Часть 2. Исследование простейших схем в программе micro-cap 35 


Мы поможем в написании ваших работ!



ЗНАЕТЕ ЛИ ВЫ?

Часть 2. Исследование простейших схем в программе micro-cap 35



ЧАСТЬ 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЕЙШИХ СХЕМ В ПРОГРАММЕ MICRO-CAP 35

Часть 2.1. Исследование параметров транзисторов и параметров мостовой схемы................................................................................................................35

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.1. Измерение параметров биполярных транзисторов 35

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.2. Исследование пeредаточных характеристик двойного Т-образного моста. 38

Контрольные вопросы к части 2.1. 43

Часть 2.2. Исследование характеристик аналоговых устройств. 44

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.1. Исследование основных схем включения операционных усилителей. 44

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.2. Исследование характеристик генератора с мостом Вина 47

Контрольные к части 2.2 лабораторного практикума. 49

 

ЧАСТЬ 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ... 50

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.1. Синтез комбинационных узлов с использованием базовых логических элементов. 52

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.2. «Исследование асинхронных двоичных счетчиков».. 54

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.3. «Исследование двоично-десятичных счетчиков» 60

Контрольные вопросы к части 3 лабораторного практикума.. 64

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..... 65

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Изучение схемотехнического моделирования электронных устройств рекомендуется начинать с освоения одной из программ семейства Micro-Cap (Microcomputer Circuit Analysis Program) фирмы Spectrum Software (http://www.spectrum-soft.com).

Первый вариант Micro-Cap Circuit Designer and Simulator фирма Spectrum Software выпустила в 1981г. Он быстро завоевал популярность, так как не предъявлял высоких требований к техническим характеристикам компьютеров. Впервые был реализован текстовый редактор описания простых линейных цепей и программа их моделирования. За период с 1982 по 1999 год фирма разработала 6 версий программного комплекса Micro-Cap, которые позволили разработчикам радиоэлектронной аппаратуры выполнять моделирование аналоговых, цифровых и аналого-цифровых электронных устройств, производить построение графиков. Система позволяла производить анализ нелинейных схем по постоянному току, анализ переходных процессов, многовариантный анализ при вариации параметров, статистический анализ по методу Монте-Карло, был введен также режим анимации при анализе цифровых устройств.

В сентябре 2001г. Spectrum Software закончила работу над созданием программу схемотехнического моделирования электронных цепей Micro-Cap 7.

Приведем некоторые особенности данной версии пакета:

· введена параметрическая оптимизация во всех основных видах анализа;

· исправлен ряд ошибок, имевшихся в версии 6, в частности, исправлена основная модель операционного усилителя LEVEL 3, ис­правлены ошибки синтеза фильтров и др.;

· введены S-параметры линейных 4-полюсников и круговые диаграммы (диаграммы Смита) для моделирования высокочастотных устройств;

· в файл схем включена вся информация, необходимая для переноса моделируемого проекта на другой персональный компьютер;

· обеспечено размещение файлов схем и библиотек математических моделей компонентов в разные каталоги;

· введен редактор воздействий Stimulus Editor;

· усовершенствован редактор компонентов Component Editor;

· в схемотехническом редакторе введен откат назад и вперед на один или несколько шагов;

· предусмотрено составление списков соединений схемы в форматах программ Cadence OrCAD, PADS, Protel, P-CAD и других для разработки печатных плат;

· имеется встроенная помощь и возможность задания функциональных зави­симостей параметров схемы (как функций времени, токов ветвей и узловых потенциалов);

· обеспечена возможность поведенческого моделирования аналоговых и цифровых ком­понентов, возможность описания цифровых компонентов с помо­щью логических выражений;

· макромодели компонентов могут быть представлены в виде принципиальных электрических схем или в текстовом виде;

· графики результатов выводятся в процессе моделирования или после его окончания по выбору пользователя, имеются сер­висные возможности обработки графиков;

· имеется специальная программа MODEL для расчета пара­метров математических моделей аналоговых компонентов по справочным или экспериментальным данным;

· имеется электронная документация и контекстно-ориентированные средства помощи.

В июле 2004 года выпущена версия пакета Micro-Cap 8, а в январе 2007 года программа Micro-Cap 9.

