Добавил:
Developer Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

Лабораторные практикумы / 2 Схемотехника телекоммуникационных устройств, радиоприемных устройств

.pdf
Скачиваний:
13
Добавлен:
25.01.2024
Размер:
18.99 Mб
Скачать

С1=10 нФ, R3= 10 кОм

 

R2*=

 

 

 

 

 

 

 

 

(АЧХ

без

 

 

 

 

 

 

С2*=

подъема)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2**=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(АЧХ с подъ-

 

 

 

 

 

 

 

емом)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2*=

 

 

 

 

 

 

 

 

(АЧХ

без

 

 

 

 

 

 

С2**=

подъема)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R2**=

 

 

 

 

 

 

 

 

(АЧХ с подъ-

 

 

 

 

 

 

 

емом)

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

С1=10 нФ, R2= , C2 =

 

R3* =

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

R3**=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Повторите расчет для значения емкости, при которой АЧХ обладает наибольшим подъемом, и определите К0, f ср и f р. Результаты внесите в таблицу 1.

Для значений емкости конденсатора С2 (С2* или С2**), соответствующих максимально плоской АЧХ и АЧХ с максимальной неравномерностью (подъемом АЧХ), проведите расчет переходных характеристик, определите время установления t у и величину выброса вершины импульса U. Результаты внесите в таблицу 1.

Рассмотрим пример расчета временных характеристик ФНЧ для некоторого значения емкости конденсатора С2.

Установив в принципиальной схеме (рис.9.23) выбранное значение емкости конденсатора (например, С2**) последовательно выполните в окне схем команды Analysis

→Transient…→ Transient Analysis Limits.

Рис.9.23

В подменю (рис.9.3.56) (рис.9.23) укажите парамет-

ры анализа схемы и, выполнив команду (рис.9.3.70), проведите расчет временных характеристик (рис.9.24)

410

Рис.9.24

Активизировав пиктограмму (рис.9.3.71) (Horizontal Cursor) в окне результатов получим удобный способ оценки выброса U значения выходного напряжения, составляющего (8,219 мВ) по сравнению с установившимся значением (U уст = 213,965 мВ). Максимальное значение определяем, установив левый курсор (при нажатой левой кнопки мыши) на

переднем фронте импульса, и затем, нажав на пиктограмму (рис.9.3.46) (Peak). Маркер покажет максимальное положительное значение. Поместив правый курсор (при нажа-

той правой кнопке мыши) правее полученного значения и, нажав на пиктограмму (рис.9.3.58) (Valley), получим установившееся значение импульса. Разность уровней (Delta) регистрируется в строке вычисленных значений под графиком выходного сигнала

(рис.9.25)

Рис.9.25

411

Время установления выходного сигнала определяется разностью временных значений процесса, формирующего фронт импульса, при котором уровни составляют 0,1 U уст и 0,9 U уст установившегося значения выходного сигнала.

Для этого, вначале определяем установившееся значение выходного импульса поло-

жительной полярности, нажав на пиктограмму (рис.9.3.58) (Valley) левой кнопкой мыши. Затем, повторив процесс определения установившегося минимального значения, для правого курсора, вычисляем установившееся значение отрицательного импульса, что вместе составит амплитуду выходного импульса (Delta 356,956 мВ = U уст). Затем определяем 0,1 U уст и 0,9 U уст выходного сигнала и вычисляем время установления t у выходного сигнала. Результаты вычислений заносим в таблицу 1.

Повторите вычисления во временной области для другого значения емкости С2* и полученные значения U, t у внесите в таблицу 1.

4.2.4.2 Влияние резистора R2

Для варианта исследования влияния только резистора R2 на свойства активного ФНЧ повторите все вычисления, изложенные при изучении влияния конденсатора С2.

Для последовательной оптимизации параметров цепи обратной связи ОУ изучение влияния резистора R2 проводят для двух, полученных ранее значений емкости конденсатора С2* и С2**.

Установив в схеме ФНЧ значение емкости конденсатора, соответствующей максимально плоской АЧХ (С2*, рис.9.26) проводим анализ свойств активного фильтра в частотной области.

Рис.9.26

Для этого проводим оптимизацию значения резистора R2, обеспечивая форму АЧХ

фильтра без подъема R2*, входя в режим (рис.9.4.1) (см. раздел 2.2.4.1). Пределы изменения значения резистора R2 при этом выбираются от 1 кОм до 21 кОм

(рис.9.27, 9.28).

412

Рис.9.27

Рис.9.28

Для пределов анализа, указанных в подменю (рис.9.3.59) получаем семейство кривых, соответствующих АЧХ активного ФНЧ для различных значений компонента R2 цепи обратной связи (рис.9.29) последовательно выполнив Analysis,

AC…, OK, AC Analysis Limits, Run.

