Frisk_1_tom

Ðèñ. 17

На экране появиться окно AC Analysis Limits, в котором задайте параметры построения требуемого графика так, как показано на рис. 18.

Ðèñ. 18

Frequency Range «32K,0» — частотный интервал (0...32 кГц).

Nunber of Points «501» число точек.

P номер окна «1», в котором будет построен график АЧХ. X Expression «f» — аргумент функции.

Y Expression «V(E1)» — имя функции.

X Range «Auto» — интервал отображения аргумента по оси Х. Y Range «Auto» — интервал отображения функции по оси Y. Запустите построение, нажав кнопку Run.

На экране появиться график АЧХ трехзвенного БИХ-фильтра первого порядка (рис. 19).

Замечание. Если кривая не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графика введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run.

Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Сравните его с графиком, полученным в предварительном расчете. Сделайте вывод о характере кривых.

Повторите построение АЧХ данного фильтра для a0 = 0, a1 = 1, b1 = –0,4. Для этого вернитесь к исходной схеме, нажав на клавиатуре клавишу F3. Измените коэффициент b1 в формуле Н(z).

Сравните полученный график АЧХ с графиком, построенным в предварительном расчете. Сделайте вывод о характере кривых.

Ðèñ. 19

4.3.2 АЧХ БИХ-фильтра второго порядка

Аналогично построить график АЧХ БИХ-фильтра второго порядка. Вернитесь к исходной схеме, нажав на клавиатуре клавишу F3. Измените

формулу Н(z) на формулу для БИХ-фильтра второго порядка полученную в предварительном расчете (п. 3.2).

Данный график занесите в соответствующий раздел отчета. Сравните его с графиком, полученным в предварительном расчете. Сделайте вывод.

5 Обработка результатов машинного эксперимента

Сравнить полученные данные с данными, полученными в предварительном расчете. Сделать выводы.

6 Вопросы для самопроверки

1.Какие фильтры называются БИХ-фильтрами?

2.Приведите условие устойчивости БИХ-фильтров.

3.Дайте определение импульсной характеристики цифрового фильтра?

4.Дайте определение передаточной функции цифрового фильтра?

5.Какова связь между импульсной и частотной характеристиками цифрового фильтра?

7 Содержание отчета

Отчет оформляется в формате MS Word. Шрифт Times New Roman 14, полуторный интервал.

Для защиты лабораторной работы отчет должен содержать следующий материал: титульный лист; цель работы; результаты машинного эксперимента; графики исследуемых зависимостей; выводы. К отчету должны быть приложены в напечатанном виде вопросы для самопроверки и ответы на них.

8Литература

1.Фриск В. В. Основы теории цепей. М.: РадиоСофт, 2002. 288 с.

2.Бакалов В. П., Дмитриков В. Ф., Крук Б. И. Основы теории цепей. М.: Радио и связь, 2003. 592 с.

3.Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высш. школа, 1983. 536 с.

4.Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Радио и связь, 1986. 512 с.

5.Рабинер Л., Гоулд Б. Теория и применение цифровой обработки сигналов. М.: Мир, 1978. 848 с.

Глава вторая

ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ ПО ОС И РПрУ

Ð À Ç Ä Å Ë 1

Описание лабораторных работ по ОС

Âразделе 1 изучаются узлы последетекторной обработки аналоговых сигналов, устройств воспроизведения сигналов, усилителей низкой частоты.

Âоснову электронных моделей отдельных узлов положены макеты лабораторных работ, существующие в лабораторном практикуме МТУСИ (с сохранением нумерации).

Исследуются базовые каскады с применением наиболее распространенных реальных электронных схем на основе отечественной элементной базы. Все лабораторные работы содержат предварительный расчет с использованием упрощенных моделей активных элементов. Машинный эксперимент, основанный на применении современных нелинейных моделей активных элементов, позволяет провести более точный расчет с последующим сравнением полученных результатов.

Подробный компьютерный анализ проведен для двухкаскадного резисторного усилителя с резистивно-емкостной связью с использованием его эквивалентной схемы, в том числе эквивалентной схемы биполярного транзистора (схема Джиаколетто). ОДновременно проведен анализ этого усилителя на основе принципиальной схемы каскада и применения нелинейной модели биполярного транзистора Гумеля — Пуна.

Анализ частотных свойств эмиттерного повторителя и резисторного каскада проводился одновременно с использовыанием принципиальных схем каскадов и выводом результатов в одну систему координат, что позволило наглядно сравнить их частотные свойства.

Аналогично исследуются две различные схемы коррекции в области НЧ

èВЧ, наглядно отображая их сравнительную эффективность.

