Лабораторная №1 (ОЭУ (Отчеты по лабам 1 и 2)), страница 3

– выбор цвета графика.

Выражения:

Plot Group – в графе Р числом от 1 до 9 указывается номер графического окна, в котором должна быть построена данная функция. Все функции, помеченные одним и тем же номером, выводятся в одном окне. Если это поле пусто, график функции не строится.

X Expresion – имя переменной, откладываемой по оси Х. Т – время при анализе переходных процессов, F – частота при расчете спектра сигнала с помощью преобразования Фурье.

Y Expresion – математическое выражение для переменной, откладываемой по оси Y. Это может быть напряжение в узле V(5), падение напряжения на двухполюсном компоненте V(L1), тока ветви I(2,3), I(L1), ток коллектора биполярного транзистора IC(Q1), напряжение между базой и эмиттером биполярного транзистора VBE(VT1), или математическое выражение, например VCE(Q1)*IC(Q1).

X Range – максимальное и минимальное значение переменной Х на графике в формате High, Low. Для автоматического выбора диапазона переменных в этой графе указывается Auto.

Y Range – максимальное и минимальное значение переменной Х на графике в формате High ,Low. Для автоматического выбора диапазона переменных в этой графе указывается Auto.

Fmt – формат представления числовых данных при построении таблиц, при выводе текущего значения переменных X и Y.

Опции:

Run Options – управление выдачей результатов расчетов:

Normal – результаты расчетов не сохраняются;

Save – сохранение результатов расчетов в бинарном дисковом файле <имя схемы >.TSA;

Retrive – считывание последних результатов расчета из дискового файла <имя схемы >.TSA, созданного ранее. При этом производится построение графиков и таблиц переходных процессов, как после обычного расчета.

State Variables – установка начальных условий;

Operation Point – включение режима расчета по постоянному току перед началом каждого расчета переходных процессов.

Operation Point Only – расчет только режима по постоянному току (расчет переходных процессов не производится);

Auto Scale Ranges – автоматическое масштабирование по осям X и Y.

В качестве примера проведем моделирование RC-цепочки, показанной на рисунке 5. Зададим параметры моделирования, как показано на рисунке 6. После запуска моделирования получим графики, показанные на рисунке 7.

По сути, напряжение V(2) есть выходное напряжение цепи при отсутствии нагрузки. Тем самым, мы получили отклик цепи на входное воздействие в виде ступенчатой функции.

Тот же самый отклик можно получить аналитически. Для этого нужно найти аналитически импульсную характеристику цепи, а затем вычислить интеграл Дюамеля по формуле (5).

Рисунок 7 – Результаты моделирования RC-цепочки

Многовариантный режим моделирования

В системе моделирования MicroCAP 9 есть полезная возможность проведения многовариантного анализа при вариации любого параметра компонента схемы или его модели. Для этого в окне задания параметров нажатием на панель Stepping открывают окно для задания варьируемых параметров. В этом окне в строке Step What указывают имя варьируемого параметра, в последующих строках задаются пределы изменения параметра и шаг его изменения. Затем нажимают кнопку All On (рисунок 8).

Рисунок 8 – Задание многовариантного режима моделирования

Для примера в качестве варьируемого параметра выберем емкость С1. Зададим диапазон ее изменения и шаг. После нажимаем кнопку ОК и запускаем моделирование. Результаты моделирования показаны на рисунке 9.

Рисунок 9 – Результаты многовариантного анализа

Если к графику подвести курсор мыши, то высветится подсказка, какому параметру соответствует данная кривая. Чтобы в дальнейшем различать, какой где график, их можно подписать. Для этого используется пиктограмма (Text), позволяющая наносить на график служебные надписи. Для рисования графических примитивов используется пиктограмма (Graphics). Из выпадающего списка можно выбрать основные графические примитивы: линию, эллипс, дугу и т.д. Результаты моделирования с подписанными графиками показаны на рисунке 10.

Рисунок 10 – Пример подписи графиков

Чтобы сохранить полученные графики, нужно в окне Transient Analysis выбрать Edit → Copy the Entire Window to a Picture File. В появившемся диалоговом окне выбрать нужный формат, например JPEG.

3.2 Определение частотных характеристик (AC Analysis)

В режиме моделирования AC Analysis можно определить амплитудно-частотную (АЧХ) и фазо-частотную характеристику (ФЧХ) электронного устройства. Ко входу схемы должен быть подключен источник синусоидального или импульсного сигнала. При расчете частотных характеристик комплексная амплитуда этого источника сигнала полагается равной 1 В, начальная фаза нулевая, а частота меняется в пределах, задаваемых в меню AC Analysis Limits.

После перехода в режим анализа частотных характеристик появляется окно задания параметров моделирования AC Analysis Limits (рисунок 11), очень похожее на окно в режиме Transient Analysis.

