Logo GenDocs.ru

Поиск по сайту:  


Загрузка...

Лекции по пакетам прикладных программ - файл Лекция_04.doc


Загрузка...
Лекции по пакетам прикладных программ
скачать (2912.6 kb.)

Доступные файлы (6):

Лекция_01.doc291kb.16.01.2010 13:33скачать
Лекция_02.doc1288kb.16.01.2010 14:30скачать
Лекция_03.doc658kb.16.01.2010 21:21скачать
Лекция_04.doc715kb.17.01.2010 11:29скачать
Лекция_05.doc241kb.17.01.2010 21:26скачать
Лекция_06.doc994kb.18.01.2010 11:39скачать

Лекция_04.doc

Реклама MarketGid:
Загрузка...
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ГРАЖДАНСКОЙ АВИАЦИИ


ИРКУТСКИЙ ФИЛИАЛ


КАФЕДРА РЭО


ЛЕКЦИЯ № 4


по дисциплине

Проблемно-ориентированные пакеты

прикладных программ в РЭО


для студентов специальности 160905


РАЗДЕЛ 4. Программы моделирования процессов в радиотехнических системах


Иркутск, 2010 г.


Иркутский филиал МГТУ ГА


кафедра_________________РЭО_____________________________________

(наименование кафедры)


УТВЕРЖДАЮ

Заведующий кафедрой


____________________________

(уч. степень, уч. звание, подпись, фамилия)

__ ____ 2010 г.


Лекция № 4


По дисциплине

^ Проблемно-ориентированные пакеты

прикладных программ в РЭО


РАЗДЕЛ 4. Программы моделирования процессов в радиотехнических системах

СОДЕРЖАНИЕ


  1. Программы моделирования процессов в радиотехнических системах: MultiSim, MicroCap, CircuitMaker, PSpice и др.

  2. Работа с программой MicroCap. Основные функции, команды, библиотечные данные.

  3. Работа с программой MultiSim (Electronic Workbench).



ЛИТЕРАТУРА


1. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap 6. – В. Д. Разевиг – М.: Горячая линия - Телеком, 2002, стр. 6-12, 15-82, 129-164.

2. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronic Workbench и ее применение. – В. И. Карлащук – М.: Солон-Р, 2001, стр. 7-83.


^ НАГЛЯДНЫЕ ПОСОБИЯ, ПРИЛОЖЕНИЯ, ТСО

1. ПО PowerPoint, проектор мультимедиа, ПЭВМ


Обсуждено на заседании кафедры

«___» ____ ___ 200 г., протокол №__

1. Программы моделирования процессов в радиотехнических системах: MultiSim, MicroCap, CircuitMaker, PSpice и др.

В настоящее время при разработке новой техники компьютерное моделирование играет все более определяющую роль. Моделирование устройства на уровне функциональных и принципиальных схем, автоматизированное проектирование конструкции устройства вместе с постоянным ростом быстродействия персональных компьютеров, которое ежегодно удваивается, позволяют сократить сроки проектирования и затраты на выполнение натурных экспериментов.

Модели радиоэлектронных устройств можно разделить на три основных уровня:

– полевые модели, построенные на основе моделирования электромагнитного поля устройства, такие модели наиболее точные, но и наиболее сложные и трудоемкие;

– схемные модели, построенные на основе эквивалентных схем замещения разрабатываемых устройств, уровень адекватности таких моделей может быть повышен за счет определения параметров элементов этих моделей на основе полевых расчетов;

– макромодели, представляющие собой функциональные операторы, которые устанавливают связь между входными и выходными переменными отдельного функционального узла, часто называемого «черным ящиком», эти модели наиболее экономичные и их удобно применять при разработке сложных устройств.

В состав современных систем автоматизированного проектирования, как правило, включают программные комплексы, позволяющие выполнять полевые расчеты, наиболее мощными из таких комплексов являются Ansis, Maksvell, Profi. Однако эти пакеты полевого анализа достаточно дорогостоящие, поэтому с экономической точки зрения в ряде случаях выгоднее разработать собственные менее универсальные программы для расчета электромагнитных полей в конкретных устройствах. Для расчета стационарного магнитного поля наиболее распространенной является бесплатная программа FEMM.

Анализ переходных процессов, установившихся режимов, частотных характеристик и анализ по постоянному току при моделировании радиотехнических устройств являются наиболее важными. При этом в основном используются схемные модели, поэтому пакеты схемотехнического моделирования при проектировании радиоэлектронных устройств применяются чаще всего. Наиболее популярными программами для моделирования электронных схем являются PSpice, DesignLab, MicroCap, Electronic Workbench.

Большинство всех программ схемотехнического анализа создано на основе программы PSpice, поэтому в качестве математических моделей компонентов в этих программах используются модели, разработанные для PSpice, кроме того, почти каждая из программ схемотехнического моделирования предусматривает возможность ввода электронных схем и заданий на проведение моделирования в формате PSpice, то есть в виде текстовых файлов.

