1589804116-4b48182f4291e2e4e603e24c1f90ed4b (Методичка для RC-цепей), страница 3

В данном пособиидля проведения опытов используется компьютерная программа Multisim компании National Instruments.Краткое руководство к программе MultisimОбщая информацияПакет Multisim представляет собой программу длявиртуального моделирования электрических цепей разнойсложности. Он включает в себя большой набор источниковпитания и генераторов сигналов различной формы, большую элементную базу, в которую входят помимо пассивных элементов полупроводниковые элементы, микросхемы,нелинейные элементы, ключи и другие, обладает достаточ-ным набором измерительных приборов, позволяющих проводить анализ схем.Данная программа позволяет проводить моделированиеэлектрических схем с минимальными временны́ми затратами, что удобно при разработке и исследовании заданныхэлектрических и электронных цепей.Моделирование электрической цепи состоит из двух этапов. На первом этапе происходит создание исследуемой схемы на рабочем поле и подключение к ней измерительныхприборов.

На втором — запуск схемы и снятие необходимыхрезультатов. Для создания схемы используются компоненты из соответствующих библиотек. Номиналы компонентовзадаются пользователем в соответствии с исследуемой схемой. При запуске схемы начинается отсчёт времени работысхемы и происходит виртуальное моделирование её работы.Элементная база MultisimПри запуске Multisim появляется рабочее поле (рис.

12).Все радиотехнические элементы сгруппированы по функциональному назначению и расположены в верхней и боковой панелях: сверху находится панель с базами элементов,а справа — набор измерительных приборов.Все элементы, представленные в верхней панели, разбиты на следующие группы: источники питания (Sources),основные элементы (Basic), полупроводниковые диоды(Diodes), полупроводниковые транзисторы (Transistors),аналоговые интегральные схемы (Analog), смешанные интегральные схемы, цифровые интегральные схемы, логические элементы, триггеры и прочие дискретные устройства, индикаторы (Indicators), контрольные приборы, прочие устройства.Рис.

12. Рабочее поле программы MultisimДля выбора элемента следует открыть нужную группу,найти необходимый элемент и выбрать его номинал. После нажатия левой кнопки мыши появляется возможностьпоставить выбранный элемент в нужное место схемы. Длясоединения элементов схемы необходимо подвести курсор кподсоединяемому концу одного элемента до появления точки на конце этого элемента, нажать левую кнопку мыши,подвести линию — «провод» к началу следующего элемента до появления точки, снова нажать левую кнопку мыши.

При необходимости параметры всех элементов можноменять в диалоговом окне свойств элемента, которое появляется автоматически при двойном щелчке левой кнопкоймыши, или после нажатия правой кнопки мыши и выборастроки «Свойства».На боковой панели инструментов представлены измерительные приборы. Среди них: Мультиметр (Multimeter),Функциональный генератор (Function Generator), Измеритель активной мощности (Wattmeter) , Осциллограф(Oscilloscope), Измеритель АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter),Спектроанализатор (Spectrum Analyzer) и др.Любая схема в Multisim должна быть заземлена. Элемент цепи «заземление» подключается к любой точке схемы и имеет нулевой потенциал, обеспечивая исходную точку для отсчёта потенциалов.

В программе Multisim в схемахбез «заземления», как правило, приборы не будут производить измерения, либо их показания будут неверными.Чтобы схема начала функционировать, необходимо нажать кнопку с изображением выключателя (положение«1»), или «зелёный треугольник» на панели инструментов.Цепь выключается нажатием той же кнопки (положение«0»), или «красного квадратика».Важно помнить следующую особенность программы: изменять электрическую схему можно только после остановки процесса моделирования.Для более подробного знакомства с программой«Multisim», следует обратиться к литературе [9].Описание схем опытовОбъект исследования:Линейные RC-цепи.В работе рассматриваются RC-цепи разных видов:1.

Дифференцирующая цепь;2. Интегрирующая цепь;3. Последовательно-параллельная цепь (другое название: мост Вина).Назначение схемных элементов:V1 — источник переменного напряжения,R1, R2 — резисторы, входящие в состав RC-цепи,С1, С2 — конденсаторы, входящие в состав RC-цепи.Измерительные приборы:XSC1 — осциллограф; используется для контроля формысигнала на выходе генератора переменного напряжения;XBP1 — плоттерБо́де;используетсядляснятияамплитудно-частотных и фазочастотных характеристик.Экспериментальное исследованиеЗаданиеПеред выполнением работы следует проработать теориюлинейных RC-цепей и теорию прохождения гармоническихи импульсных сигналов через RC-цепи. В кратком виде этивопросы изложены в первой части данного учебного пособия.Внимание: При выполнении расчётных заданий и экспериментальных исследований следует использовать элементы с номиналом в соответствии сномером варианта.

