Лабораторная №1 (1005225)
Текст из файла
Московский Государственный Технический Университет
имени Н.Э.Баумана
КАФЕДРА СМ-11
Лабораторная работа №1
по курсу
«Основы электронных устройств »
«Знакомство с программой моделирования Microcap.
Линейные электрические цепи»
Москва, 2016г.
Содержание
| 1 Элементы анализа линейных цепей | 3 |
| 1.1 Принцип анализа линейных цепей | 3 |
| 1.2 Характеристики линейных цепей | 4 |
| 2 Основные сведения о программе моделирования Microcap | 5 |
| 2.1 Запуск программы | 5 |
| 2.2 Ввод электрической схемы устройства | 6 |
| 2.3 Источники тестовых сигналов | 8 |
| 3 Моделирование схемы | 10 |
| 3.1 Моделирование во временной области (Transient Analysis) | 10 |
| 3.2 Определение частотных характеристик (AC Analysis) | 15 |
| 4 Задание на лабораторную работу | 17 |
| 5 Требования к выполнению отчета по лабораторной работе | 18 |
| 6 Контрольные вопросы | 19 |
| 7 Литература | 19 |
Цель работы – Освоение основных возможностей программы моделирования Microcap. Моделирование работы линейных электрических цепей.
Задачи работы – Освоить основные возможности программы моделирования Microcap на примере простейших линейных электрических цепей. Знакомство с моделями основных элементов электрических цепей: источников сигналов, сопротивления, емкости и индуктивности. Моделирование работы основных электрических цепей (RC, RL, RLC), их воздействие на входные сигналы (импульсный и гармонический).
1 Элементы анализа линейных цепей
1.1 Принцип анализа линейных цепей
Задачей анализа является определение отклика x(t) цепи на внешнее воздействие f(t). В основе методов анализа линейных цепей лежит принцип суперпозиции, согласно которому сумма откликов
от отдельных воздействий 
на линейную цепь совпадает с откликом x(t) от суммы воздействий 
. Принцип суперпозиции позволяет представить отклик цепи на сложный сигнал f(t) как сумму откликов на отдельные его составляющие. Эти составляющие могут быть выбраны так, чтобы сделать анализ максимально простым. При таком подходе решение задачи разделяется на три этапа.
1) Сигнал f(t) представляется в виде суммы удобных для решения функций.
2) Рассчитывается отклик цепи на действие каждой составляющей сигнала.
3) Суммируются найденные отклики.
Выбор функций, по которым производится разложение, зависит от цели разложения, которыми могут быть:
1. точное разложение на простейшие функции;
2. аппроксимация f(t) минимальным числом членов при допустимой погрешности.
В первом случае наиболее распространено разложение по гармоническим функциям (в форме ряда или интеграла Фурье). Их достоинства: а) гармонические сигналы в линейных цепях не изменяют свою форму, б) позволяют применять символический метод анализа (метод комплексных сопротивлений).
В качестве простейших функций для разложения используются также δ-функции и ступенчатые функции Хевисайда.
Во втором случае применяется разложение по ортогональным полиномам и функциям Чебышева, Эрмита, Лагерра, Лежандра, разложение по функциям Уолша, Готтенмахера, Адамара, разложение по вэйвлет-функциям. Ортогональные полиномы и функции Чебышева, Эрмита, Лагерра, Лежандра используются преимущественно для представления непрерывных сигналов, а функции Уолша чаще используются для представления дискретных сигналов.
Разложение на стандартные по форме функции позволяет представить суммарный отклик в виде суммы стандартных откликов. Эти стандартные отклики служат общими характеристиками цепи, зная которые, можно рассчитать отклик цепи на любое воздействие.
1.2 Характеристики линейных цепей
Передаточная функция (коэффициент передачи) цепи
При разложении сигналов по комплексным гармоническим функциям 
характеристикой цепи является отклик цепи на входной комплексный сигнал
. При этом отклик цепи (выходной сигнал) будет сигналом вида 
. Отношение комплексной амплитуды гармонического сигнала на выходе цепи к комплексной амплитуде входного сигнала
|
| (1) |
называют передаточной функцией цепи.
Передаточную функцию можно представить в виде
|
| (2) |
называют амплитудно-частотной характеристикой (АЧХ) цепи, а 
- фазо-частотной характеристикой (ФЧХ) цепи.
