Таблица 2. Результаты проведенных исследований.

Тогда время фронта, определяемое по уровням 0,1 ... 0,9, равно t_ф = 2,2 . Для среза аналогичноt_c = 2,2 .

Для интегрирующей цепи (Рис.2) возможны два случая:

1. Постоянная времени для этой схемы мала по сравнению с длительностью входного сигнала (t_вх » ). Конденсатор в этом случае называется дифференцирующим или укорачивающим. За время действия входного импульса он успеет полностью зарядиться или разрядиться. Таким образом, перепад входного напряжения приведет к появлению на выходе конечного по длительности импульса положительной (Рис. 6, а) или отрицательной (Рис. 6, б) полярности.

Длительность этого импульса, определенного по уровню 0,5, можно рассчитать по формуле t_{u вых} ~ 0,7 .

а) б)

Рис. 6. Переходные процессы в ВЧ-фильтре при большой длительности входного сигнала (t_н>> )

2. Длительность входного сигнала мала по сравнению с постоянной времени (t_вх << ). В этом случае напряжение на конденсаторе за время действия входного сигнала не успеет существенно измениться, и форма выходного сигнала практически повторит форму входного импульса. Конденсатор в этом случае называется разделительным или конденсатором связи. Однако на выходе будет спад плоской вершины выходного импульса _u (Рис. 7).

Рис. 7. Переходные процессы в ВЧ-фильтре при малой длительности входного сигнала (t_н<<τ)

Относительный спад плоской вершины δ_u рассчитывается по формуле:

Данной формулой можно пользоваться, если δ_u не превосходит 10 ... 15%.

Порядок проведения работы

Для схемы с интегрирующим (Рис. 1) и разделительным (Рис. 2) конденсатором:

• получить выражение для амплитудно-частотной U_Bыx(f) и переходной U_Bыx(t) характеристик;

• построить данные зависимости и по графикам определить:

f_в - верхнюю граничную частоту для схемы Рис. 1;

t_ф - фронт выходного импульса для схемы Рис. 1;

f_н - нижнюю граничную частоту для схемы Рис. 2;

δ - относительный спад плоской вершины при заданной длительности импульса для схемы Рис. 2.

• рассчитать выше указанные параметры и сравнить с графическим расчетом, а результаты занести в табл. 2.

Параметры элементов схемы и длительность входного сигнала приведены в табл. 1. Номер варианта соответствует порядковому номеру студента в учебном журнале.

Таблица 1. Варианты заданий

Рис.

Вариант №

R1, кОм

1,5

1,5

1,5

С1, нФ

1,5

1,5

1,5

R2, кОм

С2, нФ

tu, мкс

В CАПР Orcad 9.2 используя тип проекта Аналого-цифровой выполнить отрисовку принципиальной схемы для исследования частотных и импульсных свойств RC-цепи с интегрирующим и разделительным конденсатором (Рис. 8):

Рис. 8. Рабочая схема для исследования RC-цепей в частотной и временной области. Показаны маркеры для вывода напряжения в Вольтах при временном анализе и для вывода напряжения в децибелах при частотном анализе

• Открыть библиотеку элементов и используя ее разместить на рабочем поле все требуемые элементы схемы. Искать нужные элементы удобно по их именам: источник входного напряжения - VPULSE, резистор - R, конденсатор - С, земля - АGND.

• Красиво расположить элементы на рабочем поле в соответствии с принципиальной схемой Рис. 8, не соединяя их. Для этого на элемент, с которым надо что-то сделать, поместить курсор мыши и щелкнуть его левой кнопкой. При этом элемент окрасится. Отмеченный элемент можно повернуть (Ctrl/R), удалить (Delete) или переместить. В последнем случае отмеченный элемент захватить мышью и, нажав на левую кнопку, переместить в нужное место, после чего кнопку отпустить.

