Построение и обработка графиков АЧХ и ФЧХ

3.1. Вызовите программу построения АЧХ и ФЧХ, пройдя путь

Simulate / Analyses / AC Analysis.

При этом появится окно AC Analysis.

3.2. Поставьте условия и режимы анализа частотных характеристик цепи.

На закладке Frequency Parameters окна AC Analysis укажите на полях соответствующих счётчиков начальное значение частоты Start Frequency (FSTOP) и конечное значение Stop Frequency (FSTOP). Задайтесь типом основной сетки будущих графиков по частоте Sweep Type, а именно Decade или Octave. Установите число отсчётов на декаду в поле счётчика Number of points, равное 100.

Установите вид вертикальной шкалы Decibel переключателем Vertical Scale.

Кнопку Simulate пока не нажимайте!

3.3. Укажите выходной потенциальный узел схемы.

Перейдите на закладку Output щелчком ЛКМ на её заголовке.

Выберите переключателем Variables in circuit вариант Voltage. При этом в расположенном ниже окошке останутся только напряжения узлов цепи. Сделайте то же самое с переключателем Selected variables for analysis.

Перенесите в окошко правого переключателя Selected variables for analysis напряжение выходного потенциального узла схемы. Для этого выделите щелчком ЛКМ нужное напряжение в левом окошке Variables in circuit и нажмите кнопку Add (Добавить). Тогда обозначение выходного напряжения переместится в правое окошко.

Кнопку Simulate не нажимайте!

3.4. Перейдите на закладку Analysis Options. Проверьте, что на ней нажата радиокнопка Use Multisim Defaults, имеется флажок в окошке Perform Consistency check before starting analysis. Убедитесь, что в поле Title for analysis указан режим AC Analysis. Выпишите число точек отсчёта частотных характеристик Maximum number of points.

Кнопку Simulate не нажимайте!

3.5. Для получения полной информации о проведённых установках перейдите на закладку Summary. Ознакомьтесь с содержимым закладки. Если необходимо изменить ранее сделанные установки, вернитесь на нужную закладку и внесите изменения.

3.6. Если все необходимые установки сделаны и восприняты программой правильно, вызовите Плоттер (Grapher) нажатием кнопки Simulate. При этом появится окно Grapher View с графиками АЧХ и ФЧХ.

3.7. Просмотрите полученные графики. Убедитесь, что выбранные ранее установки позволяют наблюдать графики АЧХ и ФЧХ в диапазоне уровней, приведённом в задании на курсовую работу. Проверьте, соответствует ли форма полученной АЧХ той, что характерна для заданного типа фильтра. Если обнаружены несоответствия, повторите необходимые действия по составлению схемы фильтра и установкам параметров анализа.

3.8. Если полученные графики соответствуют заданным требованиям, приступайте к их анализу.

Для более удобного и более точного анализа частотных характеристик перейдите к полноэкранному отображению графиков. Выделите координатную сетку графиков, щёлкнув ЛКМ на пункте Show / Hide Grid панели инструментов программы Grapher View. В случае необходимости поменяйте цвета кривых и фона на обратные, щёлкнув ЛКМ на пункте Reverse Colors той же панели.

Вызовите на поле графиков АЧХ и ФЧХ пары курсоров. Это можно сделать, либо применив пункт вызова курсоров Show / Hide Cursors на панели инструментов, либо вызвав контекстное меню графика и выбрав пункт с тем же названием.

После визуализации на графиках будут отображены курсоры разного цвета. Если добиться хорошего разрешения экрана, можно увидеть внутри окрашенных треугольников, выделяющих эти курсоры, их номера.

Примечание. Для того, чтобы выделить координатную сетку и вызвать курсоры на обеих графиках, нужно попеременно активизировать эти графики, щёлкнув ЛКМ по полю соответствующего графика. Признаком активации выделенного графика является красная треугольная стрелка слева от его вертикальной оси.

При вызове курсоров одновременно всплывают окна, содержащие информацию о параметрах зависимостей в точках, выделенных курсором. Среди указанных сведений имеются:

– значения частот х1 и х2;

– значения характеристик у1 и y2, соответствующие значениям частот х1 и х2;

– расстояние dx между курсорами по оси х;

– расстояние dy между значениями по оси у, выделенными двумя курсорами;

– значения границ выбранного диапазона частот min x и max x;

– наибольшее и наименьшее значения характеристики – max y и min y соответственно;

– значения offset x и offset y – смещения графика по осям х и у.

3.9. Выделите курсорами и выпишите параметры амплитудно-частотной характеристики.

Найдите наибольшее и наименьшее значения АЧХ в децибелах, частоты среза по заданным относительным уровням и крутизну среза S_СР в полосе задержания, определённую в децибелах на декаду и децибелах на октаву.

Для нахождения указанных параметров можно перемещать курсоры вручную. Перемещение курсора вдоль кривой производится нажатием ЛКМ на его линии. Затем, при удержанной клавише мыши, курсор передвигается на нужное место. При этом движение курсора по графику будет сопровождаться изменениями значений параметров в его окне.