Рис.9.29

Используя подменю (рис.9.4.2), активизируя пиктограмму (рис.9.4.3) или

пиктограмму (рис.9.4.4) (Go To Branch), вычислим значение частоты среза для наименьшего (1 кОм) и наибольшего (21 кОм, рис.9.29) значений резистора R2. Значения коэффициента передачи ФНЧ К0 и частоты среза f cp, а при наличии подъема АЧХ и значение резонансной частоты f p внесите в таблицу 1.

Для значения резистора R2 = 1 кОм проведите анализ во временной области, выполнив последовательно Analysis →Transient… →ОК→ Transient Analysis Limits → Run. Ис-

пользуя временные характеристики (рис.9.30) методом двух курсоров на

413

 

 

Рис.9.30

 

 

 

 

переходной характеристике определите величину выброса

U и время установления им-

пульса t у

(при этом целесообразно в подменю

по

оси

орди-

(рис.9.3.56)

изменить

пределы

значений

нат

 

(рис.9.4.5)

для графика, выводимого на экран

монитора). Результаты измерений занесите в таблицу 1.

Проведите аналогичные исследования свойств ФНЧ в частотной и временной областях для значения емкости конденсатора С2** и резистора R2 = 1 кОм и результаты так же внесите в таблицу 1.

Повторите исследования для R2 = 21кОм, обеспечивающего наибольший коэффициент передачи ФНЧ в частотной и временной областях для значений конденсаторов С2* и С2**. Результаты так же внесите в таблицу 1.

4.2.4.3 Влияние резистора R3

Оптимизация величины резистора R3 проводится аналогично, выполненной при исследовании влияния на коэффициент передачи ФНЧ, резистора R2. При этом варьирование значения резистора R3 проводится для значений конденсатора С2 и резистора R2, обеспечивающим наибольший коэффициент передачи ФНЧ, что было определено в разде-

лах 2.2.2.3 и.2.2.2.4 (рис.9.31).

414

Рис.9.31

Пределы варьирования значением резистора R3 определены в подменю

(рис.9.4.1) (рис.9.32).

Рис.9.32

Семейство полученных кривых для значений компонентов схемы ФНЧ, представленной на рис.9.32, показывает, что АЧХ не обладает подъемом в полосе пропускания.

Используя метод двух курсоров, определите частоту среза ФНЧ f cp и коэффициент передачи К0 на рабочей частоте для двух величин сопротивлений резистора R3, обеспечивающих наибольшую и наименьшую полосу пропускания с помощью подменю

(рис.9.3.69) в окне результатов (нажатием на пиктограмму

(рис.9.4.4)). Методика использования подменю (рис.9.3.69) описана в разделе 2.2.4.1. Результаты вычислений внесите в таблицу 1.

Установив в схему значение резистора R3, соответствующего наибольшему значению полосы пропускания ФНЧ, проведите анализ его свойств во временной области, выполнив

Analysis →Transient… →ОК→ Transient Analysis Limits → Run. Результаты анализа:

величину выброса U и время установления импульса t у , внесите в таблицу 1.

415

Повторите анализ свойств ФНЧ во временной области для значения резистора R3, соответствующего наименьшему значению полосы пропускания ФНЧ. Результаты анализа (R3, U, t у) внесите в таблицу 1.

Б) Исследование свойств регулятора тембра

4.2.1 Создание принципиальной схемы регулятора тембра

Методика создания принципиальной схемы, если ее файла нет в приложении к описанию лабораторной работе, ничем не отличается от построения принципиальной схемы активного фильтра низких частот. Особенностью является применение модели потенциометров, включение которых в схему с одной стороны позволяет изображать и использовать потенциометр как в реальном устройстве, а с другой — упростить моделирование

(рис.9.33).

Рис.9.33

Принципиальная схема регулятора тембра включает три компонента Х1 — Х3, описанных макромоделями. Модель операционного усилителя К140УД7 [6], как и К140УД8В, используемая при исследовании свойств ФНЧ, задается рядом параметров при активиза-

ции пиктограммы (рис.9.3.15) строки основных компонентов окна схем (рис.9.1). Модель ОУ К140УД7 отличается от К140УД8В только значением параметров, порядок ввода которых описан в разделе 2.2.1 данного описания. При активизации пиктограммы

ОУ в окне схем, появляется подменю (рис.9.3.16), позволяющее ввести параметры ОУ, выбрав с помощью линейки прокрутки в правом окне K140UD7 (рис.9.34). При отсутствии в библиотеке

(рис.9.4.6) указан-

ной микросхемы, параметры можно ввести самостоятельно, нажав на кнопку (рис.9.3.12) при активной строке MODEL. Это приводит к появлению в окне

(рис.9.4.7) надписи New Model, которую необходимо заменить наименованием выбранного типа ОУ.

