Лабораторная работа 1 Техническая диагностика радиоэлементов линейных аналоговых радиотехнических цепей в Multisim

Цель работы: исследовать влияние неисправностей элементов на технические параметры цепи и процесс преобразования сигналов линейной аналоговой радиотехнической цепью.

Теоретическая часть

В процессе эксплуатации радиоэлектронного устройства из-за негативного воздействия дестабилизирующих факторов в элементах возникают неисправности (дефекты), приводящие к ухудшению технических характеристик и выходу устройства из строя.

Традиционно возникающие неисправности можно разделить на следующие группы:

- короткое замыкание выводов радиоэлемента,

- обрыв контакта элемента,

- утечка энергии между контактами элемента.

В программном пакете Multisim можно провести моделирование всех этих видов неисправностей элементов цепи, введя в свойства элемента дефекты.

Настройки дефектов

Назначить дефект определенному выводу установленного компонента можно на закладке Fault (Дефект) в диалоговом окне свойств этого компонента.

1. Щелкните дважды по компоненту. Появится диалоговое окно свойств компонента.

2. Щелкните по закладке Fault (рис. 6.) .

3. Выберите выводы, которым будут назначены дефекты.

4. Отметьте тип дефекта, который вы хотите назначить выводу.

5. Для отмены изменений щелкните по кнопке Cancel. Чтобы сохранить внесенные вами изменения - щелкните по кнопке OK.

Рис.6. Пример внесения неисправности – «обрыв контакта» в резистор

Возможные виды назначаемых дефектов:

Вариант	Описание
None	Нет дефекта.
Open (обрыв)	Выводу назначается очень большое сопротивление, как будто проводник к этому выводу оборван.
Short (короткое замыкание)	Выводу назначается очень маленькое сопротивление, как будто компонент не оказывает измеримого влияния на схему.
Leakage (утечка)	Назначается определенное значение сопротивления в поле под отметкой этого варианта. Это сопротивление включается параллельно отмеченным выводам и ток протекает "мимо" выводов, хотя он должен протекать через этот компонент.

Практическая часть

Задание 1. Исследовать влияние возможных дефектов R, C элементов радиотехнических цепей на примере функционирования фильтров низких частот.

1. Используя измерительную аппаратуру (генератор сигналов, осциллограф, мультиметр, анализатор спектра, плоттер Боде) собрать схему ФНЧ для исследования влияния параметров элементов на процесс прохождения сигналов. Параметры элементов цепи приведены в табл. 1.

Таблица 1

№ варианта	R, Ом	C, нФ	L, мкГн
1	100	470	300
2	110	430	330
3	120	390	350
4	130	360	360
5	140	330	390
6	150	300	400
7	160	270	450
8	180	240	500
9	200	220	510
№ варианта	R, Ом	C, нФ	L, мкГн
10	210	200	520
11	220	180	560
12	240	160	550
13	250	150	600
14	270	130	620
15	280	120	650

Пример схемы приведен на рис.7.

Рис. 7. Схема исследования ФНЧ на примере RC - цепи

2. Исследовать амплитудно-частотную характеристику (АЧХ) цепи, осциллограммы, спектры и действующие значения сигналов, используя идеальные элементы цепи (None – нет дефекта). Параметры гармонического сигнала на генераторе: амплитуда N В, смещение N В, частота N кГц, N – номер Вашего варианта. Все полученные графики привести в отчете и сопроводить комментарием.

   Рис. 8. Пример настроек генератора входного сигнала для N=1

   1. Настроить параметры плоттера Боде, получить АЧХ системы, определить частоту среза, сравнить с расчетом, полученным в практической работе.

Пример АЧХ схемы ФНЧ с рис.7. приведен на рис. 9.

Рис. 9. АЧХ исследуемой схемы с идеальными параметрами (без дефектов)

2. Определить параметры входного и выходного сигнала. Исследовать осциллограммы (амплитуды, периоды), спектры (амплитуды и частоты гармоник), действующие значения сигналов, сравнить с расчетом, полученным в практической работе.

