Лабораторные практикумы / 2 Схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемных устройств
.pdf
Рис. 2
Электромагнитная волна распространяется вдоль такой линии с конечной фазовой скоростью VФ
VФ = |
1 |
. |
|
L0C0 |
|||
|
|
Волновое сопротивление линии ZB является действительным числом и равно
ZB = L0 . C0
На вход линии без потерь подаётся синусоидальный сигнал. В этом случаи произведение коэффициента фазы β на длину линии l будет равно
βl = |
2πl |
= |
2πlf |
, |
|
λ |
|
V |
|
|
|
|
Ф |
|
так как частота генератора f и длина волны в линии λ связаны соотношением
λ= VfФ .
Вобщем случаи, для линии без потерь комплексные входное сопротивление определяются из выражения
|
|
|
|
|
|
|
|
tg (βl ) |
|
2πl |
|||
|
U |
1 |
|
Z |
H |
+ jZ |
B |
|
Z H + jZBtg |
λ |
|
||
Z ВХ (l ) = |
|
= ZB |
|
|
|
= ZB |
|
|
|
. |
|||
I1 |
ZB + jZ H tg (βl ) |
|
|
|
|||||||||
|
|
|
2πl |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ZB + jZ H tg |
λ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Из этого выражения легко получить формулу входного сопротивления в зависимости от частоты при фиксированной длине линии
|
|
2πlf |
||
|
Z H + jZBtg |
λ |
|
|
Z ВХ ( f ) = ZB |
|
|
. |
|
|
|
|
||
|
2πlf |
|||
|
ZB + jZ H tg |
λ |
|
|
|
|
|
||
Следовательно, частотная зависимость входного сопротивления для различных режимов работы линии будет равна
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
− CH |
|
ZB |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
π |
|
|
||
|
|
|
2 lf |
|
|
||
Z ВХ ( f ) = −ZBctg |
|
|
|
|
− XX . |
||
|
VФ |
||||||
|
|
|
|
|
|||
|
|
2πlf |
|
|
|||
|
− КЗ |
||||||
|
|
|
|
|
|||
jZBctg |
|
V |
|||||
|
|
|
Ф |
|
|
||
На рис. 3 показана зависимость мнимой части входного сопротивления от частоты для режима холостого хода.
90
Рис. 3
Из этого рисунка видно, что функция входного сопротивления является периодической. На низких частотах входное сопротивление носит чисто ёмкостной характер и приближается к точке с нулевым сопротивлением. В этой точке наблюдается последовательный резонанс. При дальнейшем увеличение частоты входное сопротивление становится чисто индуктивным и увеличивается до точки с бесконечно большим сопротивлением (параллельный резонанс). Далее всё периодически повторяется.
С помощью ЭВМ получим частотные зависимости входного сопротивления однородной длинной линии без потерь при различных режимах.
4.1 Запуск программы схемотехнического моделирования Micro–Cap
Включить ЭВМ и запустить программу Micro–Cap
C:\MC9DEMO\mc9demo.exe или
ПУСК\Все программы\Micro–Cap Evaluation 9\Micro–Cap Evaluation 9.
В появившемся окне Micro–Cap 9.0.3.0 Evaluation Version (рис. 4) собрать схему c длинной линией (рис. 1).
Рис. 4
91
4.2 Сборка схемы
Соберем схему содержащую источник синусоидального напряжения, два резистора и длинную линию
(рис. 1).
4.2.1 Ввод источника синусоидального напряжения
Ввести источник синусоидального напряжения V1.
Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources и выберите синусоидальный источник Sine Source (рис. 5).
Рис. 5
Курсор примет форму графического изображения источника напряжения. Поместите его на рабочее окно так, как показано на рис. 6.
92
Рис. 6
Зафиксируйте это положение, щелкнув левой клавишей мыши. Появиться окно Sine Source. Введите 1V в окне Value, в окне Show установите галочку, в окне F частоту 2 МГц (2MEG), в окне RS внутреннее сопротивление источника 0 Ом (0) (рис. 7).
Рис. 7
93
Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появится окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис. 8).
Рис. 8
Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть (рис. 8). Нажмите кнопку ОК (рис. 7).
4.2.2 Ввод земли
Откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors и выберите землю Ground (рис. 9).
Рис. 9
Установите две Земли снизу от источника V1 (рис. 10).
94
Рис. 10
4.2.3 Ввод резисторов
Ввести резистор внутреннего сопротивления источника R0 =50 Ом (R1).
Откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components и выберите команду резистор Resistor (рис. 11).
Рис. 11
Курсор примет форму резистора (прямоугольник с выводами). Поместите его на рабочее окно, возле источника и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно Resistor (рис. 12).
95
Рис. 12
Вокне Value введите значение сопротивления 50 Ом (50), нажмите кнопку OK.
Вокне редактора появиться следующее изображение резистора с номиналом 50. Для поворота резистора используйте кнопку Rotate (рис. 13).
Рис. 13
Аналогичным образом введите резистор выходного сопротивления RH=ZB (R2) рассчитанное в #3.1 предварительного расчёта.
4.2.4 Ввод линии передачи
Ввести однородную длинную линию без потерь Т1.
Откроите меню Component\Analog Primitives\Passive Components и выберите команду TLine
(рис. 14).
96
Рис. 14
Курсор примет форму линии. Поместите его на рабочее окно, возле элемента R1 и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно TLine (рис. 15).
97
Рис. 15
Вокне Value введите длину линии l=160 м (LEN=160) и её погонные параметры
LEN=160 C=100E-12 L=0.25E-6 R=0 G=0
Нажмите кнопку OK.
Вокне редактора появиться следующее изображение (рис. 16).
Рис. 16
4.2.6 Ввод проводников
Соедините все элементы проводниками. Для этого нажмите на кнопку ввода ортогональных проводников Wire Mode и, удерживая левую кнопку мыши, «прочертите» соединяя необходимые полюсы элементов (рис. 17).
98
Рис. 17
Нажмите кнопку Нумерация узлов (Node Numbers) и убедитесь, что нумерация узлов такая, как показано на рис18.
Рис. 18
В случае возникновения проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса
(http://frisk.newmail.ru/) для ознакомления файл L20_1.CIR (File\Open…).
4.3Исследование входных характеристик длинной линии
4.3.1Построение частотной зависимости входного сопротивления длинной ли-
нии для режима СН
Убедитесь, что введены все элементы правильно. Построим требуемую частотную зависимость
Re Z |
BX ( |
f |
|
= Re |
|
|
I1 |
|
, ( RE(V(2)/I(R1)) ). |
|
|
|
|
||||||||
|
|
) |
|
U |
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
1 |
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
||||
Для этого в меню Analysis выберите команду запуска частотного анализа AC… (рис. 19).
99