Содержание отчета

1. Цель работы;

2. Схема устройства и графики;

3. Результаты измерения.

4. Выводы.


Рис. 9

Рис. 9

Рис. 9

Рис. 9. Анализ частотных характеристик двойного

Т-образного моста.

 

Значение некоторых полей этого окна:

¾ Кнопка Run (Запустить) – начало моделирования.

¾ Frequency Range (Диапазон частот) – конечная и начальная частота по формату Fmax, Fmin.

¾ Графа P – номер графического окна, в котором выводится функция. Если ничего не задано, то график не строится.

¾ X Expression (Выражение по оси ОХ) – имя переменной, откладываемой по оси X. В нашем случае, это частота (F).

¾ Y Expression (Выражение по оси ОY) – имя переменной, откладываемой по оси Y. v(Out) – напряжение в точке Out, ph(v(Out)) – сдвиг фазы напряжения относительно начальной в точке Out, db(v(Out)) – коэффициент усиления в Дб в точке (Out).

¾ X Range (Масштаб по оси ОХ) – максимальное и минимальное значения переменной X по формату High, Low. Если минимальное значение равно нулю, его можно не указывать. Для автоматического выбора диапазона переменных в этой графе указывается Auto. Необходимо помнить, что ось X – логарифмическая.

¾ Y Range (Масштаб по оси OY) – максимальное и минимальное значения переменной Y на графике. Если минимальное значение равно нулю, его можно не указывать. Для автоматического выбора диапазона переменных в этой графе указывается Auto.

После построения графиков с помощью клавиш можно вывести на экран разность значений по X, разность значений по Y между двумя точками, и значение в конкретной точке.

Анализ переходных процессов. Для анализа переходных характеристик надо выбрать пункт меню Analysis/Transient. Появится окно (Рис. 10):

 

Рис. 10. Окно анализа переходных процессов.

 

Значение некоторых полей этого окна:

¾ Кнопка Run – начало моделирования.

¾ Time Range – временной промежуток в котором будет строиться переходный процесс по формату Fmax, Fmin.

¾ Maximum Time Step – максимальный шаг построения в секундах.

¾ Графа P – номер графического окна, в котором выводится функция. Если ничего не задано, то график не строится.

¾ X Expression – имя переменной, откладываемой по оси X. В нашем случае, это время (T).

¾ Y Expression – имя переменной, откладываемой по оси Y. V(Out) – напряжение в точке Out.

В данном окне (Рис. 10) можно также рассчитать спектр сигнала с помощью преобразования Фурье. Для этого надо в графическом окне ввести строку:

¾ X Expression: имя переменной - частота (F),

¾ Y Expression: имя переменной - FFT(Out).

¾ X Range – максимальное и минимальное значения переменной X по формату High, Low. Если минимальное значение равно нулю, его можно не указывать. Для автоматического выбора диапазона переменных в этой графе указывается Auto.

¾ Y Range – максимальное и минимальное значения переменной Y на графике. Если минимальное значение равно нулю, его можно не указывать. Для автоматического выбора диапазона переменных в этой графе указывается Auto.

После построения графиков с помощью клавиш можно вывести на экран разность значений по X, разность значений по Y между двумя точками, и значение в конкретной точке.

 

Результаты построения частотных характеристик и переходных процессов. Результаты анализы схемы представлены на Рис. 11, Рис.12, Рис. 13.

Амплитудно-частотная характеристика построена в промежутке от 1кГц до 10кГц в логарифмической шкале. На рабочей частоте фильтра 2,21 кГц и 4,421кГц просмотрены значения, указанные на графиках.

Фазо-частотная характеристика построена в промежутке от 1кГц до 10кГц по логарифмической шкале. По фазо-частотной характеристике можно судить о частоте, на которой сигнал не проходит. На частотах 2,21 кГц и 4,421кГц просмотрены участки заграждения.

 

Рис. 11. Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристика

Задание к лабораторной работе.

1.Произвести расчет параметров схемы RC-генератора с мостом Вина для частоты генерации заданной преподавателем. Создать схему генератора. Пример построения схемы приведен на Рис. 19.

