Исследование прямой ветви вольт – амперной характеристики диода

Собираем в NI Multisim 10 схему, изображенную на рисунке 1 (диод 1N5392):

 

Рис. 1. Схема для исследования вольт - амперной характеристики диода

 

Проводим измерения при различных значениях тока, данные в таблицу 1:

 

Таблица 1

Iпр, мА
Uпр, В		0.500	0.536	0.572	0.593	0.608	0.619

 

По полученным данным строим график (рис. 2) прямой ветви ВАХ диода в среде MATLAB 7.0.

Рис. 2. График прямой ветви ВАХ диода

Вывод: диод предназначен для подавления низкочастотных сигналов малой амплитуды, что подтверждается графиком на рис 2. Из данного рисунка видно, что значительные затухания наблюдаются в области до 0.5В, далее затухания менее значительны, а после 0,6 В отсутствуют.

2. Исследование метода ограничения сигналов малой амплитуды с использованием устройства защиты «Гранит-8»

Собираем схему, представленную на рисунке 3. Для этого необходимо открыть шаблон устройства «Гранит-8» из файла “Гранит8.ms10”.

 

Рис. 3. Схема для исследования работы устройства «Гранит-8» в режиме ограничения сигналов малой амплитуды

Выставляем на источнике переменного напряжения значение Uвх = 0.1 В и проводим измерения выходного напряжения, изменяя частоту на источнике в диапазоне от 125 Гц до 10 кГц. Результаты заносим в таблицу 2:

Таблица 2

f, кГц	0.125	0.250	0.500
Uвых, мВ	0.093	0.093	0.093	0.093	0.095	0.099	0.103	0.109	0.114	0.120	0.126	0.132	0.139
А, дБ	-139.607	-139.607	-139.607	-139.607	-139.181	-138.357	-137.564	-136.432	-135.535	-134.509	-133.533	-132.603	-131.569

 

Строим график (рис. 4) амплитудно-частотной характеристики в среде MATLAB 7.0 по точкам из таблицы 3. По оси ординат в MATLAB 7.0 – отсчет в децибелах, по формуле

(1)

Рис. 4. График АЧХ устройства «Гранит-8» в режиме ограничения сигналов малой амплитуды

Рассчитываем частоту среза и резонанса по формулам (2) и (3). Сравниваем с частотой среза АЧХ, построенной в MATLAB 7.0.

(3)

(2)

 

Вывод:в соответствии с техническими требованиями вносимое фильтром затухание в полосе частот речевых сигналов 0,3–4 кГц при уровне входного сигнала 0,1 В, Дб должны вносить затухания не менее 65 дБ. Как видно из графика, вносимые затухания в режиме ограничения сигналов малой амплитуды в полосе частот от 125 Гц до 10 кГц превышают значение 65 дБ. Исходя из полученных данных, можно сделать вывод о соответствии устройства «Гранит-8» необходимым требованиям.

 

3. Исследование метода фильтрации высокочастотных сигналов с использованием устройства защиты «Гранит-8»

Собираем схему, представленную на рисунке 5. Для этого необходимо открыть шаблон устройства «Гранит-8» из файла “Гранит8.ms10”.

 

Рис. 5. Схема для исследования устройства «Гранит-8» в режиме фильтрации сигналов высокочастотного навязывания

 

Выставляем на источнике переменного напряжения значение 5 В и в диапазоне от 125 Гц до 30 МГц измеряем выходное напряжение. Результаты занести в таблицу 4:

Таблица 3

f, кГц	0.125	0.250	0.500
Uвых, В	3.943	3.943	3.945	3.948	3.959	4.004	4.072	4.164
А, дБ	-4.7499	-4.7499	-4.7398	-4.7246	-4.6689	-4.4429	-4.1061	-3.6592
f, кГц				27.705
Uвых, В	4.271	4.927	4.605	4.500	4.505	4.165	2.492	0.554
А, дБ	-3.1518	-0.2942	-1.6459	-2.1072	-2.085	-3.6544	-13.927	-44.0006
f, кГц			400		1000			6000
Uвых, В	0.339	0.077	0.018	4.406	2.897	0.722	0.183	0.090
А, дБ	-53.8239	-83.4678	-112.5364	-140.6845	-149.0703	-176.8585	-204.3092	-218.5028

 

f, кГц	8000	104	2*104	3*104
Uвых, В	0.057	0.035	5.539	1.303
А, дБ	-227.6379	-237.392	-274.2627	-303.2056

 

Строим график (рис. 6) амплитудно-частотной характеристики в среде MATLAB 7.0 по точкам из таблицы 3. По оси ординат в MATLAB 7.0 – отсчет амплитуды в децибелах по формуле (1).

Рис. 6. График АЧХ устройства «Гранит-8» в режиме фильтрации сигналов высокочастотного навязывания

 

Рассчитываем частоту среза по формуле (2) и сравниваем с частотой среза АЧХ, построенной в MATLAB 7.0.

 

(2)

 

Вывод: устройство «Гранит-8» работает в режиме фильтрации сигналов высокочастотного навязывания, значит вносимое затухание, полученное в работе, около 1дБ на частоте 10 кГц не должно превышать 3 дБ при уровне входного сигнала 5 В, полученных данные -3.1518 дБ , с учётом погрешности удовлетворяют требованиям. Вносимое фильтром затухание на частоте 100кГц при уровне входного сигнала 5В, должно быть не менее 10 дБ. Из графика видно, что вносимый уровень затухания на данной частоте составляет 53.8239 дБ , что так же удовлетворяет требованиям. Исходя из полученных результатов можно сделать вывод,что устройство «Гранит-8» правильно работает в режиме фильтрации сигналов высокочастотного навязывания.