Praktikum 5 - TU Dresden IEE

Praktikum 5
Hinweis: Achten Sie in diesem Praktikum (und in der Prüfung) auf eine gute Präsentation der Ergebnisse: Darstellung der wesentlichen Kurvenverläufe, günstige Definitions- und
Wertebereiche, Kennzeichnung wichtiger Punkte mit Cursor bzw. Markierungen (Tags),
ggf. Beschriftung von Kurven und Kurvenscharen.
5.1 Multivibrator
Schwerpunkt: Simulation von Oszillatoren
+5 V
10 M
10 k
in
100 n
5M
K3
out
K2
Inverter
Schmitt−Trigger
, Ut =
Abbildung 5.1: Multivibrator mit Schmitt-Trigger; MOSFETS: n-Kanal: kp = 60 µA
V2
µA
0,8 V, l = 10 µm, w = 10 µm; p-Kanal: kp = 20 V2 , Uth = −0,8 V, l =
10 µm, w = 30 µm
Simulieren Sie den in Abbildung 5.1 gezeigten Multivibrator! Stellen Sie die Spannungsverläufe an den Knoten in und out in einem geeigneten Zeitfenster dar und ermitteln Sie
die Schwingfrequenz! Stellen Sie die Spannungsverläufe an den Knoten K2 und K3 und die
Transferkennlinie des Schmitt-Triggers dar! Bilden Sie das Fourierspaktrum der Spannung
am Knoten out ab!
Anmerkungen: Dieser Multivibrator nutzt ein RC-Glied, das durch einen Schmitt-Trigger
gesteuert auf- bzw. entladen wird.
Vorlesung Schaltungssimulation und -modellierung
Praktikum 5
replacemen
5.2 Aktives Filter
Schwerpunkte: Darstellung von Ortskurven, Stabilität von Verstärkern
R
10 k
Ue
−
+
LM741
Ue (t)/V
Ua
0,1
10 k
0
10 n
10 n
0
1
3
2
t/ms
4
10 k
Abbildung 5.2: Aktives Filter mit OPV (Versorgungsspannung des OPV: ±12 V)
Führen Sie für das in Abbildung 5.2 gezeigte aktive Filter folgende Analysen durch und
stellen Sie die Ergebnisse für R = 18 kΩ und R = 22 kΩ dar:
a) Bestimmen Sie den zeitlichen Verlauf der Ausgangsspannung in einem geeigneten Zeitabschnitt! Die Eingangsspannung habe dabei den rechts gezeigten Verlauf.
b) Stellen Sie das Bode-Diagramm der Übertragungsfunktion G(ω) = U a (ω)/U e (ω) sowie
die Ortskurve in einem geeigneten Frequenzbereich dar! Erklären sie mit Hilfe der
Diagramme das unterschiedliche Verhalten in a)!
c) Führen Sie die Simulationen a) und b) mit der bereitgestellten Teilschaltung
OPV_subckt.ckt anstelle des OPV durch!
5.3 Chua’s Circuit (Oszillator)
Schwerpunkte: Ermitteln von Kennlinien, verschiedene Analysearten
-15 V
u1
50 n
+15 V
300
u2
1,3 k
iL
8,5 m
R
46,2 k
5n
3,3 k
46,2 k
3,3 k
1,25 k
passiv, linear
300
aktiv, nichtlinear
Abbildung 5.3: Oszillatorschaltung; Dioden:
Versorgungsspannung
2
1N4148,
OPV:
LM741
mit
±15 V
Vorlesung Schaltungssimulation und -modellierung
Praktikum 5
a) Bestimmen Sie die I(U)-Charakteristik des aktiven Zweipols!
b) Ermitteln Sie das zeitliche Verhalten des Oszillators für eine Dauer von 10 ms bei
einer Schrittweite von 5 µs! Stellen Sie die Spannungen u1 und u2 in der Zeit und den
Spulenstrom iL in Abhängigkeit von der Spulenspannung dar!
c) Untersuchen Sie das zeitliche Verhalten der Schaltung für Werte R = (0 . . . 2) kΩ (kurze
Beschreibung der drei Bereiche, Bereichsgrenzen nicht genauer als 100 Ω)!
d) Wie kann der Oszillator für R = 0 zum schnelleren Anschwingen gebracht werden?
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