И. Ф. Яровой, С. В. Кулакова - Северо
реклама
МОДЕЛИРОВАНИЕ УЗЛОВ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ Методические указания к лабораторным работам Для студентов направления 210100 – «Электроника и наноэлектроника» Часть 1 Составители: И. Ф. Яровой, С. В. Кулакова Владикавказ 2013 0 МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ СЕВЕРО-КАВКАЗСКИЙ ГОРНО-МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ) Кафедра «Промышленная электроника» МОДЕЛИРОВАНИЕ УЗЛОВ АНАЛОГОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ Методические указания к лабораторным работам Для студентов направления 210100 – «Электроника и наноэлектроника» Часть 1 Составители: И. Ф. Яровой, С. В. Кулакова Допущено редакционно-издательским советом Северо-Кавказского горно-металлургического института (государственного технологического университета) Владикавказ 2013 1 УДК 002.6(07) ББК 73 М74 Рецензент: Доктор технических наук, профессор Дедегкаев А. Г. М74 Моделирование узлов аналоговых электронных схем: Методические указания к лабораторным работам / Сост.: И. Ф. Яровой, С. В. Кулакова; Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). – Владикавказ: Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Изд-во «Терек», 2013. 66 с. В методических указаниях даны определения основных понятий, приведена единая методологическая база моделирования аналоговых схем в системе OrCAD 16.3. Указания могут быть полезны при моделировании электронных схем различных узлов электроники. УДК 002.6(07) ББК 73 Редактор: Иванченко Н. К. Компьютерная верстка: Кравчук Т. А. Составление. Северо-Кавказский горнометаллургический институт (государственный технологический университет), 2013 Яровой И. Ф., Кулакова С. В., составление, 2013 Подписано в печать 28.01.13. Формат бумаги 60х84 1/16. Бумага офсетная. Гарнитура «Таймс». Печать на ризографе. Усл. п.л. 3,89. Тираж 30 экз. Заказ № ____. Северо-Кавказский горно-металлургический институт (государственный технологический университет). Изд-во «Терек». Отпечатано в отделе оперативной полиграфии СКГМИ (ГТУ). 362021. Владикавказ, ул. Николаева, 44. 2 Лабораторная работа №1 ЧЕРЧЕНИЕ СХЕМ В РЕДАКТОРЕ CAPTURE Цель работы: приобрести навыки создания, сохранения проекта в системе OrCAD и черчения схем для моделирования электронных устройств. Основные сведения Создание и редактирование четырех типов проектов: проекты моделирования электронных схем, чертежные проекты, проекты разработки топологии электронных схем, программируемые логические проекты, производятся при помощи графического редактора Capture (пер. Сбор данных). В состав Capture входят: собственно редактор схем, редактор библиотек компонентов и текстовый редактор. Из оболочки OrCAD Capture запускается модуль PSpice, реализующий десять стандартных типов анализа аналоговых, цифровых, смешанных аналого-цифровых схем, и параметрическую оптимизацию аналоговых схем. 1. Запуск редактора и создание нового проекта моделирования электронных схем Для запуска Capture и создания нового проекта моделирования электронных схем следует придерживаться следующего: 1. При помощи программы Проводник создайте папку с именем, являющимся вашей фамилией на английском языке (например, с именем Ivanov). В ней создайте папку с именем Lab_rab1, в которой будут сохранены файлы нового проекта. Путь к этой папке может выглядеть так: C:\Ivanov\ Lab_rab1. 2. Из главного меню Windows запустите редактор, щёлкая последовательно по кнопке и пунктам: <Пуск>→<Все программы>→< Cadence >→<Release 16.3>→<OrCAD Capture >. В появившемся окне ‘Cadence Product Choices’ (‘Выбор продукта Cadence’) оставьте предлагаемую по умолчанию строку ‘OrCAD PCB Designer PSpice’ и щёлкните по кнопке ‘OK’. На экране откроется рабочее окно редактора Capture, которое будет озаглавлено ‘OrCAD Capture’ (см. рис 1.). 3 4 Рис. 1 Рабочее окно редактора Capture после первого вызова. 5 3. Приступите к созданию нового проекта, выбрав в меню File команду New, а затем пункт Project… 4. В появившемся окне ‘New Project’: – в поле Name введите имя проекта (например, Zadanie1); – выберите опцию ‘Analog or Mixed A/D’ (‘Аналоговые или смешанные аналого-цифровые’); – в поле Location (Размещение) укажите путь к созданной папке. Для этого щёлкните по кнопке Browse (Просмотреть), в открывшемся окне ‘Select Directory’ (‘Выбор директории’) найдите папку с именем Ivanov, двойным щелчком откройте её, затем двойным щелчком откройте папку Lab_rab1 и, щёлкнув по кнопке ‘OK’, закройте окно ‘Select Directory’. В поле Location отобразится путь: C:\Ivanov\ Lab_rab1; – щёлкнув по кнопке ‘OK’, закройте окно ‘New Project’. 5. В открывшемся окне ‘Create PSpice Project’ (‘Создать проект PSpice’), не изменяя содержимое поля ‘Analog GND Symbol. opj’ (‘Символ аналоговой ‘земли’), щёлкните по кнопке OK. После этого редактором Capture автоматически создается в папке Design Resources папка с именем Zadanie1.dsn, и в рабочей области окна ‘OrCAD Capture’ открывается второе окно Организатора проекта с именем ‘C:\ Ivanov\ Lab_rab1’ и общим названием Analog or Mixed A/D. Это окно имеет две страницы с вкладками File и Hierarchy (Иерархия). На странице с вкладкой File отображается иерархическая структура проекта, которая предоставляет вам все возможности для его создания. В ней: – щёлкнув по значку +, разверните папку Zadanie1.dsn; – щёлкнув по значку +, разверните папку SCHEMATIC1; – дважды щелкнув по папке PAGE1, откройте третье окно с вкладкой PAGE1 и заголовком ‘(SCHEMATIC1 : PAGE1)’, которое накладывается на второе и является окном для ввода чертежа схемы. Применяя приемы работы с операционной системой Windows, измените: размеры окна, переместите его и добейтесь на экране такого же изображения как на рис. 2. Рабочее окно редактора CAPTURE содержит несколько панелей инструментов. Щёлкните по каждому их этих двух окон, тем самым делая их активными. Обратите внимание, что каждый раз при переходе в другое окно происходят соответствующие изменения и на панели инструментов. Выделив символ ‘земля’, узел и линию (провод), а также текст на английском языке, удалите их, нажав клавишу Delete (Удалить). 6 7 Рис. 2. Рабочее окно редактора CAPTURE с символом аналоговой ‘земли’. 2. Черчение схем проектов При вычерчивании схемы проекта можно условно выделить следующие этапы: – поиск и размещение нужных компонентов в окне ‘SCHEMATIC1 : PAGE1’; – соединение выводов компонентов с помощью проводников и/или шин. 2.1. Поиск и размещение компонентов Редактор CAPTURE имеет: библиотеки схемных обозначений компонентов, имеющих тип .olb (сокр. Слова OrcadLiBrary), библиотеки моделей, имеющих тип .lib (LIBRARIES), и библиотеки проектов, имеющих тип .opj (ORCAD PROJECT). Поэтому при поиске и размещении компонентов в окне ‘(SCHEMATIC1 : PAGE1)’ необходимо знать названия и содержимое библиотек компонентов. Так, например, часто применяемые в аналоговых схемах резисторы, конденсаторы и катушки индуктивностей хранятся в библиотеке ANALOG (Аналоговые), источники напряжений и токов – в библиотеке SOURCE (Источники), полупроводниковых диодов – в библиотеке DIODE (Диоды) или EDIODE (Европейский стандарт диодов), а биполярных транзисторов – в библиотеке BIPOLAR (Биполярные) или EBIPOLAR (Европейский стандарт биполярных транзисторов). Применяемые компоненты определяются конкретной схемой, поэтому рассмотрим черчение схемы, приведенной в задании 1. Задание 1. Создайте проект с именем Zadanie1, начертив схему мостового соединения (см. рис. 3), и сохраните его в папке Lab_rab1. При вычерчивании схемы, приведенной на рис. 3, необходимо найти и разместить на рабочей поверхности листа пять резисторов, источник постоянного напряжения и аналоговую ‘землю’. Для этого следует открыть окно ‘Place Part’, щёлкнув по кнопке (Place part) панели инструментов или щёлкая последовательно по: <Place>→<Part>. В списке Libraries окна ‘Place Part’ выделены зарегистрированные в ходе выполнения предыдущих шагов библиотеки компонентов. Щёлкнув по названию ANALOG, активизируйте библиотеку символов аналоговых компонентов. Затем в поле Part введите символ R, 8 после чего редактором автоматически будет найден символ резистора и отображен в левой нижней части окна ‘Place Part’. Чтобы поместить его на чертеже, необходимо щелкнуть по кнопке окна ‘Place Part’, после чего символ резистора ‘прилипает’ к указателю ‘мыши’. Переместив указатель ‘мыши’ в нужное место расположения резистора, щелчком, разместите один его экземпляр. Щёлкая в разных местах рабочей поверхности, разместите ещё 4 резистора (как показано на рис. 4). Режим размещения отключается при щелчке правой кнопкой по компоненту и в открывшемся меню щелчком по опции End Mode (Конец режима работы). Резистор, который был последним, выделен красным цветом. Маркировка указывает на то, что все последующие команды будут относиться только к выделенному компоненту. Любой компонент можно перемещать, копировать, а также изменять его характеристики, если только он выделен. Чтобы выделить компонент, надо щелкнуть по нему. В окне ‘Place Part’ щелчком по имени SOURCE активизируйте библиотеку символов источников напряжений и токов. Затем в поле PART введите имя источника постоянного напряжения VDC (Voltage Source Direct Current – Источник постоянного напряжения), после чего редактором будет найден символ источника и отображен в левой нижней части окна ‘Place Part’. Аналогично приведенному в предыдущем абзаце, разместите VDC на рабочей поверхности как показано на рис. 4. Закройте окно ‘Place Part’. R2 R2 R3 1k 1k 1k R4 V2 1k R1 0Vdc 1k V1 0Vdc R4 1k 0 ть окна редактора 5-ю резисторами остоянного напряжения. R5 1k 0 Рис.4. Электрическая схема Рис. 3 Электрическая схема мостового соединения. мостового соединения. 9 R1 R2 1k 1k R3 R4 1k 1k 0V V1 R5 0Vdc 1k 0 Рис. 4. Область окна редактора CAPTURE с 5-ю резисторами и источником постоянного напряжения и «земли». Щелчком по кнопке ‘Place ground’ панели инструментов откройте Рис.3. Область окна редактора окно ‘Place Ground’, щёлкните по кнопке ‘OK’ и перемещением мыши, ‘перетащите’ символ аналоговой ‘земли’ на рабочую поверхность CAPTURE с 5-ю резисторами листа. Разместите резисторы, источник постоянного напряжения и ‘земи источником постоянного напряжения. лю’ на рабочей поверхности с учетом их ориентации и взаимного расположения (см. рис. 5), зная, что выделенный компонент можно: – перемещать по рабочей поверхности мышью, удерживая нажатой левую кнопку; – повернуть на 90° против часовой стрелки нажатием клавиши R или щелчком по опции Rotate (Вращать) всплывающего меню, которое открывается щелчком правой кнопки по компоненту; – зеркально отображать горизонтально (Mirror Horizontally) или вертикально (Mirror Vertically) через всплывающее меню, которое открывается щелчком правой кнопки по компоненту. Каждый из размещаемых компонентов имеет имя и два вывода. Если, например, выделить компонент R1 и подвести курсор мыши на символ компонента, то появится всплывающая подсказка ‘/R1 Value: 1k Ref:R1’. При наведении курсора на левый вывод появится подсказка ‘/R1/1 Number:1’ (Первый вывод R1), а если навести курсор на правый вывод, то появится подсказка‘/R1/2 Number:2’(Второй вывод R1). 10 R2 R3 1k 1k V2 R1 0Vdc 1k R4 1k R5 1k 0 Рис. 5.