника питания
R – R14, R – R15 – сопротивление резисторов, обеспечивающих положение рабочей точки по постоянному току третьего каскада УПЧ - 2
R – R12, R – R13 – сопротивление резисторов, обеспечивающих величину напряжения смещения по второму затвору третьего каскада УПЧ - 2
Применение в данной схеме высокоточного электропитающего устройства позволит обеспечить стабильность работы схемы по постоянному току. Применение в третьем каскаде УПЧ - 2 резисторов с малой величиной допуска также обеспечит стабильность работы схемы по постоянному току.
5.7 Температурный анализ
Все вышеприведенные типы анализов проводились для установленной по умолчанию температуры: плюс 270 С. Но программа OrCAD позволяет установить и иную температуру при моделировании. Температура влияет на термозависимые параметры имитационных моделей PSpice используемых в схеме. Если указано несколько значений температуры, то анализ выполняется для каждой температуры. При этом все зависящие от температуры параметры компонентов пересчитываются для каждой температуры. Проведение температурного анализа позволит оценить работоспособность спроектированной схемы при воздействии температурного фактора.
При изменении температуры окружающей среды изменяется сопротивление, например, резистора. Закон изменения сопротивления достаточно сложен, он описан в модели резистора. Ниже записан пример модели резистора:
R<имя><узел(+)><узел(-)>[<имя модели>]<значение> [TC = TC1> [, TC2, TCE]],
где
TC1 – линейный температурный коэффициент
TC2 – квадратичный температурный коэффициент
TCE – экспоненциальный температурный коэффициент
Если в модели резистора отсутствует параметр TCE, то сопротивление резистора определяется выражением:
<значение>[1+TC1*(T-Tnom)+TC2*(T-Tnom)2],
где
Tnom – номинальное значение температуры
T – текущее значение температуры
Если параметр TCE указан, то сопротивление равно:
<значение>*R*1.01TCE*(T-Tnom).
Таким образом, во встроенных PSpice моделях для учета разброса и влияния температуры существуют следующие варианты расчетов: «спецификация случайного разброса значения параметра», «линейный температурный коэффициент», «квадратичный температурный коэффициент», «экспоненциальный температурный коэффициент». Кроме того, управлять температурой отдельных компонентов можно с помощью параметров T_MEASURED – температура измерений, T_ABS – абсолютная температура, T_REL_GLOBAL – относительная температура, T_REL_LOCL – разность между температурой резистора и модели – прототипа. Аналогичные модели температурной зависимости имеют и все остальные компоненты схемы.
Проведем температурное моделирование спроектированной схемы УПЧ2 для следующих температур: 0, 27, 50, 75, 100, 125, 150 0С. Работу схемы при отрицательных температурах моделировать не будем, так как предполагается использовать проектируемый приемник в стационарном состоянии при комнатных температурах. По результатам моделирования получено 7 частотных характеристик изображенных на рисунке 5.10.
Рисунок 5.10 - АЧХ усилителя при температурном моделировании
Рисунок 5.11 - АЧХ усилителя при температурном моделировании (увеличенный фрагмент)
При изменении температуры от 00С до 1500С коэффициент усиления изменяется от 4114 до 13790. В то же время полоса пропускания изменяется от 52700 кГц (kП = 24.5) до 47100 кГц (kП = 19.9).
Величина выходного напряжения от температуры имеет нелинейную зависимость.
Рисунок 5.12 - График зависимости выходного напряжения УПЧ - 2 от температуры
5.8 Анализ работ УПЧ – 2 при нестабильном питающем напряжении
Программа OrCAD позволяет смоделировать ситуацию, когда источник питания схемы обладает заданной нестабильностью. В качестве параметра, на который влияет нестабильность питающего напряжения, определим коэффициент усиления по напряжению схемы. Зададим пределы колебания питающего напряжения – плюс 15% / минус 15% (от 7.65 В до 10.35 В). Данное отклонение номинала выходного напряжения соответствует применению источника электропитания низкой точности.
Проведем параметрическое исследование частотной характеристики. В качестве изменяемого параметра используем напряжение питающего источника у которого напряжение изменяется от 7.65 В до 10.35 В с шагом 0.5 В.
Рисунок 5.13 - Зависимость АЧХ усилителя от напряжения питания (нестабильность плюс 15% / минус 15%)
Проведем аналогичное моделирование при нестабильности питающего напряжения – плюс 1% / минус 1% (от 8.91 В до 9.09 В) с шагом 0.01 В. Данное отклонение номинала выходного напряжения соответствует применению высокоточного источника электропитания.
Рисунок 5.14 - Зависимость АЧХ усилителя от напряжения питания (нестабильность плюс 1% / минус 1%)
При нестабильном питающем напряжении (плюс 15 % / минус 15 % от номинального значения) коэффициент усиления изменяется от 5309 до 17880. В то же время полоса пропускания изменяется от 52300 кГц (kП = 24.3) до 44800 кГц (kП = 19.01).
При нестабильном питающем напряжении (плюс 1 % / минус 1 % от номинального значения) коэффициент усиления изменяется от 9670 до 10550. В то же время полоса пропускания изменяется от 48650 кГц (kП = 22.3) до 48100 кГц (kП = 22.0).
Рисунок 5.15 - График зависимости коэффициента усиления УПЧ - 2 от температуры
Очевидно, что использование для питания данной схемы низкоточных электропитающих устройств не будет эффективным.
5.9 Моделирование работы АРУ – 2
Цепь АРУ – 2 охватывает УПЧ - 2 и предназначена для исключения перегрузки усилителя низкой частоты, а, следовательно, искажение звукового сигнала, в случае резкого возрастания уровня сигнала ПЧ на выходе УПЧ приемника. Функционально схема АРУ – 2 состоит из дифференциального усилителя постоянного тока и источника тока управляемого напряжением (ИТУН) с добавочным усилителем тока на биполярном транзисторе. Нагрузкой ИТУН является светодиод, входящий в состав оптрона. Изменяющаяся величина тока в нагрузке ИТУН вызовет изменение величины сопротивления фоторезистора оптрона, а это в свою очередь вызовет изменение сигнала поступающего на первый затвор транзистора VT1 схемы УПЧ - 2.
В качестве оптрона предполагалось использовать устройство АОР124А. В настоящее время не представляется возможным использование для моделирования PSpice - модели оптрона АОР124А или электронного устройства с аналогичными параметрами, так как PSpice - моделей таких элементов не существует. Было принято решение смоделировать работу схемы АРУ – 2 и проанализировать ее работу отдельно от схемы УПЧ - 2. Далее с помощью возможностей параметрического моделирования исследовать работу схемы УПЧ - 2 в которой вместо фоторезистора, изменяющего свое сопротивление под воздействием светового потока, будет использован обычный резистор с параметрически изменяющимся сопротивлением.