Передаточные характеристики по постоянному

Току

На постоянном токе четырехполюсник представляет собой соединение сопротивлений, нелинейных элементов и, если необходимо, источников тока и (или) напряжения.

Передаточной характеристикойназывают зависимость тока или напряжения на выходе цепи от постоянного входного воздействия.

В линейной цепи передаточная характеристика прямолинейна, а если в цепи имеется хотя бы один нелинейный элемент, то она будет нелинейной.

Рассмотрим линейную цепь, показанную на рис. 5.5, а.

Рис. 5.5

Проведем расчет выходного напряжения , используя закон Ома. Входной ток равен

,

тогда выходное напряжение можно записать в виде

,

где коэффициент передачи равен

.

Графически передаточная характеристика по постоянному току показана на рис. 5.5, б (прямая линия).

Расчет передаточной характеристики нелинейного четырехполюсника проведем на примере, показанном на рис. 5.6.

Рис. 5.6

Полупроводниковый диод имеет ВАХ вида

(она уже рассматривалась в программе на рис. 2.17), тогда для диодов VD1 и VD2 соответственно получим

,

.

По первому закону Кирхгофа для цепи на рис. 5.6 получим

,

тогда по второму закону Кирхгофа с учетом закона Ома

.

с учетом , подставляя ВАХ диодов, получим

.

Из полученного уравнения необходимо получить передаточную характеристику цепи по постоянному току - зависимость и представить ее графически. Это можно сделать в программе MathCAD, показанной на рис. 5.7.

Рис. 5.7

Как видно, передаточная характеристика нелинейна, а устройство на рис. 5.6 называют диодным ограничителем.

Частотные характеристики

Частотная характеристика – это зависимость от частоты входного гармонического сигнала величины, характеризующей свойства цепи. Это могут быть модуль сопротивления двухполюсника, амплитуда протекающего тока или выходного напряжения цепи и т. д.

Чаще всего о частотных характеристиках говорят применительно к четырехполюснику и рассматривают его комплексный коэффициент передачи по напряжению, равный отношению комплексной амплитуды выходного напряжении к комплексной амплитуде входного (рис. 5.8, а) на частоте ,

.

Рис. 5.8

Рассмотрим пример цепи на рис. 5.8, б. С помощью закона Ома нетрудно получить выражение для комплексного коэффициента передачи в виде

После преобразования можно записать

.

Как видно, получена комплексная функция действительной переменной . Для удобства ее представления используют показательную форму записи

,

где - модуль комплексного коэффициента передачи, который называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ), а - его аргумент, называемый фазочастотной характеристикой (ФЧХ). В рассматриваемом примере для АЧХ получим

(модуль частного равен частному модулей), а для ФЧХ

(аргумент частного равен аргументу числителя минус аргумент знаменателя).

Программа расчета АЧХ и ФЧХ и соответствующие графики показаны на рис. 5.9. Как видно по АЧХ, цепь, показанная на рис. 5.8, б, выделяет гармонические сигналы на нижних частотах и подавляет их на верхних часто-

тах , то есть является фильтром нижних частот.

Рис. 5.9

Фазочастотная характеристика показывает, как меняется сдвиг фаз между выходным и входным гармоническими сигналами

при изменении частоты.

Значения АЧХ по напряжению (или току) часто представляются в логарифмическом масштабе (в децибелах - дБ),

.

Эта мера удобна при отображении на графике одновременно больших и малых значений функции.

СИСТЕМА СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО

МОДЕЛИРОВАНИЯ MICROCAP

Формирование модели

Модель цепи формируется на экране в виде ее схемы, содержащей графические изображения элементов и соединительные линии (проводники). Элементы выбираются из меню Component, в котором содержатся простейшие аналоговые (Analog primitives) и цифровые (Digital primitives) компоненты, а также библиотеки моделей реальных электронных аналоговых (Analog library) и цифровых (Digital library) элементов.

Из библиотек манипулятором «мышь» выбираются (левой кнопкой мыши) и размещаются на экране (перемещаются при нажатой левой кнопке) изображения элементов цепи. В открывающемся окне задаются их параметры (Value). Параметры можно изменить в том же окне после установки маркера на изображении элемента и двойного щелчка левой кнопки мыши. Их размерность указывается с приставками, приведенными в таблице ниже.

Английский символ	p	n	u	m	k	М
приставка	пико	нано	микро	милли	кило	мега
значение

Повторным нажатием левой кнопки мыши устанавливается следующий такой же элемент. Эта последовательность прерывается щелчком правой кнопки или нажатием кнопки в верхней левой части панели инструментов.

Элементы соединяются линиями (проводниками), режим изображения которых включается кнопками или

(прямое и ломаное соединения). Для проверки соединений в узловых точках нажмите кнопку , и на экране появятся точки узлов с их номерами.

После формирования схемы цепи необходимо задать точку нулевого потенциала с помощью символа «земля», который выбирается из меню Component / Analog primitives / Connectors / Ground.