Часть 2. Моделирование работы мдм усилителя
1. Откройте схему mdm.ms9.
Рис.1 Схема моделирования МДМ усилителя.
Пояснение к схеме.
На рис.1 представлена схема моделирования МДМ усилителя. Каскад усиления выполнен на ОУ U1, модулятор X1 и демодулятор X2 построен на основе знакоинверторов (рис.2). Сумматор A1 предназначен для добавления синхронной помехи в модулированный сигнал. На выходе схемы подключены фильтры низких частот в виде подсхем (X3-пассивный фильтр низких частот первого порядка, X4-активный фильтр низких частот второго порядка, рис.3).
Назначение генераторов напряжения в схеме:
V1- генератор частоты модуляции,
V2-напряжение смещения,
V3-постоянное входное напряжение,
V4-переменное входное напряжение.
Назначение ключей в схеме:
J1-подключение помехи на вход усилительного каскада,
J2-выбор типа входного напряжения,
J3 -переключение схемы из режима МДМ в режим неинвертирующего усилителя,
J4-подключение к каналу С осциллографа выхода усилительного каскада, либо выхода ФНЧ 2 порядка. Переключение источников происходит синхронно с переключением ключа J3.
Рис.2 Знакоинвертор.
Рис.3 Активный ФНЧ 2-го порядка.
Запустите моделирование базовой схемы, уясните принципы ее работы.
2. Измените параметры схемы в соответствии с вашим вариантом, приведенным в табл.1. При расчете элементов ФНЧ второго порядка рекомендуется использовать методику приведенную в прил.2.
Таблица 1 Варианты заданий к пункту 1.
Вариант |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
Напряжение, вырабатываемое источником входного воздействия, [мВ] |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
15 |
20 |
10 |
Напряжение смещения ОУ, [мВ] |
8 |
12 |
16 |
9 |
13 |
17 |
10 |
14 |
18 |
7 |
Коэффициент усиления |
100 |
90 |
80 |
105 |
95 |
85 |
75 |
65 |
55 |
115 |
Частота источника входного воздействия, [Гц] |
10 |
15 |
10 |
15 |
20 |
15 |
20 |
15 |
10 |
10 |
Частота модуляции , [кГц] |
1 |
1,1 |
1,2 |
1,3 |
1,4 |
1,5 |
1,4 |
1,3 |
1,2 |
1,1 |
Частота среза ФНЧ, [Гц] |
35 |
40 |
45 |
50 |
50 |
55 |
50 |
35 |
35 |
30 |
3. Запустите
моделирование. Сравните выходы ФНЧ 1-го
и 2-го порядков. Объясните полученные
результаты. Сделайте источником сигнала
генератор переменного напряжения V4, с
помощью плоттеров Боде постройте АЧХ
и ФЧХ всех ФНЧ (АЧХ, ФЧХ для ФНЧ базового
варианта приведены на рис.4 и рис.5).
Зафиксируйте их. Для этого так же можно
использовать Grapher (вызывается нажатием
кнопки
на панели main). Заполните табл. 2.
Таблица 2 Результаты исследования ФНЧ.
|
Частота входного сигнала |
Частота модуляции |
||||
Коэффициент ослабления, |
Фаза |
Коэффициент ослабления, |
Фаза |
|||
[дБ] |
[отн. ед.] |
[ °] |
[дБ] |
[отн. ед.] |
[ °] |
|
Фильтр 1-го порядка |
|
|
|
|
|
|
Фильтр 2-го порядка |
|
|
|
|
|
|
4. Сделайте источником сигнала генератор постоянного напряжения V3. Измерьте напряжение на выходе МДМ и неинвертирующего усилителя и зафиксируйте полученные осциллограмы. Увеличьте напряжение смещения в два раза, заново измерьте напряжение на выходе МДМ и неинвертирующего ОУ U1. Запишите полученные данные.
Рис.4 АЧХ для ФНЧ базового варианта.
Рис.5 ФЧХ для ФНЧ базового варианта.
5. С помощью осциллографа оцените время выхода на режим вашей схемы при работе с ФНЧ 1-го, 2-го порядков. Обратите внимание, что на вход должно подаваться постоянное напряжение.
6. Проведите Фурье анализ (перед этим убедитесь, что источником сигнала является генератор переменного напряжения V4) на выходе модулятора (для базовой схемы это цепь out_mod), выходе демодулятора (цепь out_demod), выходе ФНЧ 1-го, 2-го порядка (fnc_1, fnc_2 соответственно). Запишите значение постоянной составляющей, зафиксируйте спектры сигналов.
Примечание: Фурье анализ производится следующим образом: меню Simulate->Analyses->Fourier analysis. В открывшемся окне (рис.6) необходимо в строке Frequency resolution ввести частоту источника входного сигнала (генератор переменного напряжения V4), в строке Number of harmonics – количество гармоник . Нажмите на кнопку Edit transient analysis, в появившемся окне необходимо ввести временные ограничения, в строке Start time укажите время выхода на режим для ФНЧ 2-го порядка, Stop time – время выхода на режим + 100 мс. На вкладке Output (рис.7) в колонке Selected variables for analysis должны быть указаны номера всех цепей, для которых должен быть проведен Фурье анализ.
Рис.6 Окно настроек Фурье - анализа.
Рис.7 Выбор цепей, для которых будет производиться анализ Фурье.
После введения всех параметров необходимо нажать кнопку Simulate, откроется окно с результатами проведенного анализа, в верхней части окна будет выведена таблица с данными, в нижней части график. На рис.8 приведен результат анализа Фурье выхода демодулятора для базового варианта.
Рис. 8 Результаты Фурье анализа.
7. Исследуйте влияние помехи (подключение производиться с помощью ключей J1) на входе усилительного каскада на выходное напряжение с помощью осциллографа при использовании ФНЧ 1-го и ФНЧ 2-го порядка.
8. Сделайте источником сигнала генератор переменного напряжения, с помощью осциллографа снимите осциллограммы сигналов, зарисуйте их, обратите внимание на то, что масштабы для различных каналов осциллографа могут не совпадать.
Содержание отчета
схемы моделирования;
осциллограммы сигналов;
АЧХ, ФЧХ ФНЧ;
графики результатов Фурье анализа;
таблицы результатов;
объяснение результатов моделирования.
Контрольные вопросы
принципы работы и структура МДМ усилителя,
назначение элементов функциональной схемы,
спектральный состав на выходах каскадов МДМ усилителя,
требования к ФНЧ, подавление помех МДМ усилителем.
Лабраторная работа №5.
Усилители с периодической компенсацией дрейфа нуля
(ПКД-усилители)