Модель типичной схемы выходного каскада с использованием ОУ позволяет познакомиться с особенностями построения усилителей постоянного тока, особенностями их использования, изучить способы улучшения их характеристик.

Лабораторная работа ¹ 1

РЕЗИСТОРНЫЙ КАСКАД ПРЕДВАРИТЕЛЬНОГО УСИЛЕНИЯ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ

1 Цель работы

Изучение физических принципов действия и определение основных технических характеристик резисторного каскада предварительного усиления;

машинное моделирование и анализ свойств каскада предварительного усиления с использованием пакета программ анализа аналоговых схем Micro-CAP 8 (MC8).

2Задание

2.1Расчетная часть

Используя данные о величине параметров компонентов принципиальной схемы усилителя (рис. 1.1) и применяемых транзисторов:

2.1.1.Рассчитать параметры эквивалентной схемы Джиаколетто транзисторов VT1 и VT2 для указанных в приложении режимов по постоянному току.

2.1.2.Нарисовать полную эквивалентную схему усилителя, изображенного на рис. 1.1, с применением эквивалентной схемы Джиаколетто для транзисторов VT1, VT2, справедливую для всей области частот.

2.1.3.Рассчитать коэффициент усиления каскада на транзисторе VT1 по напряжению К и ЭДС К*, на средней частоте.

2.1.4.Рассчитать значение верхней частоты fâ каскада на транзисторе VT1, определяемой влиянием только входной цепи каскада на транзисторе VT2, для величины коэффициента частотных искажений Мâ = 3 äÁ.

2.1.5.Рассчитать значение нижней частоты fí выходной цепи каскада на транзисторе VT1, определяемой только влиянием разделительной емкости С3 (рис. 1.1) для Мí = 3 äÁ.

Ðèñ. 1.1

2.2 Экспериментальная часть

2.2.a. Для компьютерной модели усилителя, реализующего принципиальную схему (рис. 1.1):

2.2.1.Получить АЧХ усилителя на транзисторе VT1 и оценить коэффициенты усиления К и К* на средней частоте.

2.2.2.Оценить значения fí è fâ по расcчитанным в п. 2.2.1 АЧХ каскада.

2.2.3.Получить АЧХ усилителя (К) на транзисторе VT1 при пошаговом уменьшении только емкости С4 в тысячу раз, а затем, при увеличении только С3 в тысячу раз, при сохранении значений величин остальных элементов указанных в схеме.

Проделать аналогичный эксперимент при уменьшении R4 в пять раз. 2.2.b. Для полной эквивалентной схемы усилителя:

2.2.4.Получить АЧХ усилительного каскада на транзисторе VT1, определить значения коэффициентов усиления K и К* на средней частоте.

2.2.5.Оценить значения fí è fâ по расcчитанным в п. 2.2.4 АЧХ.

Сделать выводы о совпадении результатов предварительного расчета и, полученных при машинном моделировании, значений K, К* и fí, fâ каскада на транзисторе VT1; о степени совпадения результатов машинного моделирования при использовании различных моделей транзистора: Эберса — Молла (п. 2.2.1) и Джиаколетто (п. 2.2.3); о влиянии на АЧХ изменения величины элементов С3, С4, R4 и R4 на К, К* и форму АЧХ.

236 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

3 Описание принципиальной схемы усилителя

Исследуются свойства первого каскада двухкаскадного усилителя с рези- стивно-емкостной связью на биполярных транзисторах КТ 316В, представленного принципиальной схемой, рис. 1.1.

Резисторы R2, R3 обеспечивают подачу смещения на базу биполярного транзистора VT1, образуя в месте с R5 цепь эмиттерной стабилизации его режима. Через резистор R4, включенный в управляемый электрод, подается питающее напряжение. Одновременно он является элементом схемы с которого снимается усиленное напряжение (является частью сопротивления нагрузки каскада). Конденсатор С2 исключает протекание постоянной составляющей тока источника питания через источник сигнала, С3 разделяют по постоянному току каскады, С4 устраняет в каскаде отрицательную обратную связь по переменному току при сохранении отрицательной связи по постоянному току за счет R5. Конденсатор С1 исключает протекание сигнала через источник питания. Резистор R1 характеризует внутреннее сопротивление источника сигнала. Конденсатор С5 исключает протекание постоянной составляющей тока через эквивалент нагрузки второго каскада R10. Нагрузкой исследуемого каскада на транзисторе VT1 служит входное сопротивление каскада на транзисторе VT2 вместе с сопротивлением R4.

