WWW.DISS.SELUK.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА
(Авторефераты, диссертации, методички, учебные программы, монографии)

 

1

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАИНЮ

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Сибирский федеральный университет»

Авторы:

В. П. Довгун

В. Б. Лыкова

П. А. Барыбин

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОННЫХ

ЦЕПЕЙ И УСТРОЙСТВ

Методические указания по самостоятельной работе Красноярск 2008 2 Оглавление 1. Введение 2. Курсовая работа «Расчет и компьютерное моделирование электронных цепей»

3. Самостоятельное изучение отдельных разделов курса 4. Библиографический список 5. Приложение 1. Программа схемотехнического моделирования Multisim 6. Приложение 2. Программа схемотехнического моделирования PSpice 1. Введение Самостоятельная работа по дисциплине «Компьютерное моделирование электронных цепей и устройств» регламентируется графиком учебного процесса и самостоятельной работы. Она включает самостоятельное изучение отдельных разделов теоретического курса и выполнение курсовой работы.

Предусмотрено самостоятельное изучение следующих разделов теоретического курса:

Раздел 1 - Топологические матрицы. Уравнения Кирхгофа в матричной форме ([10, стр. 85-95]).

Раздел 2 - Методы решения разреженных алгебраических уравнений ([9, стр.

66-80]).

Раздел 3 - Кусочно-линейный анализ нелинейных резистивных цепей ([10, стр. 75-80]).

Раздел 4 - Многошаговые методы численного интегрирования ([5, стр. 152Раздел 5 - Расчет чувствительности методом возмущенных схем ([6, стр.

174-180]).

Раздел 6 - Макромодели аналоговых и цифровых микросхем ([6, стр. 290Примечание: цифрами в прямых скобках указаны источники из списка литературы.

Литература, рекомендуемая для самостоятельного изучения разделов теоретического курса Основная литература 1. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DESIGNLAB 8.0. – М.: СОЛОН-Р, 2003 – 704 с.

2. Хайнеман Р. Компьютерное моделирование работы электронных схем: Пер. с нем. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 336 с.: ил.

3. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью MicroCap 7. М. Горячая линия – Телеком, 2003. 367 с.



4. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учеб. пособие для вузов / И.П. Степаненко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. – 488 с.: ил.

5. Рабаи Ж. М., Чандракасан А., Николич Б. Цифровые интегральные схемы, 2-е издание.: Пер. с англ. – М.: ООО «И. Д. Вильямс», 2007. – 912 с 6. Довгун, В. П. Электротехника и электроника: учеб. пособие: в 2-х ч.

Ч. 1 / В. П. Довгун. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 270 с.

7. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. Изд. 2-е. М.:

«Солон-Р», 2001. – 720 с.

8. Архангельский А. Я. PSpice и Design Center. Схемотехническое моделирование. Модели элементов. Макромоделирование. – М.: МИФИ, 1996.

9. Архангельский А. Я. PSpice и Design Center. Модели цифровых и аналого-цифровых устройств. Идентификация параметров моделей. – М.:

МИФИ, 1996.

10. Влах, И. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем / И. Влах, К. Сингхал. М.: Радио и связь, 1988. 560 с.

11. Чуа Л. О., Лин П.-М. Машинный анализ электронных схем (алгоритмы и вычислительные методы): Пер. с англ. – М.: Энергия, 1980.

12. Автоматизация схемотехнического проектирования / В. Н.

Ильин, В. Т. Фролкин, А. И. Бутко / под ред. В. Н. Ильина. – М.: Радио и связь, 1987.

13. Hayt, W. H. Engineering circuit analysis / Hayt W. H., Kemmerly J.

E., Durbin S. M. New York, McGraw-Hill, 2002. – 781 p.

14. Sedra, A. S. Microelectronic circuits / A. S. Sedra, K. C. Smith. NewYork, Oxford, Oxford University Press, 2004. - 1283 p.

1. Электричество. Ежемесячный научно-технический журнал.

Известия вузов. Радиоэлектроника. Ежемесячный научнотехнический журнал.

3. Известия вузов. Электроника. Ежемесячный научно-технический журнал.

4. Радиотехника. Ежемесячный научно-технический журнал НТО РЭС им. А. С. Попова.

5. Электроника. Ежемесячный научно-технический журнал.

1. Компьютерный практикум «Электроника и схемотехника»

(размещен на сайте www.emf.krgtu.ru).

2. Библиотеки моделей электронных компонентов в формате SPICE (размещены на сайте www.emf.krgtu.ru).

3. Каталог электронных схем в формате SPICE (размещен на сайте www.emf.krgtu.ru).

4. Информационный портал www.EEHomePage.com 5. Информационный портал www.ecircuitcenter.com 2. Курсовая работа «Расчет и компьютерное моделирование электронных цепей»

Цели выполнения курсовой работы – закрепление теоретических знаний, полученных на лекциях, знакомство с современными программами схемотехнического проектирования, получение практических навыков компьютерного моделирования электронных цепей и устройств.

Курсовая работа делится на две части. В первой части работы необходимо выполнить предварительный расчет и провести моделирование характеристик интегрального усилителя. В зависимости от варианта исследуется схемы ОУ либо усилителей мощности на биполярных или МОПтранзисторах.





Во второй части работы необходимо синтезировать активный фильтр, рассчитать его частотные и временные характеристики, исследовать влияние разброса значений элементов на характеристики фильтра.

Для моделирования частотных и временных характеристик электронных цепей целесообразно использовать пакет Pspice. Выбор Pspice в качестве моделирующей программы обусловлен следующими причинами.

Во-первых, Pspice в течение ряда лет считается эталонной программой схемотехнического моделирования и широко используется как в промышленности, так и в учебном процессе ведущих университетов. Вовторых, алгоритмы SPICE используются практически во всех других программах схемотехнического моделирования. Немаловажным является и тот факт, что имеются свободно распространяемые студенческие версии программы.

2.1. Операционные усилители на биполярных транзисторах Операционным усилителем (ОУ) называют усилитель напряжения, имеющий большой коэффициент усиления и высокое входное сопротивление. В настоящее время операционные усилители выпускают в виде интегральных микросхем. Они содержат большое число элементов (транзисторов и диодов), но по размерам и стоимости близки к отдельным транзисторам. Типичные параметры интегрального ОУ следующие:

Rвх 100 кОм, коэффициент усиления напряжения KU = 104–106.

Благодаря совершенным характеристикам операционных усилителей на их основе возможна реализация большого числа как линейных, так и нелинейных устройств. Вследствие своей надежности и универсальности операционный усилитель стал самым массовым элементом аналоговой схемотехники.

Типовая структура ОУ показана на рис. 1.1. Как правило, в ОУ используются расщепленные источники питания (напряжение питания составляет обычно от ± 2 до ± 18 В). За счет использования расщепленных источников выходное напряжение может принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Входным каскадом ОУ является дифференциальный усилитель. Его основное назначение – предварительное усиление дифференциального сигнала и ослабление синфазной составляющей. Наличие дифференциального входа позволяет легко включать внешние цепи обратной связи. Коэффициент усиления входного каскада не превышает нескольких десятков.

Второй каскад реализуется на основе схемы с общим эмиттером. Он обеспечивает основную долю коэффициента усиления напряжения. Третий, выходной каскад – повторитель напряжения. Его назначение – усиление мощности выходного сигнала. Выходное сопротивление повторителя напряжения низкое и не превышает 100 Ом.

В интегральных усилителях для смещения рабочих точек транзисторов используют источники тока. Такие источники реализуют на основе отражателей тока. Преимущество таких цепей смещения заключается в том, что отражатели тока имеют большее внутреннее сопротивление и при этом занимают меньшую площадь, чем резисторы большого номинала. Один отражатель тока может формировать токи смещения нескольких каскадов усиления.

Рассмотрим примеры простейших операционных усилителей на биполярных транзисторах, характеризующие основные особенности схемотехники интегральных ОУ.

2.2. Простейший трехкаскадный ОУ Схема простейшего операционного усилителя показана на рис. 1.2.

Первым каскадом является дифференциальный усилитель на транзисторах VT1 и VT2. Он обеспечивает предварительное усиление дифференциальной составляющей и одновременно подавление синфазной составляющей входного сигнала. Режим транзисторов по постоянному току определяется напряжением питания и величиной резистора R0.

Второй каскад реализован на p–n–p-транзисторе VT3, включенном по схеме с общим эмиттером. Использование транзистора p–n–p-типа во втором каскаде обеспечивает сдвиг уровня постоянного напряжения на выходе усилителя. Это необходимо для того, чтобы уменьшить постоянную составляющую выходного напряжения до минимального значения. За счет этого переменная составляющая выходного напряжения может принимать как положительные, так и отрицательные значения.

