4. Источник напряжения, управляемый током (ИНУТ). УГО этого источника приведено на Рис. 3.4. Имя источника в библиотеке пассивных компонентов – VofI. Позиционное обозначение – типовое. Атрибут VALUE имеет смысл сопротивления и размерность в Омах. Функциональное соотношение для источника: V=RIупр. Используется реже остальных источников, ведет себя как сопротивление.
Рис.3.4. УГО ИНУТ
В MC5 можно моделировать линейные четырехполюсники с помощью аналитического представления их передаточной характеристики на комплексной плоскости в виде операторного выражения от комплексной переменной S=a+jw. Это обстоятельство открывает широкие возможности для моделирования ФСС высоких порядков любого типа. Возможно также моделирование усилителей со сложными цепями ОС и коррекцией АЧХ. Операторное выражение для передаточной характеристики в MC5 присваивается линейному зависимому источнику. Таких источников в MC5 восемь и их имена начинаются с буквы L, они находятся в подменю Component->Analog Primitives->Laplace Sources меню главного окна программы. Эти источники используются при всех видах анализа. При расчете частотных характеристик (режима AC) переменная S заменяется на jw, при расчете передаточных характеристик (режим DC) S полагается равной нулю. При расчете переходных характеристик с использованием рассматриваемых источников отыскивается импульсная характеристика четырехполюсника как обратное преобразование Фурье от передаточной характеристики, а затем из свёртки импульсной характеристики с входным сигналом определяется выходной переходный процесс.
Четыре источника LTIofI, LTIofV, LTVofI и LTVofV задаются таблично и по причинам, изложенным в конце п. 3.3., здесь не рассматриваются.
1. Источник тока, управляемый напряжением (ИТУН). Его имя в библиотеке компонентов LFIofV (в подменю Analog Primitives меню Component главного окна программы). УГО рассматриваемого источника приведено на Рис. 3.13.
Параметры источника целесообразно задавать с помощью окна атрибутов. Используются два атрибута. Для позиционного обозначения источника в атрибуте PART используется буквенно-цифровое обозначение, например PART=G1 (см. Рис. 3.13). Второй атрибут LAPLACE используется для формульного ввода операторного выражения передаточной характеристики.
Например, дифференцирующая цепочка задается следующим выражением: LAPLACE=S/(S+1E5).
Параллельный колебательный контур может быть представлен следующим образом: LAPLACE=1E-8*S/(1E12+1E4*S+S*S).
2. Источник тока, управляемый током (ИТУТ). Имя источника в библиотеке компонентов LFIofI. УГО данного источника приведено на Рис. 3.14. Этот источник также задается с помощью двух атрибутов: позиционного, например PART=F1(см. Рис. 3.14), и формульного - LAPLACE. Например, интегрирующую цепочку можно задать следующим выражением в окне атрибутов: LAPLACE = 1/(1+1E-5*S). ФВЧ первого порядка: LAPLACE=S/(1+0.001*S) и т.д.
3. Источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН). Имя источника в библиотеке компонентов LFVofV. УГО источника показано на Рис. 3.15. Источник в схеме также определяется двумя атрибутами: позиционным PART=E1; и формульным – LAPLACE. Например, цепь второго порядка может быть представлена с помощью выражения: LAPLACE=1/(1+0.01*S+1E-6*S*S).
4. Источник напряжения, управляемый током (ИНУТ). Имя источника в библиотеке компонентов LFVofI. УГО источника дано на Рис. 3.16. Источник в схеме задается также двумя атрибутами, как и предыдущие: PART=H1;
LAPLACE=<операторное выражение>. Этот источник используется реже других
Программа MC5 версии 2.01 содержит четыре линейных зависимых источника, задаваемых Z-преобразованием. Точнее, само Z-преобразование в MC5 реализуется косвенно, через преобразование Лапласа, причем переменная Z определяется следующим образом: =exp(st). Тем не менее в MC5 версии 2.01 пользователь «не замечает» этой подмены преобразования, работая в Z-плоскости с Z как с самостоятельной переменной. Способы использования и реализации Z-преобразования для моделирования цифровых фильтров подробно рассмотрены в пункте 6. Здесь рассмотрим лишь линейные источники, задаваемые Z-преобразованием:
1. Источник тока, управляемый напряжением (ИТУН). Его имя в библиотеке компонентов (Component->Analog Primitives->Z Transform Sources) – ZIofV. УГО этого источника показано на Рис. 3.17. Параметры этих источников также удобно вводить в схему с помощью окна атрибутов. Для определения этих источников используются три атрибута. Первый атрибут PART – определяет
традиционное буквенно-цифровое обозначение источника, например, PART=G1 (см. Рис. 3.17). Второй атрибут ZEXP используется либо для ввода имени, с помощью которого по текстовой директиве .define (см. п.6 пособия и [4]) записывается выражение для системной функции устройства в Z-плоскости, либо для ввода указанного выражения сразу в окно атрибутов. Второй способ проще, тогда как первый способ – нагляднее. Третий атрибут CLOCK FREQUENCY служит для ввода тактовой частоты или частоты дискретизации FC. Например, атрибуты могут иметь следующие значения: PART=G1; ZEXP=ZFILTER; CLOCK FREQUENCY=24K. При этом на схеме (или в окне текстового отображения схемы) текстовой директивой должна быть введена системная функция фильтра H(z) : .define ZFILTER (.10285*(Z+1)*(POW(Z,2)-.70621*Z+1))/((Z-.55889)*(POW(Z,2)-1.1579*Z+.76494)).
Аналогичным образом с помощью указанных атрибутов вводятся и другие Z-источники. Важно отметить, что при вводе выражения для системной функции фильтра в атрибут < ZEXPression> оно должно содержать по крайней мере один экземпляр переменной Z.
2. Источник тока, управляемый током (ИТУТ). Его имя в библиотеке компонентов – ZIofI. УГО этого источника приведено на Рис. 3.18. Способ ввода параметров источника с помощью трех атрибутов изложен выше для ZIofV. Например, второй атрибут: ZEXP=1/3*(1+Z+pow(Z,2)).
3. Источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН). Его имя в библиотеке компонентов – ZVofV. УГО этого источника приведено на Рис. 3.19. Способ ввода параметров источника с помощью трех атрибутов изложен
выше. Так для рекурсивного ЦФНЧ 3 порядка типа Баттерворта можно записать: PART=E1; ZEXP=(1+2*Z+POW(Z,2))/(2.0761-5.7033*Z + 7.6272 * POW(Z,2)); CLOCK FREQUENCY=1.59K.
4. Источник напряжения, управляемый током (ИНУТ). Его имя в библиотеке компонентов – ZVofI. УГО этого источника приведено на Рис. 3.20. Способ ввода параметров источника с помощью трех атрибутов изложен выше. Этот источник используется редко.
Литература
1. Попов В.П. Применение ППП Micro-CAP для автоматизированного анализа цепей/ ТРТУ.-Таганрог, 1995.-85 с.
2. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования Micro-CAP IV/МЭИ.-М., 1997.- 128с., ил.
3. Разевиг В.Д. Система схемотехнического моделирования и проектирвоания печатных плат Design Center (PSpice).-М.: СК Пресс, 1996.-272 с., ил.
4. Разевиг В.Д. Система схемотехнического проектирования Micro-CAP V.-М.: “СОЛОН”, 1997. – 273 с., ил.
5. Кубицкий А.А. Исследование оконечных бестрансформаторных УЗЧ с использованием ПЭВМ (компьютерное моделирование - лаб. работа)/ МТУСИ.-М., 1996.-17 с.
6. Кубицкий А.А. Проектирование оконечных бестрансформаторных усилителей звуковой частоты с использовнаием ПЭВМ: Учебное пособие/ МТУСИ.-М., 1998.-31 с.
7. Материалы, полученные по сети Internet: http://www.spectrum-soft.com/
8. Michael A. Wyatte. Spice воспринимает и отображает Y- параметры. –Design Ideas Supplement for EDN, June, 1995.
9. B.Al Hashimi and Moniri. Spice обеспечивает моделирование схем в Z –области.- Edition of EDN, April,1996.
10. Радиоприёмные устройства. Учебник для вузов/ Н.Н. Фомин и др. - Под ред. Н.Н. Фомина.- М.: Радио и связь, 1996. - 512 с.: ил.
11. H.Ronen, M.Eliahu, A.Harel. Преподавание и изучение основ электроники с использованием профессиональных программ анализа цепей. Европейский журнал по инженерному образованию. Том 20, №4, 1995.
12. Кубицкий А.А., Долин Г.А. Применение Micro-CAPV при проектировании радиотехнических устройств: Учебное пособие, часть I / МТУСИ.-М.:1998.-36с.
13. Баскаков С.И. Радиотехнические цепи и сигналы: Учеб. для вузов по спец. «Радиотехника».-М.:Высш. шк.,1988.-448с.: ил.
14. Горохов В.А., Стручков А.А. Микросхемотехника устройств связи на основе сигнальных микропроцнссоров. Цифровые фильтры. Часть II : Учебное пособие/ МИС.- М.,1988. 49с.
Математические операции и выражения
В сложных текстовых переменных директивы .DEFINE и при указании переменных, выводимых на графиках при проведении моделирования, можно использовать следующие математические операции.
Арифметические операции: + — сложение; - — вычитание; * — умножение; /—деление; MOD — остаток после целочисленного деления; DIV — целочисленное деление
Тригонометрические функции от действительных и комплексных величин (х —действительная, z — комплексная величина): Ехр(х) — экспонента; Ln(х) — натуральный логарифм; Log(z) — десятичный логарифм; Sin(z) – синус; Cos(x) – косинус; Tan(x) – тангенс; Asin(x) – арксинус; Acos(x) – арккосинус; Atn(x) –арктангенс; SINH(z) – гиперболический синус; COSH(z) – гиперболический косинус; TANH(z) – гиперболический тангенс; COTH(z) – гиперболический котангенс.
Другие функции от действительных и комплексных величин: Abs(z) – абсолютное значение; Sqrt(z) – корень квадратный из модуля z; Sgn(x) – знак числа; POW(Z,X) – степень ZX = e Xln(Z) ; SUM(u,t) – текущий интеграл от переменной u по переменной t; RMS(u) – текущее среднеквадратическое отклонение переменной u при интегрировании по времени t;AVG(u) – текущее среднее значение переменной u ; DEL(u) – приращение процесса u относительно предыдущей точки при расчете переходных процессов. Производная рассчитывается как отношение двух таких операторов, например, производная du/dt равна DEL(u)/DEL(t); IМРОRТ(имя файла,у) – импорт функции y из файла. В текстовом файле помещается таблица значений переменных, в качестве которых может быть время (T), частота (F), напряжение источника напряжений (V(имя источника)), ток источника тока (I(имя источника)), и выражение для у и другие [3,4].
Операции отношения и логические операции: = – равно; > – больше; < – меньше; >= – больше или равно; <= – меньше или равно; <> – не равно; AND – логическое И; NAND – отрицание логического И; NOT – отрицание; OR – логическое ИЛИ; NOR – отрицание логического ИЛИ; XOR – исключающее ИЛИ.
Функции от комплексных чисел: DB(z) – величина z в децибелах, равная 20*LOG(|z|); RE(z) – действительная часть z; IM(z) – мнимая часть z; MAG(z) – модуль z.
При построении графиков допустимо просто указать z; PH(z) – фаза z в градусах; GD(z) – групповое время запаздывания. Операции с логическими переменными см. в [3,4].
Операторы обработки сигналов при построении графиков:
HARM(u) – расчет гармоник сигнала u; THD(S) – коэффициент нелинейных искажений спектра S, в процентах относительно уровня первой гармоники; FFT(u) – прямое преобразование Фурье дискретных отсчетов сигнала u(t). Отличается от функции HARM множителем N/2 для гармоник с первой до N-й и множителем N для нулевой гармоники, где N – количество дискретных отсчетов сигнала u(t); IFT(S) – обратное преобразование Фурье спектра S; CONJ(S) – сопряженный комплексный спектр S; CS(S, S2) – взаимный спектр сигналов u и v, равный CONJ(FFT(S)*FFT(S2)); AS(S) – cобственный спектр сигнала u(t), равный CS(S, S); CC(u,v) – взаимная корреляционная функция сигналов u и v, равная IFT(CS(u, v)); AC(u) –автокорреляционная функция сигнала u, равная IFT(AS(u)); COH(u,v) – нормированная корреляционная функция сигналов u и v, равная CC(u,v)/SQR(AC(u(0))*AC(v(0))); REAL(S) – действительная часть спектра S, рассчитанного с помощью FFT; IMAG(S) – мнимая часть спектра S, рассчитанного с помощью FFT; MAG(S) – модуль спектра S, рассчитанного с помощью FFT; PHASE(S) – фаза спектра S, рассчитанного с помощью FFT.
Моделей ОУ в ССМ МСV.
Цель работы: изучить возможности моделирования схем сложных операционных усилителей (ОУ) в ССМ МСV.2; ознакомиться с частотными и переходными характеристиками ОУ; познакомиться с влиянием параметров 3х основных математических моделей ОУ на их частотные и переходные характеристики.
Моделирование фильтра на отрезках линии передачи
Второй пример иллюстрирует использование линии задержки как Z задерживающего звена при моделировании цифрового фильтра [11]. В этом примере демонстрируется использование идеальной линии передачи без потерь для моделирования рекурсивного цифрового фильтра [7.2] Баттерворта третьего порядка. Системная функция такого фильтра имеет вид:
H (z) = (0.156z-1 + 0.183z-2)/(1- 1. 081z-1 + 0.607z-2 - 0.123z-3) (6.1)
Структурная схема фильтра, соответствующая (6.1), показана на Рис. 6.8 [11]. С использованием линий передачи и структурных схем фильтров, пред-ставляемых на их основе, моделирование цифровых фильтров становится более простым и наглядным, чем использование системных функций и зависимых источников, задаваемых Z – преобразованием, особенно в учебном процессе.
