4 Построение и анализ работы rc-фильтра верхних частот

Собрать схему RC-фильтра верхних частот, представленную на рисунке 4.1.

Рисунок 4.1 – Модель схемы RC-фильтра верхних частот с источником синусоидального переменного напряжения VSIN с частотой 25 кГц

В схеме используются следующие элементы: резистор – R, конденсатор – С, заземление – AGND, источник синусоидального напряжения – VSIN. Параметры источника синусоидального напряжения VSIN для сигнала с амплитудой 1B и частотой 25 кГц представлены на рисунке 4.2.

Рисунок 4.2 – Параметры источника синусоидального переменного напряжения VSIN с амплитудой 1 B и частотой 25 кГц

С помощью меню Analysis – Setup выбираем анализ частотных характеристик AC Sweep, параметры которого представлены на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 – Параметры анализа AC Sweep RC-фильтра нижних частот

Для запуска моделирования в меню Analysis выбрать команду Simulate. Результат моделирования представлен на рисунке 4.4.

Рисунок 4.4 – АЧХ RC-фильтра верхних частот с частотой среза 25 кГц

4.1 Моделирование синусоидального сигнала на вход rc-фильтра верхних частот с амплитудой 1 в и частотой 0.1·fср

Для моделирования синусоидального сигнала необходимо для элемента VSIN изменить значение частоты, умножив его на коэффициент 0.1. Полученную величину указать в поле FREQ. Изменить другие величины, необходимые для моделирования в соответствии с рисунком 4.5.

Рисунок 4.5 – Параметры источника синусоидального переменного напряжения VSIN с амплитудой 1 B и частотой 2,5 кГц

Для выполнения моделирования в окне Transient изменить параметры в соответствии с рисунком 4.6.

Рисунок 4.6 – Параметры анализа Transient RC-фильтра верхних частот для моделирования синусоидального сигнала 0.1·f_ср

Для запуска моделирования в меню Analysis выбрать команду Simulate. На полученном графике указать точки максимума для обоих графиков. Результат моделирования представлен на рисунке 4.7.

Рисунок 4.7 – Результат моделирования синусоидального сигнала с частотой 0.1· f_ср

4.2 Моделирование синусоидального сигнала на вход rc-фильтра верхних частот с амплитудой 1 в и частотой 10· fср

Для моделирования синусоидального сигнала необходимо для элемента VSIN изменить значение частоты, умножив его на коэффициент 10. Полученную величину указать в поле FREQ. Изменить другие величины, необходимые для моделирования в соответствии с рисунком 4.8.

Рисунок 4.8 – Параметры источника синусоидального переменного напряжения VSIN с амплитудой 1 B и частотой 250 кГц

Для выполнения моделирования в окне Transient изменить параметры в соответствии с рисунком 4.9.

Рисунок 4.9 – Параметры анализа Transient RC-фильтра верхних частот для моделирования синусоидального сигнала 10· f_ср

Для запуска моделирования в меню Analysis выбрать команду Simulate. На полученном графике указать точки максимума для обоих графиков. Результат моделирования представлен на рисунке 4.10.

Рисунок 4.10 – Результат моделирования синусоидального сигнала с частотой 10· f_ср

4.3 Моделирование синусоидального сигнала на вход rc-фильтра верхних частот с амплитудой 1 в и частотой fср

Для моделирования синусоидального сигнала необходимо для элемента VSIN изменить значение частоты, указав в поле FREQ значение f_ср. Изменить другие величины, необходимые для моделирования в соответствии с рисунком 4.11.

Рисунок 4.11 – Параметры источника синусоидального переменного напряжения VSIN с амплитудой 1 B и частотой 25 кГц

Для выполнения моделирования в окне Transient изменить параметры в соответствии с рисунком 4.12.

Рисунок 4.12 – Параметры анализа Transient RC-фильтра верхних частот для моделирования синусоидального сигнала f_ср

Для запуска моделирования в меню Analysis выбрать команду Simulate. На полученном графике указать точки максимума для обоих графиков. Результат моделирования представлен на рисунке 4.13.

Рисунок 4.13 – Результат моделирования синусоидального сигнала с частотой f_ср

Для того, чтобы подать на вход схемы фильтра последовательность прямоугольных импульсов необходимо заменить источник VSIN на источник VPULSE (рисунок 4.14).

Рисунок 4.14 – Модель схемы RC-фильтра верхних частот с источником VPULSE

Для формирования последовательности прямоугольных импульсов с частотой 2,5 кГц необходимо установить для источника VPULSE параметры, представленные на рисунке 4.15.

Рисунок 4.15 – Параметры источника VPULSE для последовательности прямоугольных импульсов с частотой 2,5 кГц

Для моделирования необходимо в меню AnalysisSetup выбрать анализ Transient и установить в нем параметры, указанные на рисунке 4.16.

Рисунок 4.16 – Параметры анализа Transient для последовательности прямоугольных импульсов с частотой 2,5 кГц

Для моделирования в меню Analysis выбрать пункт Simulate. Результат моделирования представлен на рисунке 4.17.

Рисунок 4.17 – Временные диаграммы работы фильтра верхних частот при частоте входного сигнала 2,5 кГц

Оставить схему, представленную на рисунке 4.14 без изменений, а для формирования последовательности прямоугольных импульсов частотой 250 кГц необходимо установить для источника VPULSE параметры, представленные на рисунке 4.18.

Рисунок 4.18 – Параметры источника VPULSE для последовательности прямоугольных импульсов с частотой 250 кГц

Для моделирования необходимо в меню AnalysisSetup выбрать анализ Transient и установить в нем параметры, указанные на рисунке 4.19.

Рисунок 4.19 – Параметры анализа Transient для последовательности прямоугольных импульсов с частотой 250 кГц

Для моделирования в меню Analysis выбрать пункт Simulate. Результат моделирования представлен на рисунке 4.20.

Рисунок 4.20 – Временные диаграммы работы фильтра нижних частот при частоте входного сигнала 250 кГц

Заключение

В домашней работе были проведены исследования схем при помощи пакета OrCad 9.2. В нем на схеме, состоящей из комбинированного соединения параллельных и последовательных сопротивлений, их расположение представлено на рисунке 1.1, определили токи и напряжения в узлах и после их аналитического расчета сравнили с полученными при модулировании. Эти значения получились равные. Далее проанализировали схему источника питания при двух входных сигналах: синусоидального сигнала с амплитудой 12 В и частотой 50 Гц и постоянного напряжения величиной 12 В. Пришли к выводу, что при входном синусоидальном сигнале на выходе схемы источника питания имеются периодические колебания, максимальная амплитуда которых 0,2367 В. При входном постоянном сигнале на выходе схемы источника питания нет посторонних помех, напряжение чистое, равное установленному в стабилизаторе напряжения. Затем построили и проанализировали работу RC - фильтра нижних и верхних частот, изменяя частоту среза при подаче на вход синусоидального сигнала и прямоугольных импульсов.

Список использованных источников

Конспект лекций по дисциплине Автоматизация и проектирование инженерных расчётов студента 3ПРд курса Булохова Максима 2012г.

56