Исследование компаратора сигналов

Цель работы

Исследование компаратора сигналов на базе программы схемотехнического моделирования MICROCAP.

 

Задание на экспериментальную часть

2.1. Загрузить схему исследуемого компаратора.

2.2. Установить параметры источников сигналов V1 и V2 в соответствии с выполняемым заданием и вариантом.

2.3. Исследовать схему компаратора в следующих режимах:

- в качестве нуль-органа, или детектора нулевого уровня, при V2(t)=0;

- в качестве порогового устройства при V2(t)=const;

- в режиме сравнения двух переменных сигналов: V1≠0 и V2≠0.

2.4. Определить ошибку преобразования компаратора в процессе исследований.

 

Методические указания к выполнению эксперимента

3.1. Загрузка схемы исследуемого компаратора

Для загрузки схемы на рабочем столе открыть программу MicroCap, зайти в библиотеку МС, выполняя последовательно следующие команды: File→Open; в появившемся окне data найти файл CompDemo и открыть его, см. рис.1.

Рис.1

В инструментальной строке окна выбрать опцию и проставить номера узлов (самостоятельно узлы схемы не переименовывать!).

3.2. Исследование схемы в режиме нуль-органа.

 

Для исследования компаратора в данном режиме в качестве V2 используется источник постоянного напряжения с нулевым уровнем выходного сигнала, для этого необходимо открыть Component, выбрать Battery и установить на место V2.

 

 

Рис.2

 

В качестве источника V1 использовать источник синусоидального напряжения (sine source) с частотой от 1 до 20 кГц амплитудой 1 В.Чтобы просмотреть временные диаграммы сигналов на выходе источников V1 и V2,воспользуйтесь опцией Plot(график),предварительно дважды кликнув на нужный источник.При этом в левой части экрана монитора появится график искомого сигнала,проверьте,чтобы он соответствовал Вашему режиму и варианту.

Анализ выходных сигналов компаратора во временной области осуществляется последовательным выполнением команд: Analysis-Transient-Transient Analysis Limits-Run. В подменю Transient Analysis Limits (рис.3) задаются пределы и условия анализа, а так же перечень выводимых на экран кривых.

Рис.3

 

В приведённом окне указывается время,в течение которого программа производит анализ устройства (Time range),оно должно быть не менее,чем 3…5 периодов наблюдаемого сигнала.В строках X range и Y range указываются диапазоны исследуемых величин,выводимых на экран,первоначально можно указать режим auto.Полученные в эксперименте зависимости имеют вид,представленный на рис 4.

Определите ошибку преобразования компаратора с помощью опции, приведённой на верхней линейке окна (на рис.4 стрелками показано значение ошибки).

 

Рис.4

3.3. Исследование схемы в качестве порогового устройства.

 

В этом случае эксперимент проводится аналогично п.3.2,изменяется только уровень выходного сигнала источника постоянного порогового напряжения V2,его следует принять равным +,- 0,1…0.9 В.Просмотрите и зарисуйте изменение формы сигнала с выхода компаратора при двух разных значениях порогового напряжения,оцените ошибку преобразования.

3.4. Режим сравнения двух переменных сигналов.

3.4.1 Установить форму и параметры источников сигналов V1 и V2 в соответствии с таблицей индивидуальных заданий..В качестве V1 использовать функциональный источник напряжения NFV по команде Component – Analog Primitives – Function Sources – NFV.Источник V2 voltage source находится аналогично.Просмотреть и зарисовать временные диаграммы сигналов на входе и выходе компаратора.Пример временных диаграмм приведён на рис 5.

Рис.5

3.4.2. Установить в качестве входных источников V1 и V2 также voltage source,при этом форму сигнала для V1 сформировать из заданного варианта в колонке V2,но со сдвигом фазы колебания на 90 градусов.Начальная фаза синусоидального сигнала записывается в последней цифре формулы V2(в исходном варианте фазаV2 равна нулю).В режиме Transient (временной анализ) получить временные диаграммы сигналов для следующих случаев:

- построить график зависимости разности входных сигналов V(V1) – V(V2) и выходного напряжения V(out) от времени на одном графике,

- построить график зависимости выходного напряжения компаратора V(out) от разности входных сигналов V(V1) – V(V2).

По снятым временным диаграммам оценить погрешности преобразования компаратора по первому и второму графикам и сравнить их.

 

 

Варианты индивидуальных заданий

Таблица 1

№ Варианта	V1 (NFV)	V2 (VOLTAGE SOURCE)
	5+1*SIN(2*Pi*T*2E6)+2*COS(2*PI*T*2E6)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 1 1E6 0 0 0
	SIN(2*Pi*T*1E6)+7*COS(2*PI*T*1E6)+	DC 0 AC 1 0 Sin 0 2 4E6 000
	4+2*SIN(2*Pi*T*5E6)+ COS(2*PI*T*3E6)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 3 2E6 0 0 0
	COS(2*Pi*T*10E3)+2*COS(2*PI*T*20E)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 4 3k 0 0 0
	6+2*SIN(2*Pi*T*2E6)+2*COS(2*PI*T*23E6)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 5 1E6 0 00 0
	2+5*COS(2*Pi*T*4E6)+3*SIN(2*Pi*T*2E6)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 6 1.1E6 00 0 30
	SIN(2*Pi*T*11E6)+6*COS(2*PI*T*3E6)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 7 2E6 0 00
	5+2*SIN(2*Pi*T*4E3)+ COS(2*PI*T*12E3)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 8 7E3 0 00
	5+2*SIN(2*Pi*T*10E3)+2*COS(2*PI*T*2E3)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 9 4E3 000
	SIN(2*Pi*T*3E6)+2*COS(2*PI*T*2E6)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 10 1E6 000
	SIN(2*Pi*T*10E4)+2*COS(2*PI*T*2E4)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 11 1E4 000
	COS(2*PI*T*2E5)+ SIN(2*Pi*T*3E5)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 12 1E5 000
	3+4*SIN(2*Pi*T*2E6)+2*COS(2*PI*T*3E6)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 13 1E6 0 0 0
	5+SIN(2*Pi*T*1E6)+7*COS(2*PI*T*2E6)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 14 1E6 0 00
	SIN(2*Pi*T*1E6)+7*COS(2*PI*T*3E6)	DC 0 AC 1 0 Sin 0 15 2Е6 000

 

Содержание отчёта.

Отчёт должен содержать

-титульный лист,

-цель работы,

-структурную схему устройства,

-номер и параметры варианта,

-графики полученных результатов с выводами по проделанной работе.

6.Контрольные вопросы.

1. Каково назначение компаратора?

2. На каких элементах может строиться компаратор?

3. Что такое погрешность компаратора?

4. Как определяется экспериментально погрешность компаратора?

5. Как устанавливаются параметры временного анализа при известных сигналах?

6. Зависит ли форма выходного сигнала компаратора от параметров входных сигналов?

7. Что такое нуль-орган?

8. Что такое пороговый режим компаратора,где он может применяться?

Лабораторная работа 3