в 1 В (для оценки переходной характеристики цепи; "H" − в положении 1), либо вы-
соковольтный источник E
2
, формирующий в совокупности с программируемым
электронным ключом малый по длительности прямоугольный импульс (для оценки
импульсной характеристики; "H" − в положении 2). Входной и выходной сигналы
фильтра следует наблюдать с помощью осциллографа.
1.2. Снять амплитудно- и фазочастотную характеристику
исследуемого ФНЧ.
Установить действующее значение напряжения источника e(t) равным
0.707 В ("Voltage"), чтобы амплитуда генерируемого колебания U
mВХ
составила ров-
но 1
В; частоту колебания f
=
0.5
кГц ("Frequency"). Запустить моделирование. Ис-
пользуя осциллограф, измерить в установившемся режиме амплитуду выходно-
го напряжения U
mВЫХ
и сдвиг во времени ∆t между ближайшими максимумами
входного и выходного колебаний. Результаты внести в табл. 13. Рассчитать для
частоты f
=
0.5
кГц значения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) фильт-
ра K(f) = U
mВЫХ
/U
mВХ
(отношение амплитуды выходного напряжения к амплитуде
входного) и его фазочастотной характеристики (ФЧХ) ϕ(f)
=
−2π⋅f×∆t×180°/π (сдвиг
по фазе выходного колебания относительно входного) и внести данные в табл. 13.
Увеличить частоту входного колебания до 1 кГц, вновь измерить амплитуду
U
mВЫХ
и сдвиг во времени ∆t, рассчитать K(f) и ϕ(f), данные внести в табл. 13.
Последовательно увеличивая частоту входного сигнала с шагом 0.5 кГц, прово-
дить аналогичные измерения до тех пор, пока АЧХ фильтра не уменьшится в
7…10 раз по отношению к максимальному значению.
Таблица 13
АЧХ и ФЧХ исследуемого фильтра нижних частот
f, кГц 0.5 1.0 1.5 … … … … …
U
mВЫХ
, мВ … … … … … … … …
∆t, мкс
… … … … … … … …
K(f),
безразм. … … … … … … … …
ϕ(f),
°
… … … … … … … …
1.3. Построить графики АЧХ и ФЧХ фильтра. Оценить
полосу пропускания фильтра.
По данным табл. 13 построить графики АЧХ и ФЧХ фильтра (один под
другим). По графику АЧХ ФНЧ оценить его полосу пропускания П
f
(считать ниж-
ней границей полосы нулевую частоту, верхней границей – частоту среза АЧХ,
на которой АЧХ составляет 0.707 от максимального значения).
2. ИССЛЕДОВАНИЕ ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК
ФНЧ И ИХ СВЯЗИ С ЧАСТОТНЫМИ
2.1. Снять переходную характеристику ФНЧ. Оценить
время установления процессов в ФНЧ и его полосу пропускания.
Переключатель "Space" перевести в положение 2; переключатель "H" – в
положение 1. Запустить моделирование. Используя осциллограф, снять отклик
ФНЧ на единичное воздействие (переходную характеристику h(t)) и зарисовать в
отчет. Определить по переходной характеристике h(t) время установления процес-
сов t
УСТ
на выходе фильтра как интервал времени, в течение которого h(t) возраста-
ет от нулевого значения до 0.95 от установившегося. Оценить полосу пропускания
фильтра, используя соотношение П
f
=
1/(2π⋅τ
Ц
), где τ
Ц
– постоянная времени цепи:
τ
Ц
≈
t
УСТ
/3. Сопоставить полученное значение с данными п. 1.3. Сделать вывод.
2.2. Снять импульсную характеристику ФНЧ. Оценить по-
стоянную времени цепи.
Переключатель "H" перевести в положение 2 ("Space", по-прежнему, в
положении 2). Запустить моделирование. Используя осциллограф, снять отклик
ФНЧ на малый по длительности прямоугольный импульс (ненормированную
импульсную характеристику g(t)) и зарисовать в отчет. Определить по импульсной
характеристике g(t) постоянную времени цепи τ
Ц
как интервал времени, в течение
которого g(t) уменьшается в e ≈ 2.718 раз по отношению к максимальному значению
g(t). Сопоставить полученное значение с данными п. 2.1. Убедиться в том, что
переходная характеристика цепи h(t) есть интеграл от импульсной характеристики
g(t). Для чего подключить к выходу фильтра интегратор (переключатель "I") и
сопоставить его реакцию (в режиме измерения g(t)) с h(t). Для наблюдения отклика
интегратора не следует подключать к его выходу осциллограф. Достаточно
активировать режим "Transient…" меню "Analysis" (номер точки съема реакции
"Nodes for analysis" должен соответствовать номеру узла на выходе интегратора;
выяснить номера узлов можно так: поместив указатель мышки на свободное от
схемы поле, нажать правую кнопку мышки, в появившемся меню выбрать строку
"Schematics Options" и активировать опцию "Show nodes").
2.3. Установить взаимосвязь временных и частотных ха-
рактеристик фильтра.
Переключатель "Space" перевести в положение 1; переключателем "I" от-
ключить интегратор. Активировать режим "Parameter sweep…" (вариация парамет-
ров) меню "Analysis". В качестве компонента, номинальное значение которого будет
изменяться, взять емкость выходного конденсатора (установить позиционное обо-
значение "Component" выходного конденсатора). Стартовое значение емкости "Start
value" взять равным номинальному, конечное значение "End value" – в десять раз
больше, шаг изменения "Increment step size" – так, чтобы общее число значений
варьируемой емкости составило 5…6. Номер точки съема реакции "Output node"
должен соответствовать номеру узла на выходе ФНЧ (о выяснении номеров узлов
см. в п. 2.2). Здесь же установить флажок в позиции "AC Frequency Analysis" (час-
тотный анализ). Нажать кнопку "Simulate". Зарисовать серию АЧХ и ФЧХ фильтра,
соответствующих разным значениям емкости выходного конденсатора. Для каждой
кривой указать соответствующее значение емкости.
Переключатель "Space" перевести в положение 2; переключатель "H" – в
положение 2. Активировать режим "Parameter sweep…" меню "Analysis". Установить
флажок в позиции "Transient Analysis" (расчет переходных процессов). Нажать
кнопку "Simulate". Зарисовать серию импульсных характеристик фильтра,
соответствующих разным значениям емкости выходного конденсатора. Для каждой
кривой указать соответствующее значение емкости. Анализируя совокупно
импульсные и амплитудно-частотные характеристики ФНЧ, сделать выводы об их
связи.
22 23