Реферат: Моделирование электрических схем при помощи средств программного пакета Micro-Cap 8

--PAGE_BREAK--


При выполнении анализа в окне TransientAnalysisстроятся графики переходных процессов, заданных для анализа величин (напряжений в узлах схемы, падений напряжений на двухполюсных элементах, токов в ветвях схемы и т.п.). На рис. 2 показан результат моделирования переходных процессов в пассивной линейной цепи второго порядка, электрическая схема которой приведена в правом окне.
<img width=«401» height=«307» src=«ref-1_1878524949-22363.coolpic» v:shapes="_x0000_i1040">

Рис. 2
В окно анализа выведены следующие графики:

V(1) – импульсный сигнал, вырабатываемый генератором V1;

V(L1) – падение напряжения на индуктивности L1;

V(C1) – падение напряжения на конденсаторе C1.

Следует обратить внимание, что графики V(L1) и V(C1) построены для двух значений сопротивления резистора R1 (0,5 кОм и 1 кОм), для чего использовался режим многовариантного анализа (команда Stepping), рассмотренный в разделе.

На рис. 2 показаны два открытых окна программы МС8, расположенных по горизонтали. Строка заголовка активного окна окрашивается в темно-синий цвет. Для активизации окна достаточно щелкнуть по нему мышью, а для того чтобы развернуть активное окно на весь экран (на рис. 2 это окно TransientAnalysis), необходимо щелкнуть курсором по пиктограмме <img width=«15» height=«15» src=«ref-1_1878547312-741.coolpic» v:shapes="_x0000_i1041">. Пиктограмма <img width=«15» height=«14» src=«ref-1_1878548053-736.coolpic» v:shapes="_x0000_i1042"> позволяет разместить на экране окно анализа поверх окна схем.

В случае большого количества графиков в окне анализа каждый из них можно выделить щелчком курсора и вывести в отдельное окно для детального просмотра, воспользовавшись кнопкой <img width=«19» height=«16» src=«ref-1_1878548789-451.coolpic» v:shapes="_x0000_i1043"> на панели инструментов (команда ThumbNailPlotв меню Scope). Признаком выделенного графика является подчеркивание имени моделируемой функции. На рис. 2 в окне анализа выделен график функции V
(1).

При включенной опции AutoScaleRangesпрограмма МС8 производит автоматическое масштабирование графиков после полного завершения расчетов. Поэтому при анализе медленно протекающих процессов, диапазон изменения которых заранее не известен, текущие результаты могут быть не видны на экране. В этом случае для удобства контроля за процессом моделирования следует воспользоваться командой PrintValues(пиктограмма <img width=«17» height=«15» src=«ref-1_1878549240-438.coolpic» v:shapes="_x0000_i1044">). При нажатой кнопке <img width=«15» height=«16» src=«ref-1_1878549678-433.coolpic» v:shapes="_x0000_i1045"> в нижней части графиков справа от обозначения каждой переменной выводятся их текущие численные значения. Поскольку моделирование в режиме PrintValuesзначительно замедляется, то после просмотра наиболее интересного фрагмента данных этот режим можно отключить повторным нажатием кнопки <img width=«18» height=«16» src=«ref-1_1878550111-437.coolpic» v:shapes="_x0000_i1046"> . Для ввода пиктограммы <img width=«16» height=«15» src=«ref-1_1878550548-429.coolpic» v:shapes="_x0000_i1047"> в строку инструментов необходимо воспользоваться закладкой ToolBarв диалоговом окне Properties(см. раздел 1.1).

Если после завершения расчета переходных процессов необходимо изменить параметры моделирования, то с помощью команды Limits(F9) вызывается окно TransientAnalysisLimits, рассмотренное в предыдущем разделе, и повторно запускается режим анализа.

Окно редактора StateVariablesEditor(F12) содержит три колонки, в которых располагаются значения узловых потенциалов (NodeVoltages), токов через катушки индуктивности (InductorCurrents) и логических состояний цифровых узлов (NodeLevels). В начальный момент времени указанные переменные полагаются равными нулю или состоянию неопределенности (Х) для логических переменных. После окончания моделирования в этом окне указываются конечные значения переменных и момент времени, при котором эти значения рассчитаны. При необходимости значения переменных можно редактировать, обнулять (кнопка Clear), запоминать в файл <имя схемы>.top(Write), в текстовый файл <имя схемы>.svv(Print) или в виде директивы в текстовом окне (.IC), а также считать в окно переменные из файла <имя схемы>.top(Read).
<img width=«402» height=«177» src=«ref-1_1878550977-11882.coolpic» v:shapes="_x0000_i1048">

Рис. 3
Команда FFTWindowsвызывает диалоговое окно спектрального анализа полученных в результате моделирования периодических процессов (рис. 3). В программе MC8 режим расчета спектров выгодно отличается от режима DSP(DigitalSignalProcessing) предыдущей версии программы MC7. Прежде всего, режим FFTпозволяет рассчитать не только амплитудный (Mag), но и фазовый (Phase) спектр сигналов, а также получить действительную (Real) и мнимую (Imag) части спектра. Программа позволяет вывести в отдельное окно анализа одновременно несколько спектральных функций, определив для них отдельные графические окна (PlotGroup) с соответствующим оформлением графиков (закладка Colors, FontsandLines).