Рис.5. СхемаСхема мостамоста до установки соединений. до установки соединений. Взаимное расположение компонентов проектируемой схемы и их ориентировка (см. рис. 5) проводятся с учетом последующих соединений между ними и отображения результатов расчета (проводимых модулем PSpice для схем постоянного тока) в окне ‘(SCHEMATIC1:PAGE1)’. При этом следует учитывать и придерживаться следующих положений: – при размещении компонента, один из его выводов (например, Number:1) размещается в одном из узлов координатной сетки (Grid Size), которая нанесена на рабочую поверхность листа с шагом, равным 2,5 мм, что равно 0,1 дюйма; – расстояние, на котором компоненты размещаются от верхней, левой, нижней и правой границ координатной сетки, должно обеспечивать возможность их поворота и ‘зеркального отображения’; – для цепей постоянного тока расчет значений напряжений в каждом узле схемы и их знак (‘+’ – плюс; ‘-‘ – минус) модуль PSpice производит по отношению к ‘земле’. Расчет значений токов производится в каждой ветви схемы, а их направления определяются так: ‘+’ – прямое направление от узла с высоким потенциалом к узлу с низким потенциалом, ‘-’ – обратное направление. В модели каждого резистора предопределено, что ток протекает от вывода с номером 1 (Number1) к выводу с номером 2 (Number2). Поэтому вывод резистора с номером 1 необходимо соединять с узлом, имеющим более высокий потенциал (или с выводом ‘+’ источника напряжения); 11 – при анализе схем постоянного тока, рассчитанные модулем PSpice значения напряжений и токов отображаются на рабочей поверхности в непосредственной близости от размещаемых компонентов. Поэтому, до приобретения навыков вычерчивания схем, компоненты следует располагать так, чтобы длина предполагаемого соединения между выводом компонента и узлом схемы была не менее трех шагов координатной сетки. Для схемы, приведенной на рис. 3, вывод ‘+’ источника VDC необходимо соединять с выводами, имеющими номер 1, резисторов R2 и R3, а вывод ‘-‘ источника – с выводами, имеющими номер 2, резисторов R4 и R5. Для этого следует, последовательно выделяя каждый из вышеперечисленных резисторов, трижды повернуть его на 90° против часовой стрелки и расположить, как показано на рис. 5. 2.2. Соединение выводов компонентов Чтобы сделать необходимые соединения, т. е. провести монтаж схемы, необходимо щёлкнуть по кнопке Place Wire (Разместить провод) панели инструментов или последовательно щёлкая по: <Place>→<Wire>. После этого курсор примет форму креста, и далее: – подведите курсор и щёлкните по выводу ‘+’ источника VDC; – перемещением мыши ведите курсор вверх до того места, где проводка должна свернуть направо и ведите курсор вправо, а затем щёлкнув в месте изгиба, ведите курсор вниз до пересечения с выводом 1 резистора R3. Щёлкните по выводу 1 резистора R3. Первое соединение готово; – подведите курсор на вывод 1 резистора R2, щёлкните по нему, а затем ведите курсор вверх до горизонтальной линии и щёлкните в месте пересечения с ней. Второе соединение готово. Щелкните правой кнопкой в месте пересечения и в открывшемся всплывающем меню щёлкните по опции End Wire (Конец провода), курсор примет обычную форму. Обратите внимание на появившейся узел схемы; – повторно щёлкните по кнопке панели инструментов, курсор примет форму креста. Подведите курсор к выводу ‘-‘ источника VDC и, повторив процедуры, описанные в предыдущих пунктах, начертите необходимые соединения, чтобы схема выглядела так, как показано на рис. 3. 12 Формирование соединений завершается щелчком правой кнопки по любому месту соединения, а затем в открывшемся меню щёлкните по опции End Wire. Если требуется установить соединение с большим количеством изгибов, нужно просто щёлкнуть (курсор должен иметь вид креста) в месте предполагаемого сгиба, а затем продолжить вести проводку в нужном направлении. Неверно установленное соединение легко удаляется. Для этого оно вначале выделяется щелчком по нему, а затем нажимается клавиша Delete клавиатуры. Сохраните ваш проект, последовательно щёлкая по: <File>→<Save>, или щёлкнув по кнопке ‘Save document’. Завершите работу с редактором Capture, последовательно щёлкая по <File> → <Exit> или щёлкнув по кнопке, закрывающей окно ‘OrCAD Capture’. Щелчком по кнопке ‘Yes’ окна ‘Save Files In Project’ подтвердите сохранение внесенных изменений в проекте. Следует помнить, что исполняемый файл, созданный редактором Capture, имеет значок: , имя: Zadanie1, тип: Orcad Capture Project File Type и сохраняется в папке, имеющей путь доступа ‘C:\ Ivanov\ Lab_rab1’. В этой же папке редактором Capture создается папка Zadanie1-PSpiceFiles и сохраняются необходимые файлы проекта. Повторное открытие проекта можно провести двумя способами: – при помощи программы Проводник найдите и разверните папку Ivanov, затем откройте папку Lab_rab1 и дважды щёлкнув по значку – Zadanie1 исполняемого файла проекта, откройте его; – выполните п. 1.2. (в рабочем окне ‘OrCAD Capture’), щёлкая последовательно по пунктам: < File >→<Open>→<Project>. В открывшемся окне ‘Open Project’ найдите папку Ivanov, откройте её (дважды щёлкнув по ней), затем откройте папку Lab_rab1 и двойным щелчком по значку – Zadanie1 откройте проект. 3. Выполнение работы 3.1. Включите ПК и запустите OrCad Capture. 3.2. Создайте проект с именем Zadanie1, начертите схему, приведенную на рис. 4. Сохраните проект в папке Lab_rab1 и завершите работу с Capture. Откройте повторно созданный проект, при необходимости устраните ошибки в начерченной схеме, затем сохраните его и завершите работу с редактором CAPTURE. 13 3.3. Создайте пять проектов с именами Zadanie2, Zadanie3,…, Zadanie6, содержащие схемы, приведенные соответственно на рис. 6, 7, 8, 9, 11 и сохраните их в папке Lab_rab1. После создания и сохранения каждого проекта следует открывать его, проверять начерченную схему, повторно его сохранять и завершать работу с редактором Capture. Замечания: на рис. 10 приведена рабочая поверхность окна редактора для схемы усилителя (см. рис. 11) до проведения соединений. В схемах на рис. 6,7,8,9,11 применяются: V1, V2, V3 – источники напряжения, синусоидально изменяющегося во времени. Символ источника этого напряжения хранится в библиотеке SOURCE и имеет имя VSIN. L1 C1 1n V1 10uH VOFF = VAMPL = FREQ = V1 VOFF = VAMPL = FREQ = R1 1k 0 Рис. 6. Схема последовательного колебательного контура. Рис.6. Схема последовательного колебательного контура. ко L1 V1 10uH 0 последовательного ьного контура. VOFF = VAMPL = FREQ = C1 1n R1 1k L1 10uH R1 1k 0 Рис.7. Схема параллельного Рис. 7. Схема последовательного колебательного контура. колебательного контура. 14 Рис D1 D1N4148 V1 VOFF = VAMPL = FREQ = V3 R1 1k VOFF = VAMPL = FREQ = V2 VOFF = VAMPL = FREQ = D2 D1N4148 0 Рис.8. Схема двухполупериодного Рис. 8. Схема двухполупериодного выпрямителя. выпрямителя. D1 D1N4148 D3 D1N4148 D5 D1N4148 D4 D1N4148 D6 D1N4148 V3 R1 1k VOFF = VAMPL = FREQ = C1 1n R2 1k D2 D1N4148 0 двухполупериодного прямителя. 0 Рис.9. Схема мостового выпрямителя с емкостным фильтром. Рис. 9. Схема мостового выпрямителя с емкостным фильтром. 15 V2 0Vdc R1 1k R3 1k C3 Q1 C1 1n 1n 0 Q2N3053 V1 VOFF = VAMPL = FREQ = R2 1k R4 1k C2 1n R5 1k Рис.10. Чертежная поверхность с позиционированными и ориентированными компонентами. Рис. 10. Чертежная поверхность с позиционированными и ориентированными компонентами. R1 1k R3 1k V2 0Vdc C3 1n Q1 C1 1n Q2N3053 R5 1k V1 VOFF = VAMPL = FREQ = R2 1k R4 1k C2 1n 0 Рис.11. Схема усилительного каскада с ОЭ. Рис. 11. Схема усилительного каскада с ОЭ. 16 4. Форма отчетности Отчет должен содержать: – цель работы и основные положения по пункту 1; – имена библиотек схемных обозначений компонентов, описание правил размещение компонентов и формирования соединений между ними; – шесть начерченных схем. 5. Контрольные вопросы 1. Каково назначение каждого окна, приведенного на рис.2 ? 2. Что нужно знать при взаимном расположении компонентов схемы и их ориентировке ? 3. Поясните, как реализуются соединения между выводами компонентов? 6. Литература 1. Хайнеман Р. Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE: пер. с нем. М.: ДМК Пресс, 2008.-336с.: ил. 17 Лабораторная работа №2 МОДЕЛИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ СХЕМ ПОСТОЯННОГО ТОКА Цель работы: совершенствование навыков создания новых проектов, получение результатов моделирования аналоговых схем постоянного тока и их оценка ‘классическими’ методами. Основные сведения Для нового проекта вначале создается папка, в которой размещаются файлы проекта, затем запускается редактор CAPTURE. В нем последовательно выполняются нижеприведенные процедуры. Черчение схемы Черчение схемы проводится с соблюдением правил, приведенных в п. 2 лабораторной работы № 1. Редактирование свойств компонентов схемы Для того чтобы начерченная схема точно соответствовала заданной, компонентам следует задать нужные имена и определить их характеристики. При работе с редактором Capture имена, значения и другие характеристики компонентов называются свойствами (Properties). Свойства задаются в окне ‘Property Editor’ (‘Редактор свойств’) или в окне ‘Display Properties’ (‘Отобразить свойства’). Окно ‘Property Editor’ открывается двойным щелчком по символу компонента, а окно ‘Display Properties’ – двойным щелчком по значению компонента. Создание профиля моделирования Профиль имеет имя, приставка в котором определяет один из стандартных типов (видов) анализа электронной схемы, для которого задаются параметры настройки. Для простого анализа схем постоянного тока модулю PSpice необходимо задать тип анализа Bias (Напряжение/ток смещения). В этом случае профиль имеет имя SCHEMATIC1-bias и модуль PSpice 18 реализует расчет напряжений во всех узлах, токов во всех ветвях схемы и мощностей, отдаваемых источниками и рассеиваемых пассивными компонентами схемы. Этот профиль создается системой OrCAD автоматически после вычерчивания схемы. Моделирование схемы и получение результатов Процесс моделирования запускается щелчком по кнопке Run PSpice или щёлкая последовательно по: <PSpice>→<Run>. Результаты моделирования отображаются на схеме в непосредственной близости от её компонентов при включении трех видов кнопок: – Enable Bias Voltage Display (Разрешить индикацию напря- жения рабочих точек), – Enable Bias Current Display (Разрешить индикацию токов) и – Enable Bias Power Display (Разрешить индикацию мощности). Щелчком по одной из этих кнопок производится её включение, а при повторном щелчке кнопка выключается. Сохранение проекта Чтобы сохранить созданный проект, необходимо последовательно щёлкнуть по: <File>→<Save>, или щёлкнуть по кнопке ‘Save document’ (Сохранить документ). Задание 1. Создайте проект, в котором рассчитываются напряжения в узлах, токи в ветвях, отдаваемую источником и рассеиваемые мощности резисторами схемы постоянного тока, представленной на рис. 1. Получите результаты моделирования и проведите их анализ. Создайте папку с именем Lab_rab2, имеющую путь доступа C:\Ivanov\ Lab_rab2 и запустите редактор Capture. Соблюдая изложенное в п. 1 лабораторной работы №1, создайте проект и дайте имя Zadanie1. Учитывая изложенное в п. 2 лабораторной работы № 1, начертите схему мостового соединения, приведенную на рис. 2. Редактирование свойств компонентов схемы проведём двумя способами. При первом способе, двойным щелчком по символу компонента открывается окно ‘Property Editor’ (Редактор свойств), которое содержит гораздо больше свойств, чем вам требуется в данный 19 R3 1k R2 3k R3 7.6k R1 V1 10Vdc 1k R5 1k R4 6k R5 2k 0 Рис.2. Схема с отредактированными Рис. 1. Схема с отредактированными значениями свойств компонентов значениями свойств компонентов. R2 1k R3 1k R1 V1 V1 0Vdc 10Vdc 1k R4 1k R5 1k 0 0 Рис.1. Электрическая схема Рис. 2. Электрическая схема мостового соединения. мостового