4. Порядок виконання роботи

1. За допомогою графічного редактора MicroCap 8 створити принципову електричну схему LС-контуру згідно з заданим завданням. Схема містить джерело синусоїдального сигналу V1; послідовно увімкнену котушку індуктивності L1, паралельно увімкнений конденсатор C1 та резистор навантаження RН, номіналами L1=0,1N нГн, С1=10N мкФ, RН=0,5N кОм, де N – номер варіанту (рис.1). Конденсатор C1 вибрати з ряду Е24, а RН – з ряду Е12. Ємність конденсатора, індуктивність котушки індуктивності змінюються у процесі аналізу, опір резистора RН залишається незмінними.

Сигнал, що генерує джерело синусоїдального сигналу, задати частотою 1 кГц та амплітудою 1 В (див. Методичні вказівки, п.5.1).

Рис.1. Схема LС-фільтра в графічному редакторі MicroCap 8

2. За допомогою аналізу частотних характеристик отримати амплітудо-частотну характеристику (АЧХ) напруги та струму в резисторі навантаження (див. Методичні вказівки, п.5.2).

3. З амплітудочастотної характеристики визначити резонансну частоту LС-контуру f_рез.

4. Задати зміну ємності конденсатора С1 в межах від 0,8С1 до 1,2С1 з кроком 0,2С1 (С120%). Виявити, як змінюється резонансна частота LС-контуру зі зміною ємності конденсатора.

5. Задати зміну індуктивності котушки L1 в межах від 0,8L1 до 1,2L1 з кроком 0,2L1 (L120%). Виявити, як змінюється частота LС-контуру зі зміною індуктивності котушки індуктивності.

6. Зробити висновок про необхідність вибору допуску вибраних компонентів для забезпечення точності налаштування LС-контуру.

7. За допомогою аналізу перехідних процесів отримати осцилограми (графіки залежності від часу) напруги та струму в резисторі навантаження на частоті 1 кГц та на резонансній частоті (задати частоту джерела сигналу рівною резонансній частоті). Часовий інтервал вибрати удвічі більшим, ніж заданий на графіках джерела сигналу.

8. Зробити висновок про проходження сигналу через коло такого типу на різних частотах.

9. Записати маркування конденсатора, котушки індуктивності та резистора літерно-цифровим кодом.

5. Методичні вказівки

При аналізі частотних характеристик до входу схеми повинне бути відімкнене джерело синусоїдального SINабо імпульсногоPULSE сигналу.

При розрахунку частотних характеристик комплексна амплітуда цього сигналу автоматично вважається рівною 1 В, початкова фаза нульовою (незалежно від того, як задані значення параметрів моделі сигналу), а частота змінюється у межах, що задаються аналізом частотних характеристик.

5.1. Вибір джерела синусоїдального сигналу здійснюється командою Компоненты/Analog Primitives/Waveform Sources/Sine Source. При цьому появиться зображення джерела сигналу, а при фіксації його в робочій області відкривається вікно, у якому потрібно вказати атрибути вибраного елемента (рис.2).

Рис.2. Вікно атрибутів джерела синусоїдального сигналу

У стрічці PART задається назва джерела сигналу (за замовчуванням присвоюється ім’я чергового джерела енергії (V1,V2 і т.д.).

У стрічці MODEL потрібно задати і’я моделі джерела сигналу (наприклад, SIN, 1kHz, ZI-2). При цьому появиться назва моделі у спису моделей Voltage vs.Time,іактивуютьсястрічки для задавання параметрів моделі джерела сигналу (табл.5).

Для задавання простого синусоїдального сигналу достатньо задати його частоту та амплітуду, а решту параметрів залишити незмінними. Наприклад, F =1k, А=1 означає, що задана частота 1 кГц і амплітуда 1 В.

Таблиця 5. Параметри моделі джерела синусоїдального сигналу

Позначення	Параметр	Розмірність	Значення за замовчуванням
F	Частота	Гц	106
A	Амплітуда	В	1
DC	Постійна складова	В	0
PH	Початкова фаза	радіан	0
RS	Внутрішній опір	Ом	0,001
RP	Період повторення затухального сигналу	с	0
TAU	Стала часу зміни амплітуди сигналу за експоненціальним законом	с	0

Перевірити вигляд заданого сигналу можна натиснувши кнопку График в діалоговому вікні задавання параметрів моделі (рис.3).

Рис.3. Залежність напруги від часу змодельованого джерела синусоїдального сигналу

5.2. Аналіз частотних характеристик запускається командою Analysis/Частотные характеристики (АC) і виводить у вигляді графіків дійсні значення (Re) розрахункових величин, уявні (Im), модуль (mag), фазу (pH), значення в децибелах (db) та ін., тобто аналіз орієнтований на побудову амплітудочастотних характеристик (АЧХ) та фазочастотних характеристик (ФЧХ).

Після вибору команди аналізу частотних характеристик з’являється діалогове вікно задавання параметрів моделювання Расчет частотных характеристик (АС Analysis Limits) (рис.4).

