5. Построение и анализ карты нулей и полюсов

5.1. Вызовите программу построения таблицы нулей и полюсов. Для этого вызовите диалоговое окно Pole-Zero Analysis из главного меню программы Multisim, выбрав путь

Simulate / Analyses / Pole Zero Analysis.

5.2. На закладке Analysis Parameters диалогового окна:

– выберите тип анализируемой функции цепи Gain Analysis (Анализ функции передачи);

– на субпанели Nodes укажите из предъявляемых списков в поле Input(+) обозначение входного потенциального узла, а в поле Output(+) – обозначение выходного потенциального узла. В полях Input(–) и Output(–) приведите обозначение общего базисного узла. Обозначения узлов имеют вид V(N), где N – номер узла. Для базисного узла примените обозначение V(0);

– выберите вариант выводимой таблицы полюсов и нулей из списка, предлагаемого в поле Analysis performed. В принципе, можно построить при желании три таблицы: таблицу нулей, таблицу полюсов и общую таблицу нулей и полюсов.

5.3. Перейдите на закладку Summary и просмотрите сделанные установки. Если они соответствуют требуемым, нажмите кнопку Simulate, чтобы вызвать окно Плоттера с нужной таблицей.

5.4. Просмотрите полученную таблицу. Убедитесь, что число нулей и число полюсов функции передачи соответствуют порядку анализируемой схемы и типу этой цепи как фильтра. Проверьте, являются ли полученные особые точки характерными для реактивной цепи.

5.5. Если содержание рассчитанной таблицы соответствует типу схемы, введённой для анализа, сохраните её, выполняя действия, указанные в пункте 3.13.

Примечание. Таблица может быть перенесена в программу Excel, если нажать кнопку Export to Excel панели инструментов Плоттера.

5.6. Получите таблицу полюсов и нулей входного сопротивления цепи. Для этого повторите выполнение пунктов 5.1–5.5 данного задания, изменив тип анализируемой функции на Input Impedance.

5.7. Сравните таблицы полюсов и нулей для входного сопротивления и функции передачи напряжения. Найдите соответствия и особенности в содержании таблиц. Сравните координаты особых точек с координатами точек экстремумов АЧХ и входного сопротивления.

5.8. Постройте по полученным таблицам карты полюсов и нулей функции передачи и входного сопротивления. Сформулируйте выводы по данному разделу работы.

6. Построение и обработка графиков временных характеристик

6.1. Вызовите схему анализируемой цепи.

В пункте File основного меню выберите опцию Open. В появившемся диалоговом окне Open File щелчком ЛКМ выберите нужную схему и нажмите кнопку «Открыть».

6.2. Смените на схеме источник гармонического напряжения на источник импульсов напряжения.

Щёлкнув ПКМ на обозначении источника, вызовите контекстное меню элемента. Выберите в нём опцию Replace Components. В появившемся диалоговом окне Select a Component выберите в базе данных Master Database семейство (Family) источников Signal Voltage Sources, а в этом семействе элемент (Component), обозначенный как PULSE VOLTAGE.

Убедитесь по изображению в окошке Symbol и по комментарию в окошке Function, что выбран именно источник импульсов напряжения.

При щелчке ЛКМ на кнопке ОК диалогового окна условное графическое обозначение выбранного источника появляется на поле схемы. Переместите курсором изображение источника к входу схемы. Подведите курсор к выводу источника. При этом он изменит форму на крестик. Передвигая курсор от выводов источника к нужным узлам схемы и щелкнув ЛКМ на узлах, соедините источник со схемой.

6.3. Выставите на закладке Label диалогового окна источника напряжение, равное 1 В.

Выделите источник и вызовите двойным щелчком ЛКМ его контекстное меню PULSE VOLTAGE. В этом меню на закладке Label установите в поле Pulsed Value напряжение, равное 1 В. В поле Initial Value (Начальное значение) выставите нуль. Выберите период напряжения Period достаточным для наблюдения переходного процесса до его установления. Длительность импульсов Pulse Width сделайте равной половине их периода. Нажмите кнопку ОК.

