МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОХОДЖЕННЯ СИГНАЛІВ ЧЕРЕЗ RC - ЛАНКУ Інструкція до лабораторної роботи № 4 з навчальної дисципліни: “ Основи теорії кіл, сигнали та процеси в системах технічного захисту, частина 2”, “Основи теорії кіл, сигнали та процеси в комп’ютерних системах та мережах, частина 2”. для студентів базового напрямків 6.170102 “Системи технічного захисту інформації”, 6.170103 “Управління інформаційною безпекою”. Затверджено на засіданні кафедри (Захист інформації( Протокол № від 2010 р. Львів – 2010 Дослідження проходження сигналів через RC- ланки: Інструкція до лабораторної роботи №4 з дисципліни: “ Основи теорії кіл, сигнали та процеси в системах технічного захисту, частина 2”, “ Основи теорії кіл, сигнали та процеси в комп’ютерних системах та мережах, частина 2” / Укл.: [ім’я автора приховано], [ім’я автора приховано] , ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2010. ( с. Укладач д.т.н., проф., [ім’я автора приховано], [ім’я автора приховано], к.ф.-м.н., доц. Відповідальний за випуск Дудикевич В.Б., д.т. н., проф. Рецензенти: МЕТА РОБОТИ Дослідити вплив диференцюючих та інтегрувальних ланок на проходження сигналів. ТЕОРЕТИЧНИЙ ВСТУП RC-ланка зображена на рис.1.
Рис.1. Принципова схема RC-ланки. Подамо на вхід напругу, яка описується виразом
, з початковими умовами
,
,
. Після проходження імпульсу напруга та струм набудуть такого вигляду:
(1),
(2),
(3) Де
- час релаксації.


Диференційної називають таку ланку(див.рис.1), сигнал на виході якої має значення, пропорційні в кожний момент часу похідній від вхідного сигналу:
(4). Якщо за пристрій диференціювання взяти конденсатор з ємністю С то вихідний струм описується законом:
(5), Тобто струм пропорційний похідній від Uвх(t). Інтегрувальною ланкою називають чотириполюсник, сигнал на виході якого пропорційний інтегралу від вхідного сигналу:
(6). На рис.2. наведено інтегрувальну ланку:
Рис.2. Принципова схема інтегрувальної RC-ланки. Для інтегрувальної ланки:
або
. ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ Синтезувати схему рис.3.а), за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати джерело напруги V1(Pulse source ): задати прямокутний імпульс з параметрами амплітуда А=10В, період повторення Т=0,5 мс, тривалість імпульсу
. Параметри елементів визначити з табл..1 у відповідності до номера варіанту. За допомогою системи моделювання перехідних процесів(рис. 4) дослідити вплив RC- ланцюга на проходження сигналу. Графіки подати у звіт. Дослідити вплив зміни окремо R та C і одночасно RC на проходження сигналу. Для цього необхідно скористатися функцією ПО шагам. Зробити висновки. Графіки подати у звіт. За допомогою системи моделювання частотних характеристик (рис. 7) побудувати АЧХ та ФЧХ диф. ланцюга. Графіки подати у звіт. Синтезувати схему рис.3.б), за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати джерело напруги V1(Pulse source ): задати прямокутний імпульс з параметрами амплітуда А=10В, період повторення Т=0,5 мс, тривалість імпульсу
. За допомогою системи моделювання перехідних процесів(рис. 4 ) дослідити вплив RC- ланцюга на проходження сигналу. Графіки подати у звіт. Дослідити вплив зміни окремо R та C і одночасно RC на проходження сигналу. Для цього необхідно скористатися функцією ПО шагам. Зробити висновки. Графіки подати у звіт. За допомогою системи моделювання частотних характеристик (рис. 7) побудувати АЧХ та ФЧХ інтегр. ланцюга. Графіки подати у звіт.


