Моделирование простых пассивных линейных цепей

Особенности графического ввода, редактирования и анализа принципиальных схем в режимах анализа переходных процессов и частотного анализа. Измерение длительности импульса, его фронтов, амплитуды и периода повторения с помощью программы MICRO-CAP.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

16

15

Федеральное агентство по образованию РФ

Рязанский государственный радиотехнический университет

Кафедра РТС

Моделирование простых пассивных линейных цепей

Выполнил:

Студент гр.716 Голубков С.Н.

Проверил:

Доцент кафедры РТС Косс В.П.

Рязань,2008

Цель работы

приобретение навыков графического ввода, редактирования и анализа принципиальных схем с помощью программы MC.

Выполнение работы

1.Предварительный расчёт

Постоянные времени (ф) для RC и RL цепей будут равны:

RC = 1500 Ом * 33 пФ = 49.5n

RL = 72мкГн / 1500 Ом = 48n

Граничная частота по уровню 0.707 для RC цепи будет равна:

fгр = 1/2рф = 1/2*3.14*49.5n = 3.3Meg

Граничная частота по уровню 0.707 для RL цепи будет равна:

fгр = 1/2рф = 1/2*3.14*48n = 3.4 Meg

2.Моделирование интегрирующей RC-цепи

Соберем схему интегрирующей RC-цепи. (рис. 1):

Размещено на

Размещено на

16

15

В данной схеме значение величины резистора R1 равно 1500 Ом, а значение величины конденсатора С1 равно 33 пФ.

Источник импульсного сигнала задан со следующими параметрами:

MODEL = PULSE; VONE = 0B; P1 = P2 = 100n; P3 = P4 = 347,5n; P5 = 695n.

Перейдём к режиму анализа переходных процессов, где укажем длительность конечного времени анализа, равную 1.5*P5 = 1.5*695n = 1042.5 и выведем оба графика в одном графическом окне но разным цветом.

Используя инструменты детального анализа графиков, измерим: длительность переднего и заднего фронтов переходного процесса на выходе схемы (узел 2) по уровням 0.1 и 0.9 от амплитуды сигнала V(2) и длительность импульса на выходе схемы (по уровню 0,5).(график 1)

График 1

Произведём многовариантный анализ переходных процессов в схеме при изменении емкости конденсатора C1. Для этого вызвав диалоговое окно Stepping выберем варьируемый элемент схемы (C1) и зададим диапазоны изменения величины C1 в пределах (16.5пФ … 82,5пФ) с шагом 16.5пФ.

Используя инструменты окна Transient Analysis, измерим максимальную и минимальную амплитуды выходных импульсов, длительность переднего (положительного) фронта и определим влияние величины конденсатора C1 на характер выходных импульсов.(график 2)

Из графика видно, что с ростом величины ёмкости конденсатора С1, кривая зависимости напряжения становится более пологой, а амплитуда уменьшается.

Повторим предыдущий пункт при изменении сопротивления резистора R1 в пределах (750Ом … 3750Ом) с шагом 750Ом. Определим влияние величины резистора R1 на характер выходных импульсов.(график 3)

Из графика видно, что он получился полностью идентичным предыдущему. Отсюда можно сделать вывод, что определяющим параметром RC-цепи является постоянная времени ф=RC.

Отключив режим вариации параметров и вызвав окно задания параметров моделирования, построим графики переходных процессов в различных графических окнах (P = 1…5), задав в каждом из окон следующие выражения для переменной Y: V(1), I(1,2), V(R1), V(C1), Q(C1).(график 4)



График 4

Из графиков видно, что колебания тока на участке 1-2 повторяют колебания напряжения на этом участке, что вытекает из закона Ома: I=U/R. Также видно, что своего максимального значения ток через резистор R1, как и падение напряжения на нём, достигает своего максимального значения в начале импульса напряжения на генераторе, а в дальнейшем убывает по экспоненциальному закону. Аналогичную форму имеет и график V(C1), что вытекает из формулы V = Q/C. При этом видно, что после прохождения импульса напряжения на генераторе ток меняет направление на противоположное.

Для расчёта частотных характеристик системы выберем режим AC. В нём укажем диапазон частот от 10кГц до 33МГц и построим графики АЧХ и ФЧХ, задав имена переменных для разных графических окон: V(2) и ph(V(2)) (график 5)

График 5

Проведём многовариантный анализ схемы в режиме AC Analysis при изменении резистора R1(график 6) и C1(график 7).

График 6

График 7

3.Моделирование дифференцирующей RC-цепи

Соберём схему дифференцирующей RC-цепи.(рис.2)

Проведём анализ дифференцирующей RC-цепи повторив предыдущие пункты.

Перейдём к режиму анализа переходных процессов.(график 8)



График 8

Произведём многовариантный анализ переходных процессов в схеме при изменении емкости конденсатора C1 в пределах (16.5пФ … 82,5пФ) с шагом 16.5пФ.(график 9)

График 9

Произведём многовариантный анализ переходных процессов в схеме при изменении емкости конденсатора R1 в пределах (750Ом…3750Ом) с шагом 750Ом.(график 10)

График 10

Построим графики переходных процессов в различных графических окнах (P = 1…5), задав в каждом из окон следующие выражения для переменной Y: V(1), I(1,2), V(R1), V(C1), Q(C1).(график 11)



График 11

Выберем режим AC, в нём укажем диапазон частот от 10кГц до 33МГц и построим графики АЧХ и ФЧХ, задав имена переменных для разных графических окон: V(2) и ph(V(2)) (график 12)

График 12

Если постоянная времени RC-цепи ф значительно больше длительности импульсного сигнала, то такая RC-цепь практически не искажает сигнал и используется в качестве разделительной цепи. Для данной схемы её график

(график 13) будет выглядеть так:

График 13

4.Моделирование RL-цепи

Соберем схему RL-цепи. (рис. 3):

В данной схеме значение величины резистора R1 равно 1500 Ом, а значение величины конденсатора L1 равно 72 мкГн.

Источник импульсного сигнала задан со следующими параметрами:

MODEL = PULSE; VONE = 0B; P1 = P2 = 100n; P3 = P4 = 340n; P5 = 680n.

Исследуем работу схемы во временной области, построив следующие графики: V(1), V(R1), V(L1), I(1,2) (график 14):

Построим амплитудно-частотные характеристики RL-цепи, задав в качестве переменных по оси Y в разных графических окнах следующие выражения:

- V(R1) - выходной сигнал снимается с резистора;

- V(L1) - выходной сигнал снимается с индуктивности.(график 15)



График 15

Заключение

принципиальная схема программа частотный анализ

На примере выполнения данной контрольной работы мы приобрели навыки графического ввода, редактирования и анализа принципиальных схем в режимах анализа переходных процессов (Transient) и частотного анализа (АС). Познакомились с многовариантным режимом (Stepping). Научились измерять длительность импульса, а также длительность его фронтов, его амплитуду и его период повторения с помощью программы MICRO-CAP.

Размещено на

...