Рис. 19. Схема генератора с мостом Вина.

 

2.В режиме анализа переходных процессов (Transient analysis) исследовать процесс самовозбуждения генератора при различных значениях коэффициента усиления и провести спектральный анализ выходного напряжения. Примеры результатов моделирования приведены на Рис. 20 и Рис. 21.

Рис. 20. Установки анализа переходных процессов.

 

Рис. 21. Результат частотного анализа.

3. Исследовав влияние коэффициента усиления на форму и гармонический состав колебаний, сделать соответствующие выводы.

Содержание отчета:

1. Цель работы;

2. Схема устройства и графики;

3. Окно задания параметров моделирования;

4. Результаты измерения амплитуды первой гармоники выходного напряжения при различных значениях коэффициентов усиления;

5. График зависимости амплитуды первой гармоники выходного напряжения при различных значениях коэффициентов усиления;

6. Вывод.


Контрольные к части 2.2 лабораторного практикума:

 

1. Характеристика модели резистора. Параметры модели.

2. Характеристика модели конденсатора. Параметры модели.

3. Характеристика модели катушки индуктивности. Параметры модели.

4. Характеристика модели биполярного транзистора. Параметры модели.

5. Характеристика модели трансформатора. Способы создания модели трансформатора.

 


Задание к лабораторной работе

а) исследование счетчика с последовательным переносом

В среде системы схемотехнического моделирования МС9 создать на базе интегральных схем (ИС) триггеров схему 4-разрядного асинхронного счетчика с последовательным переносом. Типы триггеров задаются преподавателем. Схема счетчика показана на Рис. 24.

Рис. 24. Схема счетчика с последовательным переносом

 

Чтобы выбрать генератор, дайте команду: Компоненты-Digital Primitives-Stimulus Generators-Stim1

Сигналы генераторов задаются в окне задания параметров команды Source: Local text area (далее расположение на компьютере):

+ + A1 S B1 //начальный сигнал

+ label= BYNS //задание метки

+ + A2 S B2

+ + A3 S B3

+ + A4 S goto end C times //возврат к метке

 

A1 ,A2 ,A3,A4 – продолжительность сигнала (S - секунды, NS – наносекунды и т. п.);

 

B1 , B2 , B3 – величина сигнала;

 

BYNS – произвольная метка.

 

С – количество повторений цикла.

 

 

Параметры генератора:

U1

.define _1MHzClk

+0ns 0

+label=start

+200n 1

+250n 0

+450n goto start -1 times

 

U4

.define B

+0NS 0

+50NS 0

+100NS 1

 

2. Выполнить моделирование схемы в режиме Analysis/Transient analysis. В окне «Transient analysis limits» задать выводимые временные диаграммы и пределы изменения величин по амплитуде сигналов и времени. Для запуска расчета нажать RUN (Запустить).

На Рис. 25 в качестве примера приведен результат моделирования для вышеприведенной схемы.

3. По временным диаграммам определить время установления счетчика tуст. Для этого выделить фрагмент диаграммы, и увеличить его. Данный фрагмент показан на Рис. 25. На данном рисунке хорошо видно накопление задержки при прохождении сигнала в счетчике от младшего разряда к старшему. Для определения tуст воспользуйтесь режимом курсорных измерений.

б) исследование счетчика с параллельным переносом.

На базе серии микросхем, указанной преподавателем, создать схему 4-разрядного асинхронного счетчика с параллельным переносом.

На Рис. 26 приведен пример построения счетчика с использованием ИС JK-триггеров типа K155TV1.

Параметры генератора:

 

для U1
.define _1MHzClk
+0ns 0
+label=start
+200n 1
+250n 0
+450n goto start -1 times

для U2
.define B
+0NS 0
+50NS 0
+100NS 1

 

Далее выполнить п.п.2 и 3 аналогично первому заданию.


Содержание отчета:

 

1. Цель работы;

2. Схемы, окно установки параметров генератора и временные диаграммы;

3. Результаты измерения времени установления счетчиков;

4. Выводы по проделанной работе.


Рис. 25. Временные диаграммы работы счетчика

с последовательным переносом

 


 

Рис. 26. Счетчик с параллельным переносом

 


ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.3. “Исследование двоично-десятичных счетчиков”

Цель работы: Изучение принципов построения и функционирования двоично-десятичных счетчиков.

