Анализ поведенческих моделей в САПР (Лабораторная работа № 7)

Лабораторная работа № 7

Анализ поведенческих моделей в САПР

Цель работы: Овладеть навыками анализа поведенческих моделей в САПР OrCADна примере активных  аналоговых фильтров

1 Краткие теоретические сведения

          Краткие теоретические сведения к лабораторной работе находятся в файле «Передаточные функции и частотные характеристики активных фильтров».

2 Задание к лабораторной работе

Необходимо спроектировать и исследовать активный аналоговый фильтр, последовательно выполнив следующие проектные операции:

- по исходным данным и типовой полиномиальной  передаточной функции необходимо рассчитать передаточную функцию фильтра первого или второго порядка в соответствии с вариантом задания на проектирование;

- по передаточной функции в системе компьютерной математики MatLab получить переходные и частотные характеристики;

- построить поведенческую модель фильтра в пакете OrCAD и получить для неё  переходные и частотные характеристики, сравнить полученные результаты с расчётными данными, полученными в СКМ MatLab;

- рассчитать параметры элементов схемы;

- подготовить чертёж схемы в пакете OrCAD, выполнить моделирование схемы и получить её переходные и частотные характеристики;

- сравнить результаты моделирования, полученные в СКМ MatLab и пакете OrCAD на уровне поведенческой модели и принципиальной схемы.

3 Исходные данные к лабораторной работе

1 Тип и схема проектируемого фильтра, его краткое описание и система алгебраических уравнений, связывающая параметры и характеристики фильтра (файл «Варианты заданий к лабораторной работе Схемы фильтров.doc»);

2 Требуемые коэффициент усиления и  частота среза фильтра (файл «Варианты заданий к лабораторной работе Коэффициенты усиления и  частота среза.doc»);

3 Добротность фильтра Q, а значит и коэффициенты В и С типовой полиномиальной  передаточной функции выбрать самостоятельно.

4 Ход выполнения лабораторной работы

4.1 По исходным данным (номер схемы из файла «Варианты заданий к лабораторной работе Схемы фильтров.doc» , а также коэффициент усиления фильтра и  частота среза из файла «Варианты заданий к лабораторной работе Коэффициенты усиления и  частота среза.doc» в соответствии с индивидуальным заданием) и типовой полиномиальной  передаточной функции (см. Краткие теоретические сведения к лабораторной работе) рассчитать передаточную функцию фильтра первого или второго порядка.

4.2 По передаточной функции, полученной в п.4.1, в системе компьютерной математики MatLab получить переходные и частотные характеристики фильтра.

4.3 Построить поведенческую модель фильтра на основе блока задания передаточной функции преобразованием Лапласа (название блока - LAPLACE) в пакете OrCAD и получить для неё переходные и частотные характеристики.

Выполнить факультативно (для самостоятельной проработки): построить поведенческую модель фильтра на основе специализированного блока задания характеристик фильтра (название блоков – HIPASS, LOPASS, BANDPASS, BANDREJ) в пакете OrCAD и получить для неё  переходные и частотные характеристики.

4.4 Сравнить результаты пп. 4.2 и 4.3.

4.5 Рассчитать параметры элементов схемы по заданным характеристикам фильтра согласно варианта задания к лабораторной работе. При расчёте параметров рекомендуется получить требуемые аналитические соотношения самостоятельно в СКМ Maple в общем виде исходя из приведённой в задании системы уравнений.

4.6 Подготовить чертёж схемы в пакете OrCAD и выполнить её моделирование, получить переходные и частотные характеристики.

Операционные усилители выбрать самостоятельно из библиотек OPAMP, Tex-Instr, Maxim, Apex или Anlg_dev.  Например, из библиотеки OPAMP можно воспользоваться одним из следующих ОУ: AD648B, LF412, TL082 или UA772.

ВНИМАНИЕ!  Внимательно следите за правильностью подключения операционных усилителей. Не перепутайте полярность (+ и – источников питания) при подключении в схеме.

Пример схемы активного фильтра на операционном усилителе приведён ниже на рисунке 1.

Рисунок 1. Схема активного фильтра на операционном усилителе

4.7 Сравнить результаты моделирования, полученные в пп. 4.2, 4.3 и 4.6.

4.8 Выполнить факультативно (для самостоятельной проработки):

          Выполнить параметрический анализ частотных характеристик схемы. Изменяемый параметр и его диапазон выбрать самостоятельно. В качестве изменяемого рекомендуется использовать параметр элемента в цепи обратной связи.

5 Подготовить отчёт по работе

 Отчёт должен содержать: исходные данные к проектированию; алгоритм расчёта передаточной функции, переходные и частотные характеристики, полученные в системе компьютерной математики MatLab  и при анализе поведенческой модели фильтра в пакете OrCAD; расчёт параметров схемы и её чертёж в пакете OrCAD; переходные и частотные характеристики, полученные при анализе принципиальной схемы в пакете OrCAD; сравнение результатов моделирования; обоснованные выводы по работе.