4. Указания к обработке результатов наблюдений

4.1. Уметь объяснить выполненные вычисления как с помощью аналитических выражений, так и их физическую суть применительно к электрическим сигналам.

4.2. Указать и пояснить параметры сигналов на полученных временных диаграммах.

4.3. Знать механизм создания электрических схем в ППП MCAP, различные опции их анализа.

4.4. Уметь объяснить суть выполненных вычислений как с помощью аналитических выражений, а также соответствие им применённых операций ППП MCAP.

4.5. Объяснить связь полученных графиков и содержания исследуемых электрических схем цепей.

4.6. Знать параметры исследуемых электрических цепей, уметь объяснить их физическое содержание.

Контрольные вопросы

1. Изложите назначение пакета прикладных программ MicroCAP и кратко опишите его структуру.

2. Для чего предназначен режим библиотек в MCAP?

3

14

. Какие режимы анализа MCAP Вы знаете?

4. Приведите основные параметры гармонического и импульсного сигнала.

5. Укажите функциональное назначение интегро - и дифцепей, резистивного делителя.

6. Что такое амплитудная характеристика?

7. Как определяются АЧХ и ФЧХ цепи?

8. Что такое переходная характеристика цепи?

9. Укажите соответствие конкретной пассивной цепи фильтрам низких частот и высоких частот.

Лабораторная работа 2. Нелинейные цепи

  Цель работы: изучить содержание и работу указанных в п.1 функциональных узлов, рассчитать их элементы, оценить параметры и влияние на них изменений значений элементов схем с помощью ППП МСАР.

1. Задание к работе

1.1. При домашней подготовке самостоятельно рассчитать и построить вольтамперную характеристику (ВАХ) полупроводникового диода с помощью ППП MathCAD (MCAD.

1

15

.2. С помощью ППП MCAP провести исследование параметрического стабилизатора напряжения на полупроводниковом диоде по заданию п. 2.2.

пустыми. На основании распределительного закона, а также аксиом алгебры логики два минтерма, находящиеся в соседних клетках, могут быть заменены одним логическим произведением, содержащим на одну переменную меньше. Если соседними являются две пары минтермов, то такая группа из четырех минтермов может быть заменена произведением, содержащим уже на две переменные меньше, и т.д. В общем случае наличие единиц в 2ⁿ соседних клетках позволяет исключить n переменных. В этом заключается метод минимизации с применением карт Карно.

Для минимизации фуекции по п. 1.1. надо представить эту функцию в совершенной дизъюнктивной нормальной форме (СДНФ):

(2.1.1.)

Функция состоит из 11 минтермов, в связи с чем на карте Карно ее будут представлять 11 клеток, отмеченных единицами. Затем на карте Карно необходимо определить соседние минтермы (клетки) и объединить их в минимальное количество групп соседних минтермов (клеток). Минимальное количество групп соседних минтермов для рассматриваемой функции будет равно трем.

Н

48

а основании проведенных операций получаем минимальную функцию, выраженную в ДНФ:

Карта Карно представляет собой графическое изображение значений всех возможных комбинаций переменных. Её можно рассматривать как графическое представление всех комбинаций переменных (минтерм), при которых функция истинна.

Рис. 2.1.1. Пример карты Карно функции для четырех переменных

Каждый минтерм изображается на карте в виде клетки. Карта образуется путем такого расположения клеток, при котором минтермы соседних клеток отличаются только значением одной переменной. Соседними считаются также крайние клетки каждого столбца или строки. Символ «1» характеризует прямое значение переменной, а «0» - ее инверсное значение.

М

47

интермы минимизируемой функции отмечают единицами в соответствующих клетках карты. Минтермы, не входящие в функцию, отмечают в клетках нулями или оставляют клетки

1.3. С помощью ППП MCAP исследовать диодный ограничитель напряжения, получить его статическую характеристику и проверить работу на переменном токе.

1.4. Исследовать преобразователь частоты на полупроводниковом диоде в режиме временного и спектрального анализа. В преобразователе использовать ФНЧ с частотой среза 1,2 МГц.

2. Указания к домашней подготовке

2.1. Ознакомиться с описанием диода в ППП MCAP [1, с. 139-141].

Для выполнения п. 1.1 задания необходимо иметь представление о физических процессах в полупроводниковом диоде [2, с. 20-42] и модели диода в ППП MCAP [3, с. 86-89]. Описание ВАХ диода в модели выполняется согласно системе уравнений :

(2.1.1.)

16

Здесь _т = kT/q_e = 26 мВ при Т=300 К - тепловой потенциал p-n перехода; k = = 1,3810^-23 Дж/К - постоянная Больцмана; q_e = 1,610^-19 Кл. Ток насыщения (обратный) I_s определяется при конкретной температуре по выражению

, (2.1.2.)

где I₀ - ток насыщения (обратный) при температуре 300 К; W_з - ширина запретной зоны (для кремния - 1,11 эВ, германия 0,67 эВ и диодов за барьером Шоттки - 0,69 эВ); U_c - максимальное напряжение на переходе диода на прямой ветви (при минимальном дифференциальном сопротивлении r_f); I_c - ток диода при напряжении на нём U_c. Величины U_c­ и I_c связаны следующими выражениями

U_c = _т  ln[_т / (r_f I_s)] ; (2.1.3.)

I_c = I_s[exp(U_c/_т) - 1]. (2.1.4.)

В ППП MathCADпостроить графики ВАХ диода по выражениям (1) - (3), если: u = [-10; 1] B; u_z= минус 5,6 В; R_z= 100 Ом; U_c= 0,28 B; I₀= 10 мкА; R_обр= 10 МОм. Из расчётов определить значения I_c, r_f.

2.2. Для выполнения п. 1.2 задания необходимо ознакомиться с работой и основными выражениями для расчёта параметрического стабилизатора напряжения [4, с. 5-13]. Расчёт

17

1.1.1. Для составленной по п. 1.1. электрической схемы выбрать серию ИС и типофункционал логических элементов с учётом задержки распространения сигнала.

1.1.2. Провести моделирование полученной схемы в ППП МСАР-5 с проверкой по исходной логической функции.

1.2. С помощью ППП WorkBench провести исследование гармонического и импульсного сигналов.

2. Указания к домашней подготовке

2.1. Логическая функция наиболее наглядно представляется таблицей истинности, в которой для каждой комбинации значений переменных указывается значение функции. Минимизация (упрощение формы записи) функции является важной операцией при синтезе электрической схемы, так как благодаря предварительно проведенной минимизации схема реализуется с наименьшим числом элементов [1, с. 212-216]. Выявить и устранить избыточность в записи функции можно использованием аксиом, законов, тождеств и теорем алгебры логики. Однако такие преобразования требуют громоздких выкладок и связаны с большой затратой времени. Алгебра логики располагает рядом приемов, разработанных на основе ее правил, позволяющих производить минимизацию функции более просто и быстро. Для минимизации функции с числом переменных до пяти-шести наиболее удобным является метод карт Карно.

46

11. Какие режимы анализа ППП MCAP Вы будете применять в данной работе и для каких целей?

12. Почему изменение величины коллекторного резистора в усилителе позволяет менять его коэффициент усиления и каким образом?

13. Почему в значительной мере различаются между собой выходные сопротивления ОУ и инвертирующего усилителя на основе ОУ?