а) б) Рис.3. а) диференцююче коло , б) інтегруюче коло . МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ За допомогою Інструменти Компоненты/Analog Primitives вибираємо джерело живлення рис.3. Створюємо свою модель 1 і задаємо параметри. Для проведення аналізу вхідних та вихідних характеристик, наприклад для схеми рис.3. а) виберемо з меню команд Анализ/Переходные процессы. Задамо параметри аналізу рис.4, де діапазон часу – 100 µс, по осі Х(XExpression) задаємо час Т, по осі Y(YExpression) задаємо номери вузлів у яких ми хочемо отримати значення величини сигналу в вольтах(наприклад V1). Мінімальні та максимальні значення величин по осях X таY(XRange та YRange) при першому запуску рекомендується встановити Auto, оскільки нам невідомо верхня межа значень напруги у заданих вузлах.
Рис.4. Вікно аналіз перехідних процесів. Після натискання кнопки Запуск ми отримаємо на екрані віртуальні залежності напруги від часу в заданих вузлах схеми. Програма Micro-Cap8 дозволяє моделювати зміну параметрів вибраного елемента та досліджувати вплив цих змін.. Для цього в вікні Анализ/Переходные процессы (рис.4) вибираємо По шагам і отримаємо доступ до параметрів елементів, які будуть змінюватись. Після активації вікна рис.5 можемо вибрати елемент, наприклад R1, а також задати межі зміни параметра – від 500Ом(500) до 5кОм(5000) з кроком 1кОм(1000). Після активації прапорців(опцій) натискаємо ОК і переходимо до моделювання.
Рис.5. Вибір зміни параметрів елементів схеми. Також система моделювання дозволяє змінювати декілька параметрів, наприклад можна одночасно змінювати R1 та C1 див.рис.6.
Рис.6. Вибір зміни параметрів елементів(двох: R1 та C1) схеми. Для того щоб отримати осцилограми необхідно в меню команд вибрати АС і натиснути Запуск або клавішу F2.
Рис.7. Вікно аналіз частотних характеристик. Табл.1. Варіанти значень елементів. № Диф.ланцюг Інтегр. ланцюг 
, мкс   R,кОм C,нФ R,кОм C, нФ   1 1 - - 1 1  2 2 - - 2 1  3 3 - - 3 1  4 4 - - 4 1  5 5 - - 5 1  6 - 1 1 - 2  7 - 2 2 - 2  8 - 3 3 - 2  9 - 4 4 - 2  10 - 5 5 - 2  11 10 - - 10 3  12 20 - - 20 3  13 30 - - 30 3  14 40 - - 40 3  15 50 - - 50 3   Контрольні запитання та завдання Напруга на конденсаторі RC- ланки визначається? Напруга на резисторі RC- ланки визначається? Вихідний струм RC- ланки визначається ? Диференційна ланка це- ? Намалювати принципову схему диференційної ланки ? Вихідний струм диференційної ланки визначається ? Інтегрувальна ланка це- ? Намалювати принципову схему інтегрувальної ланки ? Напруга на конденсаторі інтегрувальної ланки визначається? РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА Разевиг В.Г. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap 6.- М.: Горячая линия – Телеком, 2001. – 344 с., ил. Кардашов Г.А. Виртуальная електроника. Компьютерное моделирование аналогових устройств.- М.: Горячая линия – Телеком, 2006. – 260 с., ил. Гоноровский И. С. Радиотехнические цепи и сигналы: Учебник для вузов – 4-е изд. – М.: Радио и связь, 1986. –512с. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы( Учебник для вузов. - М.( Высшая школа, 1988. Айфичер Э., Джервис Б. Цифровая обработка сиrналов: практический подход, 2e издание. : Пер. с анrл.  М.: Издательский дом "Вильяме", 2004.  992 с. : ил. Бобало Ю. Я., Мандзій Б. А., Стахів П. Г., Писаренко Л. Д., Якименко Ю. І. Основи теорії електронних кіл; За ред. проф. Ю. Я. Бобала. Львів: Видавництво Львівської політехніки, 2008. 332 с.