соединения. момент. Поэтому, в окне ‘Property Editor’ из раскрывающегося списка ‘Filter by:’ (Отфильтровать до:) выберите пункт OrCAD-PSpice и закройте это окно, щёлкнув по кнопке ‘OK’. После этого список доступных для редактирования свойств будет сокращен до тех, которые 20 необходимы для модуля PSpice. Имена компонентов редактируются в поле ввода ‘Reference’ (Ссылка), а значения – в соответствующих полях окна ‘Property Editor’. Отредактируйте значение свойства DC источника постоянного напряжения V1, открыв окно ‘Property Editor’ и введя с клавиатуры в поле DC – 10Vdc. Остальные свойства V1 оставьте без изменений (‘по умолчанию’). Двойным щелчком по символу R2 повторно откройте окно ‘Property Editor’. Отредактируйте значение сопротивления резистора R2, введя с клавиатуры в поле Value значение 3 kOm. При втором способе, для редактирования каждого из свойств компонентов R3, R4 и R5 необходимо трижды открыть окно ‘Display Properties’ двойным щелчком по значению свойства соответствующего компонента схемы. В схеме, приведенной на рис. 1, резистор R3 должен иметь значение 7.6 kОм. Выделите значение резистора R3, щёлкнув по 1k, а затем дважды щёлкните по нему, чтобы открыть окно ‘Display Properties’. В поле Value этого окна введите с клавиатуры 7.6k и щёлкните по кнопке ‘OK’. Повторите эту процедуру для резисторов R4 и R5, установив им соответственно значения 6 k и 2 k. Заметим, что второй способ редактирования свойств является эффективным для ‘простых’ компонентов с одним значением. Профиль моделирования схемы постоянного тока создается системой OrCAD автоматически после вычерчивания схемы, отображается в поле с именем Active Profile, находящимся в левом верхнем углу окна ‘OrCAD Capture’. Профиль имеет имя и приставку – bias: SCHEMATIC1-bias. Он является активным, что индицируется красным цветом его значка в окне организатора проекта ‘C:\Ivanov\ Lab_rab2’ на странице с вкладкой File, если открыта папка PSpice Resources (Ресурсы модуля PSpice) и её подпапка Simulation Profiles (Профили моделирования). Запустите процесс моделирования щёлкнув по кнопке – Run PSpice или щёлкая последовательно по: <PSpice>→<Run>. Если появится окно ‘Undo Warning’, в нем следует установить флаг перед ‘Do not show this box again’ (Не показывать это окно опять) и щёлкнуть по кнопке ‘Yes’. После непродолжительных вычислений появится свернутое окно ‘SCHEMATIC1:bias-PSpise A/D’. Разверните его, и в информационном окне, расположенном в левом нижнем углу, прочтите выданные сообщения об ошибках или о завершении моделирования. Если моделирование завершается успешно, то фрагменты сообщений выглядят так: 21 Simulation Profile: SCHEMATIC1:bias1 … Circut read in and checking, no errors (Схема прочитана и проверена, ошибок нет) … Bias point calculated (Вычислена точка смещения) Simulation complete (Моделирование завершено). Закройте окно ‘SCHEMATIC1:bias-PSpise A/D’. Включите кнопку индикации напряжения, занесите значения напряжений в узлах схемы в отчет. Проведите простейшие расчеты ‘вручную’, проверьте, выполняется ли второй закон Кирхгофа для трех контуров схемы? Занесите расчеты в отчет. Повторным щелчком по кнопке индикации напряжения выключите её. Включите кнопку индикации тока, занесите значения токов в ветвях схемы в отчет. Проведите расчеты ‘вручную’, проверьте, выполняется ли первый закон Кирхгофа для каждого узла схемы? Занесите расчеты в отчет. Повторным щелчком по кнопке индикации тока выключите её. Включите кнопку индикации мощности, зафиксируйте результаты в отчете, затем выключите её. Включите одновременно кнопки , , и занесите в отчет схему, с указанием напряжений, токов и мощностей на ней. Сохраните проект в папке Lab_rab2. Задание 2. Создайте проект, в котором рассчитываются напряжения в узлах, токи в ветвях, отдаваемые источниками и рассеиваемые мощности резисторами двух схем постоянного тока, приведенных на рис. 3. Получите результаты моделирования. R1 R2 700 200 R9 3k R11 V3 1k V1 5Vdc V2 10Vdc R5 4k R7 5k R4 R3 100 1k R6 4k R8 2k 10Vdc R10 6k 0 R12 4k 0 Рис. 3. Схемы с Рис.3. резисторами и источниками постоянного напряжения. Схемы с резисторами и источниками постоянного напряжения. 22 Последовательно: – создайте проект с именем Zadanie2; – начертите две схемы, приведенные на рис. 3; – отредактируйте свойства компонентов двух схем; – запустите процесс моделирования. Зафиксируйте две схемы с вычисленными значениями напряжений, токов и мощностей. Сохраните созданный проект в папке Lab_rab2. Для наглядности (рис. 4) приведены две схемы с результатами моделирования, полученными после включения кнопки индикации токов в ветвях. Рис. 4. Схемы с резисторами и источниками постоянного напряжения. Иногда вовсе не нужно знать все значения токов, напряжений и мощностей, затрудняющих чтение чертежа. В этом случае ненужные значения можно скрывать, а затем при необходимости их отображать. Чтобы скрыть значение напряжения, необходимо щёлкнуть по нему, а затем щёлкнуть по кнопке – Toggle Voltages On Selected Net(s) (Включить/выключить напряжения в выбранном сегменте проводки). Чтобы отобразить скрытое напряжение, необходимо щёлкнуть по нужному сегменту проводки, а затем – по кнопке . Чтобы скрыть значение тока, необходимо щёлкнуть по нему, а затем – по кнопке – Toggle Currents On Selected Part(s)/Pin(s) (Включить /выключить токи в выбранном выводе компонента). Для отображения скрытого значения тока необходимо щёлкнуть по выводу компонента, у которого отображалось скрытое значение тока, и по кнопке . Чтобы скрыть значение мощности, необходимо щёлкнуть по компоненту, а 23 затем по кнопке – Toggle Power On Selected Part(s) (Включить/выключить мощность в выбранном компоненте). Для отображения скрытого значения мощности необходимо щёлкнуть по компоненту, а затем – по кнопке . Для повышения читабельности чертежа можно пользоваться кнопкой -Zoom in (I) (Увеличение масштаба изображения), а для возврата чертежа в исходное состояние – кнопкой (Уменьшение масштаба изображения). Zoom out (О) 3. Выполнение работы 3.1. Включите ПК и запустить OrCad Capture. 3.2. Выполните задания 1, 2. 4. Форма отчетности Отчет должен содержать: – цель работы и основные положения по пункту 2; – схему мостового соединения резисторов (см. рис. 1) с результатами моделирования и проверочные расчеты ‘вручную’; – две схемы (см. рис. 3) с вычисленными значениями напряжений, токов и мощностей. 5. Контрольные вопросы 1. Поясните понятия ‘свойства компонентов’ и ‘профиль моделирования’. 2. Как задаются свойства компонентов и профиль моделирования для схем постоянного тока? 3. Как отобразить результаты моделирования? 4. Сформулируйте 1-й и 2-й законы Кирхгофа для схемы, приведенной на рис. 1. 6. Литература 1. Хайнеман Р. Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE: пер. с нем. – М.: ДМК Пресс, 2008.-336с.: ил. 24 Лабораторная р абота №3 МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМЫ УСИЛИТЕЛЬНОГО КАСКАДА С ОБЩИМ ЭМИТТЕРОМ НА БИПОЛЯРНОМ ТРАНЗИСТОРЕ Цель работы: приобрести навыки: создания проекта моделирования схемы усилительного каскада с четырьмя профилями; получения результатов моделирования каскада по постоянному току, во временной и частотной областях; и проведения анализа полученных результатов. ОСНОВНЫЕ СВЕДЕНИЯ Описание работы усилительного каскада Усилителем называется устройство, предназначенное для увеличения параметров электрического сигнала (напряжения, тока, мощности). Часто на вход усилителя подается напряжение переменного тока, а на выходе получают усиленную ‘копию’ этого напряжения. Усилители могут работать: – в линейном режиме (в режиме малого сигнала). К этим усилителям предъявляется требование получения выходного напряжения, усиленного и близкого по форме к входному. Это достигается благодаря пропорциональной передаче усилителем мгновенных значений напряжения; – в нелинейном режиме, при котором пропорциональность в передаче мгновенных значений входного напряжения отсутствует. Важным параметром усилителей является коэффициент усиления по напряжению, который определяется отношением амплитуды выходного синусоидального напряжения к амплитуде входного синусоидального напряжения. Самой распространенной транзисторной усилительной схемой является схема с общим эмиттером, приведенная на рис. 1. На рис. 2 приведена эта схема, начерченная при помощи редактора Capture. Основными элементами схемы (см. рис. 1 и рис. 2) являются источник питания +EК (V2), транзистор n-p-n типа Q1 и резистор RК (R3). Эти элементы образуют главную цепь усилительного каскада, в которой за счет протекания управляемого коллекторного тока, создается усиленное переменное напряжение на выходе схемы (т. е. на нагрузочном резисторе RН (R5), включаемом параллельно выводам коллектора транзистора и ‘земли’). 25 Rк 2k R1 10k +Ek Cр2 Q1 Cp1 18V 1u 0 1u Rн 400 Q2N3053 V1 Rэ 660 R2 2k VOFF = 0 VAMPL = 0.01V FREQ = 10k Cэ 470u VOFF = 0 VAMPL = 0.0 FREQ = 10k 0 Рис. 1. Схема усилтельного каскада с ОЭ и общепринятыми обозначениями Рис.1. Схема усилительного каскада с ОЭ и резисторов и конденсаторов. общепринятыми обозначениями резисторов и конденсаторов. +Ek 18V V2 Q1 Q2N3053 1u I1 0Adc 1u 0Vdc 18V C2 C1 0 Q2 R3 2k R1 10k Q2N3053 0 R5 400 0 V1 R2 2k VOFF = 0 VAMPL = 0.01V FREQ = 10k R4 660 Рис.3. C3 получения выходных Схема для построения линии нагру транзистора и 470u 0 Рис. 2. Схема усилительного каскада с ОЭ, начерченная в Capture. Рис.2. Схема усилительного каскада с ОЭ, начерченая в Capture. 26 усилительного каскада с ОЭ и и обозначениями резисторов и в. Рис.2. Схема усилительн начерченая в Capture. Q2 V3 0Vdc Q2N3053 I1 0Adc 0 Рис.3. дляполучения получения выходных характеристик Рис. 3.Схема Схема для выходных зарактеристик транзистора транзистора и построения линии нагрузки. и построения линии нагрузки. Остальные элементы схемы на рис. 1 являются вспомогательными. Резисторы R1 и R2 создают напряжение смещения на базе транзистора и тем самым обеспечивают заданный режим работы усилительного каскада по постоянному току. Конденсаторы CP1(С1) и CP2(С2) разделяют переменную и постоянную составляющие входного и выходного напряжений, усилительного каскада. Резистор RЭ (R4) является элементом отрицательной обратной связи, предназначенной для стабилизации режима покоя каскада при изменении температуры. Конденсатор CЭ (C3) исключает отрицательную обратную связь по переменной составляющей тока. В целом элементы RЭ, CЭ стабилизируют работу каскада в широком интервале изменения температуры. Постоянные составляющие тока и напряжения определяют так называемый режим покоя усилительного каскада и характеризуют состояние схемы при отсутствии входного напряжения. Различают режимы А, В, С и D. Параметры режима покоя по входной и выходной цепям определяются положением рабочей точки на входных IБ = f1(VБЭ) и выходных IК = f2(VКЭ) характеристиках транзистора. Здесь: IК и IБ – токи коллектора и базы транзистора; VБЭ, VКЭ – напряжения база – эмиттер и коллектор – эмиттер. В каскадах предварительного усиления применяется режим А, при котором рабочая точка выбирается на линейном участке входной характеристики IБ = f1(VБЭ). В этом случае транзистор открыт напряжением смещения и по цепи коллектора протекает постоянный ток IК. При поступлении входного синусоидально изменяющегося во времени напряжения V1(t) на выходе кас27 када появляется синусоидально изменяющееся напряжение V2(t) в противофазе по отношению к входному напряжению. Режим А характерен тем, что форма выходного напряжения V2(t) повторяет форму входного напряжения и каскад имеет большой коэффициент усиления по напряжению. В основу ‘классического’ анализа работы усилительного каскада по постоянному току положен графоаналитический метод, при котором используются графические построения и расчетные выражения, получаемые при некоторых ограничениях. Приведем основные из них. На выходных характеристиках транзистора IК = f2(VКЭ) строится линия нагрузки каскада по постоянному току, представляющая собой геометрические места точек, координаты (VКЭ, IК) которых соответствуют возможным значениям рабочей точки каскада. Аналитически линия нагрузки описывается на основании второго закона Кирхгофа для ветви EК-RК-Q1-RЭ: EК= RКIК+ VКЭ + VЭ, (1) где VЭ = IЭRЭ – падение напряжения на резисторе RЭ. Повышение VЭ увеличивает глубину отрицательной обратной связи по постоянному току в каскаде, что повышает его температурную стабильность. Обычно VЭ выбирают равным (0.1÷0.3)EК. По исходно заданному сопротивлению RН, для увеличения коэффициента усиления по напряжению выбирают RК=(3÷5)RН. Для упрощения построения линии нагрузки, в выражении (1) полагают IК ≈ IЭ, затем получают уравнение: 𝐸К = 𝑉КЭ + 𝐼К (𝑅К + 𝑅Э ), (2) и построение линии проводят по двум точкам уравнения (2): – точке с координатами IК= 0, VКЭ = ЕК, характеризующей режим холостого хода; – точке с координатами VКЭ = 0, IК = EК/(RК + RЭ), характеризующей режим короткого замыкания. После этого на входной характеристике транзистора 𝐼Б = 𝑓1 (𝑉БЭ ) выбирают нужное значение IБ. Затем определяют координаты рабочей точки, как точки пересечения выходной характеристики транзистора для выбранного IБ и линии нагрузки. Обычно в режиме А работы каскада рабочую точку выбирают на середине линии нагрузки. 