Начало анализа частотных характеристик

Перед выполнением анализа рекомендуется включить отображение номеров узлов на схеме, выполнив команду Node Numbers из подменю View

меню Options, или щелкнуть мышью по пиктограмме (кнопке) в строке инструментов. Отображение номеров узлов облегчает ссылки на узлы при составлении задания на моделирование.

Перед началом анализа к входу схемы должен быть подключен хотя бы один источник переменного сигнала. Частотные характеристики схемы вычисляются в зависимости от частоты этого источника. В качестве такого источника могут использоваться источники из подменю Waveform Sources раздела Analog Primitives меню Component:

Sine Source - источник синусоидального сигнала,

Pulse Source - источник импульсного сигнала,

User - источник сигнала, форма которого задается пользователем,

V - независимый источник напряжения, I - независимый источник тока. Описания некоторых аналоговых источников рассмотрены в приложении В.

При расчете частотных характеристик амплитуда сигнала источника (кроме источников V и I) равна 1 Вольт, начальная фаза равна нулю (независимо от значений параметров модели сигнала), а частота сигнала меняется в пределах, задаваемых в поле Frequency Range окна AC Analysis Limits. Для источников напряжения V и тока I амплитуда и начальная фаза задаются при описании модели источника.

Внимание! Если имеется несколько источников переменного сигнала, то частотные характеристики вычисляются при одновременном изменении частот сигналов этих источников.

Дляначала анализа частотных характеристик выполняют команду АС Analysis из меню Analysis или нажимают клавишу Alt 2. При этом система проверяет правильность составления схемы. Если отсутствуют ошибки в схеме, то составляется ее топологическое описание, выполняется подготовка к численному решению системы линейных алгебраических уравнении и открывается окно задания параметров моделирования AC Analysis Limits.

Пример окна AC Analysis Limits для версии 5 системы MicroCAP приведен на рис.3. В последующих версиях элементы этого окна остались практически неизменными.

 

Рис.3

Рассмотрим основные правила задания параметров моделирования в окне AC Analysis Limits (рис.З).

Задание диапазонов изменения параметров

 

Производится в полях Frequency Range, Number of Points, Temperature, Maximum Change, %, Noise Input, Noise Output в верхней левой части окна (рис.З). Рассмотрим назначение этих полей.

Frequency Range — задает конечную Fmax и начальную Fmin частоту расчета частотных характеристик, где Fmax ≥ Fmin. Значения вводятся через запятую в виде Fmax, Fmin, причем сначала задается значение Fmax. Отрицательные значения частоты не допускаются. Если значение Fmin не указано, то моделирование не производится.

Частоту рекомендуется задавать в герцах с использованием суффиксов, определяющих различные степени 10: к - "кило", meg - "мега", g - "гига" и т.п.

При этом размерность (Герц) указывать не обязательно. Например, на рис.З задается частотный интервал от 1 до 100 мегагерц. Правила записи чисел рассмотрены в приложении D части 1 данного пособия.

Number of Points - задает количество точек (значений) частоты, для которых производится расчет частотных характеристик. Минимальное значение параметра Number of Points равно 5.

Величина Number of Points (Nf) принимается во внимание, если установлено значение Fixed Linear (Linear) или Fixed Log (Log) параметра Frequency Step (рис.З). Если установлено значение Fixed Linear(Linear), то выбирается линейный шаг приращения частоты, равный (Fmax-Fmin) / (Nf- 1). Если установлено значение Fixed Log (Log), то выбирается логарифмический шаг приращения частоты, причем отношение частот соседних точек равно (Fmax/Fmin) ^1/(Nf-1).

Если установлено значение Auto опции Frequency Step (как на рис.З), то величина Nf игнорируется. В этом случае шаг между точками по частоте определяется величиной Maximum Change.

Замечание. В отличие от случая анализа переходных процессов, величина Number of Points определяет не только количество значений (точек) функции, выводимых в табличный файл, но и общее количество рассчитываемых значений функции, выводимых на графики.

Temperature - задает диапазон изменения температуры (см. п. 1.2).

Maximum Change, % - задает максимально допустимое приращение графика первой функции между соседними точками (в процентах). Принимается во внимание только при установке значения Auto опции Frequency Step. Если график функции изменяется быстрее, чем задано с помощью параметра Maximum Change, то шаг приращения частоты автоматически уменьшается.

Noise Input - задает имя источника сигнала, подключенного ко входу схемы при расчете шумов анализируемого устройства. Имя источника определяет вход, к которому пересчитываются шумы при анализе спектральной плотности шумов с помощью переменной INOISE. Если в качестве источника сигнала выбирается источник напряжения, то на вход пересчитывается спектральная плотность шумов напряжения, а если источник тока, то рассчитывается спектральная плотность шумов тока.

