анализ частотных свойств цепи

Hi, Multisim! – 2
Частотный анализ
цепей
Исследуем частотные свойства цепи
Параметры:
R=1кОм , С=750 пФ,
α =2,95 (будем изменять)
Известно: свойства цепи в частотной области описывают комплексным
коэффициентом передачи K(ω) - отношением комплексных амплитуд
выходного и входного напряжений. Зависимость модуля этой величины (K(ω)) от
частоты: АЧХ (амплитудно-частотная характеристика),
зависимость аргумента K(ω) : ФЧХ (фазочастотная характеристика).
Построим экспериментально АЧХ и ФЧХ. Для этого подадим на вход цепи
синусоидальное напряжение. Будем изменять частоту и исследовать отклик цепи
– амплитуду и сдвиг по фазе выходного напряжения.
Собираем цепь.
Конденсаторы находим в разделе Basic_CAPACITOR.
К входу цепи подключаем функциональный генератор (источник
периодической ЭДС). Его находим по адресу: «улица измерительных
приборов, дом 2».
Настраиваем генератор
Выбираем форму колебаний – синусоиду.
Устанавливаем какие-нибудь (пока) значения частоты и амплитуды.
Смещение (сдвиг, offset) выбираем 0 В (навсегда в этих опытах).
Осциллограф
Встраиваем в цепь двухканальный осциллограф (он живет по тому же адресу,
что и функциональный генератор, двумя этажами ниже).
Контакты каналов А и В соединяем с полюсами, напряжения на которых будем
наблюдать: входной сигнал подключаем к А, выходной – к В.
Режим измерения
Устанавливаем на осциллографе режим измерений (если сам не установится)
Режим такой: Y/T – наблюдение осциллограмм (по оси X линейно изменяется
время T), AC (alternative current, переменный ток) – на входе канала отсекается
постоянная составляющая напряжения,
AUTO – автоматическая синхронизация развертки.
На экране видим сигналы на входе и выходе цепи.
Можем измерять амплитуды, период, сдвиг фазы.
(2)
(4)
(1)
(3)
Настроим масштабы (scale) изображения
Масштабы (s/Div, V/Div) задают отношением физ. величины (сек., s или вольт, V)
к делениям сетки экрана (Div). Чтобы установить удобный для наблюдения
масштаб по X и Y, щелкаем мышкой в полях ввода (1), (2) и вводим значения
масштаба. Ось времени (X) - общая для каналов A и B, а масштаб по оси Y
настраиваем для каждого канала индивидуально. Осциллограммы можно
смещать по X и Y, задавая сдвиг (Div) – см. (3), (4).
Покрасим лучи каналов A и B
Цвет устанавливают для «провода», подключенного к полюсу (+) входа
осциллографа. Окно выбора цвета выводят двойным щелчком лев. кн. мыши
на линии провода. Щелок мышью на нужном цвете перекрасит в него и
провод, и осциллограмму.
курсоры
время от запуска
до Х- значения
курсоров
курсор Т1
напряжения
сигналов А и В
курсор Т2
интервал времени
между курсорами
Для измерений используем курсоры - вертикальные линии (номера курсоров - в
треугольниках вверху экрана).
Курсор привязан к своей точке времени: T1 и T2. На дисплей осциллографа видим
для каждого курсора координату времени (T1, T2) и напряжения сигналов A и B.
Строка Т2-Т1 показывает интервал между курсорами и разность напряжений.
Измерения можно выполнять в режиме памяти - при выключенной эмуляции.
Bode Plotter, плоттер
По-русски: измеритель
частотных характеристик
Bode Plotter находим на
панели измерительных
приборов (шестой сверху)
Bode Plotter позволяет снимать частотные характеристики. Он изменяет
частоту входного синусоидального колебания по линейному закону и выводит на
индикатор коэффициент передачи (отношение амплитуд) и разность фаз
выходного и входного напряжений в заданном диапазоне частот.
На экране видим АЧХ и ФЧХ цепи.
Контакты IN плоттера подключают к входу цепи, контакты OUT – к выходу.
К входу цепи подключаем источник ЭДС (здесь – функциональный генератор).
режим-амплитуда
режим-фаза
курсор
Режимы наблюдения:
линейный или
логарифмический
верхняя граница
(по амплитуде)
правая граница
(по частоте)
левая граница
(по частоте)
нижняя граница
(по амплитуде)
Измерения плоттером
Шаг 1. Выбираем режим измерения: АЧХ (Magnitude) или ФЧХ (Phase).
Шаг 2. Устанавливаем интервалы диапазонов. Используем кнопки F (max , края
диапазонов справа, сверху) и I (min, края диапазонов слева, снизу) . Сначала укажем
большие диапазоны - чтобы не пропустить важные участки характеристики.
Шаг 3. Подбираем значения F и I , чтобы разглядеть подробнее нужный участок графика
и чтобы увеличить точность измерений.
Шаг 4. Измеряем: подводим курсор и смотрим значения внизу экрана.
Пример диаграммы Боде исследуемой цепи: АЧХ в логарифмических осях
Диапазоны и по частоте, и по модулю коэффициента передачи выбраны
избыточными. Зато видим, что цепь ведет себя как фильтр нижних частот, и
можем измерить скорость убывания в полосе заграждения: примерно 40 дБ/дек.
Вблизи частоты среза обнаруживаем резонансный подъем коэффициента
передачи. Для точных измерений следует сузить диапазоны наблюдения.
Растянули АЧХ, изменив масштабы по осям. Перешли к линейной оси частот.
Видим, что при установленном значении коэффициента α (2,95) в цепи возникает
резонансный рост напряжения: на АЧХ наблюдаем экстремальный участок. Таким
образом ФНЧ превратился в полосовой фильтр.
Центральную частоту резонансной кривой и ширину полосы пропускания можем
померить, двигая курсор по экрану.
На этом пока прервусь.
Продолжение следует.
Ваш Павел Третинников