·
выполнить
копирование рисунка в буфер обмена (пункт меню «Edit\Copy to Clipboard\Copy the
Visible Portion of Window in BMP Format» - копируется вся видимая область окна,
рекомендуется для копирования графиков; либо «Edit\Copy to Clipboard\Copy the
Select Box Part in BMP Format» - копируется выделенная часть окна,
рекомендуется для копирования схем);
·
Перейти в
редактор Microsoft Word и выбрать пункт меню «Правка\Специальная вставка» и в
раскрывшемся диалоговом окне выбрать «Аппаратно-независимый точечный рисунок»,
а флажок «Поверх текста» отключить.
1. Для исследования вольт-амперной
характеристики необходимо запустить режим анализа по постоянному току (пункт
меню Analysis\DC Analysis или Alt-3).
2. В появившемся диалоговом окне DC
Analysis Limits необходимо выполнить следующие установки:
·
поля Variable2 и
Range оставить без изменений. Поле Method должно содержаться значение NONE.
Используются только когда в схеме несколько источников постоянного напряжения;
·
в поле Range
(диапазон напряжений источника 1) ввести «10,0,0.3» - это означает конечное
напряжение источника 10В, начальное напряжение источника 0В, шаг при
исследовании 0,3В;
·
в поле Variable 1
Name необходимо указать название самого источника напряжения. В нашем случае,
согласно рисунку 1.1 - источником является батарея V1, следовательно, ввести
V1;
·
В поле
Temperature ввести температуру окружающей среды по шкале Цельсия. Взять
значение 20;
·
включить флажок
Auto Scale Ranges (Автоматический выбор масштаба) - это позволит наилучшим
образом отобразить график;
·
в поле X
Expression (Выражение по оси абсцисс) таблицы введите V(D1) - т.е. напряжение
на диоде D1;
·
в поле Y
Expression (Выражение по оси ординат) таблицы введите I(D1) - т.е. ток через
диод D1;
Выполнив все установки нами была получена некоторая зависимость.
Построить семейство вольт-амперных характеристик в зависимости от
температуры. Для этого в поле Temperature\Range указать «100,0,20» - это
означает начальное значение температуры 0˚С, конечное 100˚С, шаг 20˚С.
Поле Method должно содержать Linear. На графике подписать кривые, как это
сделано на рисунке 3.
3. Исследовать простейшую электрическую цепь по переменному току.
Построить амплитудно-частотную характеристику
В новом проекте Micro-Cap создать схему, приведенную на рисунке 4.
Параметры элементов выбираются исходя из номера варианта по таблице 3.
Рисунок 4 - Колебательная RLC-цепь. Метками In и Out обозначены входной и
выходной зажимы соответственно.
В данной схеме нужно было выбрать параметров колебательного контура для
исследования, мы использовали вариант 1.
|
Вариант
|
R1, Ом
|
C1
|
L1
|
Вариант
|
R1, Ом
|
C1
|
L1
|
|
1
|
300
|
1 нФ
|
100 мГн
|
9
|
320
|
3 нФ
|
150 мГн
|
|
2
|
250
|
4.3 нФ
|
187 мГн
|
10
|
200
|
2.5 нФ
|
100 мГн
|
|
3
|
490
|
0.1 нФ
|
18 мГн
|
11
|
500
|
0.5 нФ
|
40 мГн
|
|
4
|
160
|
0.1 нФ
|
2 мГн
|
12
|
0.4 нФ
|
15 мГн
|
|
5
|
75
|
25 пФ
|
10 мкГн
|
13
|
65
|
15 пФ
|
35 мкГн
|
|
6
|
60
|
4 пФ
|
20 мкГн
|
14
|
50
|
3 пФ
|
10 мкГн
|
|
7
|
30
|
10 пФ
|
15 мкГн
|
15
|
25
|
1 пФ
|
2 мкГн
|
|
8
|
20
|
7 пФ
|
3 мкГн
|
16
|
35
|
0.1 нФ
|
10 мкГн
|
Сохранить
схему в отдельный файл аналогично п.3.
Запустить
режим анализа по переменному току (Analysis\AC Analysis или Alt-2).
В случаях,
когда заранее неизвестно на какой частоте в данной схеме наблюдается резонанс
(резонансы), поступают следующим образом:
·
строят АЧХ в
широком диапазоне частот (например, 1Гц - 100МГц), при этом используют логарифмический
масштаб по оси частот, поскольку нижнее и верхнее значения диапазона отличаются
на несколько порядков;
·
по
логарифмической АЧХ определяют частотные границы наиболее важной части графика
(т.е. определяют поддиапазон частот, в котором наблюдается резонанс);
·
повторно строят
АЧХ в узком диапазоне частот околорезонансной области (масштаб по оси частот
теперь берут линейный).