Конденсатор С создает частотно-зависимую отрицательную обратную связь во втором каскаде. Частотная коррекция необходима для того, чтобы устранить автоколебания, которые могут возникнуть при подключении внешних цепей обратной связи.

Коэффициент усиления напряжения двухкаскадной схемы на рис. 1. может достигать нескольких тысяч. Однако коэффициент усиления тока невелик. Следовательно, мал и коэффициент усиления мощности. К тому же усилитель имеет значительное выходное сопротивление, достигающее нескольких кОм. Эти недостатки можно устранить, включив на выходе эмиттерный повторитель (рис. 1.3). Он обеспечивает усиление мощности выходного сигнала. Выходное сопротивление такой схемы составляет всего несколько десятков Ом.

Расчет постоянных составляющих токов и напряжений в схеме ОУ на рис. 1.3. Для упрощения расчетов полагаем, что коэффициент 1, так что для всех транзисторов I к I э. Все транзисторы работают в активном режиме, поэтому U бэ = 0.7 В.

1. Рассчитываем сопротивление резистора R0, обеспечивающего заданные значения токов покоя транзисторов VT1 и VT2.

2. Поскольку схема входного каскада симметрична, токи коллекторов VT1 и VT 3. Напряжения коллектора VT 4. Напряжение эмиттера p-n-p транзистора VT3 U э3 = U к1 + 0.7.

5. Ток эмиттера VT 6. Напряжение коллектора VT3 U к 3 = Eэ + Rк 3 I к 3.

7. Выходное напряжение U вых = U к 3 + 0.7.

2.3. Операционный усилитель с отражателем тока во входном каскаде В интегральных усилителях цепи смещения транзисторов реализуют на основе отражателей тока. Преимущество таких цепей смещения заключается в том, что отражатели тока имеют большое внутреннее сопротивление и при этом занимают меньшую площадь, чем резисторы большого номинала.

ОУ, изображенный на рис. 1.4, имеет структуру, аналогичную структуре трехкаскадного усилителя на рис. 1.3. Отличие заключается в том, что цепью смещения дифференциального каскада является отражатель тока на транзисторах VT5, VT6. Такая схема обеспечивает значительно большее ослабление синфазного сигнала.

Требуемое значение тока смещения I 0 задается резистором R0. Его величина рассчитывается по формуле Остальные токи и напряжения рассчитываются так же, как и в схеме на рис. 1.3.

2.4. Четырехкаскадный ОУ ОУ на рис. 1.5 имеет четыре каскада усиления. Первый каскад образован транзисторами VT1 и VT2. Он имеет дифференциальный вход и дифференциальный выход. Смещение рабочей точки транзисторов создается отражателем тока, реализованным на транзисторах VT3 и VT9. Вторым каскадом является дифференциальный усилитель на транзисторах VT4 и VT5. Смещение создается источником тока на транзисторе VT6. Выходной сигнал снимается с коллектора VT5.

Третий каскад реализован на p-n-p транзисторе VT7. Этот каскад обеспечивает дополнительное усиление схемы. Однако его главное назначение – сдвиг постоянной составляющей напряжения.

Последним каскадом ОУ является эмиттерный повторитель на транзисторе VТ4. Его назначение – усиление мощности выходного сигнала и обеспечение малого выходного сопротивления ОУ.

Расчет постоянных составляющих токов и напряжений в схеме ОУ на рис. 1.5. Для упрощения расчетов полагаем, что коэффициент 1, так что для всех транзисторов I к I э. Все транзисторы работают в активном режиме, поэтому U бэ = 0.7 В.

1. Рассчитываем сопротивление резистора R9, обеспечивающего заданное значение тока смещения I 2. Поскольку схема входного каскада симметрична, токи коллекторов VT1 и VT 3. Напряжения коллекторов VT1 и VT 4. Для обеспечения нужного тока смещения для второго каскада транзистор VT6 образован четырьмя транзисторами, соединенными параллельно.

Поэтому 5. Второй каскад – дифференциальный усилитель, и ток делится поровну между транзисторами VT4 и VT 6. Напряжение коллектора пятого транзистора 7. Напряжение коллектора второго транзистора подается на базу VT5.

Поэтому U б 5 = U к 2, а напряжение эмиттера VT 8. Напряжение эмиттера p-n-p транзистора VT 9. Токи коллектора и эмиттера VT 10. Напряжение коллектора VT 11. Выходное напряжение ОУ меньше напряжения U к 7 на величину U бэ :

2.5. Расчет и моделирование интегрального усилителя Схемы усилителей показаны на рис. 1.4 и 1.5. Необходимо:

1.1. Рассчитать постоянные составляющие токов и напряжений в схеме усилителя. Значения элементов указаны в табл. 1.1. Считать, что коэффициент 1, так что для всех транзисторов I к I э. Напряжения эмиттерных переходов U бэ = 0.7 В.

1.2. Определить коэффициенты усиления каскадов усилителя. Для упрощения расчетов принять, что входное сопротивление следующего каскада бесконечно велико.

1.3. В схеме токового зеркала рассчитать сопротивление резистора, обеспечивающее заданное значение выходного тока I 0. Значение тока приведено в табл. 1.1.

1.4. С помощью программ схемотехнического моделирования рассчитать частотные и временные характеристики ОУ, построить передаточные характеристики для дифференциальной и синфазной составляющих входного сигнала.

1.5. По результатам моделирования определить коэффициент усиления дифференциальной составляющей входного сигнала 2.6. Рекомендации по моделированию операционных усилителей В схемах ОУ на рис. 1.4, 1.5 можно использовать модель n-p-n транзистора Q2N3904 и модель p-n-p транзистора Q2N3906 (VT3) из библиотеки EVAL.slb. В схеме ОУ на рис. 1.5 использовать модель n-p-n транзистора Q2N3904 (кроме VT6) и модель p-n-p –транзистора Q2N3906 из библиотеки EVAL.slb. Транзистор VT6 реализовать в виде параллельного соединения двух мощных n-p-n транзисторов (например, Q2N2222).

3. Активные фильтры 3.1. Общие сведения об активных фильтрах устройство, реализованное на основе резисторы, конденсаторов и активных элементов (как правило, операционных усилителей). Активные фильтры широко используют в геофизической, медицинской аппаратуре, устройствах связи. В простых случаях активный фильтр представляет каскадное соединение звеньев второго-первого порядков (рис. 2.1).

Передаточная функция такого фильтра представляет произведение сомножителей второго порядка:

Преимущества каскадной реализации заключаются в простоте расчета и настройки фильтра.

Рассмотрим подробнее передаточные функции звеньев второго порядка. В общем случае передаточная функция звена имеет вид Параметры p и Q p определяют полюсы передаточной функции:

При Q p 0.5 полюсы p 1, 2 комплексно-сопряженные. Параметр p называют частотой, а Q p – добротностью реализуемой пары полюсов.

Коэффициенты числителя передаточной функции определяют расположение нулей передачи и соответственно тип передаточной функции. Передаточную функцию фильтра нижних частот получим, предположив a 2 = a1 = 0 :

Нули передачи фильтра верхних частот расположены в начале координат, поэтому Передаточная функция полосно-пропускающего фильтра В практике проектирования активных фильтров используется большое число схем, реализующих передаточные функции первого и второго порядков. Простейшими являются схемы на одном ОУ с положительной обратной связью. На рис. 2.2 показан фильтр нижних частот Саллена – Ки.

Он назван так по фамилиям инженеров П. Саллена и Э. Ки, предложивших первые практические схемы активных фильтров.

Операционный усилитель, резисторы R3 и R4 реализуют неинвертирующий усилитель с коэффициентом усиления K = (R3 + R4 ) R4.

Передаточная функция фильтра Для реализации фильтра верхних частот необходимо поменять местами резисторы R1, R2 и конденсаторы C1, C2. Достоинства фильтра Саллена – Ки – простота структуры, минимальное число активных элементов.

Последнее особенно важно в тех случаях, когда необходимо уменьшить мощность, потребляемую фильтром.

Для реализации передаточных функций полосно-пропускающих фильтров с невысокой добротностью полюсов ( Q p 10 ) используют звенья с многопетлевой обратной связью (рис. 2.3).

Передаточная функция фильтра, показанного на рис. 2.3, С помощью звеньев на одном ОУ можно реализовать и передаточные функции второго порядка с нулями передачи на мнимой оси.

Однако такие звенья содержат большое число пассивных элементов. В частности, число конденсаторов может достигать трех-четырех.

Значительно сложнее и процедуры расчета таких звеньев.