Полоса пропускания цепи
Полосой пропускания цепи называют интервал частот, в пределах которого квадрат модуля передаточной функции уменьшается не более чем в 2 раза. Это соответствует уменьшению модуля передаточной функции в 
раз.
Импульсная характеристика цепи
При разложении сигналов по δ-импульсам в качестве характеристики цепи используют импульсную характеристику g(t) — отклик цепи на δ-импульс.
В этом случае входной сигнал представляется в виде
|
| (3) |
а выходной сигнал вычисляется по формуле
|
| (4) |
Такого вида интеграл называется интегралом наложения или интегралом Дюамеля. Верхний предел интегрирования t — отражение принципа причинности: выходной сигнал в данный момент не может зависеть от значений сигнала в будущем. Если условиться считать g(t — ξ) = 0 при ξ > t, то предел интегрирования можно положить равным ∞.
Переходная характеристика цепи
При разложении по ступенчатым функциям характеристикой цепи является переходная характеристика цепи h(t) - отклик цепи на сигнал в виде ступеньки единичной высоты (функции единичного скачка, функция Хевисайда)
to — момент включения ступеньки.
Выходной сигнал при этом представляется в виде
|
| (5) |
Ступенчатая функция очень удобна для анализа поведения цепей при прохождении через них импульсных (цифровых) сигналов.
2 Основные сведения о программе моделирования Microcap
2.1 Запуск программы
В настоящее время при проектировании электронных устройств широко применяются различные системы моделирования электронных схем. Моделирование схем позволяет на ранней стадии выявить ошибки, определить основные характеристики устройства, не прибегая к дорогостоящему макетированию. При этом значительно сокращается время и стоимость проектирования электронных устройств. Системы схемотехнического проектирования с успехом могут использоваться для более глубокого изучения электронных приборов и устройств.
Система моделирования MicroCAP 9 (MC9) имеет удобный стандартный интерфейс, принятый в Windows, что облегчает ее использование. После вызова программы двойным щелчком на ее пиктограмме на экране появится основное окно программы, сверху которого помещена строка системного меню, в которой размещены имена режимов File, Edit, Component, Windows, Options, Analysis, Design, Help (рисунок 1). Ниже под этой строкой расположены панели инструментов с пиктограммами кнопок команд. В левой части находится панель, отображающая содержимое библиотек компонентов. Используя ее можно выбирать модели элементов, из которых составляется схема.
Первым этапом моделирования работы электронного устройства в САПР MC9 является создание его схемы электрической принципиальной. Новая схема создается по команде File>New (рисунок 2). При этом возможно как графическое изображение схемы (режим Schematic), так и ее текстовое описание (SPICE/Text). В связи с тем, что основную привлекательность программы МС9 придает графический ввод схем, то не будем касаться текстового ввода в формате SPICE. Созданные же ранее схемы загружаются по команде File>Open.
После выбора Schematic File станет активной панель инструментов, и в рабочем поле программы можно будет создавать схему. Сохранение файла схемы в рабочий каталог выполняется стандартным способом, принятым для Windows программ.
Рисунок 1 – Главное окно программы Microcap 9
Рисунок 2 – Создание новой схемы проекта
2.2 Ввод электрической схемы устройства
Создание принципиальных схем устройства осуществляется в следующей последовательности:
– в рабочем поле в режиме добавления компонентов в схему (Component mode) размещают все требуемые компоненты схемы (пиктограмма 
);
– в режиме выбора объектов (Select mode) располагают и ориентируют компоненты согласно заданной схеме (пиктограмма 
);
– в режиме ввода ортогональных проводников (Wire mode) соединяют выводы компонент;
– с помощью команды "Номера узлов" (Node numbers) выводят номера узлов схемы, необходимые для формирования задания для моделирования (пиктограмма 
).
Перед добавлением символа элемента на схему его нужно выбрать в левой панели рабочего окна, либо в меню Component. Наиболее часто встречающиеся компоненты размещены под строками системного меню. Выбранный тем или иным способом компонент привязывается к курсору мышки и перемещается вслед за ним. Для размещения компонента на рабочем поле нужно в нужном месте щелкнуть левой кнопкой мышки. При перемещении элемента его можно вращать, для этого нужно зажать левую кнопку мышки и нажимать на клавиатуре Пробел. После отпускания левой кнопки элемент расположится на рабочем поле и откроется диалоговое окно, предназначенное для ввода его параметров (рисунок 3).
Рисунок 3 – Диалоговое окно для ввода параметров резистора
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