1. В появившемся диалоговом окне AC
Analysis Limits необходимо выполнить следующие установки:
·
в поле Frequency
Range (диапазон частот) ввести «100Meg, 1». Это означает, что частотный
диапазон, в котором будет осуществлен расчет, составит 1Гц - 100МГц;
·
в поле
Temperature ввести значение 20, хотя это также не имеет большого значения,
поскольку в схеме отсутствуют температурно-зависимые элементы;
·
в поле Frequency
Step (шаг по частоте) выберите Auto.
·
включите флажок
Auto Scale Ranges (Автоматический выбор масштаба графика);
·
в поле X
Expression (выражение по оси абсцисс) таблицы введите «F», что означает
частоту;
·
в поле Y
Expressison (выражение по оси ординат) таблицы введите V(OUT), т.е. напряжение
на зажиме, обозначенном «OUT»;
- слева от таблицы
имеется набор цветных пиктограмм, необходимо установить режим логарифмического
масштаба по оси абсцисс;
·
запустить вычисления,
нажав кнопку Run.
Рисунок 5 - Логарифмическая АЧХ колебательного контура в широком
диапазоне частот
По графику логарифмической АЧХ определить околорезонансный диапазон
частот. Данный график сохранить в отчете.
В диалоговом окне AC Analysis Limits необходимо выполнить следующие
установки:
·
в поле Frequency
Range (диапазон частот) через запятую ввести значение верхнего и нижнего
пределов;
·
в поле Frequency
Step (шаг по частоте) выберите Linear (линейный);
·
в поле Number of
Points (количество точек) введите значение 1000 (вообще, чем больше точек, тем
более гладкий график получится).
- слева от таблицы
графиков имеется набор цветных пиктограмм, необходимо установить режим
линейного масштаба по оси абсцисс;
·
запустить вычисления,
нажав кнопку Run.
Рисунок 6 - АЧХ в линейном масштабе. Определение полосы пропускания
колебательного контура.
По
графику АЧХ определить резонансную частоту контура (по максимуму). Ординату
максимума умножить на 0.707 - будет получено значение ординаты краев полосы
пропускания. Далее 
, используя это значение определить полосу пропускания
контура (В появившемся диалоговом окне ввести значение и нажать на клавиши Left
и Right несколько раз). Сохранить полученный график в отчете.
Рисунок 7 - резонансную частоту контура (по максимуму)
Подсчитать добротность Q колебательного контура по графику:
,
Где f0 - резонансная частота;
Дf0.707 - полоса пропускания контура по уровню 0.707.
Подсчитать добротность и резонансную частоту колебательного контура по
номиналам элементов и сравнить со значениями, полученными в предыдущем пункте:
, 
Результаты
вычислений вместе с формулами занести в отчет.
Дельта
х = 440. (18000-17560=440)
,=40,52
, = 37,3
=17803034,35
Используя режим Stepping построить семейство из пяти АЧХ в зависимости от
сопротивления резистора R1, аналогично рисунку 1.6. Необходимо пометить кривые
соответствующими подписями. При вводе данных в диалоговое окно Stepping
обязательно нужно указывать соответствующие приставки (см. таблицу 2).
Полученный график сохранить в отчет.
Рисунок 8 - Семейство АЧХ в зависимости от сопротивления резистора R1.
Рисунок 9 - Семейство АЧХ в зависимости от сопротивления резистора С1.
Рисунок 10 - Семейство АЧХ в зависимости от сопротивления резистора L1.
Выключить режим Stepping. Для построения фазо-частотной характеристики в
диалоговом окне AC Analysis Limits вторую строку таблицы приводят в полное
соответствие с первой, в колонку «P» вводят 2 - т.е. второй график, в колонку
«Y Expression» вводят PH(V(OUT)) - т.е. фаза выходного напряжения. (см. рисунок
11)
Рисунок 11 - АЧХ и ФЧХ на одном графике
Полученный график сохранить в отчет
4. Исследовать простейшую электрическую цепь в режиме анализа переходных
процессов
В схему, исследованную в предыдущем задании вносят следующие изменения:
·
генератор
синусоидальных колебаний V1 заменяют источником сигналов произвольной формы E1
(пункт меню Component\Analog Primitives\Function Sources\NFV);
·
будет установлен
генератор, форма сигналов которого, определяется функцией времени. В первом
примере зададим выходной сигнал генератора - постоянное напряжение 1Вольт (см.