Рис. 6.8
Принципиальная схема фильтра, соответствующая Рис. 6.8, показана на Рис. 6.9. Отрезок идеальной линии передачи на Рис. 6.9 соответствует элементу z-1 на Рис. 6.8 и в системной функции (6.1) фильтра. Линия задержки определяется волновым сопротивлением Z0 и временем задержки TD. Значение волно-вого сопротивления роли не играет, пока линия нагружена на сопротивление, равное волновому. Параметр задержки TD определяет интервал осуществления выборки сигнала в ЦФ или частоту дискретизации FC. Источники на входе отрезков линии передачи – это зависимые ИНУН (см. п. 3.1) с коэффициентом передачи, равным 1. Эти источники играют роль буферов, разделяющих после-довательно включённые элементы задержки.
Рис. 6.9
На вход фильтра включён такой же источник V1, как и на вход фильтра первого примера (см. Рис. 6.1 и Рис. 6.2). Два сумматора структурной схемы Рис. 6.8 выполнены на нелинейных зависимых источниках напряжения, управлямых напряжением (см. п. 3.2 и Рис. 3.7). Для правильного сумми-рования сигналов в соответствии с Рис. 6.8 нужно правильно определить атрибуты этих источников. Окно атрибутов источника SUM1 показано на Рис. 6.10, а источника SUM2 – на Рис. 6.11.
Рис. 6.10
Рис. 6.11
На Рис. 6.12 приведено окно пределов анализа фильтра во временной области, а на Рис. 6.13 – результаты этого анализа. В форме выходного сигнала на Рис. 6.13 характерно выделяются перепады напряжения на интервалах времени, длительностью 50 мс.
На Рис. 6.14 приведено окно пределов анализа фильтра в частотной области, а на Рис. 6.15 – результаты расчёта АЧХ рассматриваемого фильтра.
Из Рис. 6.15 виден очень характерный для фильтров этого типа момент – периодическое повторение АЧХ фильтра через 20 кГц, которое соответствуют частоте дискретизации фильтра.
Рис. 6.12
Принципиальная схема фильтра, соответствующая Рис. 6.8, показана на Рис. 6.9. Отрезок идеальной линии передачи на Рис. 6.9 соответствует элементу z-1 на Рис. 6.8 и в системной функции (6.1) фильтра. Линия задержки определяется волновым сопротивлением Z0 и временем задержки TD. Значение волно-вого сопротивления роли не играет, пока линия нагружена на сопротивление, равное волновому. Параметр задержки TD определяет интервал осуществления выборки сигнала в ЦФ или частоту дискретизации FC. Источники на входе отрезков линии передачи – это зависимые ИНУН (см. п. 3.1) с коэффициентом передачи, равным 1. Эти источники играют роль буферов, разделяющих после-довательно включённые элементы задержки.
Моделирование фильтра на переключаемых конденсаторах
Первый пример иллюстрирует моделирование эллиптического фильтра третьего порядка на переключаемых конденсаторах. Этот фильтр представ-ляется следующей системной функцией от переменной z [7.2]:
H (z) = (0.10285 (z + 1) (z2 -0. 70621z + 1)) / (z-0. 55889 )( z2 -1. 1579z + 0.76494)
В первом примере для моделирования фильтра используются два источника сигналов, как это показано на Рис.6.1.
Схема содержит лишь два компонента. Первый-независимый источник напряжения V (см. п. 3 пособия), который обеспечивает входное воздействие.
Рис. 6.1 Источник V для анализа переходных процессов на выходе фильтра определен в окне атрибутов как источник импульсов с амплитудой импульсов +/-1в, длительностью импульсов 1мс, временем нарастания импульсов 10нс, временем спада импульсов 10нс и периодом повторения импульсов 2мс (см. Рис. 6.2). Для анализа АЧХ фильтра источник напряжения V определён как источник синусоидального сигнала амплитудой в 1В.
Рис. 6.2
Второй источник – линейный зависимый источник Е1, задаваемый Z – преоб-разованием, который является электрическим эквивалентом фильтра с переключаемыми конденсаторами и определяется указанной выше системной функцией фильтра в z плоскости (см. Рис. 6.3).
Рис. 6.3
На Рис. 6.4 приведено окно пределов анализа фильтра во временной области, а на Рис. 6.5 – результаты анализа. Анализ переходных процессов наглядно показывает интервал осуществления выборки 41,6 мс и степень искажения формы импульса (см. фронты импульсов).
Рис. 6.4
Copyright © 2000 Георгий Долин. All rights reserved. Design - "Kety studio" by Alex Kazantsev. Support - "Anri Education Systems"
Рис. 6.5
На Рис. 6.6 приведено окно пределов анализа фильтра в частотной области, а на Рис. 6.7 – результаты расчёта АЧХ фильтра. Технические данные этого фильтра: граничная частота – 3,2 кГц, уровень искажений на граничной частоте - 0.9 дБ, уровень ослабления на частоте 4,3 кГц больше или равен 22 дБ [7.2]. Результаты анализа показывают, что АЧХ фильтра соответствуют этим данным.
Рис. 6.6
Рис. 6.7
Нелинейные зависимые источники электрических сигналов
В MC5 имеются четыре нелинейных зависимых источника с полиномиальным законом управления. Путь к источникам: Component и Analog Primitives и Dependent Sources. Подробнее рассмотрим их особенности на примере источника тока, управляемого напряжением.
В1. Источник тока, управляемый напряжением (ИТУН). УГО источника представлено на рис 3.5. Имя источника в библиотеке пассивных компонентов имеет вид: GIofV. Этот источник также целесообразно вводить в схему используя окно атрибутов. Функциональная зависимость для всех источников этого типа имеет вид: y = F (x1,x2,…, xк), где x1,x2,…, xк – к управляющих переменных. В качестве управляющих переменных можно использовать ток ветвей или напряжение в узлах схемы (разность потенциалов). Одновременное управление током и напряжением недопустимо. Сам полином имеет следующий вид:
Рис.3.5. УГО POLY ИТУН
y= P0 + P1x1 + P2x2 +…+ Pkxk + Pk+1x12 + Pk+2x1x2 +…+ Pk+kx1xk+ P2k+1x22 + P2k+2x2x3 +…+ P2k+kx2x3 + … (3.1)
При конкретной записи полинома все коэффициенты вводить не нужно, но те, что вводятся, должны следовать строго по порядку. Параметры рассматриваемых источников также целесообразно вводить в схему используя окно атрибутов (но можно и текстовой директивой). Атрибут PART (см. [10]) имеет обычное буквенно-цифровое обозначение, например, I1. Атрибут VALUE для ИТУНа имеет следующую форму записи:
POLY (K) n1p n1m [n2p n2m] … [nkp nkm] [P0 P1 … PK] [IC=C1[, C2[, … CK]]] (3.2)
Здесь: K –число управляющих напряжений,
n1p – положительный полюс 1го управляющего напряжения,
n1m – отрицательный полюс 1го управляющего напряжения,
nkp – положительный полюс kго управляющего напряжения,
nkm – отрицательный полюс kго управляющего напряжения,
P0 … Pk – коэффициенты полинома,
C1, C2, …, Ck – начальные условия (используются редко).