3. Провести анализ полученных результатов и сделать заключение о передаче сигнала данной цепью (сигнал прошел без искажений или отфильтровался системой).

Задание 2. Исследовать влияние возможных дефектов R, L, C элементов радиотехнических цепей на примере функционирования фильтров.

2.1. Исследование короткого замыкания выводов радиоэлемента.

2.1.1. В исследуемой схеме задать дефект «короткое замыкание» резистора R.

Ввод данного дефекта в элемент R рассмотрен на рис. 10.

Рис.10. Выбор дефекта «короткое замыкание» элемента R

2.1.2. Исследовать аналогично заданию 1: АЧХ схемы, параметры выходного сигнала.

2.1.3. Провести сравнительный анализ результатов, полученных в рабочей схеме и схеме с дефектом в элементе.

2.1.4. Дать заключение о передаче сигнала данной цепью.

2.1.5. В рабочей схеме (задание 1) задать дефект «короткое замыкание» конденсатора C.

Провести исследование схемы в соответствии с заданием 2.1.2.-2.1.4.

2.2. Исследование обрыва контактов радиоэлемента.

2.2.1. В исследуемой схеме последовательно задать дефект «обрыв контакта» резистора R (пример на рис.6.) и конденсатора С. Провести исследование аналогично пунктам 2.1.2 -2.1.4.

2.3. Исследование дефекта «утечка энергии между контактами радиоэлемента».

2.3.1. В исследуемой схеме задать дефект «утечка энергии между контактами радиоэлемента» резистора R. В качестве «шунтирующего» сопротивления взять R_шунта=R. Ввод данного дефекта в элемент R рассмотрен на рис. 11.

Рис.11. Выбор дефекта «утечка энергии между контактами» элемента R

2.3.2. Последовательно изменять величину шунтирующего сопротивления утечки Rшунта= R/2, R/4, R/10. Исследовать АЧХ схемы и выходной сигнал. Указать влияние величины сопротивления утечки на АЧХ системы.

2.3.3. Провести исследование схемы в соответствии с заданием 2.1.2.-2.1.4.

2.3.4. В рабочей схеме (задание 1) задать дефект «утечка энергии между контактами» конденсатора C. Сопротивление Rшунта=R. Провести исследование схемы в соответствии с заданием 2.1.2.-2.1.4..

2.3.5. Последовательно изменять величину шунтирующего сопротивления утечки Rшунта= R/2, R/4, R/10. Исследовать АЧХ схемы и выходной сигнал. Указать влияние величины сопротивления утечки на АЧХ системы.

Задание 3. Исследовать влияние возможных дефектов R, L элементов радиотехнических цепей на примере функционирования фильтров высоких частот.

1. Используя измерительную аппаратуру (генератор сигналов, осциллограф, мультиметр, анализатор спектра, плоттер Боде) собрать схему ФВЧ для исследования влияния параметров элементов на процесс прохождения сигналов. Параметры элементов цепи приведены в таблице 1. Пример схемы приведен на рис.12.

Рис. 12. Схема исследования ФВЧ на примере RL - цепи

3.2. Исследовать влияние дефектов радиоэлементов на параметры цепи и выходного сигнала. Методика исследования аналогична заданиям 1, 2.

Задание 4. По проведенным исследованиям подготовить отчет. Провести анализ полученных в работе результатов. Письменно сделать выводы по влиянию исследованных дефектов на параметры схемы и процесс передачи сигнала.

Отчет по проделанной работе предоставляется на проверку преподавателю в письменном виде. Отчет должен содержать:

5. Название работы.

6. Цель работы.

7. Результаты моделирования.

8. Сравнительный анализ результатов.

9. Выводы.

Контрольные вопросы

1. Условия передачи сигнала по цепи без искажений для ФНЧ и ФВЧ.

2. Влияние величины сопротивления утечки Rшунта на частоту среза RC и RL цепей и передачу сигнала цепями.

3. Влияние короткого замыкания контактов элементов R, C, L на АЧХ системы и передачу сигнала цепями.

4. Влияние обрыва контакта элементов R, C, L на АЧХ системы и передачу сигнала цепями.

.