Лабораторная работа 1. Делитель напряжения

Задание. Исследовать делитель напряжения и его эквивалентную схему.

1. Ввести принципиальную схему Рис. 1.1.

Рис.1.1. Принципиальная схема источника напряжения с делителем и их эквивалентная схема

Номинал R1 в килоОмах равен ближайшему ко дню Вашего рождения значению из ряда Е24.

Номинал R2 в килоОмах равен ближайшему к номеру месяца Вашего рождения значению из ряда Е12.

Рассчитать значения Veq и Req по формулам Veq=V1*R2/(R1+R2) и Req=R1*R2/(R1+R2), вызвав калькулятор командой Windows/Calculator.

Выполнить команду меню Analysis/Dynamic DC

Убедиться, что значения напряжения на нагрузке в схеме делителя и его эквивалента одинаковы.

Используя возможности Micro-Cap определить токи, текущие через делитель и нагрузку R3, а также мощность, рассеиваемую на нагрузке и на резисторах делителя.

2. Подключить параллельно нагрузке конденсатор емкостью 100 пФ, а вместо источника постоянного напряжения V1 установить источник импульсного напряжения (рис. 1.2). Импульсы амплитудой 10 Вольт длительностью 5 миллисекунд идущие с частотой 100 кГц. Параметры сигнала устанавливаются следующими опциями: VZERO – уровень логического нуля, VONE – уровень логической единицы (примем равным 10 Вольтам), P1 – начало переднего фронта (0), P2 – конец переднего фронта (0),P3 – конец плоской вершины и начало заднего фронта импульса (5 миллисекунд), P4 – конец заднего фронта импульса (5 миллисекунд), P5 – период следования импульсов (10 миллисекунд).

Рис.1.2. Принципиальная схема импульсного источника напряжения с делителем и их эквивалентная схема

Рассчитать эквивалентные параметры делителя также как в пункте 1.

3. Выполнить команду меню Analysis/Transient

4. На панели Transient Analysis Limits задать

• время анализа в окне Time Range (диапазон времени) равным 10U (10 микросекунды)

• Шаг анализа (Maximum Time Step) 0

• Напряжения на источнике сигнала (узел 2) и на нагрузке (узел 1) вывести на первый график. Для этого в двух строках колонки номера графика P вписать 1, в столбце YExpession в этих же строках последовательно V(1), V(2).

• Напряжение на выходе эквивалентного генератора (узел 3) и на эквивалентной нагрузке (узел 4) вывести на второй график, введя в третью и четвёртую строку P=2, YExpession равно V(3) и V(4), соответственно строке. Следует учитывать, что нумерация узлов в Вашей схеме с большой степенью вероятности будет другая.

• В колонке XExpession установить переменную по Х – Т (время) для всех графиков.

• В колонках XRange и YRange задать для графиков через запятую максимальное значение, минимальное значение, шаг сетки соответственно по осям X и Y. XRange(1е-5,0,2е-6), YRange(12.5,0,2.5) (проще всего поставить AUTO.

4. Нажать кнопку Run и убедиться, что переходные процессы, вычисленные с помощью схемы замещения источника сигнала, не отличаются от исходных.

5. Зарисовать графики.

6. Стереть схему замещения и поставить в делитель корректирующий конденсатор Сс, ёмкость которого определяется из соотношения Сс/С1=R1/R2.

Рис.1.3. Принципиальная схема делителя с корректирующим конденсатором.

7. Зарисовать сигналы на нагрузке и генераторе. Не забудьте в колонках XRange и YRange поставить AUTO.

8. Выполнить пункт 7, увеличив ёмкость корректирующего конденсатора в десять раз.

9. Сравните графики из пунктов 5, 7, 8 и попытайтесь объяснить, почему форма сигналов на нагрузке имеет такую форму.

Таблица 1.1. Ряды номинальных значений с допуском 5% и более.