Кроме ручного перемещения курсора, возможно использовать для этого его контекстное меню. Щёлкнув ПКМ на курсоре и выбрав необходимый пункт меню, можно выполнить нужные действия автоматически.

Чтобы выделить наибольшие значения АЧХ или ФЧХ щёлкните ЛКМ в пункте Go to Next Y Max > контекстного меню курсора. Тогда курсор установится в точку наиболее близкого максимума, находящегося правее от исходного положения курсора. Соответственно, при выборе пункта Go to Next Y Max < курсор будет в точке максимума, находящегося левее его исходного положения. Аналогично курсор устанавливается в точки минимумов кривой.

Для нахождения частот среза по заданному относительному уровню АЧХ необходимо выбрать пункт Set Y Value > или пункт Set Y Value < контекстного меню и указать нужное значение характеристики. Считайте после этого в окне курсора значение АЧХ в децибелах и значение частоты.

Примечание. Если масштаб графика неудобен для обработки данных, его можно изменить. При нажатой ЛКМ следует выделить нужную прямоугольную область графика. При отпускании клавиши мыши выделенная область займёт всё поле исходного графика.

В случае, когда необходимо изменить масштаб и сделать его равным для сравниваемых графиков АЧХ и ФЧХ, используйте диалоговое окно свойств Graph Properties. Для выхода на это окно в контекстном меню графика, одном из двух, выберите пункт Properties. Далее, в окне свойств перейдите на закладку Bottom Axis. На этой закладке в поле Range установите новые значения начальной (Min) и конечной (Max) частот. Аналогичные операции необходимо повторить и для другого графика. После этого диапазоны частот на двух графиках совпадут. Так же можно изменить масштабы по вертикальной оси, используя закладку контекстного меню Left Axis.

Перед изменением масштабов графика и границ диапазона запомните их исходные значения, чтобы потом иметь возможность вернуться к исходным графикам.

Для возврата к исходным графикам опять нужно воспользоваться окном Graph Properties и назначить на закладках Bottom Axis и Left Axis прежние границы диапазонов по осям.

3.10. Выделите и выпишите указанные в задании на курсовую работу параметры фазо-частотной характеристики.

Найдите значения ФЧХ для начальной и конечной частот выбранного диапазона, координаты экстремумов графика, а также размеры скачков ФЧХ, если они есть.

При рассмотрении скачков на графике ФЧХ необходимо учесть, что эти скачки должны быть только на частотах, соответствующих изломам АЧХ. Появляющиеся на графиках «лишние» скачки при частотах, где АЧХ плавно изменяется, являются следствием несовершенства алгоритма, принятого в программе вычисления фазы. Поэтому, «лишними» скачками следует пренебречь, «сшивая» участки непрерывного изменения ФЧХ в точках разрыва.

Найдите время задержки сигнала в полосе (полосах) пропускания цепи.

Выведите курсоры на линейный участок ФЧХ в полосе пропускания и вычислите отношение модуля разности фаз dy к выбранной разности частот dx.

Для перехода от вычисленной дроби, имеющей размерность градус/Гц, ко времени задержки в секундах разделите полученную дробь на 360. Запишите найденное время задержки.

3.11. В случае необходимости можно ввести отдельные дополнительные заголовки для графиков АЧХ и ФЧХ.

Выберите график щелчком ЛКМ на нём. Затем нажмите кнопку Properties на панели инструментов. В появившемся окне Graph Properties на закладке General введите заголовок в поле Title. Потом нажмите кнопку Font, выберите нужный шрифт и нажмите кнопку ОК.

3.12. Также есть возможность изменить параметры осей, а именно, названия переменных и единиц физических величин, шрифт надписей, толщину и цвет осей, вид и цвет координатной сетки, число отметок на осях, число устанавливаемых значений между соседними отметками шкалы и т.п. Можно также подкорректировать диапазон частот графиков.

Для изменения параметров осей снова нужно открыть окно Graph Properties на закладках General и Axis.

3.13. Сохраните построенные графики.

Нажмите на клавиатуре компьютера клавишу Print Screen. Затем сверните окно графиков и вызовите из меню «Пуск» программу Paint. В главном меню программы выберите пункт «Правка», а в нём – опцию «Вставить». Потом в пункте «Файл» нажмите ЛКМ на опции «Сохранить как». Введите в появившемся окне выбранное имя файла и место его хранения, что указано в пункте 2.15.

Примечание. Полученные характеристики можно сохранить в виде таблицы. Для этого щёлкните ЛКМ в панели инструментов Плоттера на пункте Export to Excel.

Графики нужно также распечатать на принтере. Для получения чётких и разборчивых отпечатков следует увеличить толщину кривых и осей, а также и координатной сетки. Как это сделать, указано в п. 3.12 данного пособия.

3.14. Сформулируйте выводы по данному разделу работы.