Создание схемы при помощи TINA-TI 

Введение

Актуальность и практический аспект использования программного обеспечения связан с тем, что это облегчит условия и сроки разработки электронных устройств, упростит анализ их работы, обеспечит доступность использования в учебном процессе. В данной работе рассмотрена методика моделирования электронной схемы ШУ и анализ работы с использованием программы моделирования электронных схем «TINA-TI».

Краткое описание представляет обзор TINA-TI™, мощного инструмента для разработки и симуляции электронных схем. TINA-TI идеально подходит для разработки, проверки, а так же поиска неисправностей в различных существующих, а так же разрабатываемых схемах, включающих комплексные архитектуры, без какого либо ограничения на число узлов или устройств. Этот документ поможет пользователям, только что начинающим осваивать TINA-TI, за короткое время создавать и моделировать схемы, используя фундаментальные свойства программы TINA-TI. 

Актуальность темы заключается в том, что широкополосные усилители широко используются в усилителях связи, в телевидении и т.д.

В дипломной работе предусмотрено составление схемы широкополосного усилителя на полевом транзисторе, подбор элементов схемы и расчет параметров. Проведен анализ работы широкополосного усилителя с использованием коррекции АЧХ для расширения частотного диапазона .Целью дипломной работы является рассмотрение методов моделирования схем электронных устройств, анализа их работы, обнаружение и устранение неисправностей с использованием программного продукта, разработка схемы широкополосного усилителя, исследование и анализ частотных свойств и способов коррекции АЧХ.

Для достижения указанной цели поставлены следующие задачи:

- провести обзор литературы по направлению исследования;

- изучить программу моделирования электронных схемTINA-TI;

- рассмотреть пример применения TINA-TI;

- изучить материалы, связанные с назначением, применением               широкополосных усилителей, с методами расширения частотного диапазона;

- разработать схему широкополосного усилителя в соответствии с заданием;- произвести расчет и выбор элементов схемы ШУ

- исследовать амплитудно-частотную характеристику усилителя

 - проанализировать результаты исследования.

Объектом данного исследования является широкополосный усилитель на полевом транзисторе 2N3822.

Предметом исследования является коррекция частотной характеристики, вводимая в схему широкополосного усилителя для расширения частотного диапазона и уменьшения искажений, с применением программы TINA-TI.

Практическая значимость работы заключается в разработке практического задания для проведения исследований широкополосного усилителя на полевом транзисторе, разработке задания для тридцати вариантов исследования, а также контрольного теста.

Структура дипломной работы обусловлена предметом, целью и задачами исследования. Работа состоит из введения, пяти глав и заключения.

Введение раскрывает актуальность, объект, предмет, цель, задачи и методы исследования, раскрывает теоретическую и практическую значимость работы.

В первой главе производится обзор программы TINA-TI (описание редактора, примеры составления схем и их исследования).

Во второй главе рассматривается назначение, применение и принцип коррекции широкополосных усилителей.

Третья глава посвящена разработке схемы широкополосного усилителя на полевом транзисторе по заданным параметрам.

Четвертая глава посвящена исследованию и анализу результатов исследования частотной характеристики усилителя.

В пятой главе рассмотрены основные требования техники безопасности при работе с электронным оборудованием.

В заключении подводятся итоги исследования, формируются окончательные выводы по рассматриваемой теме.

Широкополосные усилители

Широкополосные усилители – это усилители, которые должны усиливать сигналы с частотным спектром от нуля до самых высоких частот в пределах десятков и даже сотен мегагерц. Такая широкая полоса частот характерна как для некоторых непрерывных (аналоговых) сигналов, так и для импульсных, которые часто встречаются в аппаратуре многоканальной связи, телевидения. Естественно, что такие усилители имеют свои особенности по сравнению с узкополосными усилителями низкой частоты.

Рассмотрим более подробно особенности импульсных сигналов.

Как известно, импульсный сигнал, как и любой несинусоидальный электрический сигнал, может быть представлен в виде суммы простых синусоидальных колебаний. В состав этих колебаний входят кроме основной частоты бесконечно большое число гармоник, а так же постоянная составляющая. Для удовлетворительного воспроизведения формы импульса усилителя должен пропустить определенный спектр частот ,включающий гармоники основной частоты .

Ширина этого спектра определяется в зависимости от фор мы и длительности импульса. Если усилитель не может пропустить полный спектр усиливаемых частот, то возникают искажения фор мы импульса и его плоской части . Требования к широкополосным усилителям остаются примерно те же, что и к узкополосным, но их реализация связана с большими трудностями.