28 Выражения для расчета сопротивлений R1 и R2 получают из схемы каскада: R2 = VБ / IД = (VЭ + VБЭ) / IД, (3) R1 = (EК – VБ) / (IД + IБ), (4) где IД – ток делителя, протекающий через резистор R2. Для аналогичной схемы усилительного каскада с ОЭ на p-n-p транзисторе вышеприведенные выражения и допущения справедливы, если в ней изменить полярность напряжений и направления токов на противоположные. Основной целью расчета усилительного каскада по переменному току является вычисление коэффициента усиления по напряжению: KV = Vm2 / Vm1, (5) где Vm1 – амплитуда входного синусоидального напряжения; Vm2 – амплитуда выходного напряжения усилителя. Основным показателем каскада предварительного усиления является амплитудно-частотная характеристика (АЧХ), отражающая зависимость абсолютного значения KV от частоты. На низких частотах разделительные конденсаторы CP1 и CP2 увеличивают сопротивление, что уменьшает KV. На высоких частотах KV уменьшается из-за паразитных емкостей и собственных ограничений транзистора. Диапазон частот, в котором усилитель работает эффективно, называют шириной полосы пропускания усилителя. Например, усилители звуковых частот имеют частотный диапазон от 16 Гц до 20 КГц. Задание 1. Создайте проект, в котором рассчитывается режим работы по постоянному току усилительного каскада на n-p-n транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером (см. рис. 1 и рис. 2). По результатам расчета на выходных характеристиках транзистора начертите линию нагрузки по постоянному току и укажите положение на ней рабочей точки каскада. Схема для получения выходных характеристик транзистора и построения линии нагрузки приведена на рис. 3. Создайте папку с именем Lab_rab3, имеющую путь доступа C:\Ivanov\ Lab_rab3 и запустите редактор Capture. Соблюдая изложенное в п. 2.1 лабораторной работы №1, создайте проект и дайте ему имя Zadanie1. 29 Учитывая изложенное в п. 2.2 лабораторной работы № 1, начертите схемы, приведенные на рис. 2 и рис. 3. Редактирование свойств компонентов схемы, приведенной на рис.2, проведите согласно изложенному в лабораторной работе №2. Создание профилей моделирования Напоминание: профиль имеет имя, приставка в котором определяет один из стандартных типов (видов) анализа электронной схемы, для которого задаются параметры настройки. Создать профиль означает выбрать один из стандартных типов анализа электронной схемы и корректно задать параметры настройки. Согласно заданию проект должен иметь два профиля моделирования. Первый профиль моделирования для простого анализа схемы каскада по постоянному току имеет имя SCHEMATIC1-bias. Этот профиль создается системой OrCAD автоматически после вычерчивания схем, приведенных на рис. 2 и рис. 3. Запустите процесс моделирования, щёлкнув по кнопке -Run PSpice. Разверните окно ‘SCHEMATIC1:bias-PSpice A/D’ и по завершению моделирования (если нет ошибок) закройте его. Включите кнопку индикации напряжений, занесите в отчет значения напряжений между узлами схемы и ‘землей’. По полученным данным рассчитайте напряжения VБЭ, VКЭ, VЭ, VБ и занесите их в отчет. Выключите кнопку индикации напряжения. Включите кнопку индикации токов, занесите в отчет значения токов в ветвях схемы (IД = I(R1/1), IБ = I(Q1/b)). Подставьте полученные значения в формулы (3), (4), рассчитайте R2, R1 и сравните их значения со значениями, приведенными в схеме. Рассчитайте IД = EК/(R2 + R1) (где EК равно напряжению источника питания V2, т. е. напряжению между его выводом [/V2 Value : VDC Ref : V2] и ‘землей’), сравните это значение с полученным в результате моделирования. Выключите кнопку индикации токов. Включите кнопку индикации мощностей, занесите в отчет мощности, потребляемые каскадом от источника питания и мощность, рассеиваемую коллектором транзистора Q1. Выключите кнопку индикации мощностей. Для получения выходных характеристик транзистора и построения линии нагрузки каскада необходимо задать анализ типа DC Sweep (Развертка анализа по постоянному току). В ходе анализа DC Sweep будет проводиться целая серия простых анализов схемы постоянного 30 тока, приведенной на рис.3. В качестве основной переменной каждой серии зададим напряжение источника V3 (т. е. напряжение между выводом [/V3 Value : VDC Ref : V3] источника и ‘землей’), которое будет изменяться от 0 В до максимально допустимого напряжения эмиттер-коллектор транзистора Q2 (равное 18 В). В качестве параметра серии выберем ток базы (вывод [/Q2/b Number:2]) транзистора Q2. Создайте и сохраните второй профиль анализа DC Sweep с именем SCHEMATIC1-DC Sweep последовательно выполняя нижеприведенные четыре пункта. 1. Щёлкните по кнопке New Simulation Profile (Новый профиль моделирования) или последовательно щёлкайте по: <PSpice>→<New Simulation Profile >. Откроется окно ‘New Simulation’ (‘Новое моделирование’). 2. В поле Name: (Имя:) этого окна введите DC Sweep (Развертка анализа по постоянному току) и щёлкните по кнопке Create (Создать), после чего откроется окно ‘Simulation Settings – DC Sweep’ (‘Установки моделирования), имеющее несколько страниц с вкладками. 3. Ознакомьтесь с содержанием окна ‘Simulation Settings – DC Sweep’, в котором следует задать необходимые параметры настройки для этого стандартного типа анализа схемы модулем PSpice. На странице с вкладкой Analysis (Анализ) в поле с выпадающим списком Analysis type: (Тип анализа:), выберите тип DC Sweep (если он автоматически не выбран). В разделе Options: (Опции:), который находится под выпадающим списком, выберите опцию Primary Sweep (Основная переменная анализа). В дальнейшем под опцией будем понимать элемент выбора. Затем в разделе Sweep variable (Переменная анализа) выберите пункт Voltage source (Источник напряжения) и в поле Name: введите имя источника напряжения V3 схемы, представленной на рис. 3. После этого в разделе Sweep type: (Тип анализа:) оставьте установленный тип Linear (Линейный); в поле Start value: (Начальное значение:) введите начальное значение напряжения 0V (0В); в поле End value: (Конечное значение:) введите верхнюю границу изменения напряжения 18V (18В), и в поле Increment (Приращение) введите 0.01V (0.01В). В разделе Options: выберите опцию Parametric Sweep (Параметр развёртки) и аналогично проведите установку параметров тока источника I1: в разделе Sweep variable выберите пункт Current source (Источник тока) и в поле Name: введите I1. Затем в разделе Sweep type: оставьте установленный тип Linear; в поле Start value: введите началь31 ное значение тока источника I1 (т.е. тока базы транзистора Q2) – 20uA (20мкА); в поле End value введите конечное значение 26 uA (26мкА), а в поле Increment – шаг приращения тока базы 3uA (3мкА). 4. Щёлкните по кнопкам: <Применить>→<OK> закройте окно ‘Simulation Settings – DC Sweep’ и сохраните профиль. Активизируйте окно организатора проекта ‘C:\Ivanov\ Lab_rab3’, щёлкнув по нему. На странице с вкладкой File откройте папку PSpice Resources (Ресурсы модуля PSpice), а затем её подпапку Simulation Profiles (Профили моделирования), в которой будут зарегистрированы два профиля SCHEMATIC1 -bias и SCHEMATIC1-DC Sweep, значок последнего будет иметь красный цвет. Это свидетельствует о том, что этот профиль является активным. Одновременно профиль SCHEMATIC1-DC Sweep включается в выпадающий список поля Active Profile (Активный профиль), находящимся в левом верхнем углу окна ‘OrCAD Capture’. Выбором элемента списка этого поля активизируется нужный профиль в проекте с несколькими профилями. Активизируйте профиль SCHEMATIC1-DC Sweep выбрав его в выпадающем списке поля Active Profile (если это необходимо) и запустите процесс моделирования. После непродолжительных вычислений появится окно с именем ‘SCHEMATIC1-DC Sweep-PSpice A/D’. По окончанию расчета модулем PSpice трех выходных характеристик транзистора Q2, в этом окне появится новое окно ‘Available Sections’ (Доступные секции). В нем выделены три секции рассчитанных данных, доступных для вычерчивания графиков. Щелчком по кнопке ‘OK’ закройте это окно. На экране появится окно модуля Probe с именем ‘SCHEMATIC1-DC Sweep-PSpice A/D-[DC Sweep (active)]’, большую часть которого занимает область с осями координат. Для получения выходных характеристик транзистора Q2 последовательно щёлкните по <Trace (Диаграмма)>→ <Add Traces (Добавить диаграммы)>. В левой части открывшегося окна ‘Add Traces’ щёлкните по IC(Q2), а затем по кнопке ‘OK’. На экране появятся выходные характеристики транзистора Q2. Для измерения координат точек графиков воспользуйтесь курсором, в индикаторном окне которого отображаются точные значения координат. Активизируйте курсор щёлкнув по кнопке – Toggle cursor (Включить / выключить курсор) или последовательно щёлкая по: <Trace>→<Cursor>→ <Display (Отобразить)>. В правом нижнем углу появится окно курсора. Подведите курсор к интересующей точке од32 ного из графиков и щёлкните по ней. В результате в окне курсора отобразятся координаты трех точек выходных характеристик транзистора. Во второй строке окна курсора отображается значение координаты на оси абсцисс (например, X Value 8.948 В). Токи коллектора транзистора трех выходных характеристик (для 3-х токов базы транзистора IБ1=20мкА, IБ2=23 мкА, IБ3=26мкА) обозначены IC(Q2) и их значения отобразятся в 3-й, 4-й и 5-й строках окна курсора: IC(Q2) 2.9812 m(мА), IC(Q2) 3.423 m(мА), IC(Q2) 3.8692 m(мА). Вычислим максимальный ток в точке пересечения линии нагрузки с осью ординат: IКМ=EК/(R3+R4)=18/(2000+660)=0.0068A=6.8 мА, а затем вычислим тангенс угла наклона линии нагрузки к оси абсцисс: α = IКМ / EК = 0,0068 / 18 = 3,7710-4 [A/B]. Тогда уравнение линии нагрузки запишется: IК = 0,0068 – αVКЭ или IК = 0,0068 – 3,77Е – 4V_V3, где V_V3 – напряжение источника V3(см. рис. 3). Последовательно щёлкая по: <Trace>→<Add Traces (Добавить диаграммы)>, откройте окно ‘Add Traces’. В поле Trace Expression: (Выражение диаграммы:), расположенном в нижней части окна, введите выражение линии нагрузки: 0,0068 – 3,77Е – 4 V_V3. Щёлкните по кнопке ‘OK’, на экране будет отображена линия нагрузки. Занесите в отчет графики выходных характеристик транзистора Q2, линию нагрузки и координаты рабочей точки каскада. Для наглядности выходные характеристики и линия нагрузки приведены на рис. 4. Задание 2. Проведите анализ работы усилительного каскада (см. рис. 2) по переменному току в режиме А на частоте f = 10 КГц. Получите амплитудно-частотные характеристики каскада. Для исследования временных характеристик усилительного каскада на его вход подается синусоидально изменяющееся во времени напряжение V1(t) = Vm1sin(ωt), где V1(t) – мгновенные значения синусоидального напряжения, Vm1 – амплитуда синусоидального напряжения, ω = 2πf – угловая частота (измеряемая в радиан/секунду), t – время в секундах. Период – это промежуток времени между повторениями однотипных событий. Для синусоидального напряжения период определяется выражением T = 2π / ω = 1 / f, где f – частота (количество повторений в секунду), измеряемая в Герцах. 