Моделирование_Эл_Схем_150129 (1178827), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

а) б)

Рис.22. Пример схем генераторов: а - отрезка синусоиды, б - амплитудно-модулированного сигнала

Генератор периодической последовательности отрезков синусоиды (рис.24,а) состоит из генератора импульсов VPULSE, генератора синусоиды VSIN и умножителя (математического компонента MULT из библиотеки ABM).

Генератор амплитудно-модулированного сигнала (рис.22,б) состоит из генератора синусоиды “несущей”, генератора синусоиды модуляции и умножителя. Смещение синусоиды генератора модуляции должно быть равно амплитуде синусоиды генератора “несущей”. Если Смещение генератора модуляции равно нулю, то на выходе умножителя будет балансно - модулированный сигнал.

Рис.23. Сигналы схем генераторов напряжения отрезка синусоиды и амплитудно-модулированного сигнала

Входное сопротивление математических компонентов из библиотеки ABM равно бесконечности, поэтому их входы нельзя без нагрузки соединять с выходами источников тока.

Выходное сопротивление математического компонента равно нулю, поэтому для получения генератора тока к его выходу надо подключить преобразователь напряжения в ток GPOLY из библиотеки ANALOG и установить в его свойствах необходимую величину k коэффициента преобразования. По умолчанию k = 1A/V.

5.2. Источники цифровых сигналов библиотеки SOURCE

5.2.1. Генератор периодического сигнала DigClock

В генераторе периодического сигнала DigClock устанавливается:

• задержка начала работы - DELAY,

• стартовый уровень (0 или 1) - STARTVAL,

• инверсный уровень (1 или 0) - OPVAL,

• длительность OPVAL - ONTIME,

• длительность STARTVAL - OFFTIME.

Период сигнала этого генератора равен сумме ONTIME и OFFTIME.

5.2.2. Генератор последовательности импульсов STIM1

В генераторе STIM1 временная диаграмма сигнала задается последовательностью команд, в каждой из которых устанавливается время и значение сигнала (0 или 1). Время следующей команды должно быть больше предыдущей. Всего возможно 16 команд.

5.2.3. Генераторы STIM4, STIM8, STIM16

В каждом из генераторов STIM4, STIM8 и STIM16 выходом является шина с числом бит равным его номеру. Временная диаграмма задается последовательностью команд, в каждой из которых устанавливается время и значение бит шины (4 бита для STIM4, 8 бит для STIM8 и 4 тетрады (4 HEX цифры) для STIM16).

На рис.24 приведена схема с цифровыми генераторами, в таблице 8 примеры последовательностей команд для STIM1, STIM4, STIM8 и STIM16, а на рис.25 временные диаграммы их выходных сигналов.

Рис.24. Источники цифровых сигналов

Таблица 8

Рис.25. Сигналы цифровых источников по командам таблицы 8

В этих примерах сигналы STIM4 соответствуют четырехразрядному синхронному суммирующему счетчику, STM8 – восьмиразрядному счетчику Джонсона, а STIM16 - дешифратору D4-16, входы которого соединены с выходами четырехразрядного счетчика.

6. Дискретное преобразование Фурье (FFT).

Дискретное преобразование Фурье (ДПФ) результатов моделирования выполняется только в режимах Time Domain (Transient) и AC Sweep. Данные ДПФ временных диаграмм режима Time Domain (Transient) соответствуют модулю их спектра, а данные ДПФ частотных характеристик соответствуют импульсным характеристикам. В режиме AC Sweep число точек задается явно, а в режиме Time Domain (Transient) число данных равно отношению времени (Run to time) моделирования к максимальному шагу (Maximum step size). ДПФ выполняется методом быстрого преобразования Фурье (БПФ), поэтому из полного числа данных (выборок) берется только ближайшее число равное целой степени 2, но не более чем 65536.

На рис.26 приведены результаты ДПФ прямоугольного импульса с длительностью 0.5 мкс и отрезка из 5 периодов синусоиды с частотой 10 МГц.

Рис.26. Спектр импульса и отрезка синусоиды

Для получения качественной (гладкой) функции спектра время моделирования должно быть много больше длительности сигнала. В данном примере длительность сигналов равна 0.5 мкс, а время моделирования – 10 мкс.

