6.2 Порядок выполнения работы
6.2.1 Моделирование инвертирующего усилителя
а) Построение схемы
Исследуем схему на рис. 6.8, а, в которой реализована параллельная отрицательная обратная связь (ООС) по напряжению. Выберем из базы программы Micro Cap операционный усилитель LF155 со встроенными источниками питания. При этом источники питания V2 и V3 в основном окне программы не отображаются, но могут быть просмотрены в окне Power Supplies, которое открывается соответствующей кнопкой внизу экрана (рис. 6.8, б).
Для источника синусоидального напряжения V1 укажем частоту F=1KHZ и амплитуду A=1 V.
После ввода схемы упорядочим в направлении слева направо обозначения элементов схемы и номера узлов. Для этого последовательно выберем опции Edit, Change, Rename components, Top to Bottom.
|
|
а)
|
б) |
Рисунок 6.8 – Схема для моделирования инвертирующего усилителя
|
|
б) Моделирование
В режиме анализа Transient на временном интервале 2 мс снимем временные диаграммы в узлах 3, 4, 5 схемы (рис. 6.9).
|
Рисунок 6.9 – Временные диаграммы усилителя |
Не трудно видеть, что усилитель является инвертирующим и коэффициент усиления по напряжению составляет 2 единицы. Из анализа диаграмм вытекает также другое важное свойство схемы – напряжение в точке 4 много меньше входного и выходного напряжений, что позволяет считать его равным нулю.
Определим диаграммы Боде (АЧХ и ФЧХ) схемы усилителя. Для этого проведем AC – анализ на интервале частот от 0.1 до 107 герц. Получим АЧХ и ФЧХ, представленные на рис. 6.10.
|
Рисунок 6.10 – АЧХ и ФХЧ усилителя
|
Видно, что усилитель работает в диапазоне частот от 0 герц до единиц мегагерц, являясь усилителем постоянного и переменного тока.
6.2.2 Моделирование неинвертирующего усилителя
а) Построение схемы
|
Рисунок 6.11 – Схема для моделирования неинвертирующего усилителя
|
Путем изменения соединений элементов преобразуем схему на рис. 6.8, а в схему на рис. 6.11, в которой реализована последовательная ООС по напряжению, и вновь упорядочим элементы и узлы.
б) Моделирование
В режимах Transient и АС определим временные диаграммы, АЧХ и ФЧХ (рис. 6.12, 6.13) как для схемы инвертирующего усилителя.
|
Рисунок 6.12 – Временные диаграммы усилителя |
Из временных диаграмм видно, что усилитель имеет коэффициент усиления по напряжению 3 единицы и является неинвертирующим. Полоса усиливаемых частот примерно соответствует полосе инвертирующего усилителя.
|
Рисунок 6.13 – АЧХ и ФХЧ усилителя
|
6.2.3 Моделирование релаксационного генератора
а) Построение схемы
Соберем схему на ОУ LF155, представленную на рис. 6.14, а, содержащую отрицательную на элементах С1, R3 и положительную на резисторах R1, R2 ОС, и упорядочим элементы схемы и узлы.
|
|
а) |
б) |
Рисунок 6.14 – Схемы для моделирования релаксационного генератора
|
|
б) Моделирование
Выполним анализ переходных процессов в режиме Transient на временном интервале 800 мс. На рис. 6.15 представлены временные диаграммы напряжений в точках 3, 4 и 4.
На интервале от 0 до 320 мс происходит относительно медленный запуск генератора. Далее генератор работает в автоколебательном режиме, генерируя сигнал прямоугольной формы, что является следствием действия положительной обратной связи.
Для того чтобы ускорить запуск генератора, возможны два варианта действий. Первоначально необходимо уменьшить временной шаг (Maximum Time Step) до 0.1…1 мкс между расчетными точками на временных диаграммах, что устанавливается в окне ограничений анализа (Transient Analysis Limits). Если действие окажется неэффективным, в схему необходимо ввести ключевой элемент, запускаемый на короткое время в начале анализа. Таким элементом может служить МДП-транзистор. Для управления транзистором нужен дополнительный генератор одиночного импульса (импульсный генератор). Схема включения МДП-транзистора и дополнительного генератора показана на рис. 6.14, б.
|
Рисунок 6.15 – Временные диаграммы генератора |