Е6	1,0				1,5				2,2
Е12	1,0		1,2		1,5		1,8		2,2		2,7
Е24	1,0	1,1	1,2	1,3	1,5	1,6	1,8	2,0	2,2	2,4	2,7	3,0

Е6	3,3				4,7				6,8
Е12	3,3		3,9		4,7		5,6		6,8
Е24	3,3	3,6	3,9	4,3	4,7	5,1	5,6	6,2	6,8	7,5	8,2	9,1

Лабораторная работа 2. Генератор прямоугольных импульсов

Задание. Исследовать генератор прямоугольных импульсов, построенный на элементах КМОП - логики.

1. Ввести принципиальную схему Рис. 10.1.

Рис. 2.1. Принципиальная схема импульсного генератора

X1 и X2 - 74HC00. Ввод командой Component/Digital Library/74xx00/00-/74HC00.

2. Выполнить команду меню Analysis/Transient

3. На панели Transient Analysis Limits задать

• время анализа в окне Time Range (диапазон времени) равным 3U (3 микросекунды)

• Шаг анализа (Maximum Time Step) 0

• Напряжения на обоих выводах резистора R2 (узлы 1 и 4) и на выходе вентиля X1 (узел 2) вывести на первый график. Для этого в трех строках колонки номера графика P вписать 1, в столбце YExpession в этих же строках последовательно V(1), V(2), V(4).

• Напряжение на выходе генератора (узел 3) вывести на второй график, введя в четвёртую строку P=2, YExpession=V(3). Следует учитывать, что нумерация узлов в Вашей схеме с большой степенью вероятности будет другая.

• В колонке XExpession установить переменную по Х – Т (время) для всех графиков.

• В колонках XRange и YRange задать для графиков через запятую максимальное значение, минимальное значение, шаг сетки соответственно по осям X и Y. XRange(3е-6,0,1е-6), YRange(10,-5,5).

4. Нажать кнопку Run и с помощью команды Horizontal Tag Mode в окне Transient Analysis измерить в установившемся режиме длительность выходного импульса, интервал времени между импульсами и период следования импульсов.

5. Зарисовать графики.

6. Увеличить ёмкость конденсатора С1 в десять раз.

7. Выполнить пункты 2, 3, 4 и 5, увеличив параметры времени в десять раз.

8. Увеличить ёмкость конденсатора С1 ещё в десять раз.

9. Выполнить пункт 7.

10. Сравните графики и попытайтесь объяснить, почему форма сигналов в узле 1 зависит от ёмкости конденсатора и почему длительность и период следования импульсов увеличивается не в десять раз при увеличении ёмкости в десять.

11. Измерьте период следования импульсов при ёмкости конденсаторов 1 мкФ и 10 мкФ и убедитесь, что он также изменился в десять раз.

Лабораторная работа 3. Счётчик с изменяемым коэффициентом деления

Задание. Исследовать счётчик с изменяемым коэффициентом деления.

1. Ввести принципиальную схему Рис. 3.1.

Рис.3.1. Принципиальная схема счётчика с дешифратором и семисегментным индикатором

X1 и X2 – триггер Шмита 74HC14. Ввод командой Component/Digital Library/74xx00/14-/74HC14.

X3 – двоичный счётчик 74HC393. Ввод командой Component/Digital Library/74xx381/393-/74HC393.

X4 – инвертор, построенный на вентиле 2И-НЕ 74HC00. Служит для формирования логической единицы. Ввод командой Component/Digital Library/74xx00/00-/74HC00.

X5 – вентиль 2И 74HC00. Служит для формирования импульса сброса при достижении содержимого счётчика максимального значения (в данном случае десяти). В двоичном коде десять записывается 1010. Максимальное значение называется коэффициентом деления счётчика. Ввод вентиля командой Component/Digital Library/74xx00/00-/74HC00.

X6 – дешифратор из двоичного кода в семисегметный код 74HC4511. Ввод командой Component/Digital Library/74xx1000/4510-/74HC4511.

U1 – семисегментный индикатор. Ввод командой Component/Animation/Seven segment. U1 – виртуальный элемент, наглядно показывающий состояние выводов дешифратора.

U2 – U5 – виртуальные светодиоды. Ввод командой Component/Animation/LED. При подаче на их вход логического нуля индикаторы чёрные, при логической единице – красные.