Лабораторные практикумы / 2 Схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемных устройств
.pdf
(рис.9.3.11) (рис.9.10)
(рис.9.3.13) к присвоению названия создаваемого генератора. Описание его параметров производят в окнах А, DC, F и др., заменяя текущие параметры на необходимые или переходя (рис.9.3) в окне описания моделей (Models) к формату текстовой директивы модели источника синусоидального напряжения:
|
Рис.9.9 |
Рис.9.10 |
|
. MODEL<имя |
модели> SIN([список |
параметров]). В этом |
случае подменю |
|
(рис.9.3.11) не используется, а описание модели источника размещает- |
||
ся |
в |
тестовом |
файле: |
|
|
|
(рис.9.3.14). |
Ввод операционного усилителя
Для включения в схему активного ФНЧ операционного усилителя необходимо вос-
пользоваться обозначением ОУ 
(рис.9.3.15) в строке основных компонентов (рис.9.1), активизировав его нажатием левой кнопки мыши, что приводит к появлению в окне схем условно графического обозначения ОУ, обладающего пятью выводами. Выводы с широкой стороны УГО соответствуют неинверсионному (+) и инверсионному входам (-) ОУ. Выводы на боковых сторонах ОУ служат для подключения двух источников ЭДС с одинаковой величиной и разными знаками напряжения питания. Вывод с узкой стороны ОУ является выходным, к которому подключается нагрузка. Разместив ОУ в окне схем, в
подменю 
(рис.9.3.16) указывают параметры макромодели ОУ (рис.9.11), используя справочные данные [6].
В верхней части подменю 
(рис.9.3.16) представлены позиции, описанные
ранее в подменю 
(рис.9.3.10) и др. Макромодели ОУ присваивается позиционное обозначение 
(рис.9.3.17), в строке 
(рис.9.3.18) указывается название модели ОУ из правого окна. Модель ОУ выбирают, используя линейку про-
крутки. При отсутствии необходимой модели нажатием на кнопку 
(рис.9.3.12) переходят к вводу названия новой модели, и ее атрибутов, которые будет использоваться только в данном файле. Описание макромодели ОУ включает следующие параметры:
(рис.9.3.19) -уровень сложности модели (1- идеальный источник напряжения, управляемый напряжением, 2 – однополюсная макромодель ОУ с нелинейной передаточной функцией, 3 – модель Бойля),
(рис.9.3.20) — коэффициент усиления ОУ, не охваченного ОС, по постоянному току,
(рис.9.3.21) — емкость корректирующего конденсатора, 
(рис.9.3.22) — коэффициент подавления синфазного сигнала,
401
Рис.9.11
(рис.9.3.23) — частота единичного усиления,
(рис.9.3.24) — входной ток смещения,
(рис.9.3.25) — разность входных токов,
(рис.9.3.26) — максимальный выходной ток короткого замыкания,
(рис.9.3.27) — рассеиваемая мощность,
(рис.9.3.28) — дополнительный фазовый сдвиг на частоте единичного усиления (запас по фазе),
(рис.9.3.29) — выходное сопротивление ОУ на высоких частотах,
(рис.9.3.30) — выходное сопротивление ОУ на низких частотах,
(рис.9.3.31) — максимальная скорость спада выходного напряжения
(В/с),
(рис.9.3.32) — максимальная скорость нарастания выходного напряжения (В/с),
(рис.9.3.33) — напряжение источника питания (положительное),
(рис.9.3.34) — напряжение источника питания (отрицательное),
(рис.9.3.35) — размах положительного напряжения,
(рис.9.3.36) — напряжение смещения нуля,
(рис.9.3.37) — размах отрицательного напряжения.
Подтверждение правильности введенных параметров модели ОУ происходит при нажатии кнопки ОК.
Программа на выпадающем подменю запрашивает пользователя о необходимости подключения источников питания (рис.9.12).
Нажатие на кнопку OK обеспечивает подключение источников ЭДС, указанных при описании параметров ОУ (VCC и VEE). Убедиться в существовании таких источников и величине ЭДС можно, выбрав закладку
(рис.9.3.38) в окне схем (рис.9.1).
Рис.9.12
402
изображения линии (рис.9.1). Установив курсор в начальной точке, вывода какого-либо компонента и, нажав на левую кнопку мыши, “прочерчиваем” соединительную линию до вывода другого компонента. Отпустив левую кнопку мыши, заканчиваем “прочерчивать” соединительную линию. При необходимости соединения (создания узла) двух линий в точке их пересечения отпускают кнопку мыши и, нажав снова, продолжают “прочерчивать” соединительную линию. Сборка принципиальной схемы закончена.
(рис.9.3.39) в окне схем. В результате на экране монитора должна появиться принципиальная схема (рис.9.14), нумерация узлов которой, может отличаться от приведенной.
(рис.9.3.40) (рис.9.13) или, например, в разделе 2.2.3 лабораторной работы №6. Укажем пределы анализа 
(рис.9.3.41) и характер представления кривых на экране монитора: логарифмический масштаб
(рис.9.3.43) , в диапазоне значений
(рис.9.3.44) и представлении графика АЧХ фильтра по оси ординат
(рис.9.3.45) в логарифмическом масштабе. Амплитудно-частотная характеристика активного ФНЧ на ОУ представлена на рис.9.15
Рис.9.14
Используя пиктограмму 
(рис.9.3.46) (Peak) окна результатов определите максимальное значение коэффициента передачи, а затем частоту среза на уровне — 3 дБ. Сравните результаты расчета и машинного эксперимента. Полученные результаты внесите в таблицу 1 (см. далее).