Рассмотрим несколько примеров использования ИТУНа (GIofV) для иллюстрации возможностей рассматриваемых источников.
Линейная модель ЭЛ или БТ. Ток источника связан с управляющим напряжением следующим соотношением: I=SUупр.
Пусть одно управляющее напряжение действует между узлами 3 и 0, т.е. Uупр = U (3,0). Полином (3.1) в данном случае имеет вид: y=P0+P1x1 = 0 + S*U(3,0) = 0 +0.1*V(3,0). Отсюда атрибуты источника следует представлять в виде: PART=G1 (см. Рис. 3.5 ); VALUE = POLY(1) 3 0 0.0 0.1
При вводе этого источника текстовой директивой запись ее выглядит следующим образом: . define G1 POLY(1) 3 0 0.0 0.1
Нелинейная модель полевого транзистора. Ток источника в этом случае связан с управляющим напряжением следующим образом: I=SUупр2. Пусть одно управляющее напряжение действует между узлами 6 и 5. Полином (3.1) в данном случае имеет вид y= P0 + P1x1 + P2x12 = 0 + 0*x1 + S*V(6,5)*V(6,5) = 0+ 0*V(6,5)+0.01*V(6,5)*V(6,5). Отсюда атрибуты источника GIofV нужно представить в виде: PART=G1 (см. Рис. 3.5);
VALUE = POLY(1) 6 5 0.0 0.0 0.01
Пример использования источника GIofV в качестве сумматора воздействия нескольких переменных приведен в пункте 6 настоящего пособия.
Рис.3.6. УГО POLY ИТУТ
2. Источник тока, управляемый током (ИТУТ). УГО этого источника приведено на Рис 3.6. Имя источника в библиотеке пассивных компонентов имеет вид FIofI. Атрибут PART источника имеет обычное буквенно-цифровое обозначение, например I3. Атрибут VALUE имеет следующую форму записи:
POLY(K) V1 [V2…VK] P0 [P1 … PK] [IC=C1[, C2[, … CK]]], (3.3)
где V1 – имя (см. п. 4) 1-го независимого источника напряжения, ток которого служит первым управляющим током, VK-имя Кго независимого источника напряжения, ток которого служит Кым управляющим током. Остальные коэффициенты и параметры полинома были определены выше в подпункте 1.
Выполним на базе источника FIofI перемножитель двух переменных (токов) вида y=kx1x2. Полином (3.1) в этом случае имеет вид:
y= P0+P1x1+ P2x2 + P3x12+P4x1x2 +P5x22 = 0+0x1+ 0x2 + 0x12+Кx1x2 +0x22
Атрибуты источника-перемножителя двух переменных при К=12 будут равны:
PART=I3 (см. рис. 3.6); VALUE=POLY(2) V1 V2 0.0 0.0 0.0 0.0 12.0
3. Источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН).
УГО источника напряжения приведено на Рис. 3.7. Имя источника в библиотеке пассивных компонентов имеет вид EVofV. Атрибут PART источника имеет обычное обозначение, например, V3. Атрибут VALUE имеет форму записи, соответствующую (3.2). Выразим на базе источника EVofV простейшую модель ОУ с коэффициентом усиления K=100000.
Рис.3.7. УГО POLY ИНУН
Соотношение между управляющим Vупр и выходным Vвых напряжениями источника равно: Vвых = КVвх, т.е. источник управляется только одной переменной. Полином (3.1) имеет вид y=P0+P1x1. Пусть управляющее напряжение действует между узлами 3 и 4. Тогда атрибуты источника равны:
PART = V3 (см. Рис 3.7);
VALUE = POLY(1) 3 4 0.0 100Е3
4. Источник напряжения, управляемый током (ИНУТ). УГО этого источника приведено на Рис. 3.8. Имя источника в библиотеке пассивных компонентов имеет вид HVof I. Атрибут PART этого источника обычный (см. подпункты 1-3 настоящего пункта). Атрибут VALUE имеет форму записи соответствующую (3.3). Этот источник используется редко.
Рис.3.8. УГО POLY ИНУТ
|
|
|
|
Copyright © 2000 Георгий Долин. All rights reserved. Design - "Kety studio" by Alex Kazantsev. Support - "Anri Education Systems"
|
Независимые источники напряжения и тока
Независимые источники напряжения с именем V и независимые источники тока с именем I в библиотеке компонентов используются при всех видах анализа схем, включая режим Stepping [4]. Путь к их именам тот же, что и для синусоидального источника напряжения. УГО источника напряжения приведено на Рис 4.7, а УГО источника тока – на Рис. 4.8.
Рассматриваемые независимые источники позволяют моделировать воздействие на схему сигналов самой разнообразной формы напряжения или тока: постоянного напряжения или тока, синусоидальные с заданной амплитудой и/или начальной фазой, импульсные, экспоненциальные, их сочетание, кусочно-линейные и с частотной модуляцией. Вводить параметры этих источников также целесообразно с использованием окна атрибутов. Атрибутов два: PART=V4, VALUE= «список параметров источника». Параметры этих источников задаются в формате программы PSpice [3]. Формат параметров следующий: VALUE=[DC P0] [AC P1 [P2]] [параметры выбранного истоника сигнала]. Здесь P0 – величина постоянной составляющей напряжения или тока; P1 – амплитуда; P2 – начальная фаза синусоидального сигнала. Параметрами выбранного источника могут быть:
Импульсный сигнал PULSE имеет параметры [4], пояснения к которым приведены в Таб. 4.1. Таб.4.1
Синусоидальный сигнал SIN имеет параметры [4], пояснения к которым приведены в Таб. 4.2.
Параметры экспоненциального сигнала EXP можно найти в [3,4].
Синусоидальная функция с частотной модуляцией SFFM определяется выражением y(t) = y0 + ya sin[2 p freq t + mi sin(2 p fm t)]. Параметры этой функции приведены в Таб. 4.3.
Кусочно – линейный сигнал в учебном процессе используется редко и здесь его параметры не приводятся, но их можно найти в [4].
Рассмотрим примеры представления параметров источников V и I.
Источник постоянного напряжения и синусоидального напряжения аплитудой 1 В и нулевой начальной фазой.
PART=V1
VALUE=DC 0.5 AC 1V
Источник импульсного тока.