Для импульсных усилителей эти требования можно сформулировать следующим образом:

Длительность фронта на выходе усилителя не должна превышать заданной;

Неравномерность плоской части импульса должна быть минимальной;

Выбросы в плоской части и в паузе между импульсами должна быть минимальной ;

Получение максимально допустимого коэффициента усиления, как и в узкополосных усилителях.

Для реализации этих требований необходимо добиться минимальных частотных и фазовых искажений в заданной полосе пропускания. Поэтому основным типом широкополосного усилителя является резисторный усилитель, в схеме которого имеется минимальное количество реактивных элементов, способствующих появлению частотных и фазовых искажений, а следовательно искажений формы импульса .

 1.Программа моделирования электронных схем “TINA-TI”

Обзор

По сравнению с макетированием компьютерное моделирование имеет ряд серьезных преимуществ:

· модель помогает быстро и наглядно изучить принцип работы системы;

· исследовать особенности функционирования в более широком диапазоне условий, чем это возможно на реальном объекте, вплоть до аварийной ситуации;

· производить документирование результатов измерений;

· оперативно изменять параметры компонентов и источников сигналов;

· избежать однообразных, многократно повторяющихся измерений;

· сокращение сроков и стоимости разработки новой техники и т.п.

Программа TINA-TI является мощным инструментом для разработки и симуляции электронных схем. TINA-TI идеально подходит для разработки, проверки, а так же поиска неисправностей в различных существующих, а так же разрабатываемых схемах, включающих комплексные архитектуры, без какого либо ограничения на число узлов или устройств.

Все компоненты, представленные в TINA-TI, распределены по шести группам: основные пассивные радиодетали, ключи, полупроводники, измерительные приборы, макромодели сложных устройств и источники.

 Имеются следующие виды анализов: по постоянному и переменному току (сюда входит: вычисление узловых напряжений, создание таблицы результатов, построение переходных характеристик и температурный анализ), переходных процессов, шумов, преобразование Фурье и некоторые другие. Перед стартом любой симуляции выполняется проверка схемы на ошибки (ERC). Все найденные дефекты отображаются в особом окне в виде списка. В программе TINA-TI также доступны возможности тестирования и измерения сигналов. Виртуальные приборы программного комплекса максимально приближены по использованию к реальным устройствам. «Подключить» их можно к любой точке рассматриваемой схемы. Вся информация, снятая виртуальными приборами, может сохраняться в памяти компьютера.

Редактор схем 

Минимальные аппаратные и программные требования для текущей версии TINA-TI: • IBM PC-совместимый компьютер с операционной системой Windows® 98/ME/NT/2000/XP • Процессор Pentium или эквивалентный • Оперативная память объёмом 64MB • 100MB свободного пространства на жёстком диске • Мышка • VGA адаптер и монитор                      

После установки выбрать программу через меню Windows или кликнуть по иконке TINA-TI на рабочем столе. После этого появится окно, показанное на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 Окно редактора схем TINA-TI 

На рис.1.1 показан вид окна схемного редактора. Пустая область листа предназначена для ввода схемы. Ниже заголовка SchematicEditor расположено рабочее меню, позволяющее выбирать файловые операции, операции анализа, оборудование тестирования и измерения, и т.п. Ниже расположен ряд иконок, связанных с различными файловыми и TINA задачами. Последний ряд иконок позволяет выбрать группы компонентов. Эти группы компонентов содержат основные пассивные компоненты, полупроводники и макромодели сложных устройств. Все эти группы доступны для создания схем. 

Создание схемы при помощи TINA-TI 

Для иллюстрации использования TINA-TI, создадим аналоговую схему и продемонстрируем возможности анализа цепей. В качестве примера выберем резистивный каскад на полевом транзисторе малой мощности. Создадим и проверим усилительные и частотные свойства каскада

Выберем таблицу полупроводники (шаг 1 на рисунке 1.3), а затем через символ полевого транзистора (шаг 2) получим доступ к модели ПТ. Когда появится список моделей полевых транзисторов с каналом типа N, прокрутим его вниз и кликнем на 2N3822 (шаг 3). Затем кликнем ОК. После этого символ полевого транзистора появится в рабочем поле схемы. С помощью мышки перетащим символ в требуемую позицию (шаг 4), после чего кликнем левой кнопкой мышки, чтобы прикрепить символ.

Рисунок1. 2 Создание схемы при помощи TINA-TI