33 Верхняя граница интервала времени, на котором производится расчет и построение диаграмм напряжений, токов, мощностей, необходимых для исследования, определяется длительностью переходного процесса усилительного каскада. На первых этапах моделирования начальное время полагается равным 0, а верхняя граница выбирается равным 5 Т. Символ источника синусоидального напряжения хранится в библиотеке SOURCE (Источник), имеет имя VSIN и несколько свойств. Двойным щелчком по символу компонента VSIN откройте окно ‘Property Editor’, в котором отредактируйте значения обязательных свойств: AC=0 – амплитуда напряжения при анализе в частотной области; VOFF=0 – постоянная составляющая напряжения; VAMPL=0.01V – амплитуда синусоидального напряжения; FREQ=10 KHz (10 КГц) – частота синусоидального напряжения; TD=0 – задержка синусоидального напряжения; DF=0 – коэффициент затухания синусоидального напряжения; PHASE=0 – начальная фаза синусоидального напряжения. Для расчета временных зависимостей напряжений, токов, мощностей в электронных схемах, в модуле PSpice используется анализ типа Transient (Переходный процесс). Создайте и сохраните третий профиль анализа Transient с именем SCHEMATIC1 – transient, последовательно выполняя нижеприведенные пункты. 1. Щёлкните по кнопке New Simulation Profile (Новый профиль моделирования) или последовательно щёлкая по: <PSpice>→<New Simulation Profile >, откройте окно ‘New Simulation’ (‘Новое моделирование’). 2. В поле Name: (Имя:) этого окна введите transient (Переходный процесс) и щёлкните по кнопке Create (Создать), после чего откроется окно ‘Simulation Settings – transient’ (‘Настройка моделирования переходного процесса’), имеющее несколько страниц с вкладками. 3. Ознакомьтесь с содержанием окна ‘Simulation Settings – transient’, в котором следует задать необходимые параметры настройки для этого стандартного типа анализа модулем PSpice. На странице с вкладкой Analysis (Анализ) в поле с выпадающим списком Analysis type: (Тип анализа:) автоматически будет выбран тип Time Domain (Transient) (Временная область). Если он автоматически не выбран – выберите его. В поле Run to time: (Выполнять до времени:) введите верхнюю границу интервала времени анализа переходных процессов – 0,0005 s (с). Это значение вычисляется для частоты f = 10 КГц, в этом случае 34 T = 1/f = 0,0001s (с) и верхняя граница равна 5Т = 0,0005 s (с). В поле Start saving data after: (Начало сохранения данных после:) введите 0 s (с). В поле Maximum step size: (Максимальная величина шага:) введите величину на два порядка меньше верхней границы – 0,000005 s (с). Заметим, что модуль PSpice автоматически определяет максимальную величину шага времени (Maximum step size), между контрольными точками расчета, для которых он проводит анализ схемы. Если токи и напряжения на определенных интервалах времени изменяются слишком резко, то PSpice автоматически выбирает малый Maximum step size, а при незначительных изменениях токов и напряжений – большую величину шага времени. Это сокращает время проведения расчетов, не нанося ущерба качеству анализа. 4. Щёлкните по кнопкам: <Применить>→<OK>, закройте окно ‘Simulation Settings – transient’ и сохраните профиль. Созданный профиль является активным, поэтому сразу можно запустить процесс моделирования, щёлкнув по кнопке . После непродолжительных вычислений на панели задач рабочего стола ОС Windows появится свернутое окно модуля Probe (часто называемого программой – осциллографом) с именем ‘SCHEMATIC1 – transient – PSpice A/D – [transient (active)]’. Разверните это окно, щелчком по нему. С помощью модуля Probe можно не только графически отображать результаты моделирования в виде диаграмм, но и математически связывать друг с другом различные результаты моделирования. Последовательно щёлкая по: <Trace>→<Add Trace (Добавить диаграмму)>, откройте окно ‘Add Traces’. Открыть окно ‘Add Traces’ можно также, щёлкнув по кнопке с изображением стилизованной диаграммы -Add Traces. В левой части окна ‘Add Traces’ перечислены напряжения (относительно ‘земли’) узлов, токи всех ветвей схемы и мощности, рассеиваемые элементами схемы усилительного каскада. Например: напряжение на первом выводе источника входного синусоидального напряжения V1 имеет обозначение V(V1:+); напряжение на втором выводе конденсатора C2 (т. е. выходное напряжение каскада)-V(C2:2); напряжение на первом выводе резистора R5-V(R5:1), (оно равно V(C2:2)); ток, протекающий по R3 – I(R3); ток, протекающий по R5 – I(R5); мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора Q1 – W(Q1), а мощность, рассеиваемая на резисторе R5 – W(R5). 35 Для представления результатов моделирования в виде диаграммы следует: – щелкнуть в левой части окно ‘Add Traces’ по величине, значения которой необходимо представить в виде диаграммы, отправьте её в строку Trace Expression: (Выражение диаграммы:). В случае необходимости в этой строке всегда можно отредактировать введенное выражение; – подтвердить свой выбор щелчком по кнопке OK. В центральной части окна можно указать, какие данные вы хотели бы видеть в списке диаграмм. Если необходимо видеть в списке диаграмм аналоговые и цифровые данные, тогда должны быть отмечены флажком опции (элементы выбора) Analog (Аналоговые) или Digital (Цифровые). С помощью опций Voltages (Напряжения) и Currents (Токи) вы определяете, какие данные следует отобразить в окно ‘Add Traces’: только напряжения, только токи, либо и напряжения и токи одновременно. В правой части окна ‘Add Traces’ приводится список имеющихся в Probe математических операций и стандартных функций. Величины, перечисленные в левой части окна ‘Add Traces’, в строке Trace Expression:, можно связывать друг с другом с помощью различных математических операций и стандартных функций. Например, функции: ABS(x) – вычисляет абсолютное значение x, SQRT(x) – корень квадратный от x; M(x) – амплитуда от x; R(x) – действительная часть от x; IMG(x) – мнимая часть от x; DB(f) – амплитуда от f в дБ (в децибелах) и др. Щелчком в левой части окна ‘Add Traces’ по имени V(V1:+) отправьте его в строку Trace Expression:. Подтвердите свой выбор, щёлкнув по кнопке OK. На экране появится диаграмма напряжение источника V1. Если вы ошиблись при выборе имени, или вас не устраивает полученная диаграмма, её можно удалить. Чтобы удалить диаграмму, сначала нужно щелчком левой кнопки ‘мыши’ выделить её имя, расположенное внизу окна Probe, и затем нажать клавишу Delete. Расположите вторую диаграмму выходного напряжения каскада V(С2:2) над диаграммой входного напряжения, как это принято в электронике. Для этого щёлкните по: <Plot (Чертеж)>→<Add Plot to Window (Добавить чертеж окно)>, после чего на экране появится еще одна система координат. Щёлкнув по <Trace>→<Add Trace>, откройте окно ‘Add Traces’. Щёлкните в левой части окна по имени V(C2:2), отправив его в строку Trace Expression:, а затем щёлкните по кнопке OK. 36 37 -2.0m 0 2.0m 4.0m 6.0m 8.0m 0V IC(Q2) 6V 8V V_V3 10V 12V 14V Рис. 4. Выходные характеристики транзистора N3053 и линия нагрузки. 4V 2V 0.0068-3.77E-4*V_V3 16V 18V 38 -10mV 0V 10mV 0s SEL>> -500mV 0V 500mV 50us 100us 150us 200us Time 250us 300us 350us 400us Рис. 5. Диаграммы входного и выходного напряжений усилительного каскада. V(V1:+) V(R5:1) 450us 500us Занесите в отчет полученные две диаграммы, которые для наглядности приведены на рис. 5. Для более четкого представления полученных диаграмм в печатном виде необходимо: – сохранить их в ячейке для информационного обмена (Clipboard), щёлкнув по: <Window>→<Copy to Clipboard>. В появившемся окне ‘Copy to Clipboard -Color Filter’, оставив автоматически выбранный пункт ‘change white to black’ (‘изменить белый на черный цвет’), щёлкните по кнопке OK; – свернуть окна ‘SCHEMATIC1 – transient – PSpice A/D – [transient (active)]’ и ‘OrCAD Capture’ и запустить редактор Word; – вставить в нужное место страницы полученные диаграммы, нажав одновременно клавиши Shift+Insert; – при необходимости распечатать эту страницу. Активизируйте курсор, щёлкнув по кнопке -Toggle cursor. Определите амплитуды входного и выходного напряжений каскада, зафиксируйте их в отчете и ‘вручную’ вычислите KV. Удалите эти диаграммы. Аналогично получите две диаграммы: тока, протекающего по резистору R5 – I(R5), и мощности, рассеиваемой R5 – W(R5). Занесите диаграммы, которые для наглядности приведены на рис. 6, в отчет. Для получения амплитудно-частотных характеристик усилительного каскада необходимо задать анализ типа AC Sweep (Развертка по переменному току), который называется ‘Анализ схемы переменного тока в заданном частотном диапазоне’. В этом случае на вход усилительного каскада необходимо подать переменное напряжения от источника VSIN. Из всех свойств источника VSIN для проведения анализа переменного напряжения используется только амплитуда AC, значение которой положите равной 0,01 В. Значения остальных свойств игнорируется во время анализа переменного напряжения, однако им следует обязательно задавать некоторые значения. Поэтому, дважды щёлкнув по символу компонента VSIN, откройте окно ‘Property Editor’, в котором отредактируйте только значение AC=0.01V, а значения остальных свойств оставьте без изменений: VOFF=0, VAMPL=0.01V, FREQ=10KHz, TD=0, DF=0, PHASE=0. Создайте и сохраните четвертый профиль анализа AC Sweep с именем SCHEMATIC1-AC Sweep, последовательно выполняя нижеприведенные пункты. 1. Щёлкните по кнопке New Simulation Profile или по: <PSpice>→<New Simulation Profile >. Откроется окно ‘New Simulation’. 39 2. В поле Name: этого окна введите AC Sweep и щёлкните по кнопке Create, после чего откроется окно ‘Simulation Settings – AC Sweep’, имеющее несколько страниц с вкладками. 3. Ознакомьтесь с содержанием окна ‘Simulation Settings – AC Sweep’, в котором следует задать необходимые параметры настройки для этого стандартного типа анализа модулем PSpice. На странице с вкладкой Analysis в поле с выпадающим списком Analysis type: автоматически будет выбран тип AC Sweep/Noise. Если он автоматически не выбран – выберите его. Подготовьте на этой странице все для проведения анализа схемы усилительного каскада в частотном диапазоне от 10 кГц до 500 кГц для 1000 точек (поле Points/Decade (Число точек на декаду)). Введите в поле Start Frequency (Начальная частота): 10kHz, а в поле End Frequency (Конечная частота): 500kHz. Поля в разделе Noise Analysis оставьте незаполненными, так как в данный момент не проводится анализ шумовых характеристик. 