PART = I4;
VALUE = PULSE 1.0 3.0 1N 1N 2N 50N 0.2
Синусоидальный источник напряжения
PART = V6;
VALUE = SIN 0.0 0.1 10K
Большое число примеров использования источников V и I приведено в
[3,6,10].
Общие положения
При анализе и синтезе дискретных и цифровых устройств широко используется Z – преобразование, играющее по отношению к дискретным сигналам такую же роль, как преобразования Фурье и Лапласа по отношению к непрерывным сигналам [11]. Весьма широко и конструктивно с использовани-ем Z – преобразования проводится синтез цифровых фильтров, а реализация их осуществляется и программно [12]. Использование ПЭВМ и ССМ, содержащих аппарат преобразования Лапласа, например, МС5, позволяет проводить машинное моделирование дискретных систем типа фильтров с переключаемыми конденсаторами и цифровых фильтров на отрезках длинных линий. Важность этого момента для учебных целей очевидна.
В формате SPICE нет источника, реализующего Z преобразование. Поэтому в MC5 версии 2 вводится собственный формат для линейных зависимых источников, задаваемых Z – преобразованием с использованием выражения от комплексной переменной Z. Описание этих источников было приведено в п. 3.5 пособия.
Z - преобразование задается следующим уравнением:
где: z-n - оператор задержки, n - число единичных задержек, T - интервал осуществления выборки и V(nT) - дискретные аналоговые выборки. Это уравнение не может быть вычислено непосредственно в MC5. Но в MC5 можно провести эквивалентное преобразование по Лапласу. С использованием источника, задаваемого преобразованием Лапласа, любые функции Z - преобразования могут быть переведены в функции преобразования по Лапласу через замену: Z = e sT. Но в МС5 пользователь работает непосредственно с выражениями от переменной z. Рассмотрим два основных примера.
Окно редактора и меню редактора электрических схем
|
|
|
|
|
Copyright © 2000 Георгий Долин. All rights reserved. Design - "Kety studio" by Alex Kazantsev. Support - "Anri Education Systems"
|
Панели инструментов редактирования схем и проведения анализа
Инструментальная панель представленная на рис. 2.1. используется для быстрого и наглядного выполнения команд. Она используется как при вводе и редактировании схемы, так и при проведении анализа.
Диалоговое окно ToolBar позволяет определять какие кнопки и соответствующие им команды будут доступны в инструментальной панели.
В поле левого окна представлен список групп сформированных кнопок. Все кнопки, за исключением кнопок группы Component, фиксированы, неизменяемы. Их можно либо помещать на Панели инструментов, либо нет. Для этого следует либо включать переключатели Schematic и Analysis в окне Tool Bar (щелчок мыши в поле переключателя до появления «галочки»), либо выключать их (щелчком мыши в поле переключателя). Переключатель Schematic определяет появление кнопок на Панели инструментов в режиме ввода схем, переключатель Analysis – в режиме анализа схем.
Кнопки группы Component (см. рис. ниже) позволяют обеспечить быстрый выбор компонентов при вводе и редактировании электрических схем. Щелчок по кнопке во втором поле вызывает появление рисунка, находящегося на кнопке соответствующего компонента. С помощью щелчков мыши можно изменять рису нок выбранной кнопки в правом поле. Ниже этого поля расположено окно с именем компонента. Используя кнопку Browse (Поиск) можно просмотреть имена компонентов, представленных кнопками.
Для добавления новой кнопки в группу Component следует выбрать одну из пустых кнопок, ввести стандартное имя компонента, создать условный рисунок компонента и нажать клавишу OK. Назначение клавиш в диалоговом окне Tool Bar приведено ниже.
Цель работы
Цель работы: познакомиться с методикой составления и редактирования принципиальных схем РТУ; изучить способы использования математических моделей БТ для моделирования РТУ; практически освоить особенности анализа принципиальной схемы РТУ и оценку результатов её анализа, особенно проверку режимов работы УЭ по постоянному току; ознакомиться с основными характеристиками КПУ и сопоставить их с характеристиками КПУ, полученными на базе эквивалентных схем (2 и 3 занятия).
Создание новой библиотеки
Программа МС5.2 поставляется с большой библиотекой компонентов (библиотека профессиональной версии содержит около 10 тыс. компонентов). Однако возникает необходимость ее пополнения, в первую очередь за счет создания библиотеки отечественных компонентов и макромоделей типовых устройств. Студенческая версия МС5.2 также требует пополнения библиотеки компонентов, ещё лучше – создания новой, подходящей для учебных целей.
Создание новой библиотеки начинается с вызова диалогового окна New (Рис. 2.1.) командой File->New из меню главного окна. В появившемся диалоговом окне выбираем создание библиотеки (Library-Рис.2.1). После чего открывается диалоговое окно (Рис. 2.2.), которое позволяет создавать и редактировать компоненты в новой библиотеке. Если требуется сохранить новую библиотеку, то по команде File->Save открывается диалоговое окно (Рис. 2.3.). Если в процессе работы с MC5 требуется открыть ранее сделанную библиотеку или библиотеку, входящую в состав поставки MC5, то по команде меню File->Open открывается диалоговое окно (Рис. 2.4.). В нижнем поле окна выбираем для открытия файлы библиотеки, т.е. Model Library [*.LBR]. В левом верхнем поле в открывшемся списке выбираем имя требуемой библиотеки.
Новую библиотеку можно подключить к системе MC5 несколькими способами:
Если компоненты из библиотеки используются только в одной схеме, то имя файла библиотеки можно указать с помощью атрибута символа компонента FILE, например FILE= OP.LIB;
В файле, имя которого непосредственно указывается с помощью директивы .LIB, например .LIB OP.LIB;
В файле, ссылка на который (например .LIB OP.LIB) помещается в файл NOM.LIB, загружаемый в программу МС5 по умолчанию по директиве .LIB NOM.LIB (этот способ наиболее удобен для отлаженных библиотек).
Рис.2.5. Добавление нового компонента в библиотеку компонентов
|
|
|
|
|
Copyright © 2000 Георгий Долин. All rights reserved. Design - "Kety studio" by Alex Kazantsev. Support - "Anri Education Systems"
|
Установка и запуск системы схемотехнического моделирования МСV
Демонстрационная (студенческая) версия содержится в .ZIP файле (ее можно скачать с сервера фирмы Spectrum Software - http://www.spectrum- soft.com). После раскрытия этого файла программой PKUNZIP запустите программу SETUP.EXE под Windows 3.X, Windows NT или Windows 95. В ходе установки программы она запросит Диск 2. Когда эта подсказка появится, нажмите <Enter> при проведении установки с жесткого диска. Если проводится установка с гибких дисков, то она продолжится после установки в дисковод Диска 2. После завершения установки в указанном каталоге оказываются 10 файлов и образуется папка Micro-CAPV Working Demo для быстрого запуска МСV. В подкаталог МСVdemo\data заносятся файлы схем, имеющие расширение имени .CIR, и библиотеки математических моделей компонентов в файлах с расширением .LBR.