Система схемотехнического моделирования OrCAD (версии 9.0 и выше) объединила под управлением одной интегрированной оболочки пакет PSpice A/D, предназначенный для моделирования аналоговых и аналогово-цифровых схем, а также пакеты для графического редактирования схем – OrCAD Capture, параметрической оптимизации – OrCAD PSpice Optimizer, редактирования и автотрассировки печатных плат – OrCAD Layout. Такой подход позволяет объединить в одной системе проектирования этапы разработки устройства от уровня принципиальных схем до конструктивного решения.

Для моделирования радиоэлектронных устройств на функциональном уровне, то есть на уровне макромоделей, удобно использовать системы компьютерной математики, наиболее популярными из которых являются MathCAD и MatLab.

Система блочного моделирования Simulink, которая интегрирована с системой MatLab, реализует визуально-ориентированный подход. Simulink, как и программы компьютерной математики, является открытой системой, то есть позволяет создавать математически прозрачные модели блоков, в отличие от программ схемотехнического моделирования, где пользователь может вести моделирование вообще не представляя, каким образом описываются модели компонентов электронной схемы.

Одним из наиболее перспективных путей автоматизации экспериментальных исследований и управления технологическими процессами является среда программирования LabVIEW – среда разработки виртуальных приборов (Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench). Она представляет собой среду прикладного графического программирования, используемую в качестве стандартного инструмента для проведения измерений, анализа их данных и последующего управления приборами и исследуемыми объектами. LabVIEW может успешно использоваться также и для решения задач компьютерного моделирования.


^ 2. Работа с программой MicroCap. Основныей функции, команды, библиотечные данные.

Программа схемотехнического анализа MicroCap пользуется достаточно большой популярностью. Это связано с тем, что она имеет удобный, дружественный интерфейс и предъявляет достаточно скромные требования к программно-аппаратным средствам персонального компьютера. Однако предоставляемые при этом возможности достаточно велики.

MicroCap позволяет анализировать не только аналоговые, но и цифровые устройства. В последних версиях программы возможно также и смешанное моделирование аналого-цифровых электронных устройств.

MicroCap отличается от младших представителей своего семейства более совершенными моделями электронных компонентов. Это приближает его по возможностям схемотехнического моделирования к интегрированным пакетам DESIGNLAB, ORCAD, PCAD2002.

Перечисленные достоинства делают программу MicroCap весьма привлекательной для моделирования электронных устройств средней степени сложности.


^ КРАТКИЙ ОЗНАКОМИТЕЛЬНЫЙ ЭКСКУРС

Программа MicroCap-8 позволяет начать моделирование электронных устройств новичку даже без глубокого ее изучения. Интерфейс программы является стандартным для программ ОС Windows. Поэтому назначение стандартных пиктограмм (открытие документа, копирование и т. п.) пока не рассматриваем. Как обычно, все команды можно вызвать через меню, часть наиболее употребимых выведена на панели в виде ярлычков (пиктограмм). Кроме того, многие команды можно вызывать «горячими клавишами».

Рассмотрим некоторые важные понятия, которые потребуются при рассмотрении данной системы моделирования.

Термин «расчет по постоянному току» (DC Analysis) означает следующее: в исследуемой цепи учитываются только источники постоянного тока и напряжения, поэтому влиянием конденсаторов и катушек индуктивности нужно пренебречь. При расчетах по постоянному току конденсаторы автоматически исключаются из исследуемой схемы, а катушки индуктивности закорачиваются. Легче всего представить сферу использования этого метода на примере расчета цепи, состоящей из резисторов и источников постоянного напряжения.

Термин «анализ частотных характеристик» (AC Analysis) означает исследование устройства в режиме малых сигналов, в котором влиянием нелинейных элементов пренебрегают, заменяя их линейными элементами. В этом режиме исследуются частотные характеристики моделируемого устройства (например, определяется, как изменяется затухание фильтра с изменением частоты входного сигнала).

Анализ переходных процессов (Transient) позволяет рассмотреть процессы, протекающие во времени (например, возникновение колебаний в автогенераторе).

^ Анализ чувствительности позволяет оценить влияние выбранного радиоэлемента (изменение его параметров, номиналов) на указанный пользователем выходной сигнал. Этот вид анализа помогает выявить слабые места в схеме, которые недопустимо сильно влияют на выходной сигнал исследуемого устройства.

При моделировании методом Монте-Карло происходит изменение номиналов радиоэлементов по случайному закону. Делается большое число запусков программы (несколько сотен) при различных номиналах радиоэлементов и строится статистический график – гистограмма.

Главное меню содержит следующие пункты: File (Файл), Edit (Правка), Component (Компонент), Windows (Окна), Options (Опции), Analysis (Виды анализа), Design (Дизайн), Help (Помощь).

Состав команд в пунктах File, Edit и Help стандартен для всех программ, работающих под управлением операционной системы MS Windows.