4. Щёлкнув по кнопкам: <Применить>→<OK>, закройте окно ‘Simulation Settings – AC Sweep’ и сохраните профиль. Активизируйте окно организатора проекта ‘C:\Ivanov\Lab_rab3’ и убедитесь в том, что этот профиль является активным. При необходимости активизируйте его. Запустите процесс моделирования. После непродолжительных вычислений на панели задач рабочего стола ОС Windows появится свернутое окно модуля Probe с именем ‘SCHEMATIC1-AC SweepPSpice A/D-[AC Sweep(active)]’, разверните его. Щёлкнув по: <Trace>→<Add Trace> или по кнопке , откройте окно ‘Add Traces’. Выберите в списке диаграмм напряжение на выходе усилительного каскада V(R5:1) и щёлкните по кнопке OK. На экране отобразится частотная характеристика выходного напряжения каскада, которая для наглядности приведена на рис. 7. Занесите её в отчет. Обратите внимание на то, что модулем Probe автоматически выбрано логарифмическое масштабирование оси частоты, при котором четко видна полоса пропускания усилительного каскада. Щёлкните по: <Plot>→<Axis Settings (Настройка осей)>, после чего откроется окно ‘Axis Settings’. В разделе Scale (Масштаб) отметьте опцию Linear (Линейный) и подтвердите свой выбор щелчком по кнопке OK. Посмотрите, как выглядит частотная характеристика. Занесите её в отчет. Интересующая нас полоса пропускания практически не видна. Поэтому графическое изображение с линейным масштабированием оси 40 41 -2.0mA -1.0mA 0A 1.0mA 0s SEL>> 0W 400uW 800uW I(R5:1) W(R5) 50us 150us 200us Time 250us 300us 350us Рис. 6. Диаграммы тока и мощности, рассеиваемой нагрузкой. 100us 400us 450us 500us 42 432.35mV 10KHz V(R5:1) 432.40mV 432.45mV 432.50mV 432.55mV 100KHz Frequency 300KHz Рис. 7. Частотная характеристика выходного напряжения усилительного каскада. 30KHz 1.0MHz 43 43.235 10KHz ABS(V(R5:1)/V(V1:+)) 43.240 43.245 43.250 43.255 30KHz 100KHz Рис. 8. Частотная зависимость |KV|. Frequency 300KHz 1.0MHz частот не используется в электронике. Повторно откройте окно ‘Axis Settings’, отметьте в разделе Scale опцию Log (Логарифмический) и щёлкните по кнопке OK. Для быстрой замены логарифмического масштабирования оси частоты на линейное и наоборот, в модуле Probe предусмотрена специальная кнопка – Log X Axis. Проверьте, как с помощью этой кнопки можно переключаться от линейного масштабирования оси X к логарифмическому и обратно. Удалите диаграмму, щёлкнув по имени □V(R5:1), а затем нажмите клавишу Delete. Следует помнить, что при логарифмическом масштабировании оси X логарифм от нуля есть минус бесконечность. Поэтому, если начать моделирование при начальной частоте (поле Start Frequency) 0 Гц, то при логарифмическом масштабировании оси X модуль Probe ‘зависает’ и выводит на экран сообщение об ошибке. Чтобы избежать этого, следует начинать моделирование с начальной частоты, равной 1 Гц. Получите диаграмму частотной зависимости абсолютного значения, коэффициента усиления каскада KV, определяемого отношением амплитуды выходного напряжения V(R5:1) к входному V(V1:+). Для этого щелчком по <Trace>→<Add Trace> откройте окно ‘Add Traces’ и в строку Trace Expression введите выражение ABS(V(R5:1)/V(V1:+)). Заметим, что строка Trace Expression ведет себя как обычный текстовый редактор, курсор которого можно перемещать и устанавливать с клавиатуры в любое место по вашему желанию, а также редактировать введенный текст. Поэтому ввести выражение ABS(V(R5:1)/ V(V1:+)) можно в следующей последовательности: – щёлкните по имени стандартной функции ABS(); – поместите курсор между скобками этой функции; – последовательно щёлкните по имени V(R5:1), по знаку операции деления / и по имени V(V1:+). Щёлкнув по кнопке OK, посмотрите как выглядит частотная зависимость абсолютного значения KV, которая для наглядности приведена на рис. 8, и занесите её в отчет. Щёлкните по кнопке Log X Axis, посмотрите частотную зависимость KV при линейном масштабировании оси частот. 3. Выполнение работы 3.1. Включить ПК и запустить OrCad Capture. 3.2. Выполните задания 1,2. 44 4. Форма отчетности Отчет должен содержать: 4.1. Цель работы и основные положения по пункту 2.1. 4.2. При выполнении задания 1 приведите: – полученные в результате моделирования напряжения во всех узлах, токи во всех ветвях схемы, мощность, потребляемую от источника питания, мощности, рассеиваемые на коллекторе транзистора Q1 и на резисторе R5; – рассчитанные VБЭ, VКЭ, VЭ, IД, R2, R1; – графики выходных характеристик транзистора N3053, линию нагрузки и координаты рабочей точки. 4.3. При выполнении задания 2 приведите: – две диаграммы входного и выходного напряжений усилительного каскада и вычисленный KV; – две диаграммы тока, протекающего по резистору R5, и мощности, рассеиваемой на R5; – частотную характеристику выходного напряжения с логарифмическим масштабированием оси частот; – частотную характеристику выходного напряжения с линейным масштабированием оси частот; – частотную характеристику абсолютного значения KV с логарифмическим масштабированием оси частот. 5. Контрольные вопросы 1. Поясните принцип работы усилительного каскада и назначение элементов схемы, приведенной на рис. 1. 2. Какие типы анализа усилительного каскада реализуются при создании каждого из четырех профилей? 3. Поясните пункты, выполняемые при создании каждого из трех профилей: SCHEMATIC1 – DC Sweep, SCHEMATIC1 – transient, SCHEMATIC1 – AC Sweep. Как активизировать профиль? 4. Поясните назначение элементов окна модуля Probe (Зонд) и строки Trace Expression (Выражение диаграммы). Поясните назначение пяти стандартных функций, выполняемых модулем Probe над величинами, перечисленными в левой части окна ‘Add Traces’. 5. Как получить временные зависимости входного и выходного напряжений усилительного каскада? Как нагляднее распечатать две временные диаграммы? 45 6. Какое свойство функции Log(x) обязательно учитывается при логарифмическом масштабировании оси частот? 6. Литература 1. Хайнеман Р. Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE / пер. с нем. – М.: ДМК Пресс, 2008. – 336 с.: ил. 46 Лабораторная работа №4 МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМ МОСТОВОГО ВЫПРЯМИТЕЛЯ И МАЛОМОЩНОГО ИСТОЧНИКА СТАБИЛИЗИРОВАННОГО НАПРЯЖЕНИЯ Цель работы: овладеть приёмами и техникой моделирования маломощных схем мостового выпрямителя и источника стабилизированного напряжения; научиться получать характерные диаграммы напряжений и токов схем и анализировать полученные результаты. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1. Общие сведения о выпрямителях Выпрямитель – это устройство, предназначенное для преобразования энергии источника переменного тока в постоянный ток. Обычно источником переменного тока является промышленная сеть с синусоидально изменяющимся во времени напряжением, имеющим действующее значение 220 В и частоту 50 Гц. Основное назначение выпрямителей заключается в сохранении направления тока в нагрузке при изменении полярности напряжения на входе выпрямителя. В зависимости от мощности, потребляемой нагрузки, различают выпрямители: малой мощности – несколько сотен Вт, средней мощности – десятки-сотни кВт, большой мощности – более сотен кВт. Для суждения о периодическом токе (напряжении) вводятся понятия о среднем и действующем значении тока (напряжения) за период. Средние значения тока (напряжения) в основном применяются для выбора типа диодов выпрямителей. Действующее (среднее квадратическое) значение тока IД численно равно такому постоянному току, при котором за один период в проводнике с тем же сопротивлением выделяется такое же количество тепла, как и при переменном: Iд = Im/ 2 , где Im – амплитуда синусоидального тока. Аналогично среднеквадратические значения для синусоидальных напряжения или э.д.с. называются действующими и связаны с амплитудами выражениями: 47 Vд = Vm / 2; Eд = Em / 2. 2. Описание работы мостового выпрямителя D1 D1N4148 D2 D1N4148 D3 D1N4148 D4 D1N4148 V1 VOFF = 0 VAMPL = 18V FREQ = 50Hz R1 100 0 Рис. 1. Схема мостового выпрямителя. Принцип действия выпрямителя рассмотрим, приняв нагрузку выпрямителя чисто активной – R1 с сопротивлением 100 Ом (см. рис. 1). В схеме э.д.с. вторичной обмотки трансформатора заменена э.д.с. источника синусоидального напряжения V1, имеющего следующие основные свойства: постоянная составляющая напряжения – VOFF=0V; амплитуда напряжения -VAMPL=18V; частота синусоидального напряжения – FREQ=50 Hz. Остальные свойства источника V1 зададим равными 0: AC = 0 V, TD = 0 s, DF = 0, PHASE = 0. Выпрямленное напряжение на нагрузке (на R1) имеет вид однополярных полуволн. Это получается в результате поочередного отпирания пар диодов D2, D3 и D1, D4. Диоды D2, D3 открыты на интервале [0,π] при полуволне напряжения источника V1 положительной полярности. При этом ток протекает от вывода +V1 через D2, R1, D3 к выводу – V1, создавая на R1 напряжение той же полярности, что и напряжение источника. При наличии полуволны напряжения источника V1 отрицательной полярности (интервал [π-2π]) открываются диоды D1, D4, под48 ключающие это напряжение к R1 с той же полярностью, что и на предыдущем интервале. Ток протекает от вывода – V1 через D4, R1, D1 к выводу + V1. Диоды D1-D4 имеют тип D1N4148, хранятся в библиотеке EDIODE и имеют следующие основные параметры: максимальный прямой ток IF = 100 mA; максимальное обратное напряжение VR = 100 V. В этой схеме максимальное обратное напряжение на каждом диоде равно амплитуде напряжения источника V1. Обычно на выходе выпрямителя включается фильтр, ослабляющий переменную составляющую выходного напряжения выпрямителя. Характер входной цепи фильтра совместно с нагрузкой R1 определяет вид нагрузки выпрямителя. На рис. 2 приведена схема мостового выпрямителя с LC-фильтром. D1 D1N4148 D2 D1N4148 L1 V1 VOFF = 0 VAMPL = 18V FREQ = 50Hz 40uH D3 D1N4148 D4 D1N4148 C1 470uF R1 100 0 Рис. 2. Схема мостового выпрямителя с LC-фильтром. Включение LC-фильтра (часто называемого Г-образным фильтром) изменяет режим работы выпрямителя. При этом происходит ‘сглаживание’ напряжения на нагрузке, за счет большого сопротивления индуктивности L1 переменному току и процессов заряда и разряда конденсатора С1. 3. Описание источника стабилизированного напряжения В маломощных источниках постоянного напряжения к выходу фильтра подключается стабилизатор напряжения. На рис. 3 приведена схема маломощного источника стабилизированного напряжения, ко49 V1 3 D2 BY T12P-600 TX1 1 1 IN OUT 2 3 VOFF = 0 VAMPL = 311 FREQ = 50 U1 LM7815C GND R3 D1 BY T12P-600 1 3 1 торое содержит: линейный понижающий трансформатор TX1, мостовую схему выпрямителя (собранную на диодах D1-D4), емкостной фильтр (конденсатор С1) и стандартный стабилизатор напряжения U1, к выходу которого подключена нагрузка R1. Напряжение сети с амплитудой 311 В задается источником синусоидального напряжения V1, имеющего следующие основные свойства: постоянная составляющая напряжения – VOFF = 0 V; амплитуда напряжения –VAMPL = 311 V; частота синусоидального напряжения – FREQ=50 Hz. Остальные свойства источника V1 зададим равными 0: AC = 0 V, TD = 0 s, DF = 0, PHASE = 0. R2 C1 470uF 1 D4 D3 BY T12P-600 C2 0.33uF C3 0.1uF R1 1k 3 1 3 BY T12P-600 200Meg 0 Рис. 3. Схема маломощного источника стабилизированного напряжения. Линейный трансформатор TX1 является понижающим, имеет имя XFRM_LINEAR и хранится в библиотеке ANALOG. Коэффициент трансформации этого трансформатора определяется известным выражением: Ктр = 𝑛1 𝑛2 = 𝑈1m 𝑈2m , где 𝑛1 – число витков первичной обмотки трансформатора; 𝑛2 – число витков вторичной обмотки трансформатора; 𝑈1m – амплитуда синусоидального напряжения первичной обмотки; 𝑈2m – амплитуда синусоидального напряжения вторичной обмотки. 