Noise Output - задает номера выходных узлов цепи, в которых вычисляется спектральная плотность напряжения шума при расчете шумов схемы. Формат записи имеет вид: Узел 1, Узел 2. Если Узел 2 не указан, то вычисляется спектральная плотность в узле Узел 2 относительно общего провода (земли).

Если расчет шумов не производится, то содержание полей Noise Input и Noise Output можно оставить такими, как предлагается системой по умолчанию.

 

Задание моделируемых частотных характеристик и формы представления результатов моделирования

Задание моделируемых характеристик

 

Результаты моделирования частотных характеристик отражаются в виде графиков в окне Analysis, а также могут быть занесены в таблицу, которая при необходимости сохраняется в файле.

Задание рассчитываемых зависимостей производится в таблице вывода нижней части окна AC Analysis Limits (рис.З). Эта таблица аналогична таблице вывода в окне Transient Analysis Limits (рис.1, п. 1.3). Поэтому ограничимся рассмотрением особенностей ввода значений в поля X Expression и Y Expression этой таблицы.

X Expression - задает имя переменной, откладываемой по оси X. Обычно при расчете частотных характеристик по оси X откладывается частота F. При расчете импульсной характеристики с помощью обратного преобразования Фурье по оси X откладывается время Т. Возможны и другие переменные.

Y Expression - задает выражение для характеристики, откладываемой по оси Y, например, V(l) - модуль (амплитуда) напряжения в узле 1,

Re(v(l)) - действительная часть напряжения в узле 1,

Im(v(l)) - мнимая часть напряжения в узле 1,

ph(v(l)) - фаза напряжения в узле 1 (в градусах),

db(v(l)) - модуль напряжения в узле 1 (в децибелах),

INOISE и ONOISE - корень квадратный из спектральной плотности на­пряжения шума, приведенного ко входу и выходу,

Можно рассматривать ток I и другие величины, а также различные алгебраиче­ские выражения (см. приложения E,F части 1 пособия).

Замечание. В отличие от анализа переходных процессов, здесь под напряжением V и током I понимаются не их зависимость от времени, а комплексная величина (амплитуда).

Для построения амплитудно-частотной (АЧХ) и фазо-частотной характеристик (ФЧХ) следует в полеX Expression указать частоту F, а в поле Y Expression ввести:

V(N) или I(N) - для построения АЧХ по напряжению или току,

db(V(N)) или db(I(N)) - для построения АЧХ в децибелах,

ph(V(N)) или ph(I(N)) - для построения ФЧХ в градусах.

Здесь N - номер или имя выходного узла схемы. Входом схемы считаются узлы, к которым подключен источник переменного сигнала, как описано в п.2.1. Отметим, что величина Y в децибелах определяется как 20 lg Y.

 

Задание формы представления результатов моделирования

 

Осуществляется с помощью кнопок, расположенных слева от таблицы вывода. Назначения кнопок рассмотрены в п. 1.4. Таблицы результатов моделирования при нажатой кнопке (Numeric Output) сохраняются в файле с расширением.ANO.

Начиная с версии 7, слева от таблицы вывода появляется еще одна кнопка, которая принимает одно из следующих изображений:

 

(Rectangular) - вывод графика моделируемой характеристики в прямоугольной (декартовой) системе координат,

(Polar) - вывод графика в угловой (полярной) системе координат,

(Smith chart plot) - вывод графика на круговой диаграмме Смита.

 

Задание опций управления моделированием

 

Опции в окне AC Analysis Limits управляют процессом выполнения моделирования. Рассмотрим назначение этих опций.

Run Options - управление сохранением результатов моделирования. В поле опции следует выбрать один из вариантов:

- Normal - результаты моделирования не сохраняются;

- Save - сохранение результатов в виде таблицы в файле с именем схемы и расширением.ASA:

- Retrieve - моделирование не производится, результаты считываются из файла с именем схемы и расширением.ASA. при этом производится построе­ние графиков и вывод результатов в таблицу как после обычного расчета.

При отладке схем и выполнении пробных расчетов рекомендуется устанавливатъ значение Normal опции Run Option, принятое по умолчанию.

Frequency Step - выбор шага изменения частоты. Следует выбрать один из вариантов:

- Auto - автоматический выбор шага на основе контроля приращения функции первого графика с учетом значения Maximum Change (п.2.2);

- Fixed Linear (Linear) - расчет с постоянным линейным шагом, который выбирается в соответствии со значением Number OfPoints (п.2.2):

- Fixed Log (Log) - расчет с постоянным шагом на логарифмической шкале, который выбирается по значению Number OfPoints (п.2.2):

Остальные опции (Auto Scale Ranges, State Variables, Operating Point и др.) рассмотрены в п. 1.5.

Замечание. При включении опции Auto Scale Ranges и выборе значения Auto опции Frequency Step графики строятся грубо, с очень большим шагом. Поэтому рекомендуется устанавливать значения Fixed Linear или Fixed Log опции Frequency Step, выбирая шаг по частоте с помощью параметра Number of Points (п. 2.2).