Главным недостатком звеньев на одном ОУ является высокая чувствительность характеристик к изменениям коэффициента усиления активного элемента. Особенно сильно это проявляется при реализации высокодобротных полюсов. В таких случаях используют звенья на нескольких ОУ. Их основные преимущества перед звеньями на одном ОУ заключаются в меньшей чувствительности характеристик, простоте регулировки и настройки. К тому же с точки зрения технологии интегральных схем минимизировать число активных элементов нецелесообразно. Поэтому звенья на нескольких ОУ часто оказываются более предпочтительными.

Универсальное звено на трех ОУ, реализующее одновременно передаточные функции ФНЧ, ФВЧ и ПФ, показано на рис. 2.4. Схема звена содержит два интегратора и сумматор. В зависимости от того, какой узел используется в качестве выходного, можно реализовать одну из трех передаточных функций:

Звенья на трех ОУ используют в универсальных модулях, изготавливаемых в виде интегральных схем. Такой модуль включает ОУ, конденсаторы и резисторы. Микросхема содержит внешние выводы для подключения источника питания, источника входного сигнала, а также регулировочных резисторов. С помощью таких резисторов можно регулировать характеристики фильтра (частоту p и добротность полюсов Q p ). Модуль позволяет реализовать любую из передаточных функций (2.6).

Расчет и моделирование активного фильтра 3.2.

1. Синтезировать активный фильтр, реализующий частотную характеристику в соответствии с номером варианта. Исходные данные для расчета приведены в табл. 2.1. Исходными данными являются центральная частота f 0, добротность Q, коэффициент усиления в полосе пропускания, емкости конденсаторов. Схемы фильтров и алгоритмы расчета приведены в табл. 2.2.

2. Определить частотные и временные характеристики синтезированного фильтра.

3. Оценить влияние разброса значений элементов на частотные и временные характеристики синтезированного фильтра.

схемы 3. Рассчитываем значения элементов 2. 2. Определяем вспомогательный параметр 3. Рассчитываем элементы схемы по формулам 2. 2.Определяем параметры K = 2f 0 C ;

3. Рассчитываем значения элементов 2. 2. Определяем параметры 3. Рассчитываем значения элементов 2. 3. Рассчитываем значения элементов 2. 2. Рассчитываем значения элементов 1. Рассчитываем R0 = 2.17 1. Рассчитываем R0 = Рис. 2. Рис. 2. Рис. 2. Рис. 2. 3. Методические рекомендации по моделированию электронных схем 1. Исследование трехкаскадного усилителя.

1.1. Собрать схему усилителя, соответствующую варианту и установить значения элементов и напряжения питания. Примеры схем показаны на рис. 3.1 и 3.2.

1.2. Включить на входе источники дифференциального и синфазного сигналов (источники синусоидального напряжения VSIN из библиотеки SOURCE.slb).

1.3. В режиме DC Sweep построить передаточные характеристики для дифференциальной и синфазной составляющих входного сигнала.

1.4. По графикам передаточных характеристик определить коэффициент усиления и динамический диапазон дифференциального и синфазного сигналов.

1.4. В режиме AC Sweep построить амплитудно-частотные характеристики для дифференциального и синфазного сигналов.

Определить коэффициент усиления и частоту среза АЧХ для дифференциальной и синфазной составляющих сигнала.

1.5. По результатам моделирования определить коэффициент ослабления синфазной составляющей K ОСС.

2. Исследование четырехкаскадного усилителя на рис. 3.2.

2.1. Собрать схему ОУ, показанную на рис. 2.2. Установить значения элементов, приведенные в табл. 1.3 и полученные в ходе предварительного расчета.

2.2. Включить на входе источники дифференциального и синфазного сигналов (источники синусоидального напряжения VSIN из библиотеки SOURCE.slb).

2.3. В режиме DC Sweep построить передаточные характеристики для дифференциальной и синфазной составляющих входного сигнала.

2.4. По графикам передаточных характеристик определить коэффициент усиления и динамический диапазон дифференциального и синфазного сигналов.

2.5. В режиме AC Sweep построить амплитудно-частотные характеристики для дифференциального и синфазного сигналов.

Определить коэффициент усиления и частоту среза АЧХ для дифференциальной и синфазной составляющих сигнала.

2.6. По результатам моделирования определить коэффициент ослабления синфазной составляющей K ОСС.

3. Сравнить характеристики исследованных схем (коэффициенты усиления дифференциальной и синфазной составляющих, коэффициенты ослабления синфазной составляющей, частотные характеристики).

Выводы записать в отчет.

Общие правила оформления курсовой работы Текст пояснительной записки к курсовой работе оформляется в редакторе Word. Все формулы должны быть набраны в редакторе Equation Editor.

Все расчеты должны сопровождаться краткими пояснениями и промежуточными преобразованиями. Представление только итоговых результатов недопустимо: в этом случае курсовая работа не засчитывается.

Графическая часть должна содержать:

1. Схемы исследуемых цепей.

2. Графики частотных и временных характеристик.

дифференциального сигналов.

Титульный лист курсовой работы должен содержать:

- наименование дисциплины;

- тему курсовой работы;

- номер варианта;

- фамилию, имя, отчество студента;

- фамилию, имя, отчество преподавателя.

Курсовая работа должна быть выполнена в срок, определенный графиком изучения дисциплины.

Библиографический список 1. Гусев, В. Г. Электроника и микропроцессорная техника: учеб. для вузов / В. Г. Гусев, Ю. М. Гусев. – 3-е изд. перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2004. – 790 с.

2. Быстров, Ю. А. Электронные цепи и микросхемотехника: учеб. / Ю. А. Быстров, И. Г. Мироненко. – М.: Высш. шк., 2002. – 384 с.: ил.

3. Хоровиц, П. Искусство схемотехники / П. Хоровиц, У. Хилл: пер.

с англ. – 6-е изд. – М.: Мир, 2003. – 704 с., ил 4. Сиберт, У. М. Цепи, сигналы, системы: в 2 ч.: пер. с англ. / У. М. Сиберт. – М.: Мир, 1988.

5. Хьюлсман, Л. Введение в теорию и расчет активных фильтров: пер.

с англ. / Л. Хьюлсман, Ф. Ален. – М.: Радио и связь, 1984. – 384 с.

6. Мошиц Г. П. Проектирование активных фильтров: пер. с англ. / Г. Мошиц, П. Хорн. – М.: Мир, 1984. – 320 с.

7. Довгун, В. П. Электротехника и электроника: учеб. пособие: в 2-х ч.

Ч. 2 / В. П. Довгун. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 252 с.

Программа схемотехнического моделирования Multisim Введение Первые версии программы имели название Electronics Workbench и разрабатывались фирмой с одноименным названием. Программа имела очень простой и интуитивно понятный графический интерфейс. В настоящее время фирма Electronics Workbench является дочерней компанией, которой полностью владеет фирма National Instruments Corporation.

Особенностью программы Multisim является наличие виртуальных измерительных приборов, имитирующих реальные аналоги. В состав Multisim входят эффективные средства графической обработки результатов моделирования. Другая важная особенность программы заключается в том, что Multisim поддерживает взаимодействие с графической средой LabVIEW, предназначенной для разработки программно-аппаратных средств измерения и управления..

NI Multisim 10.0 позволяет объединить процессы разработки электронных устройств и тестирования на основе технологии виртуальных приборов для учебных и производственных целей Подразделение Electronics Workbench Group компании National Instruments анонсировало выпуск Multisim 10.0 и Ultiboard 10.0, самых последних версий программного обеспечения для интерактивного SPICE-моделирования и анализа электрических цепей, используемых в схемотехнике, проектировании печатных плат и комплексном тестировании. Эта платформа связывает процессы тестирования и проектирования, предоставляя разработчику электронного оборудования гибкие возможности технологии виртуальных приборов. Совместное использование программного обеспечения для моделирования электрических цепей Multisim 10.0 компании National Instruments со средой разработки измерительных систем LabVIEW, позволяет сравнивать теоретические данные с реальными непосредственно в процессе создания схем обычных печатных плат, что снижает количество проектных итераций, число ошибок в прототипах и ускоряет выход продукции на рынок.

Можно использовать Multisim 10.0 для интерактивного создания принципиальных электрических схем и моделирования их режимов работы.

«Multisim 10.0 составляет основу платформы для обучения электротехнике компании National Instruments, включающей в себя прототип рабочей станции NI ELVIS и NI LabVIEW. Он дает возможность студентам получить всесторонний практический опыт на всем протяжении полного цикла проектирования электронного оборудования. При помощи этой платформы студенты могут с легкостью перейти от теории к практике, создавая опытные образцы и углубляя свои знания в основах проектирования схем».