Номер варианта указывается преподавателем (см. Приложение в концепособия, табл. 1 на с. 42).Расчётные задания1. Рассчитать и построить амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики дифференцирующей и интегрирующей цепей.Для этого сначала следует рассчитать постоянную времени цепи:τ = RC.Расчёт постоянной времени цепи необходимо провести длявеличин сопротивления и ёмкости, соответствующих варианту (см. Приложение) — номер варианта соответствует номеру лабораторной подгруппы (указывается преподавателем).Амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики рассчитываются по формулам:— для дифференцирующей цепи:K(ω) = |K̇(ω)| = q11+1(ωτ )2arg K̇(ω) = ϕ(ω) = arctg,1;ωτ— для интегрирующей цепи:1K(ω) = |K̇(ω)| = p,1 + (ωτ )2arg K̇(ω) = ϕ(ω) = − arctg ωτ.2.

Рассчитать переходные характеристики дифференцирующей и интегрирующей цепей.С учётом того, что в экспериментах на цепь воздействует напряжение амплитудой E, расчёт отклика цепи следуетпроизводить по следующим формулам:— для дифференцирующей цепи:Uвых (t) = Ehдиф (t) = Ee−t/τ ,— для интегрирующей цепи:Uвых (t) = Ehинт (t) = E 1 − e−t/τ .Считается, что переходный процесс в цепи закончился,если e−t/τ = 0,05. Это означает, что время переходного процесса, по истечении которого можно считать, что процессзакончился, τп = 3τ .

В момент окончания переходного процесса напряжение на выходе цепи равно:— для дифференцирующей цепи:Uвых = 0,05E,— для интегрирующей цепи:Uвых = 0,95E.Экспериментальные задания3. Снять амплитудно-частотные и фазочастотные характеристики дифференцирующей и интегрирующей цепей.Сравнить их с расчётными характеристиками.4. Снять амплитудно-частотную и фазочастотную характеристику последовательно-параллельной цепи (моста Вина).5.

Пронаблюдать картины напряжения на выходе дифференцирующей и интегрирующей цепей при подаче навход периодической последовательности прямоугольныхимпульсов. Сделать снимки экранов приборов. Сравнитьих с расчётными переходными характеристиками.6. Пронаблюдать картины напряжения на выходе последовательно-параллельной цепи при подаче на вход периодической последовательности прямоугольных импульсов.Сделать снимки экранов приборов.Порядок выполнения работыИсследование дифференцирующей RC-цепи1.

Соберите(рис. 13).схемудифференцирующейRC-цепиНоминалы сопротивления и ёмкости во всех последующих схемах установите в соответствии с вариантомзадания.Рис. 13. Схема дифференцирующей RC-цепиУстановите параметры генератора:— амплитуда сигнала 5 В.Меняя частоту сигнала от 50 Гц до 20 кГц, снимитеамплитудно-частотную характеристику (АЧХ) цепи.Шаг изменения частоты следует выбирать в соответствии с характером и скоростью изменения коэффициента передачи.Важно! Сохраните схему (она понадобится в дальнейшем).2. Замените в схеме осциллограф на плоттер Бо́де(рис. 14).Информация:Плоттер Бо́де — прибор, предназначенный дляполучения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик исследуемой схемы. Измеряетотношение амплитуд сигналов в двух точках схемы и фазовый сдвиг между ними.Прибор назван по имени автора, американского радиоинженера Хендрика Бо́де (1905-1982).(Не следует путать с французским изобретателемтелеграфного аппарата Жаном Морисом ЭмилемБодо́, по имени которого назван аппарат и единица скорости передачи информации — бод).Плоттер Бо́де генерирует частоты в диапазоне,указанном на его элементах управления.

При этомчастота любых источников аналогового сигнала всхеме не производит действия на плоттер, но такой источник должен обязательно присутствоватьв схеме — в качестве источника энергии.При подключении плоттера Бо́де обратите вниманиена то, какой масштаб используется для отображенияРис. 14. Схема для измерения частотных характеристикдифференцирующей RC-цепи при помощи плоттера Бо́деданных по горизонтальной и вертикальной осям: возможны два варианта — Логарифмический масштаб иЛинейный масштаб.Переключите плоттер Бо́де в режим измерения АЧХ(для этого на панели прибора следует нажать кнопку Magnitude). Выберите нужные значения частотного диапазона, чтобы на экране была полностью видна АЧХ.

Изменяя частоту посредством передвижениямаркера по горизонтальной оси, снимите несколькоточек на амплитудно-частотной характеристике, которые соответствуют данным, полученным в п. 1.Получив таким образом амплитудно-частотную характеристику цепи, сравните её с характеристикой,полученной в п. 1.Сделайте снимок экрана прибора (нажав при активном окне клавиши Alt + PrintScreen) и сохраните его.3.

Переключите плоттер Бо́де в режим измерения фазы.Для этого на панели прибора следует нажать кнопкуPhase.Снимите фазочастотную характеристику (ФЧХ) дифференцирующей цепи.Сделайте снимок экрана прибора и сохраните его.Результаты изобразите в виде графиков. При этом наодном графике следует изобразить АЧХ, построеннуюпо точкам, снятым «вручную» в п. 1, и АЧХ, полученную при помощи плоттера Бо́де. То же самое следуетпроделать для ФЧХ.Исследование интегрирующей RC-цепи4. Соберите схему интегрирующей RC-цепи (рис. 15).Рис.