Введение. Компьютерное схемотехническое моделирование колебательных контуров

Компьютерное схемотехническое моделирование колебательных контуров

В частотной области

Цель работы: Построить простейшие модели колебательных контуров и провести их анализ в частотной области

Приборы и оборудование: ПК с предустановленным ППП EWB (MultiSim)

Введение

Колебательным контуром называется электрическая цепь, состоящая из конденсатора С и катушки индуктивности L с малым активным сопротивлением.

Если такому контуру сообщить начальный запас электрической энергии (например, зарядить конденсатор), то в нем возникает колебательный процесс, заключающийся в переходе энергии из электрического поля конденсатора в магнитное поле катушки и обратно. При этом в контуре протекает переменный ток, а на катушке и конденсаторе выделяются переменные напряжения. Такие колебания называются собственными (свободными).

При включении в колебательный контур источника переменной э.д.с., частота колебаний определяется не параметрами контура, а частотой приложенной внешней э.д.с. Такие колебания в отличие от собственных колебаний называются вынужденными.

При вынужденных электрических колебаниях частота источника э.д.с., питающего колебательный контур, может оказаться равной частоте свободных колебаний. Возникающие при этом явления называются резонансными. Такие цепи находят широ­кое применение в радиотехнике.

Источник переменной э.д.с. можно подключить так, чтобы по отношению к нему конденсатор и катушка индуктивности были соединены последовательно или параллельно. В первом случае контур называется последовательным, а во втором – параллельным.

Описание поведения подобных цепей на частотном «языке» (в частотной области), где аргументом является часто­та, для радиоинженеров столь же есте­ственно, как и описание на временном «языке» (во временной области), где ар­гументом является время. Ведь частота и время — две обратно пропорциональ­ные величины, они как близнецы-братья.

Если рассматриваются воп­росы фильтрации (разделение сигналов по частотам), то фильтрующая цепь описывается на частотном языке через зависимость коэффициента передачи по напряжению (отношение напряжения выходного сиг­нала к напряжению на входе) от часто­ты. На частотном языке становится понятно, что фильтр как четырехполюсник может иметь различные по характеру пропускания полосы (диапазоны) час­тот. В одних сигнал проходит с малым затуханием — это полосы пропускания (прозрачности). В других, наоборот, сиг­нал сильно затухает — это полосы заг­раждения (непрозрачности).

Подобная зависимость носит название амплитуд­но-частотной характеристики (АЧХ). Оп­тическая аналогия (прозрачность/непрозрачность) здесь очевидна, так как вся физическая оптика построе­на на использовании именно частотно­го языка и там он даже более естестве­нен, чем временной. Зная спектр входного сигнала и АЧХ фильтра можно судить о том, каков будет сигнал на выходе, и подобрать фильтр с такой АЧХ, чтобы, скажем, в выходном сигна­ле отсутствовала помеха на определен­ной частоте.

Для обратного перехода с частотно­го языка на временной необходимо еще знать как изменяется фаза сигнала пос­ле прохождения через цепь, то есть так называемую фазочастотную характери­стику (ФЧХ).

Начнем с моде­лирования простейших резонансных колебательных контуров в частотной области.

Дата добавления: 2015-07-18