База данных компонентов включает более 1200 SPICE-моделей элементов от ведущих производителей, таких как Analog Devices, Linear Technology и Texas Instruments, а также более 100 новых моделей импульсных источников питания. Помимо этого, в новой версии программного обеспечения появился помошник Convergence Assistant, который автоматически корректирует параметры SPICE, исправляя ошибки моделирования. Добавлена поддержка моделей МОП-транзисторов стандарта BSIM4, а также расширены возможности отображения и анализа данных, включая новый пробник для значений тока и обновленные статические пробники для дифференциальных измерений.

Обозначения приставок и множителей Другие обозначения Ctrl+Q Ctrl+I Ctrl+B Ctrl+T Alt+Y Alt+X Ctrl+R Ctrl+Shift+R Клавиши Перемещает выделенное устройство влево, вправо, вверх, В Multisim имеются базы данных трех уровней:

1. Главная база данных. Из Главной базы данных (Master Database) можно только считывать информацию, в ней находятся все компоненты;

2. Пользовательская база данных ( User Database) соответствует текущему пользователю компьютера. Она предназначена для хранения компонентов, которые нежелательно предоставлять в общий доступ;

3. Корпоративная база данных (Corporate Database). Предназначена для тех компонентов, которые должны быть доступны другим пользователям по сети.

Средства управления базами данных позволяют перемещать компоненты, объединять две базы в одну и редактировать их. Все базы данных разделяются на группы, а они, в свою очередь., на семейства. Когда пользователь выбирает компонент и помещает его в схему, создается новая копия, Все изменения с ней никак не затрагивают информацию, хранящуюся в базе данных.

База данных Master Database разделена на группы:

1) Sources. Cодержит все источники напряжения и тока, заземления.

Например, power sources (источники постоянного, переменного напряжения, заземление, беспроводные соединения - VCC, VDD, VSS, VEE), signal voltage sources (источники прямоугольных импульсов, источник сигнала через определенные промежутки времени), signal current sourses (постоянные, переменные источники тока, источники прямоугольных импульсов) 2) Basic. Содержит основные элементы схемотехники: резисторы, индуктивные элементы, емкостные элементы, ключи, трансформаторы, реле, коннекторы и т.д.

3) Diodes. Содержит различные виды диодов: фотодиоды, диоды Шоттки, светодиоды и т.д.

4) Transistors. Содержит различные виды транзисторов: pnp-,npnтранзисторы,биполярные транзисоры, МОП-транзисторы, КМОПтранзисторы и т.д.

5) Analog. Содержит все виды усилителей: операционные, дифференциальные, инвертирующие и т.д.

6) TTL. Содержит элементы транзисторно-транзисторной логики 7) CMOS. Содержит элементы КМОП-логики.

8) MCU Module – управляющий модуль многопунктовой связи (от англ. multipoint control unit) 9) Advanced_Peripherals. Содержит подключаемые внешние устройства ( дисплеи, терминалы, клавишные поля).

10) Misc Digital. Содержит различные цифровые устройства.

11) Mixed. Содержит комбинированные компоненты 12) Indicators. Содержит измерительные приборы( вольтметры, амперметры), лампы и т.д.

Виртуальные приборы Мультиметр предназначен для измерения переменного или постоянного тока или напряжения, сопротивления или затухания между двумя узлами схемы. Диапазон измерений мультиметра подбирается автоматически. Его внутреннее сопротивление и ток близки к идеальным значениям, но их можно изменить.

Генератор сигналов (function generator) – это источник напряжения, который может генерировать синусоидальные, пилообразные и прямоугольные импульсы. Можно изменить форму сигнала, его частоту, амплитуду, коэффициент заполнения и постоянный сдвиг. Диапазон генератора достаточен, чтобы воспроизвести сигналы с частотами от нескольких герц до аудио и радиочастотных.

осциллографов, которыми можно управлять как настоящими. Они позволяют устанавливать параметры временной развертки и напряжения, выбирать тип и уровень запуска измерений. Данные осциллографов можно посмотреть после эмуляции с помощью самописца (Grapher) из меню Вид\Плоттер (View/Grapher).

В Multisim есть следующие осциллографы:

- 2-х канальный - 4-х канальный - осциллограф смешанных сигналов Agilent 54622D - 4-х канальный цифровой осциллограф с записью Tektronix TDS Построитель частотных характеристик (Bode Plotter). Этот прибор предназначен для построения амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик линейных цепей. Это особенно удобно при анализе свойств полосовых фильтров.

Анализатор спектров (spectrum analyzer) служит для анализа спектров периодических несинусоидальных колебаний, измерения амплитуд гармоник.

С его помощью можно измерить мощность сигнала и частотных компонент, определить наличие гармоник в сигнале.

Ваттметр. Прибор предназначен для измерения мощности и коэффициента мощности цепи синусоидального тока.

Токовый пробник Измерительный пробник. Показывают постоянные и переменные напряжения и токи на участке цепи, а также частоту сигнала Режимы анализа В Multisim предусмотрено множество режимов анализа данных эмуляции, от простых до самых сложных, в том числе и вложенных.

Основные виды анализа:

1) DC – анализ цепи на постоянном токе.

Анализ цепей на постоянном токе осуществляется для резистивных схем. Это правило следует напрямую из теории электрических цепей; при анализе на постоянном токе конденсаторы заменяют разрывом, катушки индуктивности – коротким замыканием, нелинейные компоненты, такие как диоды и транзисторы, заменяют их сопротивлением постоянному току в рабочей точке. Анализ цепи на постоянном токе выявляет узловые потенциалы исследуемой схемы 2) AC – анализ цепи на переменном токе.

Анализ цепей на переменном токе заключается в построении частотных характеристик.

3) Transient – анализ переходных процессов Анализ переходных процессов в цепях позволяет определить форму выходного сигнала, то есть построить график сигнала как функции времени.

Чтобы начать анализ, выберите пункт меню Simulate\ Analyses и выберите требуемый режим.

Список всех функций Multisim приведен на рисунке:

Кроме встроенных функций анализа есть возможность определить свою функцию с помощью команд SPICE.

При подготовке к анализу необходимо настроить его параметры, например, диапазон частот для анализатора переменного тока (AC analysis).

Необходимо также выбрать выходные каналы (traces).

Плоттер (Grapher) – основной инструмент просмотра результатов эмуляции. Он открывается из меню View/Grapher и автоматически при работе эмуляции.

Множество настроек плоттера находятся в окне свойств. Например, можно изменять масштабы, диапазоны, заголовки, стили линий осей.

Postprocessor и Grapher — это программы пакета Multisim, которые позволяют отобразить результаты моделирования в графическом виде.

Данная функция позволяет строить необходимые графики после проведенного анализа. Для работы с функцией Postprocessor необходимо знать названия узлов. Только те параметры (входные и выходные переменные), которые указываются при выполнении любого вида анализа(AC Sweep, DC Sweep, Transient Analysis и т.д.) отображаются на графиках функции Postprocessor и Grapher.

С помощью данной функции можно создать несколько графиков, изменять параметры графика, удалять объекты, производить логические и алгебраические операции над графиками (сложение, умножение, возведение в квадрат и т.д.).

Вызов функции:

Создание графика:

-внесение данных, необходимых для построения:

Select simulation results-добавление данных проведенного анализа.

Variables-переменные, необходимые для построения графика.

Functions-алгебраические действия над графиками.

В окне Expressions available выбираем необходимые графики для построения.

При моделировании схем необходимо соблюдать следующие общие правила:

Любая схема должна обязательно содержать хотя бы один символ заземления.

Любые два конца проводника либо контакта устройства, встречающихся в точке, всегда считаются соединенными. При соединении трех концов (Т-соединение) необходимо использовать символ соединения (узел). Те же правила применяются при соединении четырех и более контактов.

В схемах должны присутствовать источники сигнала (тока или напряжения), обеспечивающие входной сигнал, и не менее одной контрольной точки (за исключением анализа схем постоянного тока).

В схеме не должны присутствовать контуры из катушек индуктивности и источников напряжения.

Источники тока не должны соединяться последовательно Не должно присутствовать короткозамкнутых катушек Источник напряжения должен соединяться с катушкой индуктивности и трансформатором через последовательно включенный резистор. К конденсатору, подключенному к источнику тока, обязательно должен быть параллельно присоединен резистор.

В качестве иллюстрации рассмотрим моделирование усилительного каскада на биполярном транзисторе. Построим графики зависимости выходного и входного напряжений от времени, передаточную характеристику, амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики.

Соберем исследуемую схему в среде Multisim Примечание:

-двойное нажатие левой кнопкой мыши на элемент позволяет изменить его параметры -для удобства при работе можно изменять цвет проводов (выделяем провод правой кнопкой мыши и в появившемся контекстном меню выбираем Change Color) Запускаем режим моделирования, осциллограф автоматически строит графики зависимости входного и выходного напряжений от времени (для того, чтобы их посмотреть, достаточно нажать левой кнопкой мыши на осциллографе).