Пункт Component служит для выбора аналоговых и цифровых радиоэлементов, источников питания и источников сигналов. Именно в пункте Component находится «склад» доступных деталей, из которых на рабочем столе монтируются модели радиоэлектронных устройств (схемы).

Пункт Windows служит для выбора способа взаимного расположения нескольких окон, расщепления окон по горизонтали или вертикали и т. д.

С помощью команд пункта Options можно поставить (или убрать) Панель инструментов, Строку состояния, определить предпочтения и глобальные установки, включить координатную сетку, превратить курсор в перекрестие (это облегчает точную установку радиоэлемента на рабочий стол).





Пункт Analysis предназначен для выбора вида проводимого анализа (по постоянному току – DC, по переменному току – AC, исследование переходных процессов – Transient, передаточной функции – Transfer Function, чувствительности – Sensitivity).

С помощью пункта Design проектируют пассивные и активные фильтры.

Ниже Главного меню располагается Панель инструментов.

Первые десять кнопок Панели инструментов стандартны для операционной системы Windows, поэтому нет смысла рассматривать их назначение.

Далее располагаются специфические командные кнопки.




Первые восемь кнопок имеют специальное название – Меню компонентов. Слева направо размещены кнопки: ^ Ground (Корпус, Земля), Resistor (Резистор), Capacitor (Конденсатор), Diode (Диод), NPN (Биполярный транзистор), Battery (Батарея), Pulse Source (Импульсный источник). С помощью этих кнопок производится установка на рабочий стол наиболее часто используемых радиоэлементов (компонентов).

Еще одна группа кнопок служит для управления внешним видом пользовательского интерфейса: ^ Tile Vertical (Вертикальное расположение окон), Maximize (Максимальный размер окна), Overlap (Наложение окон). Назначение кнопки Calculator (Калькулятор) не требует пояснений.

Кнопка P (Preference – Предпочтения) предназначена для настройки пользовательского интерфейса (установка и удаление командных кнопок, выбор шрифта, цвета и т.д.).

Кнопка G (Global Settings – Глобальные установки) используется профессионально подготовленными пользователями. Она предназначена для выбора методов интегрирования, установки точности расчетов, ограничения максимального времени, отводимого процессору для проведения моделирования, задания максимального числа итераций (повторных вычислений), уточнения параметров полупроводниковых приборов и т.д.

Вид Главного меню и состав командных кнопок, доступных в данный момент времени, зависит от того, где происходит работа: в Окне Схем или в Окне Графиков.

Рассмотрим группу элементов управления работой программы, доступных в Окне Схем.




Кнопка ^ Select Mode (Режим выбора) используется чаще других. В этом режиме можно выделить текст и графические объекты для их перемещения, копирования и редактирования. Двойной щелчок по элементу вызывает диалоговое окно, в котором можно изменить параметры элемента.

Правее расположена кнопка ^ Component Mode (Режим компонентов). С ее помощью можно выбрать радиоэлементы, указанные в Меню компонентов, и установить их на рабочий стол. Режим имеет полезную особенность: при нажатой левой кнопке мыши одновременное нажатие правой кнопки приводит к вращению устанавливаемого радиоэлемента.

Кнопка Text Mode (Текстовый режим) предназначена для составления комментариев, которые размещаются на изображении схемы.

Соединение радиоэлементов, помещенных на рабочий стол, начинается с нажатия кнопок Wire Mode (Ортогональные проводники) или Diagonal Wire Mode (Диагональные проводники). Режим Wire Mode позволяет проводить проводники только горизонтально и вертикально. В режиме Diagonal Wire Mode провода прокладываются под любым наклоном. Соединение подготовленных компонентов осуществляется по технологии Drag and Drop (нужно нажать левую кнопку мыши на выводе одного элемента, затем не отпуская кнопки, перейти к другому элементу и отпустить кнопку).

Кнопка Graphics (Графика) помогает выбрать в списке форм и нанести на схему прямоугольник, эллипс, ромб, линию, дугу, сегмент, многоугольник.

Когда исследуемая схема велика, и быстрое отыскание нужного места становится затруднительным, может помочь режим Flag Mode (Режим флагов). Ввод имени флага (это обычная метка) осуществляется в диалоговом окне, которое вызывается щелчком левой кнопки мыши. Переход к заранее подготовленным меткам происходит с помощью небольшого значка флагов, расположенного в правом нижнем углу рабочего стола. При щелчке по этому значку появляется список существующих флагов.

Кнопка Info Mode (Режим информации) позволяет увидеть описание модели, представленное в текстовом виде, и при необходимости сделать изменения в программе, написанной на внутреннем языке системы PSpice.

Режим Help Mode (Помощь) вызывает информацию по выбранному компоненту.

Рассмотрим еще одну группу кнопок. Первые 11 кнопок этой группы относятся к Меню просмотра.




