Активный rc-фильтр нижних частот 2-ого порядка.

Рис. 5 Активный инвертирующий фильтр НЧ 2-ого порядка.

Согласно приведенной схеме активного фильтра нижних частот второго порядка составляем систему линейных уравнений Кирхгофа, для двух узлов:

Решая систему, получаем передаточную функцию фильтра для конечного коэффициента усиления :

При условии имеем:

Рис. 6 Активный неинвертирующий фильтр НЧ 2-ого порядка.

Согласно приведенной схеме активного фильтра нижних частот второго порядка составляем систему линейных уравнений Кирхгофа, для трех узлов:

Решая систему, получаем передаточную функцию для конечного коэффициента усиления:

где .

При условии имеем:

.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ:

1. Запустить Start ® All Programs ® Cadence PSD 14.0 ® Schematics.

2. Ввести схему пассивного RC фильтра первого порядка. Для ввода схемы необходимо расположить схемотехнические элементы, а затем соединить их проводниками, согласно электрической схеме. Рис. 7 Электрическая схема пассивного RC-фильтра 1-ого порядка. Выбор элементов из библиотеки производится следующим образом: "Menu ® Draw ® Get New Part" (CTRL+G), вызов диалогового окна выбора новых элементов из библиотеки. Далее кнопка "Libraries…", в появившемся окне в списке библиотек (Libraries) выбирается нужная библиотека, затем в списке элементов (Part) выбирается требуемый элемент. Далее кнопка "ОК" и возврат к предыдущему окну. Элементы R и C находятся в библиотеке analog.slb, аналоговая земля EGND в библиотеке port.slb. Далее необходимо нажать кнопку "Place" или "Place & Close", после чего можно поместить выбранный элемент в поле редактирования, только в первом случае окно выбора элементов не будет закрыто. Номиналы элементов: R₁= 100 кОм, C₁= 1 пФ. Рисовать проводник – "Menu ® Draw ® Wire " (CTRL+W) Поворот выделенной части схемы – "Menu ® Edit ® Rotate" (CTRL+R) Редактирование свойств и параметров объекта – двойной клик левой кнопкой мыши. Для задания имени проводника – два раза кликнуть мышкой на проводнике и в появившемся окне ввести имя проводника. Задать имена для проводников IN и OUT.

3. Для сохранения схемы, создайте рабочее пространство. В окне PSpice Design Manager выберите Menu ® File ® New Workspace… В поле Location ввести D:\<номер студ.билета>, в поле Name – Lab1, В окне PSpice Schematics File ® Save As… сохранить схему в папке D:\<номер студ.билета>\Lab1. Имя схемы и путь к ней не должны содержать пробелов и русских букв.

4. Для того чтобы настроить программу моделирования PSpice, вызываем команду: Menu ® Analysis ® Setup… Задание частотного анализа схемы (AC SWEEP). Параметры моделирования для AC SWEEP: AC Sweep Type ® Decade (логарифмическая частотная шкала) Sweep Parameters ® Pts/Decade=1000, Start Freq.:10, End Freq.:1.00G (количество отсчетов на декаду, начальная и конечная частота) Для того чтобы провести частотный анализ необходимо в качестве входного источника напряжения поставить VAC (библиотека source.slb), с параметром ACMAG=1. Далее Menu ® Analysis ® Simulate (F11) – для запуска моделирования. После окончания работы программы моделирования можно посмотреть амплитудно- и фазово-частотную характеристику схемы. Для вывода АЧХ в меню программы вывода результатов выбираем пункт Trace ® Add Trace (Insert), далее необходимо убрать все галочки кроме Analog и Voltages, выбрать в правой части окна DB( ), затем в левой части – V(OUT). ФЧХ вывести на отдельном графике, воспользовавшись командой Menu ® Plot ® Add Plot to Window. Для вывода ФЧХ в правой части окна выбирать P( ), в левой – V(OUT). Зарисовать АЧХ и ФЧХ схемы. Определить граничную частоту фильтра. Чтобы найти граничную частоту, необходимо включить курсор кнопкой «Toggle Cursor» (), далее перемещая его мышкой вдоль кривой АЧХ и наблюдая за значениями в появившемся окошке, найти значение амплитуды выходного сигнала равное -3дБ. Значение частоты в этой точке будет равно граничной частоте фильтра

5. Провести временнόй анализ неинвертирующего или инвертирующего усилителя (согласно варианту). Рис. 8 Электрическая схема неинвертирующего усилителя (номиналы сопротивлений рассчитываются согласно варианту). Рис. 9 Электрическая схема инвертирующего усилителя (номиналы сопротивлений рассчитываются согласно варианту). Параметры элемента OPAMP из библиотеки analog.slb: VPOS=3V, VNEG=0V, GAIN=1e6. Проверьте правильно ли собрана схема относительно инвертирующего и неинвертирующего входов элемента OPAMP; если требуется, отразите ("Menu ® Edit ® Flip" (CTRL+F)) и поверните ("Menu ® Edit ® Rotate" (CTRL+R)) элемент. Напряжение аналоговой земли задано с помощью элемента VDC из библиотеки source.slb с параметром DC=1.5V. Параметры входного источника синусоидального напряжения VSIN из библиотеки source.slb: VOFF=1.5V, VAMPL=0.1V, FREQ=1e6. Параметры для временного анализа (Transient): Print Step: 0ns (временной шаг при выводе на экран результатов) Final Time: 2us (конечное время моделирования) Step Ceiling: 0.001us (временной шаг моделирования Отобразить напряжения V(IN) и V(OUT). Зарисовать получившиеся графики.

6. Провести частотный анализ активного инвертирующего интегратора. Рис. 10 Электрическая схема активного инвертирующего интегратора. Параметры источника VAC: ACMAG=1. Параметры элемента OPAMP из библиотеки analog.slb: VPOS=3V, VNEG=0V, GAIN=1e2. Значения элементов: R₁= 1 кОм, C₁= 1 пФ. Параметры моделирования для AC SWEEP: AC Sweep Type ® Decade (логарифмическая частотная шкала) Sweep Parameters ® Pts/Decade=1000, Start Freq.:10, End Freq.:1.00G Вывести и зарисовать АЧХ и ФЧХ интегратора.

7. Провести частотный анализ ARC-фильтра 2-ого порядка. Рис. 11 Электрическая схема активного инвертирующего ARC-фильтра НЧ 2-ого порядка (номиналы емкостей и сопротивлений рассчитываются согласно варианту). Рис. 12 Электрическая схема активного неинвертирующего ARC-фильтра НЧ 2-ого порядка (номиналы емкостей и сопротивлений рассчитываются согласно варианту). Параметры элемента OPAMP из библиотеки analog.slb: VPOS=3V, VNEG=0V, GAIN=1e6. Параметры источника VAC: ACMAG=1. Параметры моделирования для AC SWEEP: AC Sweep Type ® Decade (логарифмическая частотная шкала) Sweep Parameters ® Pts/Decade=1000, Start Freq.:10, End Freq.:1.00G Вывести АЧХ и ФЧХ фильтра, определить граничную частоту фильтра. Зарисовать АЧХ и ФЧХ активного фильтра.

Данные для расчета номиналов элементов в схемах усилителей.

Коэффициент усиления схемы определяется соотношениями 1.11b и 1.14.

Данные для расчета ARC-фильтров НЧ 2-ого порядка.