Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов специальности 220201. 65 «Управление и информатика в технических системах» (стр. 2 из 4)
Нажмите Run (клавишу F3, или пиктограмму ). На экране должны появиться две синусоиды. Первая – сигнал на входе схемы в точке in, вторая, «обрезанная» сверху и снизу, – сигнал на выходе схемы в точке out.
Если графики у вас не появились, то возможные причины следующие:
а) неправильно собрана схема;
б) не хватает соединений или есть лишние;
в) номиналы элементов схемы не соответствуют заданным;
г) значения параметров в строках таблицы Transient Analysis ошибочны;
д) параметры источников сигнала и питания установлены не верно,
е) метки оut и in не стоят возле соответствующих точек схемы.
Работу источника питания можно проверить, если посмотреть режим схемы по постоянному току. Для этого после выполнения Transient Analysis нужно нажать пиктограмму 
. В результате для Uвх = 0 схема приобретёт вид (рис. 3). При необходимости нажатием на пиктограмму можно вывести значение токов ветвей, а нажатием на пиктограмму отобразить на схеме значения мощностей, рассеиваемых в ветвях.Проверьте правильность работы схемы, для этого уменьшите амплитуду А входного сигнала пока сигнал в точке out не станет чистой синусоидой.
Моделирование может быть остановлено в любой момент нажатием на пиктограмму
или клавишу Еsc. Последовательные нажатия на пиктограмму 
прерывают, а затем продолжают моделирование.Рис. 3. Схема усилителя с выведенными режимами по постоянному току
Изменяя амплитуду источника синусоидального сигнала от 0 до 50 V при частоте сигнала 100 кГц, получите данные для построения амплитудной характеристики усилителя Uвых=f (Uвх). Заданный амплитудный диапазон входного сигнала разбейте на 10 точек. Для построений в качестве Uвх используется сигнал в точке (in). Построение характеристики выполните вручную. Точные значения величин графика можно получить, если нажать пиктограмму или .Перемещение появившихся курсоров осуществляется правой или левой кнопками мыши или клавиатуры: для первого курсора кнопками ¬ или ®, для второго – нажатием клавиш Shift+¬ или Shift+®. Под каждым графиком располагается таблица, число строк которой равно числу построенных графиков плюс одна строка, в которой размещаются значения независимой переменной, откладываемой по оси Х (время, частота и т. д.) В колонках таблицы располагается информация:
Left – значение переменной, помеченной курсором, выделенным левой кнопкой мыши;
Right – значение переменной, помеченной курсором, выделенным правой кнопкой мыши;
Delta – разность значений координат курсора;
Slope – тангенс угла наклона, соединяющий два курсора.
На графиках может быть нанесён текст с помощью пиктограммы
.Возврат к схеме – клавиша F3.
По построенному графику Uвых=f(Uвх) определите динамический диапазон. Для определения динамического диапазона необходимо знать Uвх min и
Uвх mах. Минимальное входное напряжение – Uвх min определяется уровнем внутренних шумов усилителя, начиная с которого на выходе усилителя можно различить выходной сигнал. Здесь Uвх = 0,0005 V (это значение определяется уровнем собственных шумов усилителя и измеряется при закороченном входе усилителя). Uвх max– это входное напряжение, с превышением которого, в выходной синусоиде появляются нелинейные искажения. Подпишите график.
3. Построение амплитудно-частотной и амплитудно-фазовой
характеристики усилителя
На практике, чтобы получить данные для построения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя, необходимо иметь генератор синусоидальных сигналов, осциллограф и вольтметр переменного напряжения. К входу усилителя подключается выход генератора синусоидальных сигналов, а к выходу усилителя – осциллограф и вольтметр (схема на рис. 4).
 |
Рис. 4. Схема подключения приборов для снятия АЧХ и АХ
На выходе генератора устанавливают напряжение сигнала с частотой первой точки частотного диапазона АЧХ и с помощью вольтметра измеряют выходное напряжение, а по осциллографу контролируют форму выходного напряжения, которая при этом не должна искажаться. Затем переходят к следующей точке частотного диапазона и т. д. При проведении измерений напряжение на выходе генератора поддерживают неизменным. Данные заносятся в таблицу, по которой затем строится АЧХ. Частота откладывается по горизонтальной оси, как правило, в логарифмическом масштабе, а по вертикальной оси – расчётное значение коэффициента усиления (Кu) в безразмерных единицах или децибелах.