50 Квадрат коэффициента трансформации определяется отношением: 𝐿 Ктр2 = 𝐿1 ; 2 где 𝐿1 – индуктивность первичной обмотки; 𝐿2 – индуктивность вторичной обмотки; Для получения стабилизированного напряжения 15 В, примем с запасом 𝑈2m = 18 В, тогда: Ктр = 𝑈1m 311 В = = 17,28 . 𝑈2m 18 В Приняв 𝐿1 = 10 мГн, вычислим 𝐿2 : 𝐿2 = 𝐿1 Ктр 2 = 10 мГн = 0.0335 мГн. 298,598 Резистор R3 c сопротивление 1 Ом включен для учета активного сопротивления первичной обмотки трансформатора, а резистор R2 с большим сопротивлением 200 МОм – для гальванической связи между обмотками трансформатора. Выпрямитель собран по мостовой схеме на мощных диодах BYT12P-600. Этот тип диода хранится в библиотеке DIODE и имеет следующие основные параметры: максимальный прямой ток IF = 12 А, максимальное обратное напряжение VR = 600 В, максимальная рассеиваемая мощность PDM = 25 Вт. Стабилизатор LM7815 предназначен для получения стабилизированного напряжения в 15 В, хранится в библиотеке OPAMP и имеет следующие основные параметры: максимальное входное напряжение VINMAX=35 В, напряжение стабилизации Output Voltage =15 В. Для обычного режима стабилизации на входе и выходе стабилизатора LM7815C включены два конденсатора C2, C3 с рекомендуемыми емкостями 0,33 мкФ и 0,1 мкФ соответственно. Задание 1. Проведите анализ работы мостового выпрямителя (см. рис.1). Для этого создайте папку с именем Lab_rab4, имеющую путь доступа C:\Ivanov\Lab_rab4. Соблюдая изложенное в п. 1 лабораторной работы № 1, создайте проект и дайте ему имя Zadanie1. 51 Начертите схему, приведенную на рис. 1 и задайте свойства компонентам этой схемы, приведенные в п. 2. Создайте профиль моделирования с именем «SCHEMATIC1transient», установив его параметры: – в поле Run to time введите верхнюю границу интервала времени анализа переходных процессов 0,1 s; – в поле Start saving data after – 0 s; – в поле Maximum step size – 0,001 s. Запустите процесс моделирования и после его окончания в окне модуля Probe отобразите последовательно три диаграммы: – напряжения на нагрузке – V(R1:1); – ток в нагрузке – I(R1); – мощности, рассеиваемой на нагрузке – W(R1). Активизируйте курсор, щелкнув по кнопке – Toggle cursor (Включить / выключить курсор). Определите амплитуды V(R1:1), I(R1) и W(R1). Зафиксируйте их в отчете. Занесите в отчет диаграмму V(R1:1). Получите диаграммы среднего и действующего значений выпрямленного напряжения V(R1:1). В модуле Probe определенны две стандартные функции: AVG(V(R1:1)) – функция для вычисления среднего значения напряжения и RMS (V(R1:1)) – функция для вычисления действующего значения. Получите диаграмму среднего значения V(R1:1). Для этого щелчком по: <Trace>→ <Add Trace> откройте окно ‘Add Traces’ и в строку Trace Expression введите выражение AVG(V(R1:1)). Заметим, что строка Trace Expression ведет себя как обычный текстовый редактор, курсор которого можно перемещать и устанавливать с клавиатуры в любое место по вашему желанию, а также редактировать введенный текст. Поэтому ввести выражение AVG(V(R1:1)) можно в следующей последовательности: – щёлкните по имени стандартной функции AVG(), отправив его в строку Trace Expression; – в строке Trace Expression поместите курсор между скобками этой функции и щёлкните по имени V(R1:1). Щёлкнув по кнопке OK, посмотрите как выглядит диаграмма среднего значения напряжения. Аналогично получите диаграмму действующего значения напряжения RMS (V(R1:1)) и занесите её в отчет. Задание 2. Проведите анализ работы мостового выпрямителя с LC-фильтром (см. рис.2). 52 Для этого по аналогии с заданием 1: – создайте проект с именем Zadanie2; – начертите схему, приведенную на рис. 2, и задайте нужные свойства компонентам схемы; – создайте профиль моделирования с именем «SCHEMATIC1transient», с параметрами настройки (приведенными в задании 1); – запустите процесс моделирования и после его окончания в окне модуля Probe отобразите последовательно четыре диаграммы: – напряжения источника – V(V1:+) – V(V1:-); – напряжения на нагрузке – V(R1:1); – ток в нагрузке – I(R1); – мощности рассеиваемой на нагрузке -W(R1). Активизируйте курсор, щелкнув по кнопке – Toggle cursor (Включить / выключить курсор). Определите максимальные значения V(R1:1), I(R1) и W(R1). Зафиксируйте их в отчете. Четыре полученные диаграммы, для наглядности, приведены на рис. 4. Получите и занесите в отчет три диаграммы I(R1), AVG(I(R1)) и RMS(I(R1)). Задание 3. Проведите анализ работы источника стабилизированного напряжения (см. рис. 3). Для этого: – создайте проект с именем Zadanie3; – начертите схему приведенную на рис. 3 (зная, что компонент LM7815C хранится в библиотеке OPAMP). Свойства трансформатора задайте в следующей последовательности: дважды щелкните левой кнопкой ‘мыши’ по символу TX1. В появившемся окне ‘Property Editor’ введите значение 10 mH в столбец L1_VALUE, а столбец L2_VALUE – 0.0335 mH, затем закройте это окно. Свойства остальных компонентов схемы задайте обычным способом: – создайте профиль моделирования с именем «SCHEMATIC1transient», с параметрами настройки (приведенными в задании 1); – запустите процесс моделирования и после его окончания в окне модуля Probe отобразите последовательно две диаграммы напряжений: V(R1:1), V(C1:1) и диаграмму мощности на нагрузке W(R1). Занесите в отчет три полученные диаграммы. 3. Выполнение работы 1. Включить ПК и запустить OrCad Capture. 2. Выполните задания 1, 2, 3. 53 54 -20V 0V 20V 0V 10V 20V 0A 100mA 200mA 0s SEL>> 0W 2.0W 4.0W 10ms V(V1:+) - V(V1:-) V(R1:1) I(R1) W(R1) 30ms 40ms Time 50ms 60ms Рис. 4. Диаграммы напряжений, тока и мощности. 20ms 70ms 80ms 90ms 100ms 4. Форма отчетности Отчет должен содержать: 1. Цель работы и основные положения по пункту 2. 2. При выполнении задания 1: – амплитуды V(R1:1), I(R1) и W(R1); – две диаграммы напряжений на нагрузке – V(R1:1) и его действующего значения RMS(V(R1:1)), полученные в результате моделирования. 3. При выполнении задания 2: – максимальные значения V(R1:1), I(R1) и W(R1); – три диаграммы токов: I(R1), AVG(I(R1)) и RMS(I(R1)), полученные в результате моделирования; 4. При выполнении задания 3: – две диаграммы напряжений: V(R1:1), V(C1:1) и диаграмму мощности на нагрузке W(R1). 5. Контрольные вопросы 1. Поясните принцип действия мостового выпрямителя по схеме, приведенной на рис. 1. 2. Как происходит ‘сглаживание’ выпрямленного напряжения в схеме, приведенной на рис. 2? 3. Поясните расчет и задание свойств трансформатора ТХ1. 6. Литература 1. Хайнеман Р. Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE / пер. с нем. М.: ДМК Пресс, 2008. – 336 с.: ил. 2. Забродин Ю. С. Промышленная электроника: Учебник для вузов. М.: Высш. школа, 1982. – 496 с., ил. 55 Лабораторная работа №5 МОДЕЛИРОВАНИЕ СХЕМ НА ОПЕРАЦИОННЫХ УСИЛИТЕЛЯХ Цель работы: овладеть приемами и техникой моделирования схем на операционных усилителях; научиться получать характерные диаграммы напряжений и анализировать полученные результаты. ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ 1. Общие сведения об операционных усилителях U2 V+ 3 7 Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель постоянного тока с большим коэффициентом усиления напряжения, имеющий два входа и один выход. Название ‘операционный’ связано с первоначальным применением ОУ для выполнения различных операций над аналоговыми величинами (сложение, интегрирование, инвертирование и др.). В настоящее время ОУ применяются в генераторах сигналов синусоидальной и импульсной форм, активных фильтрах, стабилизаторах напряжения и т. д. Модели операционных усилителей хранятся в библиотеке OPAMP. Графическое обозначение часто применяемого ОУ ‘LM741’ представлено на рис. 1. + OS2 2 - 4 OUT 6 1 V- LM741 OS1 5 Рис.1. Графическое обозначение ОУ LM741. Рис. 1. Графическое обозначение ОУ LM741. Вход усилителя + (вывод 3) называется неинвертирующим; а второй – (вывод 2) – инвертирующим. Вывод 6 является выходом ОУ. На выводы 7 и 4 подаются напряжения питания ОУ от двух источников постоянного напряжения. При подаче сигнала на неинвертирующий вход приращение выходного сигнала совпадает по знаку с прираще56 нием входного сигнала. Если же сигнал подан на инвертирующий вход, то приращение выходного сигнала имеет обратный знак по сравнению с приращением входного сигнала. Инвертирующий вход часто используется для введения в ОУ внешних отрицательных обратных связей. ОУ имеют большое значение коэффициента усиления напряжения (≈200000), а также большое входное и малое выходное сопротивление. Большие значения коэффициента усиления напряжения и входного сопротивления позволяют при охвате таких усилителей глубокой отрицательной обратной связью получать схемы со свойствами, которые зависят только от параметров входной цепи и цепи отрицательной обратной связи. Инвертирующий усилитель (инвертор) (см. рис. 2), изменяющий знак выходного сигнала относительно входного, создается введением по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора R2 параллельной отрицательной обратной связи по напряжению. Входное напряжение подается через резистор R1 от источника синусоидального напряжения V1 на инвертирующий вход ОУ. R2 V2 15Vdc - V- LM741 2 R1 4 1Meg OS1 1Meg VOFF = 0 VAMPL = 1 FREQ = 5 + U1 0 OS2 6 5 V+ 3 7 OUT V1 1 R3 2k 0 V3 15Vdc 0 Рис.2. Схема Рис. 2. Схемаинвертирующего инвертирующегоусилителя. усилителя. Неинвертирующий вход ОУ заземляется. Питание ОУ осуществляется от двух источников постоянного напряжения V2 и V3 с напря57 жением -15 В и +15 В. Коэффициент усиления по напряжению инвертирующего усилителя определяется: KV = R2 / R1 (1) Значения сопротивлений резисторов указаны на схеме. Нагрузкой инвертирующего усилителя является резистор R3. Задание 1. Создайте папку с именем Lab_rab6, имеющую путь доступа C:\Ivanov\Lab_rab6, а в ней создайте папки Zadanie1,…,Zadanie7, и запустите редактор Capture. Начертите схему, представленную на рис. 2, зная, что ОУ LM741 хранятся в библиотеке OPAMP. Задайте значения R1=1Meg, R2=1Meg, R3=2k и напряжение источников питания: для V2– -15V, для V3– +15V. Для источника синусоидального напряжения V1 отредактируйте значения обязательных свойств: AC=0; VOFF=0; VAMPL=1V; FREQ=5Hz; TD=0; DF=0; PHASE=0. Создайте профиль моделирования Transient со следующими параметрами: Run to time: 5 s, Start saving data after: 0, Maximum step size: 0.01 и затем сохраните его. Запустите процесс моделирования, по окончанию которого отобразите временные диаграммы напряжений V(R1:1) и V(R3:1) и занесите их в отчет. Измерив амплитуды V(R1:1) и V(R3:1), вычислите KV и сравните его с значением, полученным по формуле (1). Задайте R2=2Meg, аналогично проведите моделирование. Измерив на временной диаграмме амплитуды V(R1:1) и V(R3:1),вычислите KV и занесите его в отчет. Сохраните проект в папке Zadanie1. Сумматор. Схема сумматора выполняется по типу инвертирующего усилителя (см. рис. 3) с числом параллельных ветвей на входе, равным количеству сигналов, предназначенных для сложения. Суммирование напряжений производится с соответствующими весовыми коэффициентами для каждого из слагаемых: 𝑉(𝑈1: out) = − ( 𝑅3 𝑅3 𝑉(𝑅1: 1) + 𝑉(𝑅2: 1)) 𝑅1 𝑅2 (2) Это достигается применением различных значений сопротивлений резисторов во входных ветвях. 