Рис.4. Вікно задавання параметрів розрахунку частотних характеристик

У вікні задавання параметрів розрахунку частотних характеристик, показаному на рис.1, є наступні розділи: команди, числові параметри, вирази та опції (такі ж, як і в аналізі перехідних процесів).

В розділ «Числові параметри» входять:

Диапазон частот (Frequency Range) – специфікація кінцевої та початкової частоти розрахунку частотних характеристик за форматом Fmax, Fmin. Від’ємні значення частоти не допускаються. Якщо Fmin не вказана, то розрахунок не відбувається.

Количество точек (Number of Points) – кількість точок по частоті, в яких відбувається розрахунок частотних характеристик. Мінімальна кількість дорівнює 5.

Температура (Temperature) – діапазон зміни температури.

Макс. Приращение % (Maximum Change, %) – максимально допустимий приріст графіка першої функції на інтервалі кроку за частотою (у процентах від повної шкали). Береться до уваги тільки при виборі опції діапазону частоти Auto. Якщо графік функції змінюється швидше, то крок приросту частот автоматично зменшується.

Входной источник (Noise Input)– ім’я вхідного джерела, що використовується при розрахунку шумових параметрів.

Выходные узлы (Noise Output)– номери вузлів вихідних затискачів кола, в яких обчислюється спектральна густина напруги вихідного шуму кола.

Виведення результатів моделювання.

Нижче розділу «Числові параметри» і лівіше розділу «Вирази» містяться піктограми 1-5 (рис.4). Призначення піктограм 1-4 таке ж, як в аналізі перехідних процесів. За допомогою піктограми 5 можна вибрати тип виведення графіка: – у прямокутній (декартовій) системі координат, – в полярній системі координат, – на круговій діаграмі (діаграмі Сміта).

У графі Р (Plot Group)числом від 1 до 9 вказується номер графічного вікна, у якому має бути побудована введена функція. Всі функції, відмічені тим самим номером, виводяться в одному вікні. Якщо це поле пусте – графік функції не будується.

Розділ «Вирази» містить:

X Expression – ім'я змінної, відкладаються по осі Х. Зазвичай при аналізі частотних характеристик по цій осі відкладається частота (змінна F).

Y Expression – математичний вираз для змінної, що відкладається по осі Y. Це може бути проста змінна або математичний вираз, подібно, як описано для аналізу перехідних процесів. Після клацка правою кнопкою миші при розташуванні курсора у будь-якій графі Y Expression відкривається меню, за допомогою якого можна вибрати із запропонованих списків змінні та вирази, що розміщаються у цих графах.

X Range – максимальне і мінімальне значення змінної Х на графіку High [, Low].Якщо мінімальне значення дорівнює нулю, його можна не вказувати. Для автоматичного вибору діапазону змінних в цій графі вказується Auto (або AutoAlways). Зручно також зі спису, що появляється клацком правою кнопкою миші при підведення курсору у це поле, вибрати FMAX, FMIN, що позбавляє необхідності при зміні діапазону частоти моделювання, змінювати її для кожної змінної.

Y Range – максимальне і мінімальне значення змінної Y на графіку. Для автоматичного вибору діапазону змінних в цій графі вказується Auto (або AutoAlways) .

У розділі «Опції» передбачається здійснити вибір режимів дослідження:

Выходные узлы (Run Options) – управління видачею результатів розрахунку.

Начальные условия (State Variables) – установка початкових умов..

Расчет по постоянному току (Operation Point) – включення режиму за постійним струмом перед початком кожного розрахунку перехідних процесів. Дані цього режиму замінюють значення всіх початкових умов, якщо вони були встановлені.

Автомасштаб (Auto Scale Ranges) – присвоєння ознаки автоматичного масштабування "Auto" по осях X, Y для кожного нового варіанту розрахунків. Якщо ця опція вимкнена, то беруться до уваги масштаби, зазначені в графах X Range, Y Range.

Коли задані всі параметри моделювання, командою Запуск (Run) або відповідною піктограмою на панелі інструментів ініціюється процес моделювання і будуються графіки, задані введеними виразами у заданих графічних вікнах. При цьому змінюється склад меню команд (рис.5). З’являється новий режим АС, який має такі команди:

Рис.5. Список команд режиму АС

Ці команди можуть виконуватись за допомогою кнопок з піктограмами, що з’являються на панелі інструментів:

Рис.6. Піктограми команд режиму АС: Параметры анализа (1); Вариация (2); Оптимизация (4)

Якщо потрібно змінити параметри аналізу, то у розділі АС вибирається команда Параметры анализа. При цьомузнову з’являєтьсядіалогове вікно Расчет частотных характеристик, де можна задатинові параметри або змінити попередні.

Якщо курсор помістити у ділянку графіків, то з’являється іконка, у якій містяться два числа: перше означає абсцису, а друге через кому – ординату. Якщо задавалась покрокова зміна якихось параметрів компонентів, то це також відображається в іконці, при цьому вказується параметр, який змінюється і його значення.

Вихід з вікна аналізу здійснюється вибором команди Выход из Анализав розділі АС.