• Соединить элементы на рабочем поле в соответствии с принципиальной схемой. Для этого курсор мыши перевести в режим рисования соединительных линий (иконка - карандаш с тонкой линией). Подвести карандаш к выводу одного из элементов и щелкнуть левой кнопкой (ЛК). Подвести карандаш к другой точке схемы и снова щелкнуть ЛК. И так далее. Для отмены режима рисования щелкнуть правой кнопкой.

• Ввести обозначения элементов в соответствии с Рис. 8. Для этого дважды щелкнуть на элемент, а лучше на его имя. В всплывающем окне откорректировать имя.

• Установить параметры резисторов и конденсаторов. Для этого дважды щелкнуть на элемент, а лучше на его параметр. В всплывающем окне установить значение параметра. Параметры компонентов схемы приведены в табл. 1.

• Установить параметры источника напряжения V. Для этого дважды щелкнуть на элемент. В всплывающем окне установить указанные параметры.

Для частотного анализа:

AC = 1v - амплитуда входного сигнала равна 1В на всем частотном диапазоне.

Для временного анализа:

V1 = 0 - минимальное значение импульсного сигнала равно нулю;

V2 = 1v- максимальное значение импульсного сигнала равно 1В;

TD = 0- задержка импульса относительно начала временного анализа равна нулю;

TR = 0- передний фронт импульса равен нулю;

TF = 0- задний фронт импульса равен нулю;

PW = ... us- длительность импульса (t_u,в мкс) для каждого варианта задана в табл. 1.

• Сохранить схему в рабочей папке, например, D:\Student\<name>, где <name> - любое имя не включающее кириллицу, или какое-либо другое по указанию преподавателя.

Примечание: Имя папки и файла схемы не должно содержать русских букв и не должно находиться на Рабочем столе операционной системы.

2. Снять амплитудно-частотные характеристики RC-цепей. Для этого необходимо:

• Установить режим анализа по переменному току (Analysis/Setup - AC Sweep):

Decade- изменение частоты по логарифмическому закону;

Pts/Decade= 101число точек на декаду;

Start Freq= 10- начальная частота;

End Freq = 1Meg- конечная расчетная частота.

• Подключить к обоим выходам схемы (см. Рис. 8) специальный маркер измерения коэффициента передачи в децибелах (Markers - Mark Advanced - Vdb). В этом случае выходной сигнал (а так как U_вх = 1В, то и коэффициент усиления) измеряется в децибелах: К_db= 20 Lg(U_вых/U_вх).

• Запустить расчет схемы (F11 или пиктограмма ) и получить амплитудно-частотные характеристики RC-цепей.

• Воспользовавшись электронным курсором (пиктограмма ) по АЧХ определить на уровне - З дБ для схемы с интегрирующим конденсатором (Рис. 1) верхнюю граничную частоту f_в, а для схемы с разделительным конденсатором (Рис. 2) нижнюю граничную частоту f_н. Полученный результат записать в табл. 2 и сравнить с расчетными данными.

3. Снять временные характеристики RC-цепей. Для этого необходимо:

• Отключить анализ частотных характеристик и установить режим анализа во временной области (Analysis/Setup - Transient):

- Print Step = 20 ns - шаг вывода данных;

- Final Time = ...us - конечное время расчета (в мкс) зависит от варианта и определяется примерно как 2t_н;

• К входу и выходам схем вместо маркера Vdb подключить маркер для измерения напряжения (Markers - Voltage или пиктограмма ).

• Запустить расчет схемы (F11 или пиктограмма ) и получить временные зависимости.

• Воспользовавшись двумя электронными курсорами определить для схемы Рис. 1 по уровням 0,1...0,9 фронт выходного напряжения t_ф. Для схемы Рис. 2 с помощью курсоров определить амплитуду выходного импульса А и спад плоской вершины А. По этим данным рассчитать относительный спад плоской вершины .

8. Результат записать в табл. 2 и сравнить с с полученными расчетными данными.