Моделирование с подключенным подавителем синфазной помехи

Теперь подключим коллекторы транзисторов VT1..VT4 к соответствующим входам ИУ. Подадим на вход синусоидальное полезное напряжение с амплитудой 3,9 мВ и частотой 1,7 Гц, на выходе DA3 имеем синусоидальное напряжение с частотой полезного сигнала и заданной амплитудой U_{вых.м.зад}.= 4,6 В (приложение A4 - 1). Но на входах DA1 и DA2 амплитуда напряжения помехи уменьшилась в K_{осл.синф.пом} = 20,14 раза, стала равна 114 мВ. Спектр сигнала на выходе инструментального усилителя представлен в приложении на рисунке A4-2.

В приложении приведена АЧХ спроектированного инструментального усилителя с подавителем синфазной помехи (приложение A4 - 3). Он практически идентичен расчетному.

В приложении A5 приведены распечатки файлов анализа нелинейных искажений (на входе инструментального усилителя значения полезного сигнала и помехи согласно заданию) при отключенном и подключенном подавителе синфазной помехи. Анализ проведен с учетом разброса сопротивлений ±10 процентов методом Монте-Карло. При подключенном подавителе синфазной помехи коэффициент нелинейных искажений значительно ниже (К_г различаются в 100 раз) и равен 0,01 процента, что удовлетворяет заданию (К_г.доп не более 0,58 процента).

Заключение

В результате проделанной работы спроектированы инструментальный усилитель с подавителем синфазной помехи во входной цепи и преобразователь питания, которые удовлетворяют требованиям задания.

Электрический расчет позволил получить параметры элементов, значения которых были скорректированы в процессе моделирования настройки на ЭВМ, не более чем на 10%.

Коэффициент полезного действия спроектированного устройства при номинальной нагрузке равен 0.6%, что близко к типовым значениям для современных аналоговых устройств подобного назначения.

 

Список использованных источников

1 Энциклопедия ремонта. Микросхемы для современных импульсных источников питания [текст] – М.: ДОДЭКА, 1999.

2 Интегральные микросхемы: Операционные усилители. Обзор. [текст] – М.: ДОДЭКА, 1994.

3 Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: в 2т.:пер. с нем. [текст] – М.: Додэка-XXI, 2008.

4 Портала О.Н. Радиокомпоненты и иатериалы: Справочник. [текст] – К.: Радiоаматор, М.: КубК-а, 1998.

Приложение А

Рисунок A1-1. Напряжение на выходах операционных усилителей и коллекторах транзисторов.

Рисунок A1-2. Выходные характеристики, снятые с выходов DA1, DA2, DA3 и коллекторов транзисторов VT1…VT4 при Е_полез=-3,9м…+3,9мВ

Рисунок A2-1. Выходные характеристики, снятые с выходов DA1, DA2, с коллекторов VT1…VT4 при Е_помехи=2,3В, Е_полез=0В.

 

Рисунок A2-2. Выходные характеристики, снятые с выхода DA3 при Е_помехи=2,3В, Е_полезн=0В.

Рисунок A3-1. Выходная характеристика, снятая выхода ИУ при Е_помех=2,3В, Е_полез=3,9мВ, при отключенном подавителе синфазных помех.

Рисунок A3-2. Спектр сигнала, снятый с выхода ИУ при Е_помех=2,3В, Е_полез=3,9мВ, при отключенном подавителе синфазных помех.

 

Рисунок F4-1. Выходная характеристика, снятая с DA1,DA2и выхода ИУ при Е_помех=2,3В, Е_полез=3,9мВ, при подключенном подавителе синфазных помех.

Рисунок A4-2. Спектр сигнала, снятого с выхода ИУ при Е_помех=2,3В, Е_полез=3,9мВ, при подключенном подавителе синфазных помех.

Рисунок A4-3. АЧХ проектируемого устройства.