Нажатия на кнопки Grid Text и Attribute Text делают невидимыми (или видимыми) соответственно текстовые комментарии, позиционные обозначения и номиналы радиоэлементов.

Действие кнопок ^ Node Numbers (Номера узлов), Node Voltages (Напряжения в узлах), Currents (Токи) иллюстрирует следующий рисунок.





Предположим, что имеется простейшая схема, показанная на рис. а. Нажатие кнопки ^ Node Numbers вызовет появление на схеме номеров узлов. Этот момент зафиксирован на рис. б. В данном случае узлов четыре (корпус является нулевым узлом и на схеме не маркируется).

После проведения моделирования (режим Analysis DC) щелчок по кнопке ^ Node Voltages вызовет появления напряжений в узлах (рис. в). Использование кнопки Currents приведет к появлению на схеме токов, протекающих по ветвям. Токи показаны на рис. г. Продемонстрировать значения мощности, рассеиваемой в каждом компоненте, позволяет кнопка Power (Мощность).

Анализировать работу схем, в том числе построенных на цифровых устройствах, удобно при нажатой кнопке Conditions (Условия). В этом режиме система MC6 показывает, какие устройства находятся в линейном режиме, во включенном или выключенном состоянии.

Кнопка ^ Pin Connections (Выводы компонентов) показывает точками места электрических соединений элементов и проводников.

Кнопка Command Text (Команды) способна убирать со схемы (или наоборот, возвращать на место) команды, записанные в текстовом виде.

Процесс размещения компонентов на рабочем столе облегчается при наличии сетки, которая включается с помощью кнопки ^ Grid (Сетка).

Процесс оформления документации несколько упрощается за счет автоматизированного изображения рамок и штампов. Кнопка Title Box (Блок заголовка) рисует угловой штамп, содержащий пять полей. Эти поля могут быть предварительно заполнены с помощью формы, которая вызывается кнопкой Properties (Реквизиты).

Значительно комфортнее стали чувствовать себя пользователи благодаря кнопке Rubberbanding (Резиновые соединения). В этом режиме можно «схватить» элемент на готовой схеме и сдвинуть его в нужную сторону. При этом связи сохраняются, а провода растягиваются, как резиновые нити.

Рассмотрим последнюю группу кнопок, размещенных на Панели инструментов в Окне Схем.




Первой слева располагается кнопка Step Box (Копия). Она помогает копировать фрагменты схемы, причем число создаваемых копий указывается в диалоговом окне. Кнопка Mirror (Зеркало) используется для зеркального копирования элемента. Направление отражения может быть выбрано относительно горизонтали или вертикали. Кнопка Rotate (Вращение) позволяет повернуть выделенный компонент на 90° против движения часовой стрелки. Кнопка Flip Y (Поворот вокруг оси Y) поворачивает выделенный элемент вокруг вертикальной оси. Аналогично кнопка Flip X (Поворот вокруг оси X) поворачивает выделенный элемент вокруг горизонтальной оси.

Поиск нужного места на схеме облегчен благодаря кнопке ^ Find (Найти). В диалоговом окне можно указать атрибуты разыскиваемых элементов.

Назначение кнопок Zoom In (Увеличить масштаб), Zoom Out (Уменьшить масштаб), Color (Цвет) и Font (Шрифт) понятно из их названий.

Обычно с левой стороны Рабочего стола располагаются пять кнопок Меню анализа. Эти кнопки доступны только из Окна Графиков.




Кнопка ^ Limits (Пределы) вызывает диалоговые окна, в которых можно изменить пределы вариации переменных.

Кнопка Stepping позволяет задать пределы изменения переменных (например, параметров транзистора или номиналов компонентов) и наблюдать семейство кривых. Режим доступен для AC Analysis, DC Analysis и Transient. Этот режим несовместим с исследованиями методом Монте-Карло.

Кнопкой Animate устанавливается интервал времени между двумя вычислениями. Это позволяет спокойно рассмотреть появляющийся график, а также проследить за изменением токов и напряжений на схеме. В диалоговом окне можно выбрать три режима: Don’t Wait (Не ждать) – наибольшее быстродействие; Wait for Key Press (Ждать нажатия клавиши); Wait for Time Delay (Задержка на заданное время).

Analysis (Анализ) – графическая демонстрация результатов моделирования.

Кнопка ^ State Variables (VID) дает доступ к редактору состояния переменных, которые рассчитываются в режиме DC. Переменные, полученные в результате использования DC Analysis, перед выполнением частотного анализа (AC Analysis) или Transient могут редактироваться по усмотрению пользователя.

Рассмотрим элементы пользовательского интерфейса, которые доступны при работе в Окне Графики. Некоторые командные кнопки одинаковы с кнопками, доступными из Окна Схем. Мы не будем их повторно рассматривать.




Слева направо расположены кнопки ^ Select Mode, Graphics.

Кнопка Scale Mode (Масштаб, Лупа) обеспечивает детальное рассмотрение любого фрагмента графика в большом масштабе.