Фазочастотная характеристика (ФЧХ) снимается как фазовый сдвиг между входным и выходным сигналом. Это делается либо с помощью двухлучевого осциллографа, либо с помощью с помощью фазометра.
При автоматическом снятии АЧХ для источника сигнала V2 на рис. 1 программа устанавливает величину Uвх =1В, поэтому на входе усилителя стоит делитель напряжения R7, R8, уменьшающий это значение до необходимого.
В меню Analysis выберите пункт АС Analysis – расчёт частотных характеристик. На экране появится окно (рис. 5), которое нужно заполнить, как это указано.
Рис. 5. Окно для задания параметров частотного анализа
Выходное напряжение (графа Y Expression) можно измерять в вольтах v(out), в децибелах db(v(out)) либо вывести Кu c помощью выражения v(out)/v(in) (это предпочтительнее), либо db (v(out)/v(in)).
Нажмите пиктограмму Run и проанализируйте появившуюся картинку для АЧХ и ФЧХ.
Проверьте фазу выходного напряжения, если она не соответствует теории, разверните источник входного напряжения на 180о.
По АЧХ можно определить полосу пропускания, неравномерность АЧХ, коэффициент частотных искажений.
4. Многовариантный анализ (Stepping)
Используя режим Stepping, можно провести многовариантный анализ при вариации любого параметра компонента схемы или его модели. Можно варьировать от 1 до 10 параметров одновременно.
Для заданного преподавателем элемента схемы (табл. 2) проведите многовариантный анализ схемы.
Таблица 2
Рекомендуемый диапазон вариации параметров компонентов схемы
| Номер | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Элемент | R1 | R2 | R3 | R4 | R5 | C1 | C2 | C3 |
| Рекомендуемый диапазон вариации | 100k- 150k | 6k-12k | 100-200 Ом | 2.3k-4.3k | 7k-12k | 0.1u-20u | 0.1u-20u | 1u-10u |
Для этого войдите в режим Stepping, используя путь Analysis > АС Analysis > Stepping. Заполните появившееся окно (рис. 6) и нажмите пикто 
грамму . Величину шага выбирайте таким образом, чтобы было выведено только две АЧХ. Вызвать Stepping можно также пиктограммой . Дайте физическое объяснение полученным результатам. 
Рис. 6. Окно для задания параметров режима Stepping
Выход из этого режима – F3 либо File – Close.
Parameter Type задаёт тип варьируемого параметра:
· Component – значение параметра компонента схемы;
· Model – параметр математической модели компонента;
· Symbolic – параметр, определенный по директиве define.
Step What – задаёт имя варьируемого параметра.
From – начальное значение параметра. При выборе логарифмической шкалы оно должно быть больше нуля.
То — конечное значение параметра. При выборе логарифмической шкалы оно должно быть больше нуля.
Step Value — величина шага параметра. При линейной шкале оно прибавляется к начальному значению, а при логарифмической шкале умножается на текущее значение параметра.
Step It — включение режима вариации параметров (Yes) или его выключение (No).
Method — характер параметра:
· Linear —линейная шкала;
· Log —логарифмическая шкала;
· List— список значений.
Change — метод изменения нескольких параметров:
· Step all variables Simultaneously — одновременное изменение всех варьируемых параметров,
· Step variables in nested loops — поочередное (вложенное) изменение варьируемых параметров.
Одновременная вариация параметров в режиме Stepping и статистический анализ по методу Монте-Карло невозможен. Поэтому перед вариацией параметров в режиме Stepping нужно отключить анализ по методу Монте-Карло и наоборот.