рисунок 12);
·
выполняется
сохранение схемы в отдельный файл.
Рисунок 12 - Колебательная RLC-цепь, подготовленная к анализу переходных
процессов.
Схема для исследования переходных процессов помещается в отчет.
Для получения формы выходного сигнала схемы при подаче на вход
постоянного напряжения 1В необходимо запустить режим анализа переходных
процессов (пункт меню Analysis\Transient Analysis).
В раскрывшемся диалоговом окне Transient Analysis Limits необходимо
выполнить следующие установки: поле Time Range (Временной диапазон) задается
значение продолжительности процесса, в котором будет построена зависимость. Чем
больше эта величина, тем больший отрезок времени будет исследован, однако при
этом возрастает и время выполнения расчета. Рекомендуется в это поле вводить
значение, определяемое следующей формулой:
;
·
поле Maximum Time
Step определяет кванта времени при вычислении. Чем этот квант меньше, тем
точнее выполняется расчет, но и дольше. Рекомендуется, чтобы на один период
колебания приходилось не менее 500 точек. Этот параметр рассчитывается по
следующей формуле:
;
·
в поле
Temperature ввести 20;
·
флажок Auto Scale
Ranges (Автоматический выбор масштаба) включить;
·
флажок Operation
Point выключить;
·
в таблице, в
первой строке в колонку X Expression (выражение по оси абсцисс) ввести T - т.е.
время;
·
в таблице, в
первой строке в колонку Y Expression (выражение по оси ординат) ввести V(OUT) -
т.е. напряжение на зажиме, обозначенном OUT;
·
вторую строку
таблицы очистить, все остальные установки оставить по умолчанию;
·
запустить
вычисления кнопкой Run.
На полученном графике, с помощью инструмента для определения
горизонтальных размеров, выделить 10 периодов колебаний, рассчитать частоту
колебаний. Результат занести на график (см. рисунок 13).
Рисунок 13 - Затухающие колебания в контуре при подаче на вход
постоянного напряжения 1Вольт. Выделено 10 периодов колебаний. Подсчитана
частота колебаний
График сохранить в отчете.
Вернуться к редактору схем и задать в функциональном генераторе Е1
следующую зависимость SIN(2*PI*1.2*F0*t), где вместо F0 - должно стоять
значение резонансной частоты.
Построить временную зависимость выходного сигнала, а вторым графиком
построить спектр выходного сигнала. Для этого в поле X Expression ввести F -
т.е. частоту, а в поле Y Expression - HARM(V(OUT)) - т.е. спектр выходного
напряжения. На полученном графике спектра нужно выделить область основных
частотных составляющих. Оба графика вместе (см. рисунок 14) помещаются в отчет.
Рисунок 14 - Временная зависимость выходного сигнала
Рисунок 15 - Переходный процесс установления выходного сигнала при подаче
на вход гармонического сигнала частоты, близкой к резонансу и его спектр.
С помощью Microsoft Word выполнить отчет по работе, который должен
включать:
·
титульный лист;
·
задание, цель
исследования;
·
краткие
теоретические сведения;
·
порядок
проведения лабораторной работы, в который помещен расчет и результаты,
выполненные в Micro-Cap
·
выводы по каждому
из заданий (выводы должны содержать суть проведенных исследований и полученных
результатов).
Выводы
В результате проделанной лабораторной работы мы научились создавать
расчетные схемы и выполнять их расчет по постоянному току, по переменному току,
а также производить анализ переходных процессов.
В задании 1 нами была рассмотрена вольт - амперная характеристика диода в
зависимости от варианта. В результате проделанных нами некоторых настроек, мы
получили вольт - амперные характеристики диода в зависимости от напряжения и
температуры.
В задание 2 мы исследовали простейшую электрическую цепь по переменному
току. Построили АЧХ и ФЧХ. В результате была получена: логарифмическая АЧХ
колебательного контура в широком диапазоне частот, АЧХ в линейном масштабе. А
также определили: полосы пропускания колебательного контура, резонансную
частоту контура (по максимуму). Получили в графическом виде семейство АЧХ в
зависимости от сопротивления резистора R1, L1, C1.
В задание 3 исследовали простейшую электрическую цепь в режиме анализа
переходных процессов. В итоге получили затухающие колебания в контуре при
подаче на вход постоянного напряжения 1Вольт; временную зависимость выходного
сигнала и переходный процесс установления выходного сигнала при подаче на вход
гармонического сигнала частоты, близкой к резонансу и его спектр.