Кнопка Cursor Mode (Режим двух курсоров) активизирует сразу два курсора, которые управляются левой и правой кнопками мыши. Перемещать по графику метки можно с помощью курсорных клавишей (правая метка управляется при нажатой клавише Shift). При этом автоматически индицируются координаты, приращения по оси ординат и абсцисс, а также крутизна (наклон, производная) исследуемой зависимости.

^ Horizontal Tag Mode (Режим горизонтальных меток) позволяет определить приращение абсциссы между двумя выделенными точками. Vertical Tag Mode (Режим вертикальных меток) служит для определения приращения ординаты между двумя выделенными с помощью мыши точками.

Tag Mode (Режим меток) позволяет щелчком левой кнопки мыши вывести значение координат (X, Y). При этом выбирается ближайшая точка, полученная в процессе расчета, а не при аппроксимации графика.

Далее расположены кнопки Text Mode и Properties.

Кнопки Run (Запуск), Stop (Остановка), Pause (Пауза) позволяют управлять процессом моделирования в момент просмотра графиков.

Кнопка ^ Data Points (Точки) выводит на график маркеры в тех местах, где выполнялся расчет при моделировании (остальные значения графика получаются путем интерполяции, т. е. восстановления пропущенных данных).

Кнопка Tokens (Маркеры) служит для создания меток на графиках. Это позволяет отличать кривые друг от друга при черно-белой печати.

Кнопки ^ Horizontal Axis и Vertical Axis могут управлять индикацией горизонтальных и вертикальных линий координатной сетки.

Удобны кнопки Go To X и Go To Y, которые позволяют мгновенно переместиться к точкам, для которых пользователь в диалоговом окне указал абсциссу или ординату.

Еще большими возможностями обладает режим просмотра графиков, запускаемый нажатием командной кнопки ^ Go To Performance (Переход по свойствам). С ее помощью можно определить период (частоту) колебаний, указать интервал графика по оси Х, на котором следует производить измерения. Можно находить наклон кривой (Slope) в точке с заданной абсциссой, максимумы, минимумы, время изменения напряжения между двумя заданными значениями (Rise Time и Fall Time — время нарастания и спада). Есть возможность определять приращение функции при заданных значениях аргумента (Y Delta), расстояние по горизонтали между двумя точками с одинаковыми значениями ординаты (Width). Можно определить абсциссу (или ординату) глобального максимума (High X и High Y) и т. д.

Выбор нужных режимов измерений производится в поле Function.

Например, чтобы определить локальный максимум при значении времени более 100 мкс, нужно в поле Boolean записать: T>100u.

Перейдем к группе кнопок, расположенных во втором ряду Окна Графиков.

Кнопка ^ Next Data Point (Очередная точка) обеспечивает последовательное плавное перемещение по графику. Для передвижений целесообразно использовать курсорные клавиши «Влево» и «Вправо».

Поиск максимума происходит при нажатии на кнопку Peak (Локальный максимум). Если локальных максимумов несколько, то с помощью курсорных клавиш легко переходить от одного максимума к другому.

Назначение кнопки ^ Valley (Локальный минимум) аналогично назначению кнопки Peak.

Кнопка High (Максимальное значение) находит точку, в которой функция имеет наибольшее значение. Аналогично кнопка ^ Low (Минимальное значение) перемещает курсор в точку с наименьшим значением функции. Назначение кнопок Global High и Global Low такое же, как у рассмотренных кнопок. Отличие заключается в том, что последние кнопки позволяют искать наибольшие (и наименьшие) значения на семействе кривых (например, полученных при анализе методом Монте-Карло).

Кнопка Inflection (Перегиб) используется для поиска точек перегиба, в которых вторая производная обращается в ноль (с одной стороны от точки перегиба график выпуклый вверх, а с другой стороны он выпуклый вниз).

Кнопка ^ Numeric Output (Числовой вывод) позволяет увидеть результаты расчетов в текстовом виде.

В качестве примера использования анализа по постоянному току (DC Analysis) рассмотрим порядок получения выходных характеристик полевого транзистора с каналом n-типа (MPF102). Транзистор содержит три электрода: исток (S), сток (D) и затвор (G). Кроме самого транзистора J1, схема содержит два источника напряжения. Источник V1 используется для подачи питания между истоком и стоком транзистора, а источник V2 — для подачи напряжения между затвором и истоком. Изменение напряжения V2 позволяет регулировать ток, протекающий от источника V1 по каналу открытого транзистора J1.



При исследовании выходной статической вольтамперной характеристики (ВАХ) необходимо менять напряжения этих двух источников напряжения и регистрировать ток, протекающий по каналу транзистора.

Чтобы «установить» транзистор на рабочий стол системы, нужно выполнить следующие действия. Последовательно выбрать в Главном меню пункты: Component, затем Analog Primitives – Active Devices – NJFET. Выбрав место на рабочем столе программы, нужно щелкнуть левой кнопкой мыши и в диалоговом окне определить необходимый тип (модель) транзистора. В данном случае модель MPF102.