В активном окне Oscilloscope-XSC1 можно увеличивать и уменьшать масштаб, сдвигать графики по осям ординат и абсцисс, с помощью курсора смотреть параметры в каждой точке графика ( здесь- значение напряжения), с помощью кнопки Save можно сохранить данные осциллографа в виде таблице в текстовом файле.

Построение аналогичных графиков с помощью Transient Analysis.

С помощью кнопки плоттера отображение курсоров и данных можно посмотреть значение напряжений в любой точке. При анализе графики для удобства отображаются разными цветами.

В окне Transient Analysis на вкладке Output выбираем необходимые для анализа величины, а на вкладке Analysis Parameters можно установить начальное и конечное время анализа (такие же действия производятся в любом виде анализа).

4) Построение передаточной характеристики (зависимость выходного напряжения от входного) с помощью DC-Sweep Analysis. Работа в плоттере (Grapher View) с графиком осуществляется аналогично.

5) Построение АЧХ и ФЧХ (с помощью AC-Analysis).

Пример 1. Транзисторный источник тока Пример 3. Эмиттерный повторитель на составном транзисторе Зависимость входного и выходного напряжений от времени (красное-входное напряжение, синее-выходное) Передаточная характеристика эмиттерного повторителя Пример 4. Усилительный каскад на МОП-транзисторе График выходного напряжения Пример 5. Исследование дифференциального усилителя на биполярном Пример 6. Дифференциальный усилитель на МОП-транзисторе Выходное напряжение Передаточная характеристика усилителя для дифференциального сигнала Исследование ДУ при действии синфазного сигнала Передаточная характеристика усилителя для синфазного сигнала

ПРОГРАММА СХЕМОТЕХНИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ

PSPICE

1. Введение PSpice является модификацией известной программы моделирования интегральных схем SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis), разработанной в Калифорнийском Университете. Pspice представляет вычислительную среду, предназначенную для моделирования аналоговых и цифровых электронных схем В настоящее время она стала эталонной программой моделирования аналоговых электронных цепей.

2. Создание и редактирование принципиальных схем с помощью графического редактора Schematics Процедура моделирования электронных схем в программе PSPICE состоит из трёх этапов:

1. Создание принципиальной схемы;

2. Моделирование;

3. Представление результатов моделирования в удобной для Для создания графического изображения принципиальных схем служит редактор Schematics. Управление им осуществляется с помощью ниспадающих меню или комбинаций функциональных клавиш.

Для запуска схемного редактора необходимо выбрать PSPICE в меню Programs, расположенных в меню Start (Пуск).

После запуска схемного редактора на экран выводится наборное поле (рис. 1). В верхней части экрана расположено основное меню. Под основным меню находится панель инструментов, включающая кнопки, соответствующие наиболее часто выполняемым командам. Если подвести указатель мыши к любой из кнопок, на экране появится всплывающая подсказка с названием команды.

В верхней части экрана расположено горизонтальное меню, имеющее следующие разделы:

File – загрузка, создание и сохранение файлов описаний схем;

Edit – редактирование или удаление компонентов;

Draw – размещение компонентов и проводников;

View – изменение масштаба изображения;

Analysis – создание описания схемы, проверка правильности соединения, вызов программы моделирования Pspice.

Для вызова пункта меню достаточно нажать клавишу с соответствующей подчеркнутой буквой.

В таблице 1 помещены основные команды меню и соответствующие комбинации клавиш.

клавиш Ctrl+C Ctrl+G Ctrl+F Ctrl+I Ctrl+L Ctrl+N Ctrl+O Ctrl+R Ctrl+S Ctrl+Т Ctrl+Z Ctrl+V Ctrl+X Выбор и размещение компонентов на наборном поле. Компоненты электронных схем хранятся в специальных библиотеках. Список основных библиотек приведен в п. 3.

Установка компонентов на наборном поле осуществляется с помощью следующих команд. В меню Draw выбрать команду Get New Part. На экране появится окно просмотра компонентов (рис. 2). Можно выбрать необходимый элемент из списка, расположенного слева в окне просмотра компонентов. Но удобнее сначала выбрать нужную библиотеку, щелкнув по кнопке Libraries.

В окне браузера библиотек выберите нужную библиотеку, откройте ее и выберите нужный компонент. Затем установите его на наборном поле с помощью команд Place или Place & Close. Щелкая мышью в разных местах наборного поля, можно разместить любое число компонентов одного вида.

Режим размещения выбранного компонента отключается после нажатия на правую клавишу мыши.

Режим размещения компонентов отключается после нажатия на кнопку Close в окне просмотра компонентов (рис. 2).

Для выделения компонента, находящегося на наборном поле, нужно щелкнуть на нем левой клавишей мыши. Выделенный компонент станет красным. Все дальнейшие команды будут относиться только к нему.

Выделенные компоненты можно перемещать, нажав левую клавишу мыши или поворачивать с помощью клавиш Ctrl+R.

Внимание! Каждая схема обязательно должна иметь по меньшей мере один элемент заземления из библиотеки Port.slb. В противном случае при проверке правильности схемы Pspice выдаст сообщение об ошибке. Причина в том, что Pspice использует для анализа метод узловых напряжений, и заземленный узел она рассматривает в качестве базисного.

Соединение компонентов проводниками. Режим рисования проводников, соединяющих компоненты, установленные на наборном поле, осуществляется командой Draw/Wire либо комбинацией клавиш Ctrl+W.

После этого курсор примет форму карандаша. Для соединения двух элементов необходимо щелкнуть мышью на выводе одного из них и вести курсор до следующего вывода. Соединение появится после щелчка мышью на втором выводе. Так можно установить все соединения. Для отмены режима рисования соединений нужно нажать на правую клавишу мыши.

Соединения пересекающихся проводников обозначаются точкой. Если провести проводники, не останавливаясь в точке их пересечения, то электрическое соединение не образуется.

Установка параметров компонентов. В редакторе Schematics имена, значения и другие характеристики компонентов называются атрибутами.

Для установки атрибутов какого-либо компонента необходимо дважды щелкнуть по его параметру (например, значению резистора). После этого откроется окно установки значения атрибута (рис. 3).

В открывшемся окне необходимо установить требуемое сопротивление резистора и нажать ОК.

Многие компоненты имеют целый набор атрибутов, которые необходимо установить перед началом анализа. Такими компонентами являются, например, источники. Для того чтобы открыть окно установки атрибутов такого элемента, необходимо дважды щелкнуть мышью на его изображении. На рис. 4 в качестве примера показано окно установки атрибутов источника VPULCE из библиотеки Source.slb. Значение атрибута записывается в окне Value. После ввода требуемого значения необходимо нажать клавишу Save Attr.

3. Режимы анализа Возможны следующие виды анализа.

1. Bias - расчет рабочей точки нелинейной резистивной цепи постоянного тока (режим большого сигнала);

2. DC - Анализ резистивных цепей постоянного тока (расчет узловых напряжений, токов и напряжений ветвей);

3. AC - Расчет частотных характеристик линейных цепей (режим малого сигнала, анализируется линейная цепь);

4. Transient - Анализ временных характеристик нелинейных цепей при действии сигналов произвольной формы (режим большого сигнала);

5. Parametric Sweep – режим вариации параметров цепи;

6. Sensitivity - Расчет характеристик чувствительности линейных цепей к вариациям параметров компонентов в режимах постоянного и переменного тока;

Рассмотрим особенности перечисленных режимов.

4. Анализ резистивных цепей постоянного тока. Режим DC Sweep Анализ резистивных цепей выполняется для определения рабочей точки нелинейной цепи, а также в режиме вариации параметров DC Sweep. При определении рабочей точки нелинейной цепи источники напряжений и токов полагаются постоянными. Иными словами, используется только атрибут VDC или IDC, остальные атрибуты игнорируются. В этом режиме индуктивные элементы заменяются коротким замыканием, а емкостные – разрывом.

Расчет рабочей точки ведется итеративным методом Ньютона-Рафсона. На каждой итерации нелинейные компоненты заменяются линеаризованными схемами замещения, соответствующими режиму этого компонента. Таким образом, анализ нелинейной цепи сводится к многократному расчету линейных резистивных схем. Результаты анализа представляются в табличной форме.

Расчет рабочей точки выполняется автоматически при других видах анализа (АC Sweep, Transient и т.д.).

В программе SPICE используется следующий способ проверки сходимости решения при анализе нелинейной цепи.

Изменение токов нелинейных ветвей на двух соседних итерациях не превышает 0.1% или 1 пА (1 10 12 А).

