Схемотехническое моделирование в системе Micro Cap 9
Введение
Cap 9 - с его помощью выполняется графический
ввод проектируемой схемы и анализ характеристик аналоговых, цифровых и
аналого-цифровых устройств. Предложенная программа предназначена для
схемотехнического моделирования на персональном компьютере, она позволяет
быстро и наглядно строить графики зависимостей характеристик схем от
варьируемых параметров. В этой программе включена методика анализа нелинейных
схем по постоянному току, расчёт переходных процессов и частотных
характеристик. Графики результатов выводятся в процессе моделирования или после
его окончания по выбору пользователя, имеются сервисные возможности обработки
графиков.
Главным недостатком является недостаточная
элементная база, данная в виде зарубежных аналогов, что затрудняет создание
схемы.
Программа Micro-Cap 9 очень удобна для
первоначального освоения схемотехнического моделирования электронных схем и
рекомендуется для исследовательских работ, не предполагающих немедленной
конструкторской реализации.
1. Анализ схемы в частотной области
Рисунок 1 - Принципиальная схема исследуемого
устройства
1.1 Амплитудно-частотная
характеристика (АЧХ) и фазо-частотная (ФЧХ) характеристики схемы
Исходные данные для построения АЧХ и ФЧХ схемы:
Рисунок 2 - Окно задания параметров частотного
анализа
Частотные характеристики имеют следующий вид:
Рисунок 3 - АЧХ и ФЧХ исходной схемы
По результатам частотного анализа определяем
следующие параметры:
Коэффициент усиления:
Воспользовавшись функцией «Глобальный максимум»,
определяем максимальный коэффициент усиления:
Рисунок 4 - Максимальное значение коэффициента
усиления исходной схемы (32,181 дБ)
Полоса пропускания:
Воспользовавшись функцией «Width» свойства
«Перейти к Performance», и введя значение -3бД по отношению к максимальному
значению коэффициента усиления (29,181 дБ) определяем полосу пропускания
заданной схемы, численно равную 306,562 кГц.
Рисунок 5 - Полоса пропускания исходной схемы
(306,562 кГц)
Определение средней частоты
fcp=Δf/2=53,054 /2=153,281
кГц , где Δf - полоса пропускания
схемы.
1.2 АЧХ и ФЧХ схемы в зависимости от
изменения температуры
Рисунок 6 - Окно задания параметров зависимости
АЧХ и ФЧХ от изменения температуры
Получаем следующие зависимости:
Рисунок 7 - Графики зависимости АЧХ и ФЧХ от
температуры
1.3 Построение графиков зависимостей
Ku=f(to) и Δf=f(to)
исследуемой схемы
Используя значение функции «Width» свойства
«Перейти к Performance», для каждого значения температуры определяем
коэффициент усиления и полосу пропускания. Результаты расчетов сведены в таблицу
1. Графики приведены на рисунках 8 и 9.
Таблица 1 - Значение зависимостей Ku=f(to) и Δf=f(to)
tº
C
|
Кус,
дБ
|
Δf,
кГц
|
50
|
33,567
|
298,106
|
45
|
33,368
|
300,058
|
40
|
33,120
|
302,009
|
35
|
32,815
|
303,890
|
30
|
32,443
|
305,600
|
25
|
31,989
|
307,084
|
20
|
31,434
|
308,098
|
15
|
30,749
|
308,286
|
10
|
29,887
|
307,059
|
5
|
28,770
|
302,873
|
0
|
27,237
|
293,128
|
24,970
|
273,488
|
-10
|
21,477
|
244,802
|
-15
|
17,070
|
225,210
|
-20
|
13,036
|
225,378
|
-25
|
8,588
|
232,541
|
-30
|
2,895
|
277,712
|
-35
|
-4,249
|
252143
|
-40
|
-12,688
|
276,569
|
-45
|
-22,109
|
505,950
|
-50
|
-26,700
|
815,091
|
Рисунок 8 - Зависимость Ku=f(to)
Рисунок 9 - Зависимость Δf=f(to)
2. Анализ схемы во временной области
.1 Временные характеристики на входе
и выходе схемы
Для построения временных характеристик
воспользуемся Анализом переходных процессов (Transient)
Рисунок 10 - Окно задания параметров анализа
переходных процессов
Временные характеристики имеют следующий вид:
Рисунок 11 - Временные характеристики на входе и
выходе схемы
2.2 Временные характеристики на
входе и выходе схемы в зависимости от температуры (-50оС…50оС, шаг 5оС)
Рисунок 12 - Окно задания параметров анализа
переходных процессов в зависимости от температуры
Рисунок 13 - Временные характеристики на входе и
выходе схемы при изменении температуры
2.3 Семейство временных
характеристик на входе и выходе схемы в зависимости от амплитуды источника
сигнала
Для построения семейства временных характеристик
на входе и выходе схемы в зависимости от изменения амплитуды источника сигнала,
изменим амплитуду сигнала вырабатываемого генератором V1.
Изменение амплитуды вырабатываемого сигнала
задается в окне Stepping окна задания параметров Transient.
Рисунок 14 - Семейство временных характеристик
на входе и выходе схемы
2.4 График зависимости Uвых=f(Uвх)
Рисунок 15 - График зависимости напряжения
выхода от входа
3. Анализ переходных процессов
.1 Реакция схемы на единичный скачок
(функция Хэвисайда)
Для анализа переходных процессов изменим тип
входного генератора V1 с «Sine Sourse» на «Pulse Sourse».
Рисунок 16 - Параметры импульсного генератора
сигнала
График реакции схемы:
Рисунок 17 - Реакция схемы на единичный скачек
(функция Хэвисайда)
3.2 Реакция схемы на δ-функцию
Исходные данные для построения реакции схемы на δ-функцию:
Рисунок 18 - Параметры импульсного генератора
сигнала
График реакции схемы:
Рисунок 19 - Реакция схемы на δ-функцию
3.3 16-битовое аналогово-цифровое
преобразование (АЦП)
амплитудный схема скачок
шестнадцатибитовый
Рисунок 20 - Аналоговый сигнал и его цифровое
преобразование
Заключение
В данной курсовой работе был рассмотрен
транзисторный усилитель с помощью компьютерной программы МС9. Были проведены
ряд анализов:
Построены АЧХ и ФЧХ схемы.
Определены максимальный коэффициент усиления
20,76 дБ (KU), полоса пропускания 208,68 ГГц (Δf) и
средняя частота 104,34 ГГц (fср).
Построены АЧХ и ФЧХ схемы в зависимости от
температуры (-500C…500C, шаг 50C).
Построены графики зависимости KU=f(t0) и Δf=f(t0)
При проведении анализа схемы во временной
области были построены временные характеристики на входе и на выходе схемы;
построены временные характеристики на входе и на выходе схемы в зависимости от
температуры (-500C…500C, шаг 50C),а так же семейство временных характеристик на
входе и на выходе схемы в зависимости от изменения амплитуды источника сигнала
и график зависимости UВЫХ=f(UВХ).
При анализе цифровой части были проведены
анализы схемы на:
единичный скачок (функцию Хэвисайда);
- δ-функцию.
Проведено 16-битное аналого-цифровое
преобразование выходного сигнала схемы.
Список используемой литературы
1.
Амелина М.А. «Программа схемотехнического моделирования MicroCap».
.
Разевич В.Д. «Система схемотехнического моделирования MicroCap».