Оставшиеся четыре элемента (заземления и батареи питания) установить на стол проще. Для этого их можно выбрать на Панели инструментов. Источник V2 потребуется повернуть на 180° вокруг горизонтальной оси. Поставив элемент на рабочий стол, нужно в режиме Select Mode (Выбор режима) заключить элемент в рамку и щелкнуть по кнопке Flip X (Повернуть вокруг оси Х).

Для соединения элементов между собой нужно использовать кнопки Wire Mode (Ортогональные проводники) или Diagonal Wire Mode (Диагональные проводники). После выбора одного из двух перечисленных режимов нужно по технологии Drag and Drop соединить между собой соответствующие выводы радиоэлементов.

После создания схемы подобает выбрать в Главном меню пункт Analysis, далее – DC.

В диалоговом окне DC Analysis Limits (Пределы анализа по постоянному току) нужно указать имена варьируемых переменных (Name) и пределы их изменения (Range). На рисунке показан фрагмент диалогового окна.



В данном случае переменная V1 изменяется в пределах от 0 до 10 В с шагом 0,5 В. Интервал изменения переменной V2 задан от 0 до 3 В. Шаг выбран таким же, как и для переменной V1.

В системе принят следующий порядок указания пределов изменения переменных: через запятую записываются максимальное значение, минимальное значение переменной, а затем шаг ее изменения.

Далее необходимо указать переменные, которые откладываются по осям графика и пределы их изменения. В рассматриваемом примере по горизонтальной оси будет отложено напряжение на стоке полевого транзистора V(V1), а по вертикальной оси – ток стока ID(J1). Эти переменные указываются в окнах Expression (Выражения).




В поле XRange указано значение 10. Это означает, что по оси абсцисс напряжение будет показано от 0 до 10 В. Если в этом поле указать две цифры через запятую (например, 2,1), то на экран будет выведен график, у которого по оси абсцисс значения будут изменяться от 1 до 2 В.

В поле YRange указано значение 0.02. Это ограничивает вертикальный размер графика на уровне 20 мА.

Выбор пределов отображаемых переменных во многом определяется спецификой конкретной решаемой задачи. Поэтому при первоначальных исследованиях целесообразно «доверить» программе самостоятельно сделать этот выбор. Для этого в диалоговом окне DC Analysis Limits нужно активизировать выключатель Auto Scale Ranges (Автоматический выбор диапазона).

Завершаются подготовительные операции нажатием командной кнопки Run (Пуск). В результате на экране появится график, который показывает, как зависит ток стока (по вертикали) от напряжения на стоке (по горизонтали) и напряжения на затворе (веер из 7 линий). К сожалению, на графике не проставляются значения напряжения V2 (7 значений, причем верхняя линия соответствует V2 = 0).



На график нанесены поясняющие надписи. Это сделано с помощью трех кнопок. Кнопка Text Mode (Текстовый режим) использована для формирования надписи «Выходные ВАХ полевого транзистора». С помощью кнопки Tag Mode (Режим меток) проставлены значения тока и напряжения в одной точке. Благодаря кнопке Vertical Tag Mode (Режим вертикальных меток) указано приращение тока при изменении V2.



Рассмотренная ВАХ полевого транзистора достаточно типична, и подобные зависимости можно найти во многих литературных источниках. Система MC6 позволяет получить и экзотические зависимости, например, ВАХ лямбда-диода. Этот электронный прибор образуется путем соединения двух полевых транзисторов с каналами n и p. Определим, как зависит ток, протекающий через лямбда-диод, от приложенного к нему напряжения. Эта задача также решается в режиме Analysis DC.

Так как независимая переменная одна (V1), то в диалоговом окне DC Analysis Limits заполнение форм идет несколько иначе по сравнению с предыдущим примером. В колонке Method для второй переменной (Variable 2) нужно указать свойство None (Отсутствует). Диапазон изменения переменной V1 выбран от 0 до 10 В с шагом 0,1 В.




Заполнение остальных форм диалогового окна DC Analysis Limits производится аналогично предыдущему случаю. Следует обратить внимание, что в поле Y Expression можно занести любую из четырех переменных ID(J1), ID(J2), IS(J1), IS(J2). Так обозначаются токи истока и стока двух транзисторов J1 и J2. Символ D обозначает ток стока, а символ S указывает, что это ток истока.

Возможность выбора любой из четырех переменных объясняется тем, что по каналам обоих полевых транзисторов протекает один и тот же ток, и поэтому токи стоков и истоков одинаковые.

После запуска процесса моделирования на экране появится ВАХ лямбда-диода.



На этом графике показаны местоположение точки перегиба и значения переменных в этой точке.


Проиллюстрируем принципы работы в режиме Transient (Переходный процесс) на примере моделирования работы автогенератора, построенного на лямбда-диоде.

