Лабораторное задание

1. Получите и сохраните в предварительно созданном документе Word графики АЧХ и ФЧХ комплексного коэффициента передачи по напряжению последовательного колебательного контура, схема которого приведена на рис. 1.4*.

Рис. 1.4. Схема последовательного колебательного контура

Параметры элементов контура: R1 = 50 Ом; L1 = 100 мкГн; С1 = 1 нФ.

Установки частотного анализа (AC Analysis → Frequency parameters): FSTART = ; FSTOP = ; Sweep type – Linear; Number of points – 1000; Vertical scale – Linear.

Анализируемая переменная (AC Analysis → Output → Selected variables for analysis): V(3)/V(1) ( = V(3), = V(1), если нумерация узлов на схеме такая же как на рис. 1.4).

Дополнительные опции анализа (AC Analysis → Analysis Options → Use Custom Settings → Customize): RELTOL = 1e–6.

2. По графику АЧХ определите максимальное значение коэффициента передачи K _max, резонансную частоту f ₀, полосу пропускания П _f и добротность последовательного контура (добротность определяется двумя способами: а) Q_K = K _max, б) Q_П = f ₀ / П _f). Оцените относительные отклонения результатов моделирования от значений , и полученных в домашнем задании.

3. На схеме последовательного колебательного контура замените источник гармонического напряжения источником кусочно-линейного напряжения (PWL Linear Voltage) и опишите напряжение источника PWL Voltage, так чтобы оно имело вид единичного скачка (см. рис. 1.3, а).

4. Получите и сохраните в документе Word графики переходных процессов в последовательном колебательном контуре u_R, u_L, u_C при воздействии единичного скачка напряжения.

Установки анализа переходных процессов (Transient Analysis → Analysis parameters): Initial Conditions – Automatically determine initial conditions; TSTART = 0; TSTOP = t _пер; TMAX = T _св / 100.

Анализируемые переменные (Transient Analysis → Output → Selected variables for analysis): V(1), V(1) – V(2), V(2) – V(3), V(3) (u _вх = V(1), u_R = V(1) – V(2), u_L = V(2) – V(3), u_C = V(3), если нумерация узлов на схеме такая же как на рис. 1.4).

Дополнительные опции анализа (Transient Analysis → Analysis Options → Use Custom Settings → Customize): RELTOL=1e-6.

5. По графику u_R (t) или u_L (t) определите период свободных колебаний T _св = t ₂ – t ₁ (интервал времени между двумя соседними максимумами напряжения) и логарифмический декремент колебаний (натуральный логарифм отношения максимальных значений напряжения, взятых через период свободных колебаний). По найденным значениям T _св и θ; рассчитайте коэффициент затухания d и длительность переходного процесса t _пер. Оцените относительные отклонения результатов моделирования от значений d, T _св, t _пер и θ;, полученных в домашнем задании.

6. Получите и сохраните в документе Word графикиВАХ диода в линейном и в полулогарифмическом (логарифмическом по оси тока) масштабе.

Схема анализируемой цепи, содержащей диод, приведена на рис. 1.5.

Параметры диода: IS = 0,5 нА и N = 1.

Установки анализа цепи по постоянному току (DC Sweep Analysis → Analysis parameters): Source – V1; Start value = – 0,4 В; Stop value = 0 В; Increment = 0,001.

Рис. 1.5. Схема цепи с нелинейным элементом

Анализируемая переменная (DC Sweep Analysis → Output → Selected variables for analysis): – I(V1) (i_D = – I(V1) в схеме, приведенной на рис. 1.5).

Установки графического окна при построении ВАХ (Grapher View → Edit → Properties):

Bottom Axis: Scale →;Linear; Range →;Min = 0, Max = 0,4; Total Ticks: 4.

Left Axis: Scale →;Linear; Range →;Min = –1e-4, Max = 1e-3; Total Ticks: 11(при линейном масштабе).

Left Axis: Scale →;Logarithmic; Range →;Min = 1e-9, Max = 1e-3; Total Ticks: 1 (при полулогарифмическом масштабе).

7. Получите и сохраните в документе Word таблицу и диаграмму гармонических составляющих тока диода(амплитудный спектр тока), при следующих параметрах источникагармонического напряжения (AC Voltage): Voltage Pk = 0,2 В; Voltage Offset = 0,3 В; Frequency = 50 Гц; Phase = 0°.

Схема цепи и параметры диода остаются такими же, как и в п. 6.

Установки гармонического анализа (Fourier Analysis → Analysis parameters) задаются автоматически при нажатии кнопок Estimate: Fundamental frequency = 50 Гц; Number of harmonics = 9; TSTOP = 0,02 с; Results – Display as bar graph; Display – Chart and Graph, Vertical scale – Linear; Sampling frequency = 900 Гц.

Анализируемая переменная (DC Sweep Analysis → Output → Selected variables for analysis): – I(V1) (i_D = – I(V1) в схеме, приведенной на рис. 1.5).

Дополнительные опции анализа (AC Analysis → Analysis Options → Use Custom Settings → Customize): RELTOL = 1e–6.

Контрольные вопросы

1. Какие виды анализа цепей позволяет выполнять программа Multisim?

2. Какие виды электронных компонентов можно моделировать в программе Multisim?

3. Как обозначается источник гармонического напряжения? Какие параметры он имеет?

4. Как обозначается источник кусочно-линейного напряжения? Как описывается напряжение этого источника?

5. Как описывается модель диода в Multisim?

6. Как в программе Multisim обозначаются кратные и дольные величины?

7. Перечислите и поясните основные установки при частотном анализе.

8. Как в программе Multisim обозначаются анализируемые напряжения? Приведите примеры.

9. Какие виды масштаба можно выбрать при построении частотных характеристик?

10. Как рекомендуется устанавливать время анализа переходных процессов?

11. Какие значения начального и максимального шага решения рекомендуется устанавливать при анализе переходных процессов?

12. Какой вид анализа необходимо применить для определения ВАХ нелинейного элемента? Какой элемент необходимо дополнительно подключить к нелинейному элементу, чтобы определить его ВАХ с помощью Multisim?

13. Что такое DC Sweep Analysis?Какие установки он содержит?

14. С какой целью проводится гармонический анализ цепи?

15. Перечислите и поясните основные установки при гармоническом анализе.

16. Что такое RELTOL? Для чего необходимо задавать значение RELTOL? Как влияет это значение на скорость анализа?

17. Как описать в программе Multisim анализируемую функцию, если требуется получить АЧХ и ФЧХ а) входного сопротивления, б) входной проводимости?

18. Как по графику АЧХ комплексного коэффициента передачи последовательного колебательного контура определить его резонансную частоту, полосу пропускания и добротность?

19. Как по графику квазигармонической функции определить период свободных колебаний?

20. Как по графику квазигармонической функции определить логарифмический декремент колебаний?

21. Докажите, что в последовательном колебательном контуре число периодов свободных колебаний, укладывающихся на интервале затухания свободных составляющих отклика до уровня 5 % от начального примерно равно добротности контура?

Для выполнения домашнего задания и подготовки к защите данной лабораторной работы необходимо изучить подраздел 1.1 данного руководства и повторить материал учебника [1, стр. 175 – 195, 322 – 327] и задачника [2, № 6.25, 6.27].