Лабораторный практикум 2010

Рисунок 6.16. Искажения фронта импульсного сигнала

Для подробного наблюдения фронта в окне параметров переходного режима задать верхний предел времени моделирования в диапазоне 0,4...0,8 мкс.

Воспользовавшись схемой для расчета частотных характеристик (рисунок 6.5) при возбуждении гармоническим сигналом и задав для нее расчет частотных характеристик (ко- манда Analysis\AC…), получить частотную характеристику в области высоких частот (ВЧ). Измерить верхнюю граничную частоту fв по уровню 0,7 (-3 дБ) от значения на средних часто- тах и сопоставить ее с длительностью фронта tн=0,35/ fв.

Пример расчета АЧХ в области ВЧ приведен на рисунке 6.17.

Рисунок 6.17. АЧХ в области ВЧ

Удалить со схемы ОЭ нагрузочную цепь (резистор R5, конденсатор C4 и C3). Рассчи- тать оптимальное значение корректирующей индуктивности Lopt=0,41R1/(2πfв). Включить по- следовательно с резистором R1 корректирующую индуктивность L. Выполнив расчет частот- ных характеристик для трех значений индуктивности L=0, L= Lopt, L=2 Lopt найти значения верхних граничных частот fв.

Пример расчета приведен на рисунке 6.18

Рисунок 6.18. Влияние корректирующей индуктивности Расчет можно выполнить, последовательно меняя значения корректирующей индук-

тивности. Можно воспользоваться режимом Stepping и задав в соответствующем окне три значения индуктивности. Именно так получены результаты, представленные на рисунке 6.18.

7. Лабораторная работа №5. Исследование влияния отрицательной обратной связи на свойства усилительного тракта

Цель работы: исследование свойств усилительного тракта с однопетлевой отрицатель- ной обратной связью.

Исходные данные: номинальный коэффициент усиления усилительного звена K, со- противления резисторов R1… R3. Если K не задано, принять его равным 1000. Если сопро- тивления резисторов не заданы, выбрать R1=1 кОм, R2=5 кОм, R3=200 Ом, R4=10 кОм.

Порядок выполнения работы

1. Изобразить схему моделируемого тракта, как показано на рисунке 7.1. На этом ри- сунке источник напряжения, управляемый напряжением E1, находящийся в библиотеке Component\Analog Primitives\Dependent Soyrces\ под именем VofV, моделирует операционный уси-

литель, а резистор R3 – его выходное сопротивление, а R4 – входное дифференциальное со- противление. Поэтому эти элементы помещены в графический элемент прямоугольник, не имеющий «электрической» функции. Вся схема в целом представляет собой усилительный тракт с операционным усилителем в инвертирующем включении, охваченным обратной свя- зью.

Рисунок 7.1. Исследуемая схема с обратной связью Заметим, что в данной схеме операционный усилитель далек от идеального – обладает

не очень высоким усилением, небольшим входным и конечным выходным сопротивлениями.

Используя анализ Transfer Function, найти для данной схемы коэффициент усиления с обратной связью KF, входное и выходное сопротивлений RвхF, RвыхF. Для Схемы, изображен- ной на рисунке 7.1 результат расчета приведен на рисунке 7.2.

Рисунок 7.2. Результат расчета KF, входного и выходного сопротивлений RвхF, RвыхF.

2.Разомкнув цепь обратной связи, и обеспечив неизменность электрических нагрузок

вточке разрыва установкой R5 и R6, найти исходные значения коэффициента усиления K, входного и выходного сопротивлений Rвх, Rвых. Для рассматриваемого примера модификация схемы приведена на рисунке 7.3. В данном случае R5=R3, а R6=R2+R1||R4, где последние два сопротивления включены параллельно и рассчитываются по соответствующей формуле.

Рисунок 7.3. Схема с разомкнутой обратной связью Исходные значения параметров усилительного тракта для данного примера, получен-

ные путем анализа Transfer Function, приведены на рисунке 7.4.

Рисунок 7.4. Результат расчета K, входного и выходного сопротивлений Rвх, Rвых.

Как видно, все исходные параметра заметно отличаются от параметров схемы при замкнутой обратной связи.

3. Измерить коэффициенты петлевой передачи Tвх0 и Tвх∞, обеспечив условия коротко- го замыкания и холостого хода на входных зажимах схемы так, как это показано на рисунках

7.5 и 7.6.

Рисунок 7.5. Схема для измерения Tвх0.

Рисунок 7.6. Схема для измерения Tвх∞.

Коэффициенты петлевой передачи также вычисляются методом Transfer Function, что иллюстрируется рисунками 7.7 и 7.8.

Рисунок 7.7. Результат расчета Tвх0.

Рисунок 7.8. Результат расчета Tвх∞.

4. Исключив прохождение сигнала через основной усилительный тракт, путем задания коэффициента передачи зависимого источника равным 0 (рисунок 7.9), найти коэффициент прямого прохождения сигнала по петле обратной связи k (режим погашенного усиления).

Рисунок 7.9. Схема с погашенным усилением. Пример результата расчета приведен на рисунке 7.10

Рисунок 7.10. Результат расчета коэффициента передачи при погашенном усилении. Как и следовало ожидать коэффициент прямого прохождения сигнала по петле обрат-

ной связи оказался существенно меньше единицы.

5. Используя соотношения K

F

=

K

+ k и R

= R

1+

Tвх0

найти рас-

1+

T

T

вхF

вх 1 +

вх0

вх∞

четные значения параметров тракта, охваченного обратной связью, и сопоставить их с изме- ренными.

5. Исследовать стабилизирующее влияние отрицательной обратной связи на коэффи- циент усиления. Для этого в схеме, приведенной на рисунке 7.1 выполнить измерения коэф- фициента усиления тракта с обратной связью для исходного значения K и для значения ко- эффициента усиления операционного усилителя, равного 2K.

Вычислить относительные изменения коэффициента KF.

Литература

1.Павлов В.Н. Схемотехника аналоговых электронных устройств: учеб. Пособие для студ. высш. учеб. Заведений / В.Н. Павлов. – М.: Издательский центр «Академия», 2008.

2.Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap V. – М.: Солон,

1997

3.Амелина М.А. Конспект лекций по курсу «Компьютерный анализ и синтез элек- тронных устройств» Пакет программ схемотехнического моделирования Micro-Cap 8. – Смо-

ленск, 2006.

4.Схемотехника ЭВМ. Компьютерный анализ и синтез элементов и узлов ЦВМ на ба- зе программного пакета MicroCAP-8. Учебное пособие. Сост. О.И. Курсанов, С.Г. Марков- ский, Л.А. Осипов, А.И. Попов. – С.Пб.: ГААП, 2007.