416

Рис.9.34

Затем, входя в каждое окно описания очередного параметра, его величину заменяют значением соответствующего параметра, названного ОУ. Окончание ввода всех параметров

модели подтверждается нажатием на кнопку (рис.9.4.8).

Для ввода макромодели потенциометра (переменного резистора), находясь в окне схем, необходимо последовательно (рис.9.35) выполнить

Рис.9.35

Нажатие на левую кнопку мыши, заменяет курсор на изображение потенциометра, перемещающегося в главном окне. Разместив потенциометр в главном окне, периодическим нажатием правой кнопки мыши можно его вращать, выбирая необходимое положение выводов. При отпускании левой кнопки положение потенциометра фиксируется и на подменю (рис.9.36) задаются параметры макромодели потенциометра.

417

Рис.9.36

Макромодель потенциометра размещена в библиотеке

(рис.9.4.9) и описы-

вается как компонент, обладающий тремя выводами (PINA, PINB, PINC, рис.9.37), формат описания

Рис.9.37

содержит

Атрибут Part:<имя> (например, X2 как на рис.9.36)

Атрибут NAME <имя SPISE-подсхемы> (POT MACRO)

Атрибут FILE[<имя файла>]

(POT MAC)

Атрибут PARAMS:[<<имя параметра>=<значение параметра>>]

.PARAMETR(POTSIZE= 10k,PERCENT=50)

Пользователь, при вводе атрибутов потенциометра в подменю (рис.9.36) стандартного вида, с описанным ранее назначением функциональных и активных кнопок, корректирует в окне описания только строки

(рис.9.4.10), указывающей полное значение резистора (между вывода-

ми PINA, PINС) и

(рис.9.4.11) — значение величины параметра POTSIZE в процентах между выводами PINA, PINB.

Остальные строки присваиваются программой:

(рис.9.4.12) -позиционное обозначение,

(рис.9.4.13) — наименование файла, где размещена макромодель потенциомет-

ра,

(рис.9.4.14) — (по умолчанию) массив условно графических обозначений компонентов, содержащий описание потенциометра.

В строках могут быть указаны:

(рис.9.4.15) — тип корпуса потенциометра,

418

(рис.9.4.16) — стоимость потенциометра,

(рис.9.4.17) — рассеиваемая потенциометром мощность.

Параметры генератора синусоидальных колебаний вводятся, как было рекомендовано ранее (рис.9.9, 9.10).

Приемы ввода компонентов принципиальной схемы и соединительных линий были описаны ранее в разделе 2.2.1.

4.2.2 Исследование свойств регулятора тембра в частотной области

Как видно из рис.9.33 схема регулятора обладает возможностью независимого регулирования АЧХ в области нижних и верхних частот, изменением значения потенциометров, описанных моделями Х1 и Х3, соответственно.

4.2.2.1 Регулирование АЧХ в области нижних частот

Обеспечение подъема или спада АЧХ в области НЧ достигается изменением значения

потенциометра Х1 при входе в режим (рис.9.3.60) и выбором с помощью линейки прокрутки в качестве варьируемого компонента Х1 (рис.9.38)

а)

б)

 

Рис.9.38

При этом одновременно указывается (выбором X1.R1помечено точкой вблизи вывода А)), что изменяться будет только та часть потенциометра, которая включена между выводами PINA, PINB (рис.9.37). Другая часть, между PINB, PINC, будет автоматически изменяться, вычитаясь из полного значения сопротивления потенциометра (100 кОм), как определено в описании макромодели POTSIZE – R(R1). Пределы изменения резистора X.R1 и шаг указываются (рис.9.38) после выбора варьируемого компонента.

Для версии МС9.Evaluation Version невозможна вариация одновременно нескольких компонентов (параметров). Поэтому выбор в качестве варьируемого компонента потенцио-

метра X7.R1, автоматически исключает вариацию других.

 

 

Если

при

описании

макромодели

потенциометра

в

подменю

(рис.9.4.18) (рис.9.36) указывается (рис.9.4.11), то это автоматически обеспечивает установку движка не варьируемого потенциометра в среднее положение (общее сопротивление (рис.9.4.10) делится пополам: R1 = R2)).

Последовательно выполнив, находясь в окне схем Analysis, AC…, ОК, AC Analysis Limits, Run получим семейство АЧХ (рис.9.39), для указанных на рис.9.39 условий изменения сопротивления потенциометра Х1.

419