На рис.27 приведены результаты ДПФ частотных характеристик двух схем резонансных усилителей рис.16.

Рис.27. Импульсные характеристики резонансных усилителей рис.16

Для получения качественной импульсной характеристики усилителя (фильтра) необходимо, чтобы диапазон сканирования по частоте был много шире его полосы пропускания.

7. Обработка результатов моделирования.

Результаты моделирования можно отображать и без пробников. В этом случае после завершения моделирования появится пустое окно. Для того чтобы создать график в верхней части окна надо выбирать ADD TRACE . В появившемся окне выбрать нужную переменную. Например, при моделировании схемы рис.11,а для получения тока диода D1 в списке сигналов надо выбрать I(D1), в нижнем поле окна TRACE EXPRESSION появится I(D1) . После нажатия кнопки OK получится такой же график, как и с пробником тока. Можно выполнять любые, предлагаемые в правой части окна, арифметические операции над результатами моделирования. Например, функция дифференцирования D(I(D1)) дает зависимость дифференциальной проводимости, обратная ей величина 1/ D(I(D1)) – дифференциального сопротивления диода от напряжения.

Кнопка (Evaluate Measurement) открывает меню измерительных функций результатов моделирования.

Для режима AC Sweep:

• Bandwidth_Bandpass_3dB(1) – полоса на уровне -3дБ,

• Bandwidth(V(1, ) – полоса на заданном уровне,

• Cutoff_Lowpass_3dB(1) – нижняя частота среза,

• Cutoff_Highpass_3dB(1) – верхняя частота среза,

• YatX(1, ) – значение выходных данных в заданной точке

• Max(1) – максимальное значение

• Min(1) – минимальное значение.

Для режима Time Domain (Transient):

• Risetime_NoOvershoot(1) - время нарастания,

• Falltime_NoOvershoot(1) - время спада,

• Pulsewidth(1) - длительность импульса,

• Period(1) - период.

Функция получения точки пересечения нуля ZeroCross(1) применима во всех режимах моделирования.

8. Анализ результатов моделирования.

На рис.28 приведен пример схемы моделирования последовательного диодного детектора, подключенного к LC колебательному контуру (L1, C1). Сопротивление резистора R1 имитирует потери колебательного контура. Колебательный контур подключен к источнику синусоидального тока с частотой, равной резонансной частоте контура. Для сопротивления нагрузки детектора R2 введен глобальный параметр {Rd}.

а б

Рис.28. Схемы: а - диодного детектора, б - выпрямителя

Процесс установления колебаний в схеме рис.30,а достаточно длительный, поэтому для подробного отображения результатов моделирования на небольшом интервале 1 мкс в задании на моделирование установлены: Run Time = 100us, Start saving data after = 99us, а Maximum step size = 0.2ns.

Моделирование проведено для двух значений глобального параметра Rd = 1k и Rd = 4k (рис.29). Импульсы тока диода детектора имеют характерную треугольную форму, что ни как не согласуется с, описанными во всех учебниках радиотехники, классическими представлениями косинусоидальности формы импульсов тока диода. Вековое заблуждение “классики” объясняется тем, что там анализируется схема не детектора или выпрямителя, а ограничителя с упрощенной кусочно-линейной моделью диода (сопротивление r_пр при положительном напряжении и R_обр при отрицательном напряжении на диоде, r_пр << R_обр ).

Рис.29. Пример результатов моделирования последовательного диодного детектора

Моделирование схемы диодного выпрямителя рис.30,б проведено для глобального параметра Rd = 1k. Амплитуда напряжения синусоидального источника VSIN подобрана так, чтобы среднее напряжение на выходе выпрямителя было равно среднему напряжению на выходе детектора. Импульсы тока диода выпрямителя имеют и в этом случае имеют характерную треугольную (рис.30), а не “косинусоидальную” форму, но существенно меньшую длительность и большую амплитуду, чем импульсы тока диода детектора.

Рис.30. Пример моделирования диодного выпрямителя и детектора

И здесь вековое заблуждение “классики” объясняется тем, что там анализируется схема не детектора или выпрямителя, а ограничителя с упрощенной кусочно-линейной моделью диода (сопротивление r_пр при положительном напряжении и R_обр при отрицательном напряжении на диоде, r_пр << R_обр ).

20

Характеристики

Список файлов лабораторной работы