Оцените крутизну спада в дБ/декаду АЧХ фильтра, вычислив его в области частот, где реальная кривая максимально приближена к асимптоте. Для этого используйте пример (рис.9.15) определения крутизны спада АЧХ в дБ/октаву. В окне результатов, используя
пиктограмму 
(рис.9.3.47) (Go To X), войдите в подменю 
(рис.9.3.48) и в
окне 
(рис.9.3.49) закладки 
(рис.9.3.50) укажите значения частоты, на которой необходимо определить величину коэффициента передачи (например, 10 кГц)
и нажмите кнопку 
(рис.9.3.51). Затем укажите значение частоты, отличающее-
ся в два раза (например, 20 кГц), и нажмите кнопку 
(рис.9.3.52). Левый и правый курсоры будут размещены в окне результатов на заданных значениях частоты с указанием соответствующих коэффициентов передачи ФНЧ. Под семейством кривых повторяются рассчитанные величины с одновременным определением разности значений частот и коэффициентов передачи.
4.2.3 Переходные характеристики фильтра низкой частоты
Проведем анализ характеристик фильтра во временной области для значений компонентов схемы, приведенных на рис.9.1.
Анализ проводится при подключении к входу ФНЧ генератора прямоугольных импульсов. Находясь в окне схем, последовательно выполним команды (рис.9.15): Component →Analog Primitives →Waveform Sources→Pulse Source
404
Рис.9.15
На выпадающем подменю 
(рис.9.3.53) (рис.9.16) вводим параметры модели генератора импульсных сигналов.
Генераторы импульсных сигналов библиотеки МС9
Рис.9.16
Для создания новой модели генератора с требуемыми параметрами (РG) нажатием на
кнопку |
(рис.9.3.12) |
переходим |
в |
окне |
(рис.9.3.54) к присвоению названия создаваемого генератора.
В рамке слева (Name) поочередно предлагаются атрибуты источника (позиционное обозначение — Part) и предложение присвоить (или выбрать из предлагаемого в правой колонке перечня) ему (Value –рамка справа) имя V10 с возможностью отображать его в окне схем (помечается галочкой Show рядом с названием). Атрибуты источника сиг-
405
(рис.9.3.53) не используется, а описание модели источника размещается в тестовом фай-
(рис.9.3.55).
(рис.9.3.57) (Horizontal Cursor) определите максимальное
(рис.9.3.46) (Peak) и минимальное 
(рис.9.3.58) (Valley) значения выходного сигнала (в пределах одного периода) и вычислите время установления импульсного сигнала t 
Рис.9.19
Следует заметить, что вне зависимости от типа подключенного генератора, в
режиме АС на входе схемы действует источник гармонического колебания с единичной амплитудой.
Пошаговое изменение конденсатора С2 будем проводить, используя режим Stepping.
Выполнив Analysis, AC…, AC Analysis Limits, из подменю 
(рис.9.3.59) нажатием кнопки 
(рис.9.3.60) войдем в режим вариации параметра
(рис.9.20)
Рис.9.20 |
Рис.9.21 |
Используя линейку прокрутки в левом |
окне, выберем варьируемый компонент С2 |
(
) (рис.9.3.61) и затем на закладке С2 (рис.9.21) задаем пределы изменения емко-
сти конденсатора от одной нФ |
(рис.9.3.62) до 10 нФ |
(рис.9.3.63) |
с шагом в одну нФ |
(рис.9.3.64). Выбрав способ |
изменения емкости |
- (рис.9.3.65) по линейному закону, указав тип варьируемого па-
раметра 
(рис.9.3.66) подтверждаем выбранные ус-
ловия анализа и режим варьирования 
(рис.9.3.67). Результаты анализа в форме семейства частотных характеристик приведены на рис.9.22
408
Рис.9.22
Нажав на пиктограмму 
(рис.9.3.46) (Peak) и затем 
(рис.9.3.68) (Go To Branch)
выбираем на семействе АЧХ, кривую, обладающую требуемыми свойствами (например, максимально плоскую при наибольшей полосе пропускания, С2 = 4 нФ). Для этого с по-
мощью линейки прокрутки в подменю 
(рис.9.3.69) устанавливаем выбранное значение емкости конденсатора и нажимаем кнопку 
(рис.9.3.51). При
этом курсор будет принадлежать АЧХ с выбранной емкостью. Нажав на пиктограмму
(рис.9.3.46) (Peak) устанавливаем, что эта кривая не обладает подъемом (не имеет максимума за исключение наибольшего значения в начале координат), но при этом обладает наибольшей кривизной в области перехода от плоской части к наклонной. Для выбранного значения С2* определяем значение частоты среза f ср и значение коэффициента усиления на рабочей частоте К0 и результаты вносим в таблицу 1. Если АЧХ имеет подъем, то для наибольшего значения коэффициента передачи определяется частота резонанса f р , частота среза f ср и их значения вместе с соответствующим значением емкости конденсатора С2** заносятся в таблицу 1.
|
|
|
|
|
|
|
Таблица 1 |
Значения |
Варьируемый |
К0 , дБ |
f р, |
f ср, |
t у, |
U, |
|
компонентов |
компонент |
|
(f = fраб) |
кГц |
кГц |
|
мВ |
|
|
мс |
|||||
С1=10 нФ, С2=6,8 нФ, R2=10 кОм, R3= 10 кОм |
------ |
|
|
|
|
|
|
(расчет/ эксперимент) |
|
|
|
|
|
|
|
С1=10 нФ, R2=10 кОм, R3= 10 кОм |
С2*= |
|
|
|
|
|
|
|
(АЧХ |
без |
|
|
|
|
|
|
подъема) |
|
|
|
|
|
|
|
С2**= |
|
|
|
|
|
|
|
(АЧХ с подъ- |
|
|
|
|
|
|
|
емом) |
|
|
|
|
|
|
|
409 |
|
|
|
|
|
|