4 Методические указания по выполнению работы

4.1 Расчетная часть

Расчет параметров усилительного каскада на транзисторе VT1 проводится с использованием значений элементов принципиальной схемы и эквивалентной схемы транзистора (схема Джиаколетто).

4.1.1.Расчет коэффициента усиления каскада по напряжению К и

ЭДС К* проводится на средней частоте (fñð = 1000 Гц) для последующего сравнения с результатами машинного моделирования.

4.1.2.Расчет граничных частот полосы пропускания по заданной величи- не частотных искажений проводят по формулам для Мí è Ìâ.

4.2 Машинное моделирование

Частотные свойства резисторного каскада на транзисторе VT1 изучаются с применением моделирования принципиальной схемы усилителя во всей области частот на ЭВМ с учетом свойств источника сигнала и влияния второго каскада (на транзисторе VT2), полученных при:

•исследовании принципиальной схемы каскада;

•исследовании полной эквивалентной схемы каскада.

Машинный эксперимент по исследованию свойств резисторного каскада проводится на ПЭВМ с использованием системы схемотехничекого моделирования Мicro Cap8 (MC8).

238 Глава вторая. Описание лабораторных работ по ОС и РПрУ

Меню File служит для загрузки, создания и сохранения файлов схем, библиотек математических моделей компонентов схем и для вывода схем на принтер. При этом программа автоматически присваивает окну схем некоторый текущий номер (например, circuit2).

Меню Edit служит для создания электрических схем, их редактирования, а также редактирования символов компонентов схем.

Команда Components главного меню используется для добавления в создаваемую или редактируемую схему компонентов, в дополнение к содержащимся в каталоге МС8 (каталог содержит более 100 аналоговых и цифровых компонентов). Каталог команды Components можно редактировать, создавая новые разделы иерархии и вводить в них новые компоненты (например, транзисторы отечественного производства).

Меню команды Windows позволяет манипулировать открытыми окнами, обеспечивая доступ к редакторам МС8 и калькулятору.

Меню Options используется для настройки параметров программы. Меню Analysis предлагает виды анализа введенной принципиальной схемы. Меню Help позволяет обратиться к встроенному файлу помощи и оце-

нить, на предлагаемых примерах, возможности программы.

Создание принципиальной схемы начинается с выбора курсором компонента принципиальной схемы на строке основных компонентов (рис. 1.2) и нажатием левой кнопки мыши.

Перемещение компонента на экране производится при нажатой левой кнопке, а при необходимости изменить положение компонента, щелкают правой кнопкой при нажатой левой кнопке. При отпускании левой кнопки местоположение компонента фиксируется и в ниспадающем меню (рис. 1.3) появляется название компонента и предложение присвоить ему позиционное обозначение PART (предлагаемое позиционное обозначение может быть изменено на любое при активизации указанной строки левой кнопкой мыши).

Затем указывается величина VALUE компонента. Присвоенное компоненту название и величина будут изображаться в главном окне при вводе принципиальной схемы, если соответствующий параметр будет помечен галочкой SHOW в рамке Name или Value, соответственно. При вводе значения параметров допускается использование масштабных коэффициентов:

Масштабный коэффициент может содержать и другие дополнительные символы, которые программа игнорирует. То есть величина емкости в 5 пФ может быть введена:

5 PF или 5 Р или 5Е-12. В ниспадающем меню может так же вводиться информация о мощности, рассеиваемой на компоненте, типе корпуса, стоимости, что необходимо для дальнейшего использования в программе PCAD при разработке топологии печатной платы и оценке стоимости устройства (если это предполагается в задании). Подтверждением окончания ввода любо-

Ðèñ. 1.3

го компонента является нажатие кнопки OK. Если какие-либо сведения введены неверно, то нажатие кнопки Cancel, отменяет всю введенную информацию о компоненте.

Транзистор типа NPN, который выбирается пиктограммой на второй строчке главного меню, устанавливается в схему, как описывалось ранее, и затем, на ниспадающем меню, выбираются: PART — позиционное обозначение компонента, характеристика, определяющая его активный режим VALUE (может пропускаться) и MODEL — используемый транзистор — КТ316В (рис. 1.4).

Поскольку в библиотеке транзисторов, предлагаемых в активированном окне справа, нет транзистора КТ 316В, то необходимо ввести параметры модели транзистора в подсвеченных окнах Source: Local text area of C:\MC8DEMO\ data\.circuit2.cir(вместо представленных на рисунке), нажав предварительно кнопку New (рис. 1 4):

TR = 65.92N EG = 1.11 XTB = 1.5, остальные параметры модели транзистора принимаются по умолчанию.