Таблица A5-1. Анализ нелинейных искажений выходного сигнала ИУ при отключенном подавителе синфазной помехи с использованием метода Монте-Карло

1. HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED

NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

1 1.700E+00 9.348E-02 1.000E+00 -3.722E+01 0.000E+00

2 3.400E+00 9.785E-06 1.047E-04 1.613E+01 9.057E+01

3 5.100E+00 3.243E-06 3.469E-05 6.864E+01 1.803E+02

4 6.800E+00 3.313E-06 3.545E-05 -5.928E+01 8.961E+01

5 8.500E+00 1.258E-06 1.346E-05 -2.496E+01 1.611E+02

6 1.020E+01 1.331E-06 1.423E-05 -1.174E+02 1.059E+02

7 1.190E+01 3.671E-07 3.927E-06 1.709E+02 4.315E+02

8 1.360E+01 6.308E-07 6.749E-06 -1.694E+01 2.808E+02

9 1.530E+01 3.397E-07 3.634E-06 1.512E+02 4.862E+02

10 1.700E+01 4.611E-07 4.933E-06 -1.196E+02 2.526E+02

11 1.870E+01 3.359E-07 3.594E-06 4.219E+01 4.516E+02

12 2.040E+01 3.538E-07 3.785E-06 1.665E+02 6.131E+02

13 2.210E+01 6.382E-07 6.828E-06 3.308E+01 5.170E+02

14 2.380E+01 3.869E-07 4.139E-06 1.071E+02 6.282E+02

15 2.550E+01 5.505E-07 5.889E-06 -2.175E+01 5.366E+02

16 2.720E+01 2.159E-07 2.310E-06 1.191E+02 7.146E+02

17 2.890E+01 3.012E-07 3.222E-06 -1.070E+00 6.317E+02

18 3.060E+01 4.287E-07 4.586E-06 5.652E+01 7.265E+02

19 3.230E+01 9.677E-08 1.035E-06 -7.419E+01 6.330E+02

20 3.400E+01 6.993E-07 7.482E-06 1.589E+01 7.603E+02

21 3.570E+01 6.931E-07 7.415E-06 1.582E+02 9.399E+02

22 3.740E+01 3.244E-07 3.470E-06 -1.465E+02 6.724E+02

23 3.910E+01 1.367E-06 1.463E-05 1.156E+02 9.717E+02

24 4.080E+01 1.585E-06 1.695E-05 1.470E+02 1.040E+03

25 4.250E+01 2.048E-06 2.191E-05 5.287E+01 9.834E+02

26 4.420E+01 2.260E-06 2.417E-05 7.237E+01 1.040E+03

27 4.590E+01 1.360E-06 1.455E-05 9.272E+00 1.014E+03

28 4.760E+01 4.069E-06 4.353E-05 3.502E+01 1.077E+03

29 4.930E+01 3.283E-06 3.512E-05 8.738E+01 1.167E+03

30 5.100E+01 4.078E-06 4.363E-05 -1.777E+02 9.389E+02

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 1.448961E-02 PERCENT

 

2. HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED

NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

 

