PSpice 1. Versuch 9 im Informationselektronischen Praktikum. Studiengang Elektrotechnik und Informationstechnik

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1 Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik Institut für Mikro- und Nanoelektronik Fachgebiet Elektronische Schaltungen und Systeme PSpice 1 Versuch 9 im Informationselektronischen Praktikum Studiengang Elektrotechnik und Informationstechnik 2.Studienschwerpunkt: Mikro-, Nanoelektronik und Elektrotechnologie (BA) Betreuer: Dipl.-Ing. Dominik Krauße Raum H1556, Tel Praktikumsraum: H 1555

2 1. Vorbereitung Praktikumsanleitung (PSpice Übung 1) Antwort eines Tiefpasses erster Ordnung Gegeben ist ein passiver RC Tiefpass erster Ordnung mit den Werten R=1 kw und C=1uF. R Uin C a) Stellen Sie die Netzwerk DGL auf und bestimmen Sie die homogene Lösung des Netzwerkes. b) Nehmen Sie nun an, am Eingang des Tiefpasses ist eine Quelle mit folgenden Zeitverhalten angeschlossen: Bestimmen Sie das Ausgangssignal des Tiefpasses durch Lösen der Differentialgleichung. Zeichnen Sie das Ausgangssignal. Welche Annahmen müssen Sie treffen, damit Sie die Lösung berechnen können (die Eingangsfunktion ist nicht differenzierbar), wie ist der Lösungsweg? c) Gegeben ist nun folgendes Eingangssignal Prof. Dr.-Ing. Ralf Sommer 1

3 Bestimmen Sie auch hier das Ausgangssignal und zeichnen Sie dies. Wie wirkt der Tiefpass beim ersten und wie beim zweiten Zeitverlauf? Übertragungsverhalten eines RLC Parallelresonanzkreises Gegeben ist die folgende Schaltung V? IAC = 1A L=1uH R=1kW C=1uF a) Berechnen Sie den Frequenzverlauf der Spannung an dem gezeigten Knoten stellen Sie zusätzlich die DGL auf. b) Zeichnen Sie das Bodediagramm und das PN-Bild qualitativ für V Z =. IAC c) Welchen Wert hat die Resonanzfrequenz und wie groß ist die 3dB Bandbreite der Schaltung (Hinweis: Berechnung über die Güte)? Prof. Dr.-Ing. Ralf Sommer 2

4 Übertragungsverhalten einer komplexen Schaltung Gegeben ist folgende Schaltung R1=100 L=10mH + - Vout UAC=1V R2=100k C=1uF R3=10k a) Berechnen Sie die Übertragungsfunktion der angegebenen Schaltung unter der Annahme, dass der OPV (Nullor-ESB) ideal ist. b) Zeichnen Sie qualitativ das Bodediagramm und das PN-Bild. c) Wofür kann eine solche Schaltung eingesetzt werden und wie groß ist in diesem Fall die typische Frequenz? Der RLC Reihenresonanzkreis L C Vin R Vout L R Vin C Vout ^ Prof. Dr.-Ing. Ralf Sommer 3

5 C R Vin L Vout a) Berechnen Sie bei allen drei Reihenresonanzkreisen die Übertragungsfunktion und die Differentialgleichungen. Vin(t) = U 0 *cos(ωt). b) Bestimmen Sie die Pol- und Nullstellen der Schaltung! Was fällt Ihnen dabei auf? Was kann man diesbezüglich über die homogene Lösung der DGL aussagen? c) Was bedeutet das für große Netzwerke (z.b. in integrierten Schaltungen)? d) Wie würden Sie die Zeitbereichslösung für eine Rechteckanregung (wie bei der 1. Aufgabe) bestimmen? Prof. Dr.-Ing. Ralf Sommer 4

6 2. Praktikumsaufgaben Simulation RC Tiefpass a) Simulieren Sie den in Aufgabe 1.1 beschriebenen Tiefpass mit den dargestellten Eingangssignalen und überprüfen Sie ihre Vorbereitung. b) Tauschen Sie nun den Widerstand mit der Kapazität und simulieren Sie die Schaltung transient. Wie arbeitet diese Schaltung nun mit den zwei Signalverläufen? Simulation RLC Parallelresonanzkreis a) Führen Sie eine parametrische AC-Simulation mit der gezeigten Schaltung durch und variieren Sie dabei den Parameter R1 von 1k bis 10k c) Ermitteln Sie die Resonanzfrequenz und die -3dB Bandbreite und versuchen Sie, diese auch rechentechnisch zu ermitteln. d) Lassen Sie sich die Ortskurve, das Bodediagramm und den Phasengang anzeigen. e) Ermitteln Sie rechnerisch die Polstellen Simulation eines Allpass Prof. Dr.-Ing. Ralf Sommer 5

7 U 1 U 2 Bestimmen Sie U 2 /U 1 und skizzieren Sie das Bodediagramm der Schaltung! Kapazitiver Spannungsteiler Bestimmen Sie U 2 /U 1 und ermitteln Sie Real- und Imaginärteil der Eingangsimpedanz in Ersatzparallelschaltung. U 1 U 2 Prof. Dr.-Ing. Ralf Sommer 6

8 Diodenmodulator Simulieren Sie die folgende Schaltung. Bestimmen Sie zuvor die Werte für die Induktivität und den Widerstand. Verwenden Sie für die Simulation eine Schottky-Diode. Schauen Sie sich mit der FFT-Funktion das Frequenzspektrum am Ausgang der Schaltung an. Bestimmen Sie, wieviel Prozent der Gesamtleistung im Träger des Signals stecken. Prof. Dr.-Ing. Ralf Sommer 7

9 Angepasster Hochpass Bestimmen Sie U 2 /U 1 und skizzieren Sie den Frequenzgang im Bodediagramm. Ermitteln Sie die Eingangsimpedanz. Welche Eingangsimpedanz ergibt sich bei tiefen Frequenzen? Wie ist die Frequenzabhängigkeit der Eingangsimpedanz? U 1 U 2 Simulation eines induktiv gekoppelten Bandfilters a) Gegeben ist das obige Koppelbandfilter: bestimmen Sie die Resonanzfrequenz der Schaltung b) Variieren Sie nun den Kopplungsfaktor von parametrisch. Was fällt ihnen beim Frequenzgang auf? c) Wie nennt man die verschiedenen Kopplungsarten? d) Schauen Sie sich die Netzliste der Schaltung an. Wie wird die Kopplung in der Netzliste angegeben? Prof. Dr.-Ing. Ralf Sommer 8