Laborprotokoll Analysemethoden
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- Lisa Rothbauer
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1 Laborprotokoll Analysemethoden 2.1 Bias Point Detail Es sollten per Bias Point Detail alle Ströme und Spannungen von der Schaltung aus Punkt 4.3 der Spannungsteiler-Übung mittels PSpice bestimmt werden. Dazu wurde die Schaltung in PSpice entworfen, getestet und anschließend per Bias Point Detail alle Ströme und Spannungen eingeblendet. Wichtig: Ground darf nicht vergessen werden (unten im Bild) da die Schaltung ansonsten nicht funktioniert Transientenanalyse Zuerst wurde ein RC-Tiefpass als Schaltung in PSpice entworfen (siehe linkes Bild), anschließend wurde eine Wechselspannungsquelle mit folgenden Parametern eingefügt (siehe rechtes Bild; fertiger Schaltungsaufbau): Spannungsquelle VSIN (Zum Eintragen der Werte Doppelklick auf Spannungsquelle) DC = Gleichspannungsanteil ( V für reinen Sinus) AC = Wechselspannungsanteil (hier 1 V) VOFF (off wie offset) = Gleichspannungsoffset (hier V) VAMPL = Amplitude (hier 1 V) Frequenz = 1kHz TD = Delaytime (hier ) DF = Dämpfungsfaktor (hier ) Das Setup muss für diese Analysemethode natürlich angepasst werden: Bias Point Detail wird deaktiviert, Transient wird aktiviert. Folgende Einstellungen werden nun gesetzt: Finaltime = 1ms (1 fache Periodendauer; hier 1 khz) Laborprotokoll Analysemethoden.doc Seite 1 von 5
2 Um einen schönen Sinus zu erhalten müssen die Einstellungen im Fenster, in dem die beiden Spannungen dargestellt werden (Eingangs- und Ausgangsspannung), angepasst werden. Als Step Ceiling werden 1 ns gewählt: 1..5V -.5V -1. s.2ms.4ms.6ms.8ms 1.ms Da der Kondensator einige Zeit zum Aufladen benötigt, wird die Ansicht erst bei,8ms begonnen. In dieser Ansicht kann man auch die Phasenverschiebung der Schwingungen sehr schön beobachten: 1..5V -.5V -1. 8us 85us 9us 95us 1us Anschließend wurden 5 Messwerte in die vorgegebene Tabelle übernommen und daraus das Bodediagramm erstellt: f Uein Uaus dt H(Ua/Ue) V(2*lgH) Phi khz V V us db 1 1, ,9956 -, ,4 5 1, ,9452 -, ,2 1 1,727 12,727-2, ,2 1 1, ,32, , ,52 1 1,162,248459,162-39, ,44524 Erläuterungen zum Rechengang: H wird aus dem Quotienten Ua/Ue berechnet; V als 2 mal der dekadische Logarithmus von H. Die Berechnung der Phasenverschiebung Phi leitet sich aus folgender Formel her: dt/t = phi/36 phi = 36*dt/T = 36 *dt*f, wobei dt in Mikrosekunden und damit *1-6 gerechnet werden muss Laborprotokoll Analysemethoden.doc Seite 2 von 5
3 Aus dieser Tabelle kann das Bodediagramm (Verstärkung über Frequenz bzw. Phasenverschiebung über Frequenz) erstellt werden: Bode-Diagramm Verstärkung, db Frequenz, khz Bode-Diagramm Phasenverschiebung, Grad Frequenz, khz AC-Analyse Für diese Analyse wird das Setup erneut modifiziert: Decade Start 1 End 1k Die letzten beiden Einstellungen sind für den Frequenzbereich, der analysiert werden soll (1Hz 1kHz), relevant. Durch das Entfernen der Spannungskurven und das Hinzufügen der Kurve db(v(aus)/v(ein)) ergibt sich folgendes Bild: Laborprotokoll Analysemethoden.doc Seite 3 von 5
4 -1-3 1Hz 1.KHz 1KHz 1KHz 1.MHz DB(V(aus)/V(ein)) Dieses Bild entspricht einem Bodediagramm, dessen zweiten Teil (Phasenverschiebung) man durch die Kurve P(V(aus)/V(ein)) und das Einblenden einer zweiten y-achse erhält: 1 2 d -1-5d -3 >> -1d 1Hz 1.KHz 1KHz 1KHz 1.MHz 1 DB(V(aus)/V(ein)) 2 P(V(aus)/V(ein)) Fast Fourier Transformation Für diese Art der Analyse muss zuerst der Schalungsentwurf etwas abgeändert werden: als Spannungsquelle wird nun eine solche verwendet, die Rechtecksimpulse erzeugt. Konfiguriert wird die Spannungsquelle wie folgt: TR = Rise time () TF = Default time () PW = Pulse With (,5 ms) PER = Periodendauer (,1 ms) Die so erzeugte Rechtecksschwingung erzeugt folgende Kurven: Rechtecksschwinung (oben grün), Sprungantwort (oben rot) und durch Fast Fourier ein Frequenzspektrum (unten): Laborprotokoll Analysemethoden.doc Seite 4 von 5
5 5mV -5mV 75us 8us 85us 9us 95us 1us 8mV 6mV 4mV 2mV Hz 2KHz 4KHz 6KHz 8KHz 1KHz 12KHz 14KHz V(ein) Da PSpice nicht unendlich genau integrieren kann sind anstatt der streng diskreten Werte Dreiecke zu sehen. 4. Kontrollfragen Die Kurve knickt bei der Eckfrequenz (Omega-g) nach unten weg. Die Eckfrequenz berechnet sich durch 1/(R*C). Die Steilheit der Kurve beträgt 2dB/Dekade, was sich wie folgt bestimmen lässt: die y-achse im Bodediagramm kann durch eine 2*log(F) [db]-achse ersetzt werden, wobei sich ein Abfall von 2dB pro Markierung auf der x-achse (Dekade) ergibt Laborprotokoll Analysemethoden.doc Seite 5 von 5
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1. Beschaltung der Platine mit Operationsverstärkern (OP)
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