Лабораторная работа предназначена для изучения способов построения счетчиков с произвольным модулем счета на примере реализации двоично-десятичных счетчиков.

 

Данная лабораторная работа предназначена для организации самостоятельной работы студентов. Параметры генераторов и установки анализа переходных процессов выбрать самостоятельно.

Задание к лабораторной работе

а) Двоично-десятичный счетчик на базе ИС K155ИE4

В данном задании исследуется способ построения двоично-десятичного счетчика с принудительным сбросом.

1. Создать схему двоично-десятичного счетчика на базе ИС K155ИE4.

2. Выполнить моделирование работы счетчика и построить временные диаграммы. Пример построения схемы и результаты моделирования показаны на Рис. 27.

3. Убедиться в правильности функционирования счетчика. В случае неправильной работы откорректировать схему.

б) Исследование двоично-десятичного реверсивного счетчика.

В данном задании исследуется способ построения реверсивного двоично-десятичного счетчика с принудительным насчетом. Для построения счетчика используется ИС двоичного реверсивного счетчика K155IE7, имеющего входы предустановки.

1. Создать схему двоично-десятичного реверсивного счетчика на основе ИС K155IE7.

2. Выполнить моделирование работы счетчика и построить временные диаграммы. Пример построения схемы и временные диаграммы показаны на Рис. 28.

3. Убедиться в правильности функционирования счетчика. В случае неправильной работы откорректировать схему.

 


Рис. 27. Двоично-десятичный счетчик. Результаты моделирования.

 


Рис. 28. Схема двоично-десятичного реверсивного счетчика

Содержание отчета:

1. Цель работы;

2. Схема устройства и графики;

3. Анализ результатов;

4. Выводы.

 

 


Контрольные вопросы к части 3 лабораторного практикума:

 

1. Задание и использование ключей при моделировании в программе Micro-CAP.

2. Задание и использование параметров цифровых генераторов.

3. Типы и параметры генераторов, используемых для цифровых устройств.

4. Просмотр и обработка результатов моделирования. Использование режима Probe.

5. Основные принципы выполнения различных видов анализа в программе Micro-CAP.

а) Transient (Alt+1) — расчет переходных процессов;

б) AC (Alt+2) — расчет частотных характеристик;

в) DC (Alt+3) — расчет передаточных функций по постоянному току (при вариации постоянной составляющей одного или двух источников сигналов, вариации температуры или параметров моделей компонентов);

г) Dynamic DC (Alt+4) — расчет режима по постоянному току и динамическое отображение на схеме узловых потенциалов, токов ветвей и рассеиваемой мощности;

д) Transfer Function (Alt+5) — расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току;

е) Sensitivity (Alt+6) — расчет чувствительностей режима по постоянному току.


 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

 

1. Разевиг В. Д. Схемотехническое моделирование с помощью MICRO-CAP 7. – М.: Горячая линия-Телеком, 2003. – 368с.

2. Кардашев Г.А. Цифровая электроника нам персональном компьютере. Electronics Work bench и Micro-Cap. – М.: Горячая линия-Телеком, 2003. – 311с.

3. Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования MICRO-CAP V. – М.: СОЛОН, 1997. – 373с.

4. Скаржепа В.А., Луценко А.Н. Электроника и микросхемотехника / Под общ. ред. А.А.Краснопрошиной. К.: Выща шк., 1989. – Ч.1. – 432 с.

5. Гусев В.Г., Гусев Ю.М. Электроника. – М.: Высш. шк., 1991.–622 с.

