Контрольная работа: Моделирование электрических цепей при помощи программы Micro-Cap

1.2. Заменить диод D1 в схеме рис. 12 на стабилитрон (ZenerDiode), подсоединив его катодом к плюсу источника (встречное включение). Стабилитрон можно «сконструировать» самостоятельно, если в качестве модели диода выбрать GENERIC, а в открывшемся окне задания параметров моделирования диода установить, например, следующие значения: BV = 3 В (напряжение пробоя), RS = 4 Ом (объемное сопротивление диода). Построить ВАХ стабилитрона, задав пределы изменения напряжения источника V1 в пределах 0…4 В. Измерить напряжение стабилизации (пробоя).

1.3. Собрать схему дифференцирующей RC-цепи (рис. 8), подключив параллельно нагрузочному резистору R2 диод D1, используемый в п. 1.1. Сопротивление R1 = 50 Ом имитирует внутреннее сопротивление генератора V1.

Рис. 8

Значения величин R2, C1 выбрать из табл. 2 и установить следующие параметры генератора V1: амплитуда импульса – 10 В, начало переднего фронта – 0,1 мкс, длительность импульса T_И = 5R1C1, период повторения T = 2T_И . В режиме Transient построить графики функций: V(1), V(R1), V(3).

Поменять полярность включения диода и повторить п. 1.3. Проанализировать полученные результаты.

1.4. Собрать схему, приведенную на рис. 14, подключив к электрической цепи генератор SineSource. Выбрать модель генератора – GENERAL и задать следующие параметры для моделирования:

F = 1 кГц; A = 10 В; DC = 0; PH = 0; RS = 1 Ом; RP = 0; TAU = 0.

Рис. 9

Схема рис. 9 представляет собой простейший однопериодный выпрямитель переменного тока. Резистор R1 служит в качестве нагрузки выпрямителя. Построить графики V(1), V(R1) и I(D1), задав максимальное время моделирования 10 мс. Графики V(1) и V(R1) разместить в одном графическом окне. Используя режим CursorMode и команду TagVertical, измерить величину пульсаций выходного сигнала (ΔU = U_МАКС –U_МИН ) в конце переходного процесса, выделив курсором соответствующий фрагмент графика (команда Scale).

Провести многовариантный анализ схемы рис. 14, задав изменение величины резистора R1 в пределах 10…150 Ом с шагом 100 Ом. Определить характер влияния нагрузки на величину выходного напряжения.

1.5. Собрать схему, показанную на рис.10, добавив в схему рис. 9 стабилизирующую цепочку, состоящую из исследованного ранее стабилитрона (п.1.2) и резистора R2. Резистор R3 выполняет роль нагрузочного сопротивления стабилизатора напряжения. Провести анализ схемы в режиме Transient, построив графики V(1), V(2), V(3) в одном графическом окне, а график I(D2) – в другом. Измерить стабилизированное напряжение, вырабатываемое схемой (узел 3). При проведении эксперимента убедиться, что значение параметра BV диода D1 равно 30 В, а диода D2 – 3 В.

Рис. 10

1.6. Заменить в схеме рис. 15 источник переменного напряжения на источник постоянного напряжения (Battery – пиктограмма ), установив величину напряжения источника 10 В. Вызвать диалоговое окно Preferences (пиктограмма ) и на закладке Options включить опцию CircuitShowSlider (размещение на схеме движковых переключателей номиналов резисторов и батарей). Провести анализ схемы в режиме постоянного тока (режим DynamicDC) при V1 = 10 В. Определить значения узловых потенциалов, токов в ветвях схемы и мощностей, рассеиваемых на элементах схемы.

Меняя с помощью движкового переключателя напряжения на батарее V1, определить диапазон изменения напряжения в узле 1 схемы, при котором стабилитрон выполняет свои стабилизирующие функции, т.е. поддерживает постоянное напряжение в узле 3, близкое к измеренному в п.1.5. Номиналы других компонентов схемы не менять.

2. Исследование характеристик транзистора

2.1. Исследовать вольт-амперную характеристику транзистора, для чего собрать схему рис. 16, установив следующие параметры моделирования: I1 = 1 мА, V1 = 5 В. В качестве транзистора Q1 выбрать модель 2N2368.

Рис. 11

Включить режим DC и в строке Variable 1 задать имя первой варьируемой переменной - V1 с диапазоном изменения 0…5 В. Для второй переменной (Variable 1) указать имя I1 с диапазоном изменения 0…5 мА и с шагом 0,5 мА. Установить линейный метод варьирования обеих переменных. Для построения графика задать по оси X переменную V_ce (Q1) – напряжение между коллектором и эмиттером транзистора Q1, а по оси Y указать переменную I_c (Q1) – ток коллектора. Включить опцию AutoScaleRanges и построить вольт-амперные характеристики транзистора. Используя команду LabelBranches, выявить зависимость характеристик I_c (V_ce ) от тока базы I1.

2.2. Собрать схему транзисторного усилителя, показанную на рис. 17. В качестве источника входного сигнала V1 использовать источник SineSource, выбрав модель генератора – «1МГц» и задав амплитуду синусоидального сигнала 0,1 В. Используя режим Transientпостроить графики входного (V(V1)) и выходного (Vc(Q1)) напряжений.

Рис. 13

Измерить размах входного (ΔU_ВХ ) и выходного (ΔU_ВЫХ ) сигнала и рассчитать коэффициент усиления К = ΔU_ВЫХ /ΔU_ВХ .

В режиме многовариантного анализа познакомиться с работой усилителя, установив вариацию входного напряжения в диапазоне 0.1…0.6 В с шагом 0.3 В. Определить величину входного сигнала, при котором наблюдаются искажения выходного сигнала.

2.3. Построить амплитудно-частотную и фазочастотную характеристики усилителя, установив в режиме AC диапазон изменения частоты 1…100 МГц. Определить полосу пропускания усилителя.

2.4. Провести анализ режима схемы по постоянному току (DynamicDC), отключив опцию CircuitShowSliderв окне Preferences.