6.4. Вызовите программу построения графика временного отклика цепи Transient Analysis. Для этого, выбрав путь из главного меню

Simulate / Analyses / Transient Analysis,

перейдите к диалоговому окну Transient Analysis.

6.5. В диалоговом окне Transient Analysis на закладке Analysis Parameters установите переключателем Initial Conditions вариант Set to Zero, то есть нулевое начальное условие.

Оставьте начальное время анализа TSTART равным нулю. Время окончания анализа TSTOP выберите, исходя из предполагаемого времени существования переходного процесса и длительности импульсов источника.

Примечание. Рекомендуется сначала установить время анализа от трёх до пяти значений, обратных ширине полосы пропускания цепи.

6.6. Установите на закладке Output диалогового окна в качестве выходной переменной напряжение выходного узла схемы. Для этого щелчком ЛКМ выделите необходимое напряжение в левом окошке Variables in circuit и нажмите высветившуюся кнопку Add.

6.7. Перейдите на закладку Summary и просмотрите установленные параметры анализа. Убедитесь, что они соответствуют заданным значениям.

6.8. Для вызова Плоттера (Grapher) нажмите на закладке Summary кнопку Simulate. Тогда появится окно Плоттера Grapher View.

Просмотрите график переходной характеристики. Убедитесь, что время анализа достаточно для её полного представления. Если оно недостаточно или нарушены другие условия, вернитесь к диалоговому окну Transient Analysis и внесите необходимые изменения.

Измените название графика на «Переходная характеристика». Установите масштабную сетку. Выберите цвета кривой и фона. Всё это делается так же, как при анализе частотных характеристик.

6.9. Проведите анализ полученной переходной характеристики.

Найдите начальное и установившееся значения выходного напряжения. Сравните их с граничными условиями. Оцените время существования переходного процесса.

В случае, когда переходный процесс имеет колебательный характер, оцените с помощью курсоров начальную амплитуду, период и частоту, а также декремент колебания. Запишите значения всех полученных параметров.

6.10. Сохраните график переходной характеристики, выполняя действия, указанные в пункте 3.13.

6.11. Постройте график импульсной характеристики.

Повторно вызовите программу Transient Analysis. На закладке Output нажмите кнопку Add Expression. В поле Expression диалогового окна Analysis Expression запишите формулу производной выходного напряжения. Для этого в поле Function выберите вариант Vector. Соответственно, в окошке, расположенном ниже этого поля. Выберите щелчком ЛКМ опцию derive( ). Щёлкните ЛКМ на возникшей кнопке Copy Function to Expression. Затем выделите в поле Variables обозначение выходного напряжения и, щелчком ЛКМ на кнопке Copy Variables to Expression, внесите это обозначение в поле Expression как аргумент производной. Нажмите кнопку ОК.

Убедитесь, что в окошке Select Variables for Analysis имеется формула производной выходного напряжения и нажмите кнопку Simulate.

6.12. Проанализируйте график импульсной характеристики подобно тому, как это требуется сделать при выполнении пункта 6.9. Сравните полученные временные характеристики. Оцените связь их параметров с параметрами функции передачи.

6.13. Введите название графика «Импульсная характеристика». Измените обозначение вертикальной оси на «В/с». Сохраните график импульсной характеристики.

6.14. Найдите импульсную характеристику как реакцию цепи на короткий импульс.

Для нахождения импульсной характеристики цепи вернитесь к контекстному меню источника, дважды щёлкнув ЛКМ по его обозначению.

Установите на закладке Label контекстного меню длительность импульсов Pulse Width на два-три порядка меньше исходной и нажмите кнопку ОК.

6.15. Ещё раз вызовите программу Transient Analysis для получения графика импульсной характеристики и нажмите в её окне кнопку Simulate.

6.16. Повторите выполнение пунктов 6.12–6.13, чтобы зарегистрировать и проанализировать импульсную характеристику цепи.

6.17. Сравните переходную характеристику и импульсную характеристику, полученную при выполнении пунктов 6.14–6.16. Произведите сравнение параметров этих характеристик с функцией передачи. Сформулируйте выводы по этому разделу задания.

Приложение