Схема состоит из трех пассивных элементов (R, L, C), источника питания V1, лямбда-диода, собранного на транзисторах J1 и J2.



При задании номиналов пассивных элементов использованы суффиксы. В системе МС6 допустимо использовать следующие значения суффиксов: f (фемто 10-15), p (пико 10-12), n (нано 10-9 ), u (микро 10-6), m (милли 10-3), k (кило 103), meg (мега 106), g (гига 109), t (тера 1012).

Процесс моделирования запускается из Главного меню: Analysis – Transient. В появляющемся диалоговом окне Transient Analysis Limit нужно указать пределы изменения переменных и выводимых результатов.




В данном случае Time Range (Интервал времени) установлен равным 0,25 мс, а Maximum Time Step (Максимальный шаг) – 0,01 мкс. Time Range задает максимальное время исследования переходного процесса (т. е. процесса, в котором автогенератор переходит из выключенного состояния в режим установившихся колебаний). Величина Maximum Time Step во многом определяет успех моделирования. Уменьшение этой величины приводит к повышению точности, но увеличивает время счета. Чаще всего пользователи ищут компромисс между необходимой точностью и допустимым временем счета.




В этом же диалоговом окне нужно указать переменную, откладываемую по оси абсцисс (X Expression). В данном случае откладывается время Т. По оси ординат (Y Expression) выведем напряжение во втором узле V2 (это напряжение на лямбда-диоде). В полях X Range и Y Range следует указать диапазон изменения величин, выводимых на график.

В результате расчетов получится график, показанный на следующем рисунке.




Если в поле X Expression вместо времени T указать ток, протекающий по резистору I(R1), то на экране появится фигура, называемая годографом. Она показывает, как возникают колебания в автогенераторе.




^ 3. Работа с программой MultiSim (Electronic Workbench).

Electronics Workbench – это лидер международного рынка по разработке наиболее широко используемого в мире программного обеспечения для проектированиях схем.

В комплект продуктов Electronics Workbench входят средства для описания электрических схем, их эмуляции (SPICE, VHDL и patented co-simulation), а также для разработки и автоматической трассировки печатных плат.

Продукция Electronics Workbench и National Instruments – это наиболее тесная интеграция между средствами разработки, проверки и тестирования САПР электронных средств, имеющаяся в настоящее время. Она называется Multisim.

Интерфейс пользователя Multisim состоит из нескольких основных элементов, которые представлены на рисунке.

Окно разработки (Design Toolbox)

В окне разработки находятся средства управления различными элементами схемы. Закладка Доступность (Visibility) позволяет скрыть или отобразить слои схемы рабочей области. Закладка Иерархия (Hierarchy) отображает взаимосвязь между файлами открытого проекта в виде древовидной структуры. Закладка Проект (Project) содержит информацию об открытом проекте. Пользователь может добавить файлы в папки открытого проекта, изменить доступ к файлам и создать архив проекта.

Глобальные настройки

Глобальные настройки управляют свойствами среды Multisim. Доступ к ним открывается из диалогового окна "Свойства" (Preferences). Выберите пункт Опции/глобальные настройки (Options/Global Preferences), откроется окно "Свойства" со следующими закладками

  • Paths (Путь) – здесь вы можете указать путь к файлам баз данных и другие настройки

  • Save (Сохранить) – здесь вы можете настроить период автоматического сохранения и нужно ли записывать данные эмуляции вместе с прибором.

  • Parts (Компоненты) – здесь вы можете выбрать режим размещения компонентов и стандарт символов (ANSI или DIN). Также здесь находятся настройки эмуляции по умолчанию.

  • General (Общие) – Здесь вы можете изменить поведение прямоугольника выбора, колеса мыши и инструментов соединения и автоматического соединения.



Настройка листа

Диалоговое окно настройки свойств листа (Sheet Properties) используется для изменения свойств каждого листа. Эти свойства сохраняются с файлом схемы, поэтому если проект открывается на другом компьютере, настройки не изменяются.

Настройки листа сгруппированы в следующие закладки:

  • Circuit (Схема) – Здесь вы можете выбрать цветовую схему и внешний вид текста рабочей области.

  • Workspace (Рабочая область) – Здесь вы можете настроить размер листа и его свойства.

  • Wiring (соединение) – Здесь находятся настройки соединений и шины.

  • Font (Шрифт) – Здесь вы можете выбрать шрифт, его размер и начертание для текстовых элементов схемы.

  • PCB (Печатная плата) – Здесь находятся настройки печатной платы.

  • Visibility (Доступность) – Здесь вы можете скрыть или отобразить дополнительные слои комментариев.

Подробное описание каждого свойства листа можно посмотреть в руководстве пользователя Multisim (Multisim User Guide) или в файле справки Multisim (Multisim helpfile).



Настройка пользовательского интерфейса

Пользовательский интерфейс Multisim можно настроить на свой вкус, изменения зависят друг от друга. Панели инструментов можно закрепить в любом месте и изменить их форму. Инструменты всех панелей также можно изменять и создавать новые панели. Система меню также полностью настраивается, вплоть до контекстных меню разных объектов.