Рисунок 11 – Задание параметров моделирования AC Analysis

Рассмотрим задание числовых параметров:

Frequency Range – задает значение конечной и начальной частоты в формате Fmax,Fmin;

Namber of Points – количество точек по частоте, в которых производится расчет частотных характеристик;

Temperature – диапазон изменения температуры в формате High, Low, Step;

Maximum Change, % - максимально допустимое приращение графика первой функции на интервале шага по частоте (в процентах от полной шкалы). Принимается во внимание только при выборе опции Auto. Если график функции изменяется быстрее, то шаг приращения частоты автоматически уменьшается;

Noise Input – имя источника сигнала, подключенного к входным зажимам цепи. При указании переменной INOISE в графе Y expression выводится график квадратного корня спектральной плотности напряжения или тока внутренних шумов цепи, пересчитанной к этим зажимам. Если в качестве источника входного сигнала включается источник напряжения, то на вход пересчитывается спектральная плотность напряжения, а если источник тока, то спектральная плотность тока;

Noise Output – номера узлов выходных зажимов цепи, в которых вычисляется спектральная плотность напряжения выходного шума цепи. Формат узел1, узел2.

Выражения:

X Expresion – имя переменной, откладываемой по оси Х. Обычно по этой оси откладывается частота F;

Y Expresion – математическое выражение для переменной, откладываемой по оси Y. Это может быть коэффициент усиления в линейном масштабе v(6) или в логарифмическом масштабе db(v(6)), фаза в градусах ph(v(6));

X Range – максимальное и минимальное значение переменной Х на графике по формату High, Low;

Y Range – максимальное и минимальное значение переменной Y на графике;

Fmt – формат представления числовых данных при построении таблиц, при выводе текущего значения переменных X и Y при нажатии клавиши Р и при работе в режиме детального просмотра графиков.

Построим АЧХ и ФЧХ RC-цепочки, показанной на рисунке 5. Результат моделирования показан на рисунке 12.

Верхний график – это АЧХ RC-цепочки. Мы видим, что она пропускает без изменения амплитуды низкие частоты, а с ростом частоты наблюдается уменьшение коэффициента передачи цепи. По виду ФЧХ (нижний график) судят об устойчивости цепи.

Рисунок 12 – АЧХ и ФЧХ RC-цепочки

4 Задание на лабораторную работу

Рисунок 13 – Схемы для моделирования

Задание №1

Для схемы, показанной на рисунке 13, а:

1.1 Построить отклик на входной импульсный сигнал.

1.2 Аналитически вычислить АЧХ схемы. Для заданных номиналов резистора и конденсатора вычислить полосу пропускания. Сравнить результаты с моделированием. Вычисления и выводы отразить в отчете.

1.3 Построить АЧХ и ФЧХ.

1.4.1 Подать на вход схемы гармонический сигнал. По графику отклика определить, как схема влияет на амплитуду и фазу гармонического сигнала.

Примечание: для большей наглядности частоту входного сигнала лучше выбрать в области спада (или подъема) АЧХ.

1.4.2 Для заданной частоты по ранее построенным АЧХ и ФЧХ определить амплитуду и фазу выходного сигнала. Сравнить полученные результаты.

1.5 С помощью моделирования определить, как влияет сопротивление R и емкость С на отклик, АЧХ и ФЧХ (использовать многовариантный анализ).

Отчет должен содержать все необходимые графики и комментарии.

Задание №2

2.1 Построить отклик на входной импульсный сигнал, АЧХ и ФЧХ
LC-цепочки (колебательный контур), показанной на рисунке 13,б.

Примечание. Чтобы «поймать» резонанс, в окне AC Analysis Limits в поле Frequency Range выбрать линейное изменение частоты (Linear).

Вычислить аналитически резонансную частоту по формуле Томпсона

. (7)

Сравнить полученные результаты. Результаты вычислений и выводы отразить в отчете.

2.2 С помощью моделирования определить, как влияет индуктивность R и емкость С на отклик, АЧХ и ФЧХ (использовать многовариантный анализ).

Объяснить полученные результаты. Отчет должен содержать все необходимые графики и комментарии.

Задание №3

3.1 Построить отклик на входной импульсный сигнал, АЧХ и ФЧХ
RLC-цепочки, показанной на рисунке 13,в. Параметры цепи выбрать произвольные из диапазонов R = 0,1…1 Ом; L = 1…10 нГн; C = 1…10 пФ.

3.2 С помощью моделирования определить, как влияет сопротивление на отклик цепи. Взять сопротивление несколько десятых долей Ома, несколько Ом, несколько десятков Ом, несколько кОм.

Объяснить полученные результаты. Отчет должен содержать все необходимые графики и комментарии.

5 Требования к выполнению отчета по лабораторной работе

Каждый студент индивидуально оформляет отчет по лабораторной работе
в электронном виде (в программе Microsoft Word) на каждую работу. Отчет должен содержать:

– название и цель работы;

– краткую теоретическую часть (не более одного листа А4);