Frisk_3

Рис. 23

Frequency Range «1k,1» – частотный интервал fmax[, fmin].

P номер окна «1», «2» в котором будет построен график.

XExpression «f» – аргумент функции.

YExpression «MAG(V(6))» и «PH(V(6))» – имена функций.

Maximum Time Step «0.01m» максимальный шаг интегрирования.

X Range «1m,0,0.1m» - интервал отображения аргумента по оси Х.

Y Range «2,0,0.4» и «0,-90,15» - интервалs отображения аргументов по оси Y.

Запустите построение, нажав кнопку Run.

На экране появиться графики АЧХ и ФЧХ фильтра Баттерворта (рис.24).

Рис. 24

Замечание. Если кривые не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и

убедитесь, что все величины для построения графиков введены правильно. Нажмите кнопку Run.

Скопируйте полученные кривые в отчет. По соответствующему графику определите коэффициент усиления данного звена. На графиках обозначьте полосу пропуская фильтра.

151

4.3.2 Повторите предыдущий эксперимент для k=4.

5 Обработка результатов машинного эксперимента

Сравнить полученные графики и данные с графиками и данными, полученными в предварительном расчете. Сделать выводы по каждому пункту исследования.

6 Вопросы для самопроверки

1.Какие фильтры называются активными? Приведите пример.

2.Какие фильтры называются фильтрами Баттерворта? Приведите пример.

2.Что такое АЧХ и ФЧХ фильтра? Приведите пример.

3.В чем преимущества активных фильтров перед пассивными?

4.В чем недостатки активных фильтров по отношению к пассивным?

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 предварительного расчета и 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. Амелина М. А., Амелин С.А. Программа схемотехнического моделирования MicroCap Версии 9, 10. – Смоленск, Смоленский филиал НИУ МЭИ, 2012. – 617 с.

152

Лабораторная работа № 36

Исследование удвоителя напряжения

1 Цель работы

С помощью машинного эксперимента изучить основные принципы работы удвоителя напряжения. Исследовать характеристики и форму напряжения на нагрузке. Сравнить полученные характеристики с помощью программы Micro-Cap, с аналогичными характеристиками, полученными расчетным путем.

2 Задание для самостоятельной подготовки

Изучить основные положения теории электрических цепей о схемах с диодами стр. 177182 [1], 462-464 [2], 40-45 [4], выполнить предварительный расчет; письменно ответить на вопросы для самопроверки. Познакомится с возможностями схемотехнического моделирования

[3].

3 Предварительный расчет

3.1 На рис. 1 приведена простейшая схема удвоения напряжения Рассчитать значение напряжения на резисторе нагрузки R1, если

e1(t)=Emsin(2πft) В, t[0; 10] мс, амплитуда напряжения генератора Em=2 В, частота генератора f=2 кГц, C1=1 мкФ, R1=10 кОм, диод VD1=1N5391.

Рис. 1

Занесите полученные данные в таблицу 1 отчета.

153

3.2 На рис. 2 приведена более сложная схема удвоения напряжения. Рассчитать значение напряжения на резисторе нагрузки R1, если

e1(t)=Emsin(2πft) В, t[0; 10] мс, амплитуда напряжения генератора Em=2 В, частота генератора f=2 кГц, C1=C2=1 мкФ, R1=10 кОм, диоды VD1=VD2=1N5391.

Рис. 2

Занесите полученные данные в таблицу 1 отчета.

4 Порядок выполнения работы

Для повышения напряжения часто используют специальные схемы называемые удвоителями напряжения. На вход такой цепи подается переменное напряжение. На выходе получается постоянное напряжение по величине примерно в два раза больше чем напряжение на входе

(рис. 3).

154

Рис. 3 Простейший удвоить напряжения состоит из диода и конденсатора. На рис. 4 показана схема

однополупериодного выпрямителя с удвоением напряжения. Из этого рисунка видно, что напряжение на нагрузке получается пульсирующим от 0, когда диод VD1 открыт, до 2Em, когда диод закрыт. Напряжение на конденсаторе C1 не превышает Em.

Рис. 4 Недостатком однополупериодной схемы с удвоением напряжения является большая пульсация

напряжения на нагрузке и большое внутреннее сопротивление схемы.

На рис. 5 показана однокаскадная схема удвоения напряжения, состоящая из двух диодов и двух конденсаторов.

155

Рис. 5

Рассмотрим принцип работы этой цепи (рис. 6).

Рис. 6

На этой эквивалентной схеме диоды VD1 и VD2 условно изображены ключами. В момент,

когда входное напряжение имеет, отрицательную полярность (рис. 6, а), диод VD1 открыт

(ключ замкнут), а диод VD2 закрыт (ключ разомкнут) и конденсатор C1 практически заряжается до амплитуды Em входного сигнала.

При изменении полярности, когда входное напряжение имеет положительную полярность (рис. 6, б) диод VD1 закроется (ключ разомкнут), а диод VD2 откроется (ключ замкнут). В этом случаи положительное напряжение на аноде диода VD2 станет равным сумме напряжений

156

амплитуды входного напряжения и ранее накопленного напряжения на конденсаторе С1. На нагрузке получится несимметричное относительно нулевого потенциала земли напряжение,

которое будет примерно равно удвоенной амплитуде входного сигнала 2Em.

Паление напряжения ∆U и пульсации напряжения U (рис. 5), обусловлены разрядом конденсатора С1. При отсутствии нагрузки выходное напряжение будет максимальным.

Достоинством этой схемы является небольшое количество деталей, отсутствие катушек индуктивности и малая величина пульсаций напряжения на нагрузке. Данную схему можно использовать как составной элемент для каскадного умножения при получении сверхвысоких постоянных напряжений.

4.1 Запуск программы схемотехнического моделирования Micro-Cap

Включить ЭВМ и запустить программу Micro-Cap

C:\MC10DEMO\mc10demo.exe или

ПУСК\Все программы\Micro-Cap 10 Evaluation\Micro-Cap 10 Evaluation.

В появившемся окне Micro-Cap Evaluation Version (рис. 7) собрать исследуемую схему

простейшего удвоителя напряжения (рис. 1).

157

Рис. 7

4.2 Сборка удвоителя напряжения

Собрать схему с источником синусоидального напряжения, конденсатором, диодом и резистором (рис. 1).

4.2.1 Ввод источника синусоидального напряжения

Ввести источник V1 синусоидального напряжения (Sin Source) с амплитудой Em=2

В=A=2, частотой F=2 кГц =F=2k.

Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources и выберите Sin Source

(рис. 8).

158

Рис. 8

Курсор примет форму графического изображения источника (круг со стрелкой).

Поместите его на рабочее окно.

Зафиксируйте это положение, щелкнув левой клавишей мыши. Появиться окно Sin Source. Введите 1V в окне Value, F=2k, A=2, RS=1m. Остальные значения оставьте равными нулю (рис. 9).

159

Рис. 9

Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot.

Появиться окно Plot с зависимостью напряжения источника от времени (рис.10).

Рис. 10 Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть (рис. 10). Нажмите кнопку ОК (рис. 9).

160