1 1.700E+00 9.345E-02 1.000E+00 -3.722E+01 0.000E+00

2 3.400E+00 4.589E-07 4.911E-06 7.005E+01 1.445E+02

3 5.100E+00 3.077E-06 3.293E-05 6.959E+01 1.813E+02

4 6.800E+00 2.739E-06 2.931E-05 -6.066E+01 8.822E+01

5 8.500E+00 1.176E-06 1.259E-05 -2.657E+01 1.595E+02

6 1.020E+01 1.585E-06 1.696E-05 -1.214E+02 1.019E+02

7 1.190E+01 3.357E-07 3.593E-06 1.707E+02 4.313E+02

8 1.360E+01 4.151E-07 4.442E-06 -2.246E+01 2.753E+02

9 1.530E+01 3.517E-07 3.764E-06 -1.726E+02 1.624E+02

10 1.700E+01 6.545E-07 7.003E-06 -1.205E+02 2.517E+02

11 1.870E+01 8.599E-08 9.202E-07 -6.244E+00 4.032E+02

12 2.040E+01 5.461E-07 5.844E-06 -1.618E+02 2.849E+02

13 2.210E+01 5.277E-07 5.647E-06 1.839E+00 4.857E+02

14 2.380E+01 2.687E-07 2.875E-06 1.303E+02 6.514E+02

15 2.550E+01 6.988E-07 7.478E-06 -5.941E+01 4.989E+02

16 2.720E+01 2.592E-07 2.774E-06 -1.432E+02 4.523E+02

17 2.890E+01 4.095E-07 4.382E-06 -8.961E+01 5.431E+02

18 3.060E+01 8.939E-08 9.566E-07 -5.652E+01 6.135E+02

19 3.230E+01 5.520E-07 5.907E-06 -1.203E+02 5.869E+02

20 3.400E+01 4.747E-07 5.079E-06 -4.211E+01 7.023E+02

21 3.570E+01 1.031E-06 1.103E-05 -1.648E+02 6.168E+02

22 3.740E+01 1.012E-06 1.083E-05 -1.315E+02 6.873E+02

23 3.910E+01 1.099E-06 1.176E-05 1.613E+02 1.017E+03

24 4.080E+01 1.550E-06 1.659E-05 -1.735E+02 7.198E+02

25 4.250E+01 3.084E-07 3.300E-06 6.600E+01 9.965E+02

26 4.420E+01 6.328E-07 6.771E-06 -1.259E+02 8.419E+02

27 4.590E+01 1.196E-06 1.280E-05 -1.298E+02 8.752E+02

28 4.760E+01 3.133E-06 3.352E-05 -1.425E+02 8.997E+02

29 4.930E+01 3.538E-06 3.786E-05 -9.721E+01 9.822E+02

30 5.100E+01 3.419E-06 3.659E-05 2.625E+01 1.143E+03

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 8.658871E-03 PERCENT

 

3. HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED

NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

 

1 1.700E+00 4.369E+00 1.000E+00 1.590E+02 0.000E+00

2 3.400E+00 3.095E-03 7.085E-04 -1.635E+02 -4.814E+02

3 5.100E+00 1.494E-03 3.419E-04 -1.629E+02 -6.398E+02

4 6.800E+00 1.162E-03 2.659E-04 -1.763E+02 -8.121E+02

5 8.500E+00 8.875E-04 2.031E-04 -1.683E+02 -9.631E+02

6 1.020E+01 6.757E-04 1.547E-04 -1.683E+02 -1.122E+03

7 1.190E+01 5.899E-04 1.350E-04 -1.604E+02 -1.273E+03

8 1.360E+01 5.612E-04 1.285E-04 -1.623E+02 -1.434E+03

9 1.530E+01 4.816E-04 1.102E-04 -1.555E+02 -1.586E+03

10 1.700E+01 4.213E-04 9.643E-05 -1.561E+02 -1.746E+03

11 1.870E+01 4.182E-04 9.571E-05 -1.520E+02 -1.901E+03

12 2.040E+01 3.704E-04 8.478E-05 -1.502E+02 -2.058E+03

13 2.210E+01 3.840E-04 8.790E-05 -1.455E+02 -2.212E+03

14 2.380E+01 3.252E-04 7.444E-05 -1.436E+02 -2.369E+03

15 2.550E+01 3.435E-04 7.861E-05 -1.481E+02 -2.533E+03

16 2.720E+01 2.949E-04 6.749E-05 -1.385E+02 -2.682E+03

17 2.890E+01 2.859E-04 6.544E-05 -1.456E+02 -2.848E+03

18 3.060E+01 2.865E-04 6.557E-05 -1.361E+02 -2.998E+03

19 3.230E+01 2.281E-04 5.220E-05 -1.332E+02 -3.154E+03

20 3.400E+01 2.672E-04 6.116E-05 -1.343E+02 -3.314E+03

21 3.570E+01 2.381E-04 5.451E-05 -1.158E+02 -3.454E+03

22 3.740E+01 2.176E-04 4.981E-05 -1.215E+02 -3.619E+03

23 3.910E+01 2.917E-04 6.675E-05 -1.065E+02 -3.763E+03

24 4.080E+01 2.493E-04 5.707E-05 -9.328E+01 -3.908E+03

25 4.250E+01 3.808E-04 8.715E-05 -1.154E+02 -4.090E+03

26 4.420E+01 4.270E-04 9.772E-05 -9.670E+01 -4.230E+03

27 4.590E+01 3.471E-04 7.944E-05 -1.261E+02 -4.418E+03

28 4.760E+01 7.723E-04 1.768E-04 -1.141E+02 -4.565E+03

29 4.930E+01 5.484E-04 1.255E-04 -4.778E+01 -4.658E+03

30 5.100E+01 3.561E-04 8.150E-05 1.574E+01 -4.753E+03

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 9.780152E-02 PERCENT

Таблица A5-2. Анализ нелинейных искажений выходного сигнала ИУ при подключенном подавителе синфазной помехи с использованием метода Монте-Карло

1. HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED

NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

1 1.700E+00 9.330E-02 1.000E+00 -3.722E+01 0.000E+00

2 3.400E+00 7.975E-06 8.548E-05 1.739E+01 9.183E+01

3 5.100E+00 3.319E-06 3.557E-05 6.054E+01 1.722E+02

4 6.800E+00 2.993E-06 3.208E-05 -6.661E+01 8.228E+01

5 8.500E+00 1.750E-06 1.876E-05 -9.780E+00 1.763E+02

6 1.020E+01 1.932E-06 2.071E-05 -1.414E+02 8.193E+01

7 1.190E+01 3.789E-07 4.061E-06 -5.450E+01 2.060E+02

8 1.360E+01 8.627E-07 9.247E-06 1.363E+02 4.341E+02

9 1.530E+01 1.833E-07 1.964E-06 -1.453E+02 1.897E+02

10 1.700E+01 7.975E-07 8.548E-06 7.089E+01 4.431E+02

11 1.870E+01 1.076E-06 1.153E-05 5.159E+01 4.610E+02

12 2.040E+01 8.933E-07 9.575E-06 -7.747E+00 4.389E+02

13 2.210E+01 6.173E-07 6.616E-06 1.238E+02 6.077E+02

14 2.380E+01 3.460E-08 3.708E-07 -9.510E+00 5.116E+02

15 2.550E+01 8.461E-07 9.069E-06 4.620E+01 6.045E+02

16 2.720E+01 2.358E-07 2.527E-06 1.021E+02 6.977E+02

17 2.890E+01 3.106E-07 3.329E-06 1.147E+02 7.475E+02

18 3.060E+01 7.648E-07 8.197E-06 1.283E+02 7.983E+02

19 3.230E+01 9.536E-07 1.022E-05 5.607E+01 7.633E+02

20 3.400E+01 4.013E-07 4.302E-06 1.666E+01 7.611E+02

21 3.570E+01 8.074E-07 8.654E-06 9.092E+01 8.726E+02

22 3.740E+01 4.698E-07 5.036E-06 4.657E+01 8.654E+02

23 3.910E+01 1.302E-06 1.396E-05 5.917E+01 9.153E+02

24 4.080E+01 1.181E-06 1.265E-05 3.146E+01 9.248E+02

25 4.250E+01 1.887E-06 2.023E-05 7.162E+01 1.002E+03

26 4.420E+01 2.327E-06 2.494E-05 5.662E+01 1.024E+03

27 4.590E+01 3.834E-06 4.109E-05 4.815E+01 1.053E+03

28 4.760E+01 1.429E-05 1.532E-04 3.095E+01 1.073E+03

29 4.930E+01 1.194E-05 1.280E-04 -1.758E+02 9.036E+02

30 5.100E+01 1.575E-05 1.688E-04 1.435E+02 1.260E+03

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 2.874135E-02 PERCENT

 

2. HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED

NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

1 1.700E+00 9.328E-02 1.000E+00 -3.722E+01 0.000E+00

2 3.400E+00 3.504E-06 3.757E-05 -1.764E+02 -1.020E+02

3 5.100E+00 3.277E-06 3.514E-05 6.023E+01 1.719E+02

4 6.800E+00 7.593E-07 8.140E-06 -7.548E+01 7.340E+01

5 8.500E+00 1.724E-06 1.848E-05 -1.039E+01 1.757E+02

6 1.020E+01 9.902E-07 1.062E-05 -1.421E+02 8.125E+01

7 1.190E+01 3.546E-07 3.802E-06 -5.574E+01 2.048E+02

8 1.360E+01 3.523E-07 3.777E-06 1.289E+02 4.266E+02

9 1.530E+01 1.660E-07 1.780E-06 -1.481E+02 1.869E+02

10 1.700E+01 4.737E-07 5.079E-06 7.582E+01 4.480E+02

11 1.870E+01 1.074E-06 1.151E-05 5.040E+01 4.598E+02

12 2.040E+01 6.720E-07 7.205E-06 -6.980E+00 4.397E+02

13 2.210E+01 5.919E-07 6.346E-06 1.260E+02 6.099E+02

14 2.380E+01 1.387E-07 1.487E-06 7.729E+01 5.984E+02

15 2.550E+01 8.077E-07 8.659E-06 4.679E+01 6.051E+02

16 2.720E+01 2.369E-07 2.540E-06 7.747E+01 6.730E+02

17 2.890E+01 3.263E-07 3.498E-06 1.188E+02 7.516E+02

18 3.060E+01 6.802E-07 7.292E-06 1.324E+02 8.024E+02

19 3.230E+01 9.640E-07 1.033E-05 5.628E+01 7.635E+02

20 3.400E+01 3.119E-07 3.343E-06 1.321E+01 7.576E+02

21 3.570E+01 7.732E-07 8.289E-06 8.981E+01 8.715E+02

22 3.740E+01 4.648E-07 4.983E-06 5.227E+01 8.711E+02

23 3.910E+01 1.226E-06 1.314E-05 5.813E+01 9.142E+02

24 4.080E+01 1.193E-06 1.279E-05 2.956E+01 9.229E+02

25 4.250E+01 1.788E-06 1.916E-05 7.361E+01 1.004E+03

26 4.420E+01 2.176E-06 2.333E-05 5.498E+01 1.023E+03

27 4.590E+01 3.729E-06 3.998E-05 4.917E+01 1.054E+03

28 4.760E+01 1.391E-05 1.491E-04 3.078E+01 1.073E+03

29 4.930E+01 1.200E-05 1.287E-04 -1.742E+02 9.052E+02

30 5.100E+01 1.551E-05 1.662E-04 1.425E+02 1.259E+03

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 2.703116E-02 PERCENT

 

3. HARMONIC FREQUENCY FOURIER NORMALIZED PHASE NORMALIZED

NO (HZ) COMPONENT COMPONENT (DEG) PHASE (DEG)

1 1.700E+00 4.361E+00 1.000E+00 1.590E+02 0.000E+00

2 3.400E+00 3.080E-03 7.062E-04 -1.637E+02 -4.816E+02

3 5.100E+00 1.482E-03 3.397E-04 -1.638E+02 -6.407E+02

4 6.800E+00 1.170E-03 2.683E-04 1.787E+02 -4.571E+02

5 8.500E+00 9.269E-04 2.126E-04 -1.690E+02 -9.639E+02

6 1.020E+01 5.738E-04 1.316E-04 -1.743E+02 -1.128E+03

7 1.190E+01 6.076E-04 1.393E-04 -1.665E+02 -1.279E+03

8 1.360E+01 4.831E-04 1.108E-04 -1.561E+02 -1.428E+03

9 1.530E+01 4.589E-04 1.052E-04 -1.616E+02 -1.592E+03

10 1.700E+01 4.623E-04 1.060E-04 -1.543E+02 -1.744E+03

11 1.870E+01 4.287E-04 9.830E-05 -1.534E+02 -1.902E+03

12 2.040E+01 4.082E-04 9.361E-05 -1.594E+02 -2.067E+03

13 2.210E+01 3.387E-04 7.767E-05 -1.474E+02 -2.214E+03

14 2.380E+01 3.162E-04 7.252E-05 -1.541E+02 -2.380E+03

15 2.550E+01 3.258E-04 7.472E-05 -1.497E+02 -2.534E+03

16 2.720E+01 2.678E-04 6.141E-05 -1.457E+02 -2.689E+03

17 2.890E+01 2.609E-04 5.982E-05 -1.448E+02 -2.847E+03

18 3.060E+01 2.493E-04 5.718E-05 -1.349E+02 -2.996E+03

19 3.230E+01 2.788E-04 6.394E-05 -1.417E+02 -3.162E+03

20 3.400E+01 2.504E-04 5.741E-05 -1.429E+02 -3.322E+03

21 3.570E+01 2.467E-04 5.656E-05 -1.330E+02 -3.471E+03

22 3.740E+01 2.325E-04 5.331E-05 -1.400E+02 -3.637E+03

23 3.910E+01 2.595E-04 5.950E-05 -1.338E+02 -3.790E+03

24 4.080E+01 2.415E-04 5.537E-05 -1.374E+02 -3.953E+03

25 4.250E+01 2.781E-04 6.376E-05 -1.242E+02 -4.098E+03

26 4.420E+01 3.027E-04 6.942E-05 -1.261E+02 -4.259E+03

27 4.590E+01 3.678E-04 8.435E-05 -1.304E+02 -4.422E+03

28 4.760E+01 8.793E-04 2.016E-04 -1.424E+02 -4.593E+03

29 4.930E+01 5.084E-04 1.166E-04 -9.639E+00 -4.620E+03

30 5.100E+01 7.876E-04 1.806E-04 -4.690E+01 -4.816E+03

TOTAL HARMONIC DISTORTION = 9.856375E-02 PERCENT