Горячие клавиши клавиатуры тоже можно настроить. Любой команде меню или панели инструментов можно назначить свою клавишу.

^ На заметку: Чтобы назначенные клавиши не пересекались с командами интерактивных элементов, советуем назначать комбинации клавиш, например Ctrl-E.

Например, для листа схемы и описания можно назначить свою комбинацию горячих клавиш и дополнительных окон.

Для настройки пользовательского интерфейса выберите пункт Опции/Настроить пользовательский интерфейс (Options/Customize User Interface). С помощью диалогового окна "Настройка" (Customize) вы можете создавать и изменять панели инструментов, назначать горячие клавиши, настраивать и создавать новые меню, а также изменять стиль пользовательского интерфейса.

Компоненты Обзор компонентов

Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями компонентов: реальными (real) и виртуальными (virtual). Необходимо ясно понимать различия между ними, чтобы в полной мере воспользоваться их преимуществами.

У реальных компонентов, в отличие от виртуальных есть определенное, неизменяемое значение и свое соответствие на печатной плате.

Виртуальные компоненты нужны только для эмуляции, пользователь может назначить им произвольные параметры. Например, сопротивление виртуального резистора может быть произвольным, даже 3,86654 Ома. Виртуальные компоненты помогают разработчикам при проверке с помощью схем с известными значениями компонентов. Виртуальные компоненты также могут не соответствовать реальным, например, как 4-х контактный элемент отображения 16-тиричных цифр, показанный на рисунке 8.

В Multisim есть и другая классификация компонентов: аналоговые, цифровые, смешанные, анимированные, интерактивные, цифровые с мультивыбором, электромеханические и радиочастотные.



Интерактивные компоненты

Некоторые элементы схемы Multisim могут реагировать на действия пользователя. Изменение этих элементов сразу отражается на результатах эмулирования. Компоненты управляются с помощью клавиш, указанных под каждым элементом.

Например, на рисунке 9 приведено несколько компонентов: клавиша А увеличит сопротивление потенциометра до 100% от указанной величины (1 кОм). Чтобы уменьшить сопротивление, прижмите Shift и нажмите А. Пробел открывает или закрывает выключатель на правом рисунке.



^ Базы данных

В Multisim есть базы данных трех уровней

  • Из Главной базы данных (Master Database) можно только считывать информацию, в ней находятся компоненты Electronics Workbench.

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

  • 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.

Если изменить компонент в базе данных, то уже существующие копии компонентов останутся такими же, как и были. Изменения затронут новые компоненты этого типа. При сохранении схемы вся информация о компонентах хранится в файле Multisim. При загрузке пользователь может оставить загруженные элементы в том виде, как они есть или обновить компоненты данными из базы с аналогичными именами. На заметку: чтобы открыть проводник баз данных, выберите Инструменты/Базы данных/Проводник баз данных (Tools/Database/Database Manager), чтобы редактировать элементы проводника, скопируйте их в пользовательскую или корпоративную базу данных.



Мультиметр

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

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 несколько герц до аудио и радиочастотных.

У генератора сигналов есть три терминала-источника импульсов. Общий центральный терминал определяет
положение нуля.




Осциллографы

В Multisim есть несколько модификаций осциллографов, которыми можно управлять как настоящими. Они позволяют устанавливать параметры временно развертки и напряжения, выбирать тип и уровень запуска измерений. Данные специальные осциллографов Multisim 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 2024.



Плоттер Боде

Плоттер Боде отображает относительный фазовый или амплитудный отклик входного и выходного сигнала. Это особенно удобно при анализе свойств полосовых фильтров.




Спектральный анализатор

Спектральный анализатор (spectrum analyzer) служит для измерения амплитуды гармоники с заданной частотой. Также он может измерить мощность сигнала и частотных компонент, определить наличие гармоник в сигнале.

Результаты работы спектрального анализатора отображаются в спектральной области, а не временной. Обычно сигнал – это функция времени, для ее измерения используется осциллограф. Иногда ожидается синусоидальный сигнал, но он может содержать дополнительные гармоники. В результате, невозможно измерить уровень сигнала. Если же сигнал измеряется спектральным анализатором, получается частотный состав сигнала, т.е. амплитуда основной и дополнительных гармоник.




Лекцию разработал

Доцент кафедры: к.т.н.

________________________________

(подпись, фамилия)


^ МЕТОДИЧЕСКАЯ РАЗРАБОТКА ОБСУЖДЕНА НА ЗАСЕДАНИИ КАФЕДРЫ АРЭО

Протокол № ___ от « ___ » __________ 200_ г.


Скачать файл (2912.6 kb.)

Поиск по сайту:  

© gendocs.ru
При копировании укажите ссылку.
обратиться к администрации
Рейтинг@Mail.ru