Запуск программы. Студенческая версия программы MCV запускается на выполнение командой: MCVDEMO.EXE
При указании за командой имени файла загружается указанная схема: причем, если указано имя файла без расширения имени, то загружается файл с расширением имени .cir
Обратим внимание: в подкаталоге \DATA размещаются файлы пользователей, имеющие произвольные имена и стандартные расширения, имеющие следующий смысл:
Задание на «хорошо»
7. Собрать представленные на Рис.3 схемы с LFVofV.
8. Получить ФЧХ для схем Рис.3, оценить и записать yв для fср.в.
9. Получить переходные процессы для схем Рис.3 и зарисовать их. Записать Uвх, Uвых, tуст.
10. Сделать выводы о совпадении АЧХ, ФЧХ и ПХ интегрирующих и дифференцирующих цепочек первого и второго занятий.
4.Получить зависимость Zвхтр = F(f), где Zвхтр = Uвх/Iвх = V(3,0)/I(rb).
5. Получить зависимость Rвхтр = F(f), где Rвхтр = Uвх/Iвх = Re[V(3,0)/I(rb)].
Записать значения Rвхтр для fнч, fср и fвч. Зафиксировать различия между Zвхтр и Rвхтр .
6. Получить зависимость Bвхтр = F(f), где Bвхтр = Im[I(rb) / V(3,0)].
3. Получить зависимость Rвхтр=F(f),где: Rвхус=Uвх/Iвх=Re(V(3,0) / Ib(Q2N2511)) .
Записать значение Rвхтр для fнч , fср и fвч.
4. Получить зависимость Bвхтр = F(f), где: Bвхтр= Im[Ib(Q2N2511) / V(3,0)].
Записать значения Bвхтр для fнч , fср и fвч.
5. Сравнить Rвхтр и Bвхтр, полученные на 3, 4 и 5 занятиях.
5. Подключить ко входу ОУей источник импульсного сигнала.
6. Получить переходный процесс на выходе всех трёх моделей ОУ (на одном графике). Пределы анализа уже установлены в учебном файле.
7. Зарисовать от руки примерную форму импульсов на выходе всех ОУ. Пояснить отличия в виде переходных процессов (изменение формы импульсов) на выходе всех 3х ОУ.
8. Увеличить в 2-4 раза длительность импульсов на входе ОУ и повторить пункты 5-7 задания. Объяснить изменения в форме импульсов на выходе ОУ.
3. Получить переходный процесс при большом синусоидальном сигнале на входе (Umвх » 0.7*Епит). Оценить для схем 1-4 Uвыхmax по нелинейным искажениям сигнала на средних частотах 1-3 кГц для Кг = 3%.
Задание на «отлично»
12. Установить форму импульсного сигнала на входе RC цепочек, соответствующую получению их импульсной характеристики (см. книгу Разевига по МСV).
13. Получить импульсную характеристику интегрирующей и дифференцирующей цепочек и зарисовать их ( качественно).
14. Установить форму импульсного сигнала на входе RC цепочек, соответствующую получению переходной характеристики ( см. книгу Разевига по МСV).
15. Получить переходную характеристику обеих цепочек и зарисовать их ( качественно).
|
|
|
|
|
Copyright © 2000 Георгий Долин. All rights reserved. Design - "Kety studio" by Alex Kazantsev. Support - "Anri Education Systems"
|
12. Получить переходный процесс для схем рис.4. Зарисовать его. Сделать выводы о полярности входных и выходных напряжений, о величине tуст и tсп.
13. Установить в схемах рис.4 сопротивление нагрузки R1=100 Ом. Получить АЧХ в виде зависимости Y(f), а не Uвых(f) или Ku(f), где Y(f) = Ku(f)/Ku(fсред) = Uвых(f)/Uвых(fср).
7. Получить зависимость Свхтр=F(f), где Свхтр=[Im(I(Rb)/V(3,0))] / (2*PI*F).
Записать значения Свхтр для fнч, fcp и fвч. Сравнить с Cbe Рис. 1.
8. Исследовать нижеприведённые зависимости, используя режим “Stepping”:
Rвхус(f)=F(rкб) | при Cкб=1pF; а rкб=20кОм и var¯.
Rвхус(f)=F(Cкб) | при rкб=?; а Скб=20пф и var¯.
Свхус(f)=F(rкб) | при Скб=1pF; а rкб=20кОм и var¯.
Свхус(f)=F(Скб) | при rкб=?; а Скб=20пф и var¯.
6. Оценить влияние на Rвхтр и Bвхтр значений Ik0.
7. Получить зависимость Свхтр=F(f), где: Свхтр = Im(Ib(Q2N2511) / V(3,0)) / (2*PI*F).
Записать значения Свхтр для fнч, fcp и fвч.
8. Исследовать нижеприведённые зависимости, используя режим “Stepping”:
Rвхус(f)=F(rкб) | при Cкб=1pF; а rкб=20кОм и var¯.
Rвхус(f)=F(Cкб) | при rкб=?; а Скб=20пф и var¯.
Свхус(f)=F(rкб) | при Скб=1pF; а rкб=20кОм и var¯.
Свхус(f)=F(Скб) | при rкб=?; а Скб=20пф и var¯.
MODEL Q2N2511 NPN (BF=659.4 BR=1.301 XTB=1.5 IS=5.911E-15 EG=1.11 CJC=4.017E-12 CJE=4.973E-12
RC=1.61 VAF=62.37 TF=820.3E-12
TR=4.691E-9 MJC=0.3174 VJC=0.75 MJE=0.4146 VJE=0.75 CJS=0 VAR=30
NF=1 NR=1 ISE=5.911E-15 ISC=0 IKF=13.81E-3 IKR=0 NE=1.336 NC=2
RE=0 IRB=0 RBM=0 VTF=4 ITF=0.35 XTF=7 PTF=0 XCJC=1 VJC=0.75 MJS=0 XTI=3 KF=0 AF=1 FC=0.5)
MODEL E1 SIN(F=1Meg, A=1, DC=0, PH=0, RS=1M, RP=0, TAU=0, FS=0)
DEFINE BA1=12
9. Подключить на вход ОУей источник синусоидального напряжения. Установить Um вх » 0,7*Eпит.
10. Получить переходный процесс на выходе трех моделей ОУ на одном графике.
11. Изменяя частоту источника сигнала fист, найти fвчmах, при которой Uвых на выходе 2-ой и 3-ей моделей ОУ начнет отличаться от Uвых 1-ой модели ОУ. (Появится эффект заряда-разряда емкости).
Сравнить fвчmax2 с fвч2 и fс.в2 , а также fвчmax3 c fвч3 .
12. Поменять значения SRP и SRN для 2ой модели ОУ и, проделав вновь пункты 10-11 задания, описать появившиеся отличия в форме сигналов на выходе ОУ.