58 R2 R3 1Meg 1Meg V2 2Vdc V3 15Vdc - V- LM741 2 R1 4 0 OS1 1Meg 0 OS2 6 5 V4 15Vdc 0 V+ VOFF = 0 VAMPL = 1V FREQ = 5 + U1 7 OUT 3 V1 1 0 Рис. 3. Схема сумматора. Задание 2. Запустите редактор Capture и начертите схему, представленную на рис. 3. Задайте значения R1=R2=R3=1Meg и напряжения: для источника входного напряжения V2 – +2V, а для источников питания: V3 – -15V, V4– +15V. Для источника входного синусоидального напряжения V1 отредактируйте значения обязательных свойств: AC=0; VOFF=0; VAMPL=1V; FREQ=5Hz; TD=0; DF=0; PHASE=0. Создайте профиль моделирования Transient со следующими параметрами: Run to time: 5 s, Start saving data after: 0, Maximum step size: 0.01 и затем сохраните его. Запустите процесс моделирования, по окончанию которого отобразите временные диаграммы напряжений: V(R1:1), V(R2:1), V(U1:out) и занесите их в отчет. Для двух моментов времени проведите измерение значений этих напряжений. Сравните результаты замеров, подставив их в формулу (2). Задайте R1=0.5Meg, а R2=2Meg и повторно проведите моделирование. По окончанию моделирования отобразите временные диаграммы напряжений V(R1:1), V(R2:1), V(U1:out) и занесите их в отчет. Для двух моментов времени проведите измерение значений этих напряжений. Сравните результаты замеров, подставив их в формулу (2). Сохраните проект в папке Zadanie2. Интегратор. Известно, что интегрирование – это математическая операция, в графическом представлении позволяющая определить площадь под кривой (отрезком). Интегрирование позволяет установить связь между взаимозависимыми функциями, которые имеют общую переменную. Например, если общей переменной является время, то для движущегося тела интеграл ускорения – это скорость, а интеграл скорости – это расстояние. 59 Схема интегратора (см.рис.4) создается заменой резистора в цепи обратной связи конденсатором C1. В этом случае связь между выходным и входным напряжениями определяется формулой: 𝑡𝑀 1 𝑉(𝑈1: 𝑜𝑢𝑡) = − ∫ 𝑉(𝑅1: 1)(𝑡)𝑑𝑡 + 𝑉0 , 𝑅1𝐶1 (3) 0 где t – время интегрирования; V0 – выходное напряжение при t = 0. Задание 3. Запустите редактор Capture и начертите схему, представленную на рис. 4. Задайте значения R1=1Meg, C1=1u и напряжения: для источника входного напряжения V1 – +2V, а для источников питания: V2 – -15V, V3– +15V. C1 1u - V- LM741 2 R1 4 V2 15Vdc OS1 1Meg OUT + U1 OS2 6 5 V+ 3 2Vdc 7 V1 1 V3 15Vdc 0 0 Рис. 4. Схема интегратора с источником постоянного напряжения. Создайте профиль моделирования Transient со следующими параметрами: Run to time: 5 s, Start saving data after: 0, Maximum step size: 0.01 и затем сохраните его. Запустите процесс моделирования, по окончанию которого отобразите временные диаграммы напряжений: V(R1:1), V(U1:out) и занесите их в отчет. Заметим, что в данном случае интегрирование проводится в реальном масштабе времени поскольку R1*C1=1. Для двух моментов времени проведите измерение значения напряжения V(U1:out). Сравните результаты замеров, подставив их в формулу (3), приняв V0 = 0, и оцените погрешность интегрирования. 60 Задайте R1= 0.5Meg, изменив постоянную времени 1 0.5∗106 ∗1∗10−6 1 0.5 1 𝑅1𝐶1 = = = с−1 и тем самым увеличив масштаб интегрирования во времени в 2 раза, повторно проведите моделирование. По окончанию моделирования отобразите временные диаграммы напряжений:V(R1:1), V(U1:out) и занесите их в отчет. Для двух моментов времени проведите измерение значения напряжения V(U1:out). Сравните результаты замеров, подставив их в формулу (3), приняв V0 = 0, и оцените погрешность интегрирования. Сохраните проект в папке Zadanie3. Задание 4. Запустите редактор Capture и начертите схему, представленную на рис.5. Задайте значения R1=1Meg, C1=1u и напряжения для источника входного синусоидального напряжения V1; отредактируйте значения обязательных свойств: AC=0; VOFF=0; VAMPL=1V; FREQ=5Hz; TD=0; DF=0; PHASE=0, а для источников питания: V2 – 15V, V3– +15V. В данную схему включены разделительный конденсатор С2 и сопротивление нагрузки R2. C2 выделяет только переменную составляющую выходного напряжения интегратора. Создайте профиль моделирования Transient со следующими параметрами: Run to time: 5 s, Start saving data after: 0, Maximum step size: 0.01 и затем сохраните его. Запустите процесс моделирования, по окончанию которого отобразите временные диаграммы напряжений: V(R1:1), V(R2:1) и занесите их в отчет. Для наглядности эти диаграммы приведены на рис. 5.а. C1 V2 15Vdc - V- LM741 2 R1 4 1u OS1 1Meg + U1 OS2 6 5 C2 1u R2 2k V+ 3 VOFF = 0 VAMPL = 1 FREQ = 5 7 OUT V1 1 0 0 0 V3 15Vdc Рис. 5. Схема интегратора с разделительным конденсатором С2 и нагрузкой R2. 61 62 -1.0V 0V 1.0V 0s SEL>> -2.0mV 0V 2.0mV 4.0mV 0.5s 1.0s 1.5s 2.0s Time 2.5s 3.0s 3.5s 4.0s 4.5s Рис. 5.а. Временные диаграммы входного V(R1:1) и выходного V(R2:1) напряжений интегратора. V(R1:1) V(R2:1) 5.0s Фильтры на операционных усилителях (активные фильтры) Фильтры используют для получения схем с заданными частотными характеристиками. По полосе пропускаемых частот различают четыре основных группы фильтров: нижних частот, верхних частот, полосовые и заграждающие. Фильтры нижних частот препятствуют пропусканию сигналов, частота которых выше заданного значения. Фильтры верхних частот пропускают только те сигналы, частота которых выше некоторого заданного значения. Полосовые фильтры пропускают только сигналы с частотами из определенного диапазона. Заграждающие фильтры не пропускают сигналы с определенным спектром частот. Основной характеристикой фильтров является частотная характеристика. Существует много способов схемных реализаций активных фильтров. Все они имеют одно общее свойство: их трудно рассчитывать. Ниже приводится три часто применяемые схемы активных фильтров. Основной целью моделирования является построение их частотных характеристик. Задание 5. Запустите редактор Capture и начертите схему, представленную на рис.6. Задайте значения: R1=22k, R2=24k, R3=47k, R4=12k, а для конденсаторов C1=10n, C2=45n. Напряжения для источников питания: V2 – -12V, V3 – +12V. Для источника входного синусоидального напряжения V1 отредактируйте значения свойств: AC=0.01; VOFF=0; VAMPL=20mV; FREQ=1kHz; TD=0; DF=0; PHASE=0. Заметим, что в анализе типа AC Sweep используется только амплитуда AC=0.01, а значения остальных свойств игнорируются. Создайте профиль моделирования AC Sweep со следующими параметрами: введите в поле Start Frequency (Начальная частота): 10Hz, в поле End Frequency (Конечная частота): 2kHz, а в поле Points/Decade (Число точек на декаду): 1000. Поля в разделе Noise Analysis оставьте незаполненными, так как в данный момент не проводится анализ шумовых характеристик. Сохраните созданный профиль. Запустите процесс моделирования, по окончанию которого отобразите частотную характеристику, т. е. зависимость V(U1:out) от частоты и занесите её в отчет. Проанализируйте полученную частотную характеристику. Сохраните проект в папке Zadanie5. 63 22k 24k OS1 OUT 3 V1 VOFF = 0 VAMPL = 20m FREQ = 1k + U1 7 R2 - OS2 1 6 5 R3 47k V+ R1 V2 12Vdc 4 LM741 2 V- C1 10n V3 12Vdc C2 45n 0 0 0 R4 12k 0 Рис. 6. Схема фильтра низких частот. Задание 6. Запустите редактор Capture и начертите схему, представленную на рис.7. Задайте значения: R1=29k, R2=8.8k, R3=4.7k, R4=1.2k, а для конденсаторов C1=10n, C2=10n. Напряжения для источников питания: V2 – -12V, V3– +12V. Для источника входного синусоидального напряжения V1 отредактируйте значения свойств: AC=0.01; VOFF=0; VAMPL=20mV; FREQ=1kHz; TD=0; DF=0; PHASE=0. Заметим, что в анализе типа AC Sweep используется только амплитуда AC=0.01, а значения остальных свойств игнорируются. Создайте профиль моделирования AC Sweep со следующими параметрами: введите в поле Start Frequency (Начальная частота): 100Hz, в поле End Frequency (Конечная частота): 20kHz, а в поле Points/Decade (Число точек на декаду): 1000. Поля в разделе Noise Analysis оставьте незаполненными, так как в данный момент не проводится анализ шумовых характеристик. Сохраните созданный профиль. Запустите процесс моделирования, по окончанию которого отобразите частотную характеристику, т.е. зависимость V(U1:out) от частоты и занесите её в отчет. Проанализируйте полученную частотную характеристику. Сохраните проект в папке Zadanie6. 64 R1 29k 10n 10n 4 OS1 OUT 3 + U1 7 C2 - OS2 1 6 5 R3 4.7k V+ C1 V2 12Vdc V- LM741 2 0 V1 VOFF = 0 VAMPL = 20m FREQ = 1k V3 12Vdc R2 8.8k 0 R4 1.2k 0 0 Рис. 7. Схема фильтра высоких частот. Задание 7. На рис. 8 приведена схема универсального фильтра. В зависимости от того какое место схемы определяется в качестве выхода, он работает как фильтр верхних частот или как полосовой фильтр. Обратите внимание, что резисторы, определяющие частотный диапазон, имеют одинаковое значение 15kOm и все конденсаторы имеют одинаковую емкость 10nF. Запустите редактор Capture и начертите схему, представленную на рис. 8 и задайте значения всем компонентам согласно этой схеме. Задайте напряжения для источников питания: V2 – -15V, V3– +15V. Для источника входного синусоидального напряжения V1 отредактируйте значения свойств: AC=0.01; VOFF=0; VAMPL=10mV; FREQ=1kHz; TD=0; DF=0; PHASE=0. Заметим, что в анализе типа AC Sweep используется только амплитуда AC=0.01, а значения остальных свойств игнорируются. Создайте профиль моделирования AC Sweep со следующими параметрами: введите в поле Start Frequency (Начальная частота): 10Hz, в поле End Frequency (Конечная частота): 100kHz, а в поле Points/Decade (Число точек на декаду): 1000. Поля в разделе Noise Analysis оставьте незаполненными, так как в данный момент не проводится анализ шумовых характеристик. Сохраните созданный профиль. 65 Запустите процесс моделирования, по окончанию которого отобразите частотные характеристики, т.е. зависимость напряжения полосового фильтра V(U2:out) от частоты, зависимость напряжения фильтра верхних частот V(U3:out) и занесите их в отчет. Проанализируйте полученные частотные характеристики, которые для наглядности приведены на рис. 8.а. R3 R4 C1 R5 C2 15k 15k 15k 10n 15k 10n VOFF = 0 VAMPL = 10mV FREQ = 1K R6 1k 0 + U2 OS2 1 2 - 4 6 OS1 OUT 5 3 R7 1k 0 0 + U3 7 3 V- 4 OS1 OUT 5 V2 15Vdc OS2 1 6 5 0 0 R8 1k V+ 7 OS2 - 6 V+ V1 + U1 1 V- OS1 OUT 3 LM741 7 - 15k LM741 2 V+ LM741 2 V- R1 4 R2 V3 15Vdc 0 0 R9 1k R10 1k 0 Рис. 8. Схема универсального фильтра. 10mV 8mV 6mV 4mV 2mV 0V 10Hz V(U2:OUT) 30Hz V(U3:OUT) 100Hz 300Hz 1.0KHz 3.0KHz 10KHz 30KHz Frequency Рис. 8.а. Частотные характеристики полосового фильтра V(U2:out) и фильтра верхних частот V(U3:out). Сохраните проект в папке Zadanie7. 66 100KHz 3. Выполнение работы 3.1. Включить ПК и запустить OrCad Capture. 3.2. Последовательно выполните задания 1,..,7, сохраняя проекты соответственно в папках Zadanie1,..,Zadanie7. 4. Форма отчетности Отчет должен содержать: 4.1. Цель работы и основные положения по пункту 2.1. 4.2. При выполнении каждого задания приведите перечисленные в условии: моделируемую схему, диаграммы напряжений, результаты расчетов. 5. Контрольные вопросы 1. Какими параметрами операционного усилителя определяются реализуемые функции каждой из приведенных схем? 2. Приведите схемы и формулы для выходных напряжений инвертора и сумматора. 3. Приведите формулу для выходного напряжения интегратора. Как изменить масштаб интегрирования во времени? 4. Перечислите четыре группы фильтров на операционных усилителях и поясните их назначение. 6. Литература 1. Хайнеман Р. Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE / пер. с нем. М.: ДМК Пресс, 2008. – 336 с.: ил. 2. Бриндли К., Карр Дж. Карманный справочник инженера электронной техники / Пер. с англ. 2-е изд., стер. М.: Издательский дом «Додэка-XXI», 2005. – 480 с.: ил. 67