2. Изменение узловых напряжений не превышает 0.1% или 1 мкВ (1 Расчет токов и напряжений резистивных цепей является простейшим видом анализа. Он выполняется автоматически и не требует никаких настроек. Достаточно в меню Analysis выбрать команду Simulate или нажать клавишу F11. Необходимо только предварительно запомнить собранную цепь с помощью команды Save As. Для вывода на экран значений напряжений и токов в меню Analysis необходимо выбрать строку Display Results on Schematics и выделить опции Enable, Enable Voltage Display, Enable Current Display (разрешить индикацию напряжений и токов).

Режим вариации параметров цепи постоянного тока DC Sweep.

Этот режим является мощным инструментом исследования характеристик резистивных цепей. Он используется для анализа цепей при изменении какого-либо параметра (напряжения или тока источника, температуры, сопротивления резистора либо параметров модели).

Установка режима DC Sweep. Для установки режима в меню Analysis открыть окно Analysis Setup (рис. 6) и щелкнуть по кнопке «DC Sweep».

5. Анализ частотных характеристик. Режим AC Sweep Режим AC Sweep предназначен для расчета частотных характеристик линейных цепей.

Расчет частотных характеристик проводится в два этапа. Сначала автоматически определяется рабочая точка нелинейной резистивной цепи.

Для этого выполняется анализ резистивной цепи, в которой исключены индуктивные и емкостные элементы. Затем нелинейные компоненты заменяются линеаризованными моделями с параметрами, соответствующими рабочей точке. После этого выполняется расчет частотных характеристик. Если в цепи действуют несколько синусоидальных источников, их частоты полагаются одинаковыми. Если действует только один источник, целесообразно установить атрибут АC = 1. В этом случае значение реакции будет равно значению передаточной функции.

Необходимо помнить, что в режиме AC Sweep анализируется линеаризованная схема замещения, искажения сигнала, обусловленные нелинейностью характеристик элементов, отсутствуют. Поэтому токи и напряжения достигают очень больших величин, совершенно не соответствующих реальной ситуации.

По результатам анализа программа PROBE строит частотные характеристики напряжений и токов, указанных пользователем.

Установка режима AC Sweep. Для установки режима расчета частотных характеристик в меню Analysis открыть окно Analysis Setup (рис.

8) и щелкнуть по кнопке «AC Sweep».

В открывшемся окне установки параметров режима (рис. 9) необходимо установить следующие параметры:

Start Freq - начальная частота диапазона;

End Freq - конечная частота диапазона;

Pts/Decade – число точек на оси частот.

Шкала частот определяется в разделе AC Sweep Type. Она может быть линейной или логарифмической. В случае логарифмической шкалы частота может изменяться октавами или декадами.

Следует помнить, что для расчета частотных характеристик анализируемая цепь должна содержать по меньшей мере один источник гармонического сигнала: источники VSIN, ISIN, VPULCE, IPULCE из библиотеки Source.slb. Атрибут АС этих источников должен быть ненулевым. Проще всего задать АС = 1. Остальные атрибуты этих источников используются в других видах анализа и при расчете частотных характеристик игнорируются. Тем не менее значения этих атрибутов должны быть заданы. Если другие виды анализа не предусматриваются, можно установить нулевые значения. В качестве примера на рис. 10 показано окно атрибутов источника синусоидального напряжения VSIN.

Анализируемую переменную целесообразно отметить маркером на схеме. В этом случае после завершения расчета она автоматически будет выводиться на экран PROBE.

Пример 2. Расчет частотных характеристик LC-фильтра.

1. Соберем схему фильтра нижних частот Чебышева (рис. 11) с частотой среза 3.4 кГц и установим значения его компонентов. На входе включим импульсный источник VPULCE. Конечно, можно было бы включить источник синусоидального напряжения VSIN. Однако источник VPULCE является более универсальным. С его помощью можно анализировать не только частотные характеристики, но в дальнейшем исследовать динамические характеристики цепи при действии на входе импульсов заданной формы. На выходе схемы мы установили маркер напряжения. Поэтому после завершения анализа на экран PROBE будет выведен амплитудно-частотная характеристика фильтра.

Установим атрибут источника АС = 1. Остальные атрибуты в этом примере нам не понадобятся, и мы установим их нулевыми (рис. 12).

Установим параметры режима AC_Sweep. В окне установки параметров режима определим параметры так, как показано на рис. Сохраним схему под именем Example.sch и запустим режим моделирования, нажав клавишу F11. На экране появится график амплитудно- частотной характеристики фильтра (рис. 14).

6. Анализ нелинейных динамических цепей. Режим Transient Для расчета переходных процессов используются неявные методы численного интегрирования - методы трапеций, Гира второго порядка или неявный метод Эйлера. По умолчанию используется метод трапеций.

Максимальный шаг интегрирования выбирается пользователем или устанавливается автоматически.

Интегрирование начинается с момента t = 0. Каждый из источников, действующих в схеме, может иметь свою форму. Если источники синусоидальные, их частоты могут быть разными. В режиме большого сигнала выходная реакция учитывает искажения, обусловленные нелинейностью характеристик элементов. На каждом шаге интегрирования автоматически определяется рабочая точка – токи и напряжения нелинейных компонентов. При определении рабочей точки нелинейной цепи напряжения и токи источников сигнала полагаются равными нулю, индуктивные элементы заменяются коротким замыканием, а емкостные – разрывом. Расчет рабочей точки ведется итеративным методом Ньютона-Рафсона. На каждой итерации нелинейные компоненты заменяются линеаризованными схемами замещения, соответствующими режиму этого компонента. Кроме того, для расчета временной характеристики в каждой точке временной оси проводится анализ линеаризованной схемы. Поэтому расчет в режиме Transient занимает значительно большее время, чем в других режимах, в которых рабочая точка определяется только один раз.

Установка параметров режима Transient. Для установки режима расчета динамических режимов в меню Analysis открыть окно Analysis Setup (рис. 15) и щелкнуть по кнопке «Transient».

В открывшемся окне установки параметров режима (рис. 16) необходимо установить следующие обязательные параметры:

Final Time – интервал моделирования, сек.

Step Seiling – максимальный шаг интегрирования, сек;

No-Print Delay – начальный временной интервал, на котором результаты расчета не выводятся на печать.

Параметры Step Ceiling и No-Print Delay являются необязательными.

Если максимальный шаг интегрирования не задан, программа автоматически разобьет временной интервал на 50 шагов и выведет график временной характеристики.

7. Многовариантный анализ. Режим Parametric Sweep Помимо рассмотренных методов анализа частотных и временных характеристик программы схемотехнического моделирования дают проектировщику еще один мощный инструмент исследования электронных схем – параметрический анализ. В этом режиме пользователь имеет возможность проводить многовариантный анализ частотных или временных характеристик. Результатом такого анализа являются семейства кривых, наглядно показывающие, как влияет изменение того или иного параметра на характеристики цепи.

На каждом шаге вариации параметров могут выполняться различные виды анализа. Варьироваться могут напряжения и токи источников, температура компонентов, параметры моделей, глобальные параметры.

Настройки режима Parametric Sweep.

Настройки режима удобно рассмотреть на примерах.

Пример 3. Необходимо выполнить многовариантный анализ LCфильтра нижних частот при изменении сопротивления резистора R1 (рис. 17).

1. Соберем схему фильтра на наборном поле и установим требуемые значения элементов (рис. 17). На входе включим источник VPULSE. Такой источник позволит провести анализ как частотных, так и временных характеристик.

2. Значение сопротивления R будет варьироваться в ходе моделирования. Поэтому в окне установки значений сопротивления введем имя варьируемой переменной в фигурных скобках (RVAR на рис. 18).

3. Определим параметры режимов AC Sweep Transient так же, как мы это делали в предыдущих случаях (рис. 19 а, б).

Установим на наборном поле вспомогательный элемент PARAMETERS из библиотеки SPECIAL.slb. Откроем окно установки атрибутов этого элемента, зарегистрируем переменную RVAR как глобальный параметр и зададим ее значение. Окно установки атрибутов элемента PARAMETERS показано на рис. 20. Значение RVAR может быть любым.

5. Установим параметры режима Parametric Sweep. Для этого в окне установки параметров определим параметры режима так, как показано на рис. 21. Мы указали тип варьируемой переменной (Global Parameter), ее имя (RVAR), характер изменения (линейный). В соответствии с установленными параметрами программа должна рассчитать частотные и временные характеристики для пяти значений сопротивления резистора с шагом (increment) 10 Ом.

Семейство амплитудно-частотных характеристик фильтра показано на рис. 22. На рис. 23 показаны временные характеристики. Проведенный анализ показывает, что с ростом сопротивления резистора увеличивается добротность цепи. При этом с ростом добротности временная характеристика приобретает колебательный характер, а амплитудно-частотная характеристика имеет всплеск на частоте 3.7 кГц.