6. http://www.spectrum-soft.com

7. http://padabum.com/d.php?id=292

8. http://bookfi.org/book/315082


 

Учебное издание

 

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине

 

Копысов Андрей Николаевич

Зайцева Елена Михайловна

В редакции составителя

 

Приборостроительный факультет

ИжГТУ имени М.Т. Калашникова

426069, Ижевск, Студенческая, 7

 

ЧАСТЬ 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЕЙШИХ СХЕМ В ПРОГРАММЕ MICRO-CAP 35

Часть 2.1. Исследование параметров транзисторов и параметров мостовой схемы................................................................................................................35

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.1. Измерение параметров биполярных транзисторов 35

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1.2. Исследование пeредаточных характеристик двойного Т-образного моста. 38

Контрольные вопросы к части 2.1. 43

Часть 2.2. Исследование характеристик аналоговых устройств. 44

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2.1. Исследование основных схем включения операционных усилителей. 44

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2.2. Исследование характеристик генератора с мостом Вина 47

Контрольные к части 2.2 лабораторного практикума. 49

 

ЧАСТЬ 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЦИФРОВЫХ УСТРОЙСТВ... 50

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.1. Синтез комбинационных узлов с использованием базовых логических элементов. 52

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.2. «Исследование асинхронных двоичных счетчиков».. 54

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3.3. «Исследование двоично-десятичных счетчиков» 60

Контрольные вопросы к части 3 лабораторного практикума.. 64

 

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..... 65

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Изучение схемотехнического моделирования электронных устройств рекомендуется начинать с освоения одной из программ семейства Micro-Cap (Microcomputer Circuit Analysis Program) фирмы Spectrum Software (http://www.spectrum-soft.com).

Первый вариант Micro-Cap Circuit Designer and Simulator фирма Spectrum Software выпустила в 1981г. Он быстро завоевал популярность, так как не предъявлял высоких требований к техническим характеристикам компьютеров. Впервые был реализован текстовый редактор описания простых линейных цепей и программа их моделирования. За период с 1982 по 1999 год фирма разработала 6 версий программного комплекса Micro-Cap, которые позволили разработчикам радиоэлектронной аппаратуры выполнять моделирование аналоговых, цифровых и аналого-цифровых электронных устройств, производить построение графиков. Система позволяла производить анализ нелинейных схем по постоянному току, анализ переходных процессов, многовариантный анализ при вариации параметров, статистический анализ по методу Монте-Карло, был введен также режим анимации при анализе цифровых устройств.

В сентябре 2001г. Spectrum Software закончила работу над созданием программу схемотехнического моделирования электронных цепей Micro-Cap 7.

Приведем некоторые особенности данной версии пакета:

· введена параметрическая оптимизация во всех основных видах анализа;

· исправлен ряд ошибок, имевшихся в версии 6, в частности, исправлена основная модель операционного усилителя LEVEL 3, ис­правлены ошибки синтеза фильтров и др.;

· введены S-параметры линейных 4-полюсников и круговые диаграммы (диаграммы Смита) для моделирования высокочастотных устройств;

· в файл схем включена вся информация, необходимая для переноса моделируемого проекта на другой персональный компьютер;

· обеспечено размещение файлов схем и библиотек математических моделей компонентов в разные каталоги;

· введен редактор воздействий Stimulus Editor;

· усовершенствован редактор компонентов Component Editor;

· в схемотехническом редакторе введен откат назад и вперед на один или несколько шагов;

· предусмотрено составление списков соединений схемы в форматах программ Cadence OrCAD, PADS, Protel, P-CAD и других для разработки печатных плат;

· имеется встроенная помощь и возможность задания функциональных зави­симостей параметров схемы (как функций времени, токов ветвей и узловых потенциалов);

· обеспечена возможность поведенческого моделирования аналоговых и цифровых ком­понентов, возможность описания цифровых компонентов с помо­щью логических выражений;

· макромодели компонентов могут быть представлены в виде принципиальных электрических схем или в текстовом виде;

· графики результатов выводятся в процессе моделирования или после его окончания по выбору пользователя, имеются сер­висные возможности обработки графиков;

· имеется специальная программа MODEL для расчета пара­метров математических моделей аналоговых компонентов по справочным или экспериментальным данным;

· имеется электронная документация и контекстно-ориентированные средства помощи.

В июле 2004 года выпущена версия пакета Micro-Cap 8, а в январе 2007 года программа Micro-Cap 9.



Поделиться:


Последнее изменение этой страницы: 2017-02-05; просмотров: 1572; Нарушение авторского права страницы; Мы поможем в написании вашей работы!

infopedia.su Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав. Обратная связь - 44.204.217.37 (0.146 с.)