13. Для третьей модели ОУ разорвать цепь ООС (см. пункт 4 задания), получить АЧХ только для 3ей модели ОУ и оценить Кu0, f ' с.в3 и f''с.в3. Восстановить цепь ООС.
|
|
|
|
4. При синусоидальном большом сигнале на входах ОУ определить для схем 1-4 максимальную частоту fвчмах (для Кг » 3-6%). Сравнить с fвч из пункта 2б.
Задание на «удовлетворительно»
1. Собрать, используя инструментальную панель редактора схем, представленную на Рис.1 электрическую схему интегрирующей RC цепочки. Используя окно атрибутов компонентов схемы ввести позиционные обозначения и номиналы резистора и емкости: R1=100 Ом; С1=0.159Е-9 Ф.
2. Отыскать в библиотеке условных графических обозначений (УГО) компонентов схем или на панелях УГО компонентов (Cntrl-1 – Cntrl-4) источник
синусоидальных сигналов и ввести его в схему. Путь к источнику - Component Ô Analog Primitives Ô Waveform Sources Ô Sine source. В атрибуте VALUE (значение) указать имя источника G1( GN, IST и т.п.(см. лекции)). Проверить наличие этого имени в файле библиотеки моделей компонентов и ввести это имя при необходимости (если его нет). Путь к модели - File Ô Open Ô Model Library Ô small.lbr Ô Sine).
3. Перейти в режим анализа частотных характеристик (АС Analysis).
1) В окне пределов анализа установить диапазон расчетов по частоте 1Е8, 1Е4. Пределы вывода результатов расчёта на графике по оси X установить теми же. По оси Y графика выводить только V(2) [V(Out)] в пределах 1.0,0 [ Не в дБ(V(2))] или V(2)/V(1) – (если выходной узел – 2).
2) Получить АЧХ цепочки, щёлкнув по кнопке “Run” или нажав клавишу F2. От руки зарисовать вид АЧХ ( качественно).
3) Используя режимы «Scope» и «Cursor mode» оценить и записать fгр = fср.в для V(2) = 0.707 или К(f)=0.707.
4. Собрать, используя инструментальную панель редактора схем, представленную на Рис.2 электрическую схему дифференцирующей RC цепочки.
1.Собрать представленные на Рис. 1 схемы интегрирующих цепочек. Путь к источникам, управляемым преобразованием Лапласа, следующий: Component – Analog Primitives – Laplace sources—LFVofV.
2. Для схем Рис.1 получить АЧХ. Зарисовать виды АЧХ (качественно). Используя возможные виды анализа результатов (лучше режим Score, Cursor mode) оценить и записать Кuср и fср.в при М = 3дБ. Сделать выводы о влиянии на АЧХ величины Rн = R1.
3. Для схемы Рис.1а установить внутреннее сопротивление синусоидального источника напряжения RS = 0,001Ом и RS = 100 Ом. Для этих двух случаев получить АЧХ, оценить Кuср и fср.в, записать их и сделать выводы о влиянии на АЧХ величины RS.
4. Собрать представленные на рис.2 схемы дифференцирующих цепочек с LFIofV.
5. Для схем Рис.2 получить АЧХ. Зарисовать их качественно. Оценить и записать Кuср и fср.в для обеих АЧХ.
6. Сделать выводы о влиянии на АЧХ величины Rн = R1 и способа включения функционального источника.
1.Собрать представленную на Рис. 1 принципиальную электрическую схему КПУ на БТ. Ввести параметры компонентов схемы с использованием окон атрибутов. Ввести модели компонентов схемы и независимых источников сигналов также устанавливая параметры в окне атрибутов.
Рис. 1
1. Для коэффициента усиления по напряжению Ku=Uвых/Uвх=V(6,0) / V(2,0):
1) Получить
АЧХ КПУ, выразив Ku в dB.
2) Используя режимы “Scope” ,”Cursor mode” и известные Вам приёмы определения значений величин на графиках результатов анализа схемы, оценить и записать Kuср и fср.
3) Получить
АЧХ КПУ, выразив Ku в относительных единицах.
4) Оценить и записать Kuср и fср.
5) Используя 2 курсора и оценку “Delta” для Mнч=Mвч=3дБ определить и записать fнч, Mнч, и fвч, Mвч; Ku представить в dB. Для увеличения точности оценок при необходимости использовать изменение масштаба по оси X и изменение числа точек, выводимых на график АЧХ.
6) Получить на одном графике ФЧХ Uвых и Ku. Сравнить эти характеристики. Определить и записать значения фазовых сдвигов Yнч на fнч и Yвч на fвч . Всюду указывать размерность оцениваемых величин.
2. Для сквозного коэффициента усиления по напряжению Ku*= KE=Uвых / Eu=V(6,0) / V(1,0):
1) Получить сквозную АЧХ КПУ, выразив Ku* в dB.
2) Оценить и записать Kucp* и fcp.
3) Получить сквозную АЧХ КПУ, выразив Ku* в относительных единицах.
4) Оценить и записать Kucp* и fcp.
5) Для Мнч=Мвч=3дБ оценить и записать fнч* и fвч*.
6) Получить на одном графике ФЧХ для Ku* и Eu . Сравнить эти характе-ристики между собой и с характеристиками
п. 1.6.
7) Оценить и записать значения фазовых сдвигов yнч* на fнч* и yвч* на fвч* .
8) Оценить и при необходимости выставить значение Ik0. Зафиксировать влияние Ik0 на Кu и Кu*. Сравнить Кu, полученные на 3, 4 и 5 занятиях.
1. Собрать представленную на Рис. 1 электрическую эквивалентную схему КПУ на БТ. Ввести параметры компонентов схемы с использованием окон атрибутов (можно ввести компоненты и с использованием текстовых директив в окне текстового представления схем; для каждого компонента отдельной директивой). Ввести модели зависимого и независимого источников сигналов, устанавливая их параметры в окне атрибутов.
Рис. 1
2. Для коэффициента усиления по напряжению Ku=Uвых/Uвх=V(8,0)/V(2,0):
1) Получить АЧХ КПУ, выразив Ku в dB.
2) Используя режимы “Scope” ,”Cursor mode” и известные Вам приёмы определения значений величин на графиках результатов анализа схемы, оценить и записать Kuср и fср.
3) Получить АЧХ КПУ, выразив Ku в относительных единицах. Оценить и записать Kuср и fср.
4) Используя 2 курсора и оценку “Delta” для Mнч=Mвч=3дБ определить и записать fнч, Mнч, и fвч, Mвч (значения брать с экрана ЭВМ); Ku представить в dB. Для увеличения точности оценок при необходимости использовать изменение масштаба по оси X и изменение числа точек, выводимых на график АЧХ.
5) Получить на одном графике ФЧХ Uвых и Ku. Сравнить графики.
6) Определить и записать значения фазовых сдвигов Yнч на fнч и Yвч на fвч . Всюду указывать размерность оцениваемых величин.