Рис. Рис. 8. Специальные виды анализа Статистический анализ До сих пор мы проводили анализ, полагая, что все компоненты электронной схемы имеют номинальные значения. Однако элементы реальных цепей всегда имеют случайные отклонения от номинальных значений. Программа Pspice позволяет моделировать характеристики электронных цепей с учетом статистического разброса параметров компонентов. В ходе одного цикла статистического анализа цепь может моделироваться несколько сотен раз. При этом каждый раз моделирование осуществляется с новым набором параметров, задаваемых случайным образом. Например, если предусмотрен графический вывод испытаний с помощью программы Probe, максимальное количество испытаний n = 400.

На одну диаграмму Probe могут быть выведены результаты 399 испытаний.

Отклонения значений элементов от номинальных задаются с помощью генератора случайных чисел. Случайное значение параметра x рассчитывается по формуле где xном – номинальное значение параметра, указанное пользователем;

– относительный разброс параметра x ;

– центрированная случайная величина, принимающая значения на отрезке (-1, + 1).

В программе Pspice имеются генераторы случайных чисел с двумя законами распределения:

UNIFORM – равномерное распределение на отрезке (-1, + 1);

GAUSS – гауссовское распределение на отрезке (-1, + 1) с нулевым средним и среднеквадратическим отклонением = 0.25.

По умолчанию выбирается равномерное распределение.

Статистические испытания по методу Монте-Карло могут проводиться при расчете режима по постоянному току, анализе переходных процессов или расчете частотных характеристик. Проведение статистического анализа по методу Монте-Карло позволяет определить многие важные характеристики электронных цепей. Например, по величине отклонения частотных характеристик можно судить о чувствительности цепи.

При статистическом анализе предусматривается разнообразная статистическая обработка результатов моделирования. Возможны следующие виды обработки:

- расчет максимального отклонения текущей реализации от номинальной;

- расчет максимального значения в каждой реализации;

- расчет минимального значения в каждой реализации;

9. Графический постпроцессор Probe Результаты моделирования, полученные с помощью программы Pspice, записываются в файл с расширением.dat. Для представления результатов расчета в графической форме служит программа Probe. Экран программы показан на рис. 24. В верхней части окна расположено имя файла данных, на следующей строке – горизонтальное меню команд программы.

При выполнении предварительной установки запуск Probe осуществляется автоматически после завершения моделирования.

Установки Probe выполняются следующим образом.

1. Откройте меню Analysis программы Schematics.

2. Щелкните мышью по строке Probe Setup и откройте окно Probe Setup Options (рис. 25).

3. В открывшемся окне выберите опцию Automatically Run Probe After Simulation (автоматически запускать Probe после моделирования).

На экран Probe автоматически выводятся графики переменных, отмеченных на схеме маркерами.

Если на схеме нет маркеров, экран Probe будет пустым. Для вывода нужной диаграммы необходимо:

1. Открыть меню Trace;

2. Выбрать опцию Add, после чего откроется окно Add traces (рис.

3. Выбрать в левой части окна нужную переменную.

Имя выбранной переменной появится в списке Trace Expression, расположенном в нижней части окна Add traces. Необходимо закрыть окно Add traces, щелкнув кнопку ОК. На экране появится нужная диаграмма.

Probe не только отображает результаты моделирования в виде диаграмм, но и выполняет математическую обработку результатов, включая арифметические и алгебраические преобразования, преобразование Фурье, измерение параметров импульсов и т.д. Список математических операций, которые может выполнять Probe, приведен в правой части окна выбора переменных (рис. 26).

10. Масштабирование координатных осей Масштабирование координатной оси Y. По умолчанию действует автоматическая установка масштаба. Для ручной установки открыть меню Plot и выбрать опцию Y axis Setting. В окне установок по оси Y (рис. 27) выберите «User Defined».

Использование курсоров. Координаты графиков, построенных Probe, можно считывать с помощью двух курсоров. Для активизации первого курсора нужно щелкнуть по кнопке {}. Второй курсор включается после нажатия на правую клавишу мыши.

4. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

4.1. Основная и дополнительная литература 15. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронных устройств DESIGNLAB 8.0. – М.: СОЛОН-Р, 2003 – 704 с.

16. Хайнеман Р. Компьютерное моделирование работы электронных схем: Пер. с нем. – М.: ДМК Пресс, 2005. – 336 с.: ил.

17. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7. М. Горячая линия – Телеком, 2003. 367 с.

18. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учеб. пособие для вузов / И.П. Степаненко. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория Базовых Знаний, 2003. – 488 с.: ил.

19. Рабаи Ж. М., Чандракасан А., Николич Б. Цифровые интегральные схемы, 2-е издание.: Пер. с англ. – М.: ООО «И. Д. Вильямс», 2007. – 912 с 20. Довгун, В. П. Электротехника и электроника: учеб. пособие: в 2-х ч. Ч. 1 / В. П. Довгун. – Красноярск: ИПЦ КГТУ, 2006. – 270 с.

21. Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. Изд. 2-е.

М.: «Солон-Р», 2001. – 720 с.

22. Архангельский А. Я. PSpice и Design Center. Схемотехническое моделирование. Модели элементов. Макромоделирование. – М.: МИФИ, 1996.

23. Архангельский А. Я. PSpice и Design Center. Модели цифровых и аналого-цифровых устройств. Идентификация параметров моделей. – М.:

МИФИ, 1996.

24. Влах, И. Машинные методы анализа и проектирования электронных схем / И. Влах, К. Сингхал. М.: Радио и связь, 1988. 560 с.

25. Чуа Л. О., Лин П.-М. Машинный анализ электронных схем (алгоритмы и вычислительные методы): Пер. с англ. – М.: Энергия, 1980.

26. Автоматизация схемотехнического проектирования / В. Н.

Ильин, В. Т. Фролкин, А. И. Бутко / под ред. В. Н. Ильина. – М.: Радио и связь, 1987.

27. Hayt, W. H. Engineering circuit analysis / Hayt W. H., Kemmerly J.

E., Durbin S. M. New York, McGraw-Hill, 2002. – 781 p.

28. Sedra, A. S. Microelectronic circuits / A. S. Sedra, K. C. Smith. NewYork, Oxford, Oxford University Press, 2004. - 1283 p.

1. Электричество. Ежемесячный научно-технический журнал.

Известия вузов. Радиоэлектроника. Ежемесячный научнотехнический журнал.

3. Известия вузов. Электроника. Ежемесячный научно-технический журнал.

4. Радиотехника. Ежемесячный научно-технический журнал НТО РЭС им. А. С. Попова.

5. Электроника. Ежемесячный научно-технический журнал.

1. Компьютерный практикум «Электроника и схемотехника»

(размещен на сайте www.emf.krgtu.ru).

2. Библиотеки моделей электронных компонентов в формате SPICE (размещены на сайте www.emf.krgtu.ru).

3. Каталог электронных схем в формате SPICE (размещен на сайте www.emf.krgtu.ru).

4. Информационный портал www.EEHomePage.com 5. Информационный портал www.ecircuitcenter.com 4.4. Программное обеспечение Программное обеспечение включает лицензионную версию программы Multisim 10.0, а также студенческие версии программ схемотехнического моделирования PSPICE 8.0, PSPICE 9.2, свободно распространяемые в Интернет.





Похожие работы:

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Уральский государственный университет им. А. М. Горького Институт управления и предпринимательства Операционный менеджмент Методические указания по изучению дисциплины Екатеринбург 2007 1 Методические указания по дисциплине Операционный менеджмент составлены в соответствии с требованиями вузовского стандарта учебно-методического комплекса (для инновационных образовательных...»

«13 Министерство образования и науки, молодежи и спорта Украины Севастопольский национальный технический университет МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ для домашней контрольной работы по дисциплине Бухгалтерский учет видов деятельности для студентов всех форм обучения, специальности 6.030509 Учет и аудит Севастополь Print to PDF without this message by purchasing novaPDF (http://www.novapdf.com/) 2 2012 УДК Методические указания для домашних контрольных работ по дисциплине Бухгалтерский учет видов...»

«Министерство образования и науки Украины Севастопольский национальный технический университет ПОСТРОЕНИЕ КОНТРОЛЬНЫХ КАРТ МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к контрольной работе по дисциплине Управление качеством для студентов специальности: 7.050201 – Менеджмент организаций, всех форм обучения Севастополь 2007 Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) УДК 658. Построение контрольных карт методические указания к контрольной работе по дисциплине Управление...»

