Лабораторные работы

Радиотехнические цепи и сигналы

2. Исследование характеристик линейной стационарной цепи.

2.1. Общие положения

2.1.1. Достигаемый уровень компетентности

• Знание основных характеристик линейной стационарной цепи;

• Умение экспериментально снять частотную и переходную характеристики линейной стационарной цепи;

• Навыки использования программных пакетов компьютерного моделирования для снятия характеристик линейной стационарной цепи.

2.1.2. В процессе выполнения работы студент должен научиться:

• Использовать программный пакет Multisim10 для экспериментального исследования характеристик линейной стационарной цепи;

• Оценивать основные параметры переходной и частотной характеристики цепи по результатам её экспериментального исследования.

2.1.3. Длительность лабораторной работы – 4 часа

2.1.4. Необходимые приборы, радиодетали и материалы

• Персональный компьютер с операционной системой Windows XP;

• Программный пакет Multisim (версия 10.1);

• Принтер.

2.1.5. Указания к проведению работы

• Работа осуществляется бригадой из 23 студентов;

• После моделирования схемы, предъявить схему преподавателю.

• При оформлении отчета по лабораторной работы использовать возможности графического интерфейса пакета Multisim.

2.2. Компьютерное моделирование характеристик линейной стационарной цепи.

2.2.1 Моделирование переходной характеристики g(t).

2.2.1.1 Моделирование переходной характеристики с использованием виртуальных приборов.

В этом случае на рабочем поле Multisim из элементов панели компонентов и панели приборов собирается схема Рис 2-1.

Рис 2-1

Масштаб канала Y устанавливается равным 500 mV/Div, режим входа ─DC, скорость развертки устанавливается исходя из ожидаемой длительности переходного процесса.

Режим синхронизации ─ внешняя, по переднему фронту, однократная, уровень запуска +100 mV.

Моделирование переходной характеристики g(t) производится в следующей последовательности:

1. Подведя курсор к ключу J левой клавишей мышки, ключ устанавливается в исходное (верхнее) положение;

2. Подведя курсор к условному графическому образу (УГО) осциллографа, двойным нажатием левой клавиши производится визуализация лицевой панели осциллографа;

3. Для наблюдения переходной характеристики g(t) замыкается тумблер, расположенный наверху рабочего поля, а затем включается ключ J;

4. Для предотвращения возможного срыва изображения, после включения ключа J рекомендуется “заморозить” изображение, нажав кнопку пауза.

2.2.1.2 Моделирование переходной характеристики с использованием программы Analyses(Моделирование).

В этом случае на рабочем поле Multisim достаточно собрать упрощенную схему Рис 2-2.

Рис 2-2

Команда Analyses активизируется щелчком левой кнопки мыши по значку панели инструментов “Моделирование”. В открывшемся меню выбирается пункт “Вид анализа”, а в нем подпункт “Переходные процессы”.

Нажатием левой кнопки мыши открывается панель, “Анализ переходных процессов”, в которой устанавливаются:

1. Начальные условия - определенные пользователем;

2. Начальное время(TSTART), принимается равным 0 сек;

3. Конечное время(TSTOP), устанавливается исходя из ожидаемой длительности переходного процесса;

4. Максимальный шаг интегрирования (TMAX) – можно выбрать “создавать автоматически”.

Затем в этой же панели нажимается кнопка “Переменные”. При этом открывается два окна. В левом окне выбираются “все переменные”, каждая из которых содержит в скобках номер выходного узла. Для установления номеров всех узлов проще всего поступить так: навести курсор на рабочее поле со схемой, щелкнуть правой кнопкой мышки и в открывшемся меню выбрать “свойства” - появится панель “Схемные установки”, на которой нужно отметить пункт “отображать номера цепей”.

Вернувшись к панели “Анализ переходных процессов”- “Переменные”, нужно перенести из левого окна в правое окно те переменные, которые подлежат анализу, после чего нажать кнопку “Моделировать”.

Результаты моделирования появляются в панели “Просмотр графиков”.

Все элементы управления этой панелью располагаются вверху панели и легко идентифицируются.

2.2.2 Моделирование частотной характеристики k(2πf)

Рис 2 - 3

Для моделирования частотной характеристики собирается схема Рис 2-3.

При использовании Боде-плоттера параметры синусоидального источника напряжения Vd не играют никакой роли, так как этот прибор использует свой встроенный генератор с меняющейся частотой. Диапазон изменения частоты устанавливается на виртуальной лицевой панели прибора при его настройке.

Внимание! Несмотря на кажущуюся бесполезность источника Vd его присутствие в схеме необходимо, так как иначе программный пакет Multisim отказывается выполнять моделирование частотной характеристики исследуемой схемы!

Замечание. Если к исследуемой цепи подключены другие приборы, то амплитуду Vd следует установить небольшой (несколько мкВ), в противном случае показания этих приборов могут быть сильно искажены!

После того как схема Рис 2-3 собрана, моделирование частотной

характеристики исследуемой цепи производится в следующем порядке:

1. Подведя курсор к УГО Боде-плоттера, двойным нажатием левой кнопкой мышки производится визуализация лицевой панели данного прибора;

2. Нажатием клавиши “Амплитуда” плоттер переводится в режим измерения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) исследуемой цепи.

3. В этом режиме производится регулировка масштаба по горизонтали и вертикали, а затем – замыкание тумблера вкл/выкл, расположенного на верху рабочего поля;

4. Для проведения измерений параметров АЧХ используется вертикальный курсор, перемещением которого управляет левая клавиша мыши в нажатом состоянии;

5. Нажатием клавиши “Фаза” плоттер переводится в режим измерения фазо-частотной характеристики (ФЧХ).

6. В этом режиме так же вначале производится регулировка масштаба изображения, а затем измерение параметров ФЧХ с помощью курсора.

Полученные АЧХ и ФЧХ могут быть сохранены в отдельном файле с расширением .bod - для этого достаточно нажать клавишу “сохранить” на лицевой панели плоттера.