3. Для сквозного коэффициента усиления по напряжению Ku*= KE=Uвых/Eu=V(8,0)/V(1,0):
1) Получить сквозную АЧХ КПУ, выразив Ku* в dB.
2) Оценить и записать Kucp* и fcp*.
3) Получить сквозную АЧХ КПУ, выразив Ku* в относительных единицах.
4) Оценить и записать Kucp* и fcp*.
5) Для Мнч=Мвч=3дБ оценить и записать fнч* и fвч*(указанные значения брать с экрана ЭВМ).
6) Получить ФЧХ для Ku* и сравнить с п. 2.6.
7) Оценить и записать значения фазовых сдвигов yнч* на fнч* и yвч* на fвч* .
1. Вызвать учебный файл OPAM1.CIR – см. Рис. 1.
В дальнейшем в ходе работы в этот файл ничего не записывать, чтобы сохранить исходные параметры моделей ОУ. Записать, при необходимости, внесённые изменения в схему или новые параметры можно, создав файл под другим именем.
2. Изменить во второй модели ОУ площадь усиления GBW с 5 МГц на 3 МГц. Лучше это сделать в режиме текстового описания схемы, чтобы не исказить в основной библиотеке параметры модели ОУ.
3. Получить АЧХ для всех трех моделей ОУ на одном графике и от руки зарисовать их. По АЧХ оценить и записать:
1) Кu0ос1, Кu0ос2, Кu0ос3 на средней частоте fср и саму частоту,
2) граничные частоты fвч1, fвч2, fвч3 для Мвч » 3дБ.
4. Для второй модели ОУ разорвать (стереть) цепь отрицательной обратной связи (ООС). Получить АЧХ (при необходимости добавив “землю” и Rн), от руки зарисовать её, оценить и записать Кu0 и fс.в2 для М » 3дБ. Целесообразно выводить на экран только график АЧХ второй модели ОУ. Восстановить цепь ООС. Сравнить для 2ой модели Кu0ос2 и Кu0, а также fвч2 и fс.в2.
Сделать выводы по проведённому моделированию.
1. Собрать пять представленных на рисунках стр.2 схем усилителей – выбрать модель № 2 (!-Level2) для ОУ при создании всех схем на одном экране (файле), или модель № 3 (!-Level3) – при создании схем ОУ по отдельности на разных (двух и более) экранах (файлах).
2. Для всех пяти схем:
а) получить АЧХ и записать Kuср и Ku*ср для fcp (в области
средних частот) в относительных единицах и в dB;
б) зарисовать АЧХ от руки, найти по графику АЧХ на экране ЭВМ fвч для Мвч » 3dB и f*вч для М*вч » 3dB.
в) получить переходный процесс, подав импульсный сигнал на входы ОУ (обычный ГИС с инструментальной панели). Указать, для каких схем есть и для каких нет инверсии фазы сигнала, подтвердить результатом моделирования. Особо обратить внимание на переходной процесс в пятой схеме.
Среди современных систем схемотехнического моделирования,
Среди современных систем схемотехнического моделирования, например, Design Center, Design Lab, PSpice, Libra и др., в настоящее время выделяются две программы: EWB4 и Micro CAPV. Первая нагляднее в моделировании физического эксперимента, но имеет ограниченный набор переменных и математических выражений. Для студентов 3 – 4 курсов удобнее программа МСV, легкая в применении, с дружественным графическим интерфейсом. Она использует возможности Windows и легко взаимодействует с Word, гораздо понятнее «тяжёлых» профессиональных программ и обладает практически всеми их возможностями, к тому же совместима с ними по моделям компонентов, по описанию электрических схем и пр.. И хотя МСV предо-ставляет много больше того, что нужно для учебных целей, она может быть успешно использована в преподавании и изучении электротехнических, радиотехнических и схемотехнических дисциплин.В настоящем пособии раскрываются возможности последней версии МСV.2. Разделы 2 – 5 призваны помочь преподавателям ( да и студентам ) освоить необходимые приёмы работы с МСV. В разделе 6.1 рассмотрена методика моделирования цифровых фильтров с переключаемыми конден-саторами при использовании системной функции фильтров и линейных управляемых источников, задаваемых Z – преобразованием. В разделе 6.2 изложена методика моделирования цифровых рекурсивных фильтров на отрезках линии передачи. Эти разделы могут помочь преподавателям в освоении методики применения МСV в учебном процессе, а студентам – в применении МСV при КП, ДП, СНИР и др.. Освоение приве-дённых методик поможет в проведении моделирования и исследования и более сложных цифровых фильтров, в том числе и на линиях передачи с потерями, и на цифровых устройствах задержки.
Зависимые функциональные источники сигналов
В связи с тем, что в описании атрибутов нелинейных зависимых источников п. 3.2. нельзя использовать параметры компонентов схемы и математические функции, то для получения сложных функциональных зависимостей в MC5 используются управляемые (зависимые) функциональные источники сигналов - группа Function source в подменю Analog Primitives меню Components. В MC5 имеются шесть таких источников, выходной параметр которых задается функциональными зависимостями во временной области. Имена этих источников начинаются с буквы N. Они используются при всех видах анализа. Два из них можно определять алгебраическими выражениями с использованием всех переменных и математических функций, допустимых в MC5 (см. п. 5 настоящего пособия). Это зависимый источник напряжения NFV, УГО которого приведено на Рис 3.9., и зависимый источник тока NFI, УГО которого приведено на Рис. 3.10.
|
Рис. 3.9 УГО источника напряжения
|
Рис. 3.10 УГО источника тока
|
Эти источники представляются с помощью двух атрибутов. Атрибут PART определяет название источника и его позиционное обозначение. Оно типичное, буквенно – цифровое. В атрибуте VALUE определяется функциональная зависимость алгебраическим выражением. Рассмотрим два примера.
1. Пусть источник напряжения представляет собой сумму постоянной составляющей и трех гармонических составляющих, амплитуды которых определяются напряжениями в соответствующих узлах схемы. Тогда атрибуты такого источника имеют вид:
PART=E1 (см. Рис 3.9, а можно и PART=GEN3);
VALUE=3.0+V(3,0)*sin(2*PI*1E6*T)+V(4,0)*sin(2*PI*2*1E6*T+30)+ V(5,0)*sin(2*PI*4*1E6*T+60);
2. Пусть источник тока отображает функциональную зависимость тока анода в триоде. Тогда атрибуты такого источника имеют вид (см. учебный файл TRIODE.CIR) : PART=G1 (см. Рис. 3.10);
VALUE=-K*POW[[V(Plate)-V(Cathode)+Mu*(V(Grid)-V(Cathode)],1.5].
В MC5 имеются еще 4 зависимых источника: NTVofI; NTVofI; NTIofI и NTVofV. Имена их очевидны. Они имеют два атрибута: PART и TABLE (см. [4]). В учебном процессе их использование затруднено из-за необходимости набивать таблицы параметров и отсутствия наглядности.
| |