«Г. В. Царёва МУЗЫКА В МИРОВОЙ КУЛЬТУРЕ Ульяновск 2007 1 Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ульяновский государственный технический университет Г. В. Царёва МУЗЫКА В МИРОВОЙ КУЛЬТУРЕ Методические указания к спецкурсу по культурологии для студентов дневного обучения УлГТУ Ульяновск УДК 78(076) ББК 85.31я Ц Рецензент кандидат философских наук, доцент кафедры Политология, социология и связи с общественностью...»

«Министерство образования и науки Украины Севастопольский национальный технический университет ПРОЕКТИРОВОЧНЫЙ РАСЧЕТ НА УСТОЙЧИВОСТЬ СЖАТОГО СТЕРЖНЯ Методические указания к выполнению расчетно-графического задания № 6 по дисциплине “Сопротивление материалов ” для студентов дневной формы обучения по специальности “Кораблестроение и океанотехника ” Севастополь Create PDF files without this message by purchasing novaPDF printer (http://www.novapdf.com) УДК 539. Методические указания к выполнению...»

«ВВЕДЕНИЕ Задача современного образования в техническом вузе по безопасности жизнедеятельности (БЖД) – дать необходимые представления, знания, умения в данной области, которые позволят справиться с растущими угрозами в системе человек – производство – окружающая среда. Успех в решении данной задачи в большой степени зависит от качества подготовки специалистов в этой области, от их умения принимать правильные решения в сложных и изменчивых условиях современного производства. Сегодняшнему...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова Кафедра лесного хозяйства ГОРНОЕ ЛЕСОВОДСТВО Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов специальности 250201.65 Лесное хозяйство всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание СЫКТЫВКАР...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Сыктывкарский лесной институт (филиал) федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования Санкт-Петербургский государственный лесотехнический университет имени С. М. Кирова Кафедра лесного хозяйства ЛЕСНАЯ ПИРОЛОГИЯ Учебно-методический комплекс по дисциплине для студентов специальности 250201.65 Лесное хозяйство всех форм обучения Самостоятельное учебное электронное издание СЫКТЫВКАР...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ УЛЬЯНОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ОТБОР И ПРОГНОЗИРОВАНИЕ В ЛЕГКОЙ АТЛЕТИКЕ Методические указания Составитель В. В. Захарова Ульяновск 2003 УДК 796 (076) ББК 75.711 я7 0-38 Рецензент В. В. Носов Одобрено секцией методических пособий научно-методического совета университета Отбор и прогнозирование в легкой атлетике: методические указания 0-38 / Сост. В....»

«Государственное учреждение культуры Владимирской области Владимирская областная универсальная научная библиотека им. М. Горького Научно-методический отдел Платные услуги в муниципальных библиотеках Методическое пособие практику Владимир. 2008 г. УДК 024.2 ББК 74.34(2)к94 П 37 П 37 Платные услуги в муниципальных библиотеках: методическое пособие практику /Владим. обл. универсал. науч. б-ка им. М. Горького, Науч-метод. отд.; сост. Н. Г. Ступина.- Владимир, 2008.- 33 с. УДК 024.2 ББК 74.34(2)к ©...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ БРЕСТСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ Кафедра менеджмента и маркетинга МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ к выполнению практических занятий и курсовой работы по дисциплине Основы менеджмента для студентов специальностей 25 01 09 Маркетинг, 25 01 10 Коммерческая деятельность, 25 01 08 Бухгалтерский учет, анализ и аудит, 25 01 03 Мировая экономика и международные экономические отношения дневной и заочной форм обучения БРЕСТ 2002...»

«Методические и иные документы для обеспечения образовательного процесса по направлению подготовки 200401.65 – Биотехнические и медицинские аппараты и системы 1. Учебно-методическое обеспечение для самостоятельной работы студентов: Кореневский Н.А. Технологии удаленного доступа в информационных 1. медико-технических системах с базами данных : учебное пособие / Г. П. Колоскова, Н. А. Кореневский. - Курск: КурскГТУ, 2005. - 152 с. Кореневский Н. А. Узлы и элементы медицинской техники: учебное...»

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ВОСТОЧНО-СИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ С.В. Павлова В.Г. Инкижинова Рисунок Учебно-методическое пособие Издательство ВСГТУ Улан-Удэ 2004 Введение Специалист, непосредственно участвующий в создании одежды, обуви, кожгалантерейных изделий, в целом костюма, как части окружающей гармоничной предметной среды, обязан быть эстетически грамотным. С этой целью в подготовке инженеров-технологов и инженеров-конструкторов...»

«СОДЕРЖАНИЕ РАБОЧАЯ ПРОГРАММА УЧЕБНОЙ ДИСЦИПЛИНЫ 4 1. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ДИСЦИПЛИНЫ, ЕЕ МЕСТО В УЧЕБНОМ ПРОЦЕССЕ 4 2. СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ 5 3. ТЕМАТИКА И СОДЕРЖАНИЕ ЛЕКЦИЙ И ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ 6 4. САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА 10 5. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ 11 6. ОЦЕНОЧНЫЕ СРЕДСТВА ДЛЯ ТЕКУЩЕГО КОНТРОЛЯ УСПЕВАЕМОСТИ, ПРОМЕЖУТОЧНОЙ АТТЕСТАЦИИ ПО ИТОГАМ ОСВОЕНИЯ ДИСЦИПЛИНЫ И УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ СТУДЕНТОВ 7. УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ...»

«Учреждение образования БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МЕХАНИЗАЦИЯ ЛЕСОХОЗЯЙСТВЕННЫХ РАБОТ. ТРАКТОРЫ И АВТОМОБИЛИ Допущено Министерством образования Республики Беларусь в качестве учебного пособия для студентов учреждений, обеспечивающих получение высшего образования по специальностям Лесное хозяйство, Лесоинженерное дело Минск 2008 УДК 630*36(075.8) ББК 43.904я73 М 55 Авторы: М. К. Асмоловский, А. Р. Гороновский, В. Н. Лой, С. П. Мохов Рецензенты: кафедра Тракторы...»

«Иркутский государственный технический университет Научно-техническая библиотека Автоматизированная система книгообеспеченности учебного процесса Рекомендуемая литература по учебной дисциплине Процессы и аппараты пищевых производств № п/п Краткое библиографическое описание Электронный Гриф Полочный Кол-во экз. индекс 1) Алгоритм дипломного проектирования (по направлению подготовки 66 18 экз. дипломированных специалистов 655800 Пищевая инженерия : учеб. А45 пособие для вузов / С. Т. Антипов [и...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА Методические рекомендации по выполнению курсовой работы по дисциплине ОСНОВЫ МЕНЕДЖМЕНТА для студентов технических специальностей Москва 2007 ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ РОССИЙСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ НЕФТИ И ГАЗА им. И.М. ГУБКИНА КАФЕДРА ПРОИЗВОДСТВЕННОГО МЕНЕДЖМЕНТА Одобрены Учебно-методическим советом ФЭиУ 24 октября 2006г. Березина С.А., Егорова Т.И., Захарова О.Л.,...»

«Методические и иные документы для обеспечения образовательного процесса по специальности 230101.65 Вычислительные машины, комплексы, системы и сети 1. Учебно-методическое обеспечение для самостоятельной работы студентов Бунтов В.Д., Макаров С.Б. Микропроцессорные системы. Часть II. Микропроцессоры. 1. Учебное пособие. - СПб.: Изд-во политехнического университета, 2008. - 199 с. (Электронный ресурс, http://window.edu.ru) Гребешков А.Ю. Микропроцессорные системы и программное обеспечение в 2....»

«Самарский государственный аэрокосмический университет имени академика С.П. Королева. Кафедра: Техническая эксплуатация летательных аппаратов и двигателей. Самолёт Ан-2. Учебное пособие. (Компьютерный вариант) Составил: Сошин В.М. Компьютерная обработка: студент Гонюшов Е. Пособие предназначено для студентов 1-го курса специальности 13.03., изучающих конструкцию самолета Ан-2 по дисциплине Авиационная техника. Размер файла: 7,27 Мбаит. Файл помещен в компьютере Server ауд. 113-5 Имя файла: E:\...»

«ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ МАМИ Ф.Ф. Брюхань МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПОДГОТОВКЕ И ОФОРМЛЕНИЮ РЕФЕРАТА ПО КУРСУ НАУКИ О ЗЕМЛЕ ДЛЯ СТУДЕНТОВ, ОБУЧАЮЩИХСЯ ПО СПЕЦИАЛЬНОСТИ 280202.65 ИНЖЕНЕРНАЯ ЗАЩИТА ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ Москва 2010 2 Разработаны в соответствии с Государственными образовательными стандартами ВПО 2000 г. для специальности 280202.65 Инженерная...»






 
© 2013 www.diss.seluk.ru - «Бесплатная электронная библиотека - Авторефераты, Диссертации, Монографии, Методички, учебные программы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.