На рис. 4 показаны одновременно выведенные на экран три рабочих окна: окно схем и два окна анализа (временной и спектральный анализ). Спектры сигналов V(1) и V(L1) представлены в виде набора гармоник, характерном для дискретного преобразования Фурье, а спектр сигнала V(C1) – в виде огибающей гармоник. В качестве модели сигнала V(1) используется меандр, поэтому четные гармоники спектров равны нулю. В спектре сигнала V(L1) отсутствует постоянная составляющая, поскольку функция V(L1) симметрична относительно оси времени.

Закладка FFTокна Properties(рис. 3) позволяет определить границы интервала времени, принимаемого для расчета спектра (UpperTimeLimit, LowerTimeLimit) и количество отсчетов сигнала (NumberofPoints), используемых в дискретном преобразовании Фурье. Причем в программе MC8 максимальное количество отсчетов увеличено до 220.
<img width=«462» height=«274» src=«ref-1_1878562859-23269.coolpic» v:shapes="_x0000_i1049">

Рис. 4


Параметрическая оптимизация (команда Optimize) позволяет, изменяя значения компонентов схемы в процессе проведения оптимизации, получить характеристики схемы с параметрами, максимально близкими к заданным значениям. Использование режима параметрической оптимизации рассмотрено в [1].

Для анализа полученных в процессе моделирования графиков характеристик схемы можно воспользоваться различными средствами (инструментами), имеющимися в программе МС. Включение одного из имеющихся режимов измерения (управления электронным курсором) осуществляется нажатием на соответствующую пиктограмму в меню инструментов. Набор инструментов можно менять, если двойным щелчком курсора в поле графиков открыть диалоговое окно Propertiesи обратиться к закладке ToolBar. Способы обработки результатов моделирования описаны в разделе 6.



2. Расчет частотных характеристик (ACAnalysis)
Для проведения анализа частотных характеристик схемы необходимо к ее входу подключить источник синусоидального (SIN), импульсного (PULSE) сигнала или сигнала USER, параметры которого задаются пользователем (раздел 3.3). В этом случае в режиме ACпрограмма МС8 вместо указанных источников подключает на вход схемы гармоническое возмущение с переменной частотой. В процессе расчета частотных характеристик комплексная амплитуда этого сигнала полагается равной 1 В, начальная фаза – равной нулю, а частота меняется в пределах, заданных в меню ACAnalysisLimits.

В режиме ACсначала рассчитывается режим схемы по постоянному току, затем линеаризуются все нелинейные компоненты (пассивные компоненты с нелинейными параметрами, диоды, транзисторы, нелинейные управляемые источники) и выполняется расчет комплексных величин узловых потенциалов и токов ветвей. Цифровые компоненты при линеаризации заменяются их входными и выходными комплексными сопротивлениями, а передача сигналов через них не рассматривается.

Как правило, при расчете частотных характеристик используется один источник, воздействие которого приложено ко входу схемы. Если же источников несколько, то отклики от каждого сигнала будут складываться как комплексные величины.
2.1 Задание параметров моделирования (ACAnalysisLimits)
После проверки правильности составления схемы и при отсутствии ошибок программа открывает окно задания параметров моделирования ACAnalysisLimits, которое по своей структуре аналогично окну TransientAnalysisLimits(рис. 5). Тем не менее, имеются и отличия, связанные с особенностями моделирования в режиме ACAnalysis.


<img width=«389» height=«165» src=«ref-1_1878586128-11800.coolpic» v:shapes="_x0000_i1050">

Рис. 5
Команды:

Состав команд (Run, Add, Delete, Expand, Stepping, Propertiesи Help) и их назначение аналогичны командам раздела 1.1.

Числовые параметры:

FrequencyRang– спецификация конечной и начальной частоты расчета частотных характеристик, определяемая форматом Fmax, Fmin. Если частота Fminне указана, то расчет не производится. Отрицательные значения частоты не допускаются. Значения частот, на которых производится расчет характеристик, зависит от параметров, установленных в соседнем разделе «Опции»: Auto, Linear, Logи List(на рис. 5 установлена опция Auto). В режимах Autoи Logзначение Fminдолжно быть больше нуля.

NumberofPoint– количество точек по частоте (Nf), в которых производится расчет частотных характеристик. В режиме Autoколичество точек определяется параметром MaximumChang. При линейном законе изменения частоты (Linear) шаг приращения частоты ΔFравен
ΔF= Fk+1– Fk= (Fmax— Fmin)/(Nf-1).
Если принят логарифмический масштаб (Log), то отношение соседних частотных точек определяется выражением:
Fk+1/Fk =( Fmax / Fmin)/( Nf -1).


В режиме List(список) параметр NumberofPointво внимание не принимается, а список частотных точек указывается в спецификации FrequencyRang.

Temperature— диапазон изменения температуры в градусах Цельсия.
    продолжение
--PAGE_BREAK--MaximumChange, % — максимально допустимое приращение величины первой спектральной функции на интервале шага по частоте в процентах от полной шкалы значений функции. Данный параметр используется при расчете шага приращения частоты в режиме Auto. Если график функции в процессе моделирования изменяется быстрее, то шаг приращения частоты автоматически уменьшается. NoiseInput– имя источника, генерирующего шум.
NoiseOutput– имя узлов (формат <имя первого узла>[,<имя второго узла>]), относительно которых вычисляется спектральная плотность выходного шума схемы. Если имя второго узла не определено, то выходной шум вычисляется относительно нулевого узла («земли»).

Последние два параметра используются при расчете уровня внутреннего шума схемы. В математических моделях компонентов, принятых в программе MC8, учитываются тепловые, дробовые и низкочастотные фликкер-шумы. При расчете выходного шума спектральные плотности шума от отдельных источников суммируются. Для построения графиков спектральной плотности шума на