Лабораторные практикумы / 1 Основы теории цепе основы схемотехники радиоприемные устройства
.pdf
Лабораторная работа ¹ 6
Исследование на ЭВМ цепей с обратной связью с системной точки зрения
1 Цель работы
С помощью машинного эксперимента получить зависимости выходного напряжения на выходе системы с обратной связью при различных параметрах системы обратной связи.
2 Задание для самостоятельной подготовки
Изучить основные положения теории цепей с обратной связью стр. 183—184 [1], стр. 421—427 [2], стр. 685—694 [3] и стр. 356—363 [4]. Выполнить предварительный расчет, письменно ответить на вопросы для самопроверки. Познакомиться с возможностью схемотехнического моделирования стр. 107—117 [5], [6].
3 Предварительный расчет
3.1. Получить формулы и по ним построить на одном графике кривые напряжения на входе и выходе системы без обратной связи (БОС) рис. 1, если на вход подается синусоидальный сигнал с амплитудой Um = 1 В, частотой f = 1 МГц. Коэффициент усиления основной системы принять равным K(jω ) = 5. Определить величину амплитуды выходного напряжения Um2 и занести ее в таблицу 6.1.
3.2. Получить формулы и по ним построить на одном графике кривые напряжения на входе и выходе системы с обратной связью (СОС) (рис. 2), если на вход подается синусоидальный сигнал с амплитудой Um = 1 В, частотой
Ðèñ. 1 |
Ðèñ. 2 |
Лабораторная работа ¹ 6 |
91 |
|
|
f = 1 МГц, коэффициент усиления основной системы |
принять равным |
K(jω ) = 5. коэффициент обратной связи равным β (jω ) = –0,01. Определить величину амплитуды выходного напряжения Um2 и общий коэффициент переда- чи напряжения H(jω ). Повторить данный расчет для K(jω ) = 100. Занести полученные величины в таблицу 6.1.
3.3. Определить величину амплитуды выходного напряжения Um2 и общий коэффициент передачи напряжения H(jω ) системы СОС (рис. 2) при условии Re[K(jω )β (jω )] >> 1 (| Kβ | >> 1). На вход системы подается синусоидальный сигнал с амплитудой Um = 1 В, частотой f = 1 МГц. Принять коэффициент обратной связи равным β (jω ) = –0,01, Ê(jω ) принимает значения 1000, 2000 и 3000. Занести полученные величины в таблицу 6.2.
4 Порядок выполнения работы
4.1 Запуск программы схемотехнического моделирования Micro-Cap
Включить ЭВМ и запустить программу Micro-Cap
C:\MC8DEMO\mc8demo.exe
èëè
ПУСК\Все программы\Micro-Cap Evaluation 8\Micro-Cap Evaluation 8.0.
В появившемся окне Micro-Cap 8.1.0.0 Evaluation Version (рис. 3) собрать исследуемую систему без обратной связи (рис. 1).
Ðèñ. 3
92 |
Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ |
|
|
4.2Сборка схемы
4.2.1Ввод источника синусоидального напряжения
Ввести источник синусоидального напряжения с амплитудой Um = 1 Â (A = 1) и рабочей частотой f = 1 МГц (F = 1MEG).
Откройте меню Component\Analog Primitives\Waveform Sources и выберите Sine Source (ðèñ. 4).
Ðèñ. 4
Курсор примет форму графического изображения источника. Поместите его на рабочее окно так, как показано на рис. 5.
Ðèñ. 5
Зафиксируйте это положение, щелкнув левой клавишей мыши. Появится окно Sine Source. Выберите значение рабочей частоты 1MHZ, установитe галочку у Show (ðèñ. 6).
Убедитесь, что источник правильно работает. Щелкните мышкой на кнопке Plot. Появится окно с зависимостью напряжения источника от времени (рис. 7).
Закройте это окно, щелкнув на кнопке Закрыть. Нажмите кнопку ÎÊ (ðèñ. 6).
Лабораторная работа ¹ 6 |
93 |
|
|
Ðèñ. 6
Ðèñ. 7
4.2.2 Ввод усилителя основной подсистемы
Откройте меню Component\Analog Primitives\Macros и выберите усилитель
Amp (ðèñ. 8).
Курсор примет форму усилителя (треугольника). Поместите его на рабо- чее окно, возле источника и щелкните левой кнопкой мыши. Появиться окно
Amplifier Macro (ðèñ. 9).
Âîêíå Value введите значение коэффициента усиления K = 5, установите галочку у Show и нажмите кнопку OK.
Âрезультате на рабочем столе будут находиться два элемента так, как показано на рис. 10.
94 |
Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ |
|
|
Ðèñ. 8
Ðèñ. 9
Ðèñ. 10
Лабораторная работа ¹ 6 |
95 |
|
|
4.2.3 Ввод земли
Откройте меню Component\Analog Primitives\Connectors и выберите землю Ground (ðèñ. 11).
Ðèñ. 11
Установите землю снизу от источника (рис. 12).
Ðèñ. 12
4.2.4 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. 13).
В случае возникновении проблем загрузите с сайта поддержки учебного процесса (http://frisk.newmail.ru/) файл L6_1.CIR (File\Open...) (ðèñ. 14).
96 |
Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ |
|
|
Ðèñ. 13
Ðèñ. 14
4.3 Анализ системы без обратной связи при К = 5
Убедитесь, что введены все элементы правильно. Пронумеруйте узлы, нажмите кнопку нумерации узлов Node Numbers (ðèñ. 15).
Получите зависимости мгновенных напряжений на входе u1(t) = V(1) и выходе u2(t) = V(2) системы без обратной связи от времени t. Для этого в меню Analysis выберите команду Transient... (ðèñ. 16).
На экране появиться окно Transient Analysis Limits, в котором следует задать параметры построения требуемых графиков так, как показано на рис. 17.
Time Range «4u» — интервал времени (4 мкс) Tmax[, Tmin]. Maximum Time Step «0.01u» максимальный шаг интегрирования. P номер окна «1», в котором будет построен график.
Лабораторная работа ¹ 6 |
97 |
|
|
Ðèñ. 15
Ðèñ. 16
Ðèñ. 17
98 |
Глава первая. Описание лабораторных работ по ОТЦ |
|
|
X Expression «t» — аргумент функции.
Y Expression «V(1)» è «V(2)» — имена функций.
X Range «4u» — интервал отображения аргумента по оси Х. Y Range «5,-5» — интервал отображения функции по оси Y. Запустите построение, нажав кнопку Run.
На экране появиться графики зависимости напряжения на входе V(1) и выходе системы без обратной связи V(2) (ðèñ. 18).
Ðèñ. 18
Замечание. Если кривые не появились, то на клавиатуре нажмите клавишу F9 и убедитесь, что все величины для построения графиков введены правильно. Нажмите вновь кнопку Run.
По графику V(2) определите величину амплитуды выходного напряжения и занесите ее в таблицу 6.1. Графики занесите в соответствующий раздел отчета.
Таблица 6.1
|
|
Предварительный расчет |
|
Машинный эксперимент |
|
|
|
|
|
|
|
Вид системы |
K |
H |
Um2, Â |
Um2, Â |
|
|
|
|
|
|
|
ÁÎÑ (Um1 = 1 B, |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
f = 1 ÌÃö, β |
= 0) |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
CÎÑ (Um1 = 1 B, |
5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
f = 1 ÌÃö, β |
= –0,01) |
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Лабораторная работа ¹ 6 |
99 |
|
|
4.4 Работа с графиком
Отредактируйте полученные графики, используя кнопку Ò (Text Mode). Добавьте названия, введите единицы измерения по осям и т. п.
Для копирования этого изображение в отчет нажмите на клавиатуре одновременно клавиши <Alt+Print Screen>, откройте отчет (Word) и нажмите кнопку «Вставить».
4.5 Анализ системы без обратной связи при К = 100
Вернитесь к исходной схеме, нажав на клавиатуре клавишу F3. Повторите машинный эксперимент для K = 100.
4.6 Анализ системы с обратной связью при К = 5
Соберите исследуемую систему с обратной связью (рис. 2). Добавьте к предыдущей схеме подсистему обратной связи (X2) с коэффициентом переда- чи по напряжению β (jω ) = –0,01 и сумматор напряжений (X3). Для добавления сумматора (Sum) откройте меню Component\Analog Primitives\Macros è
выберите Sum (ðèñ. 19).
Ðèñ. 19
Удалите ненужные проводники, выделив их и нажав на клавиатуре кнопку Del. Произведите необходимые соединения. Выведите на экран номера узлов, нажав кнопку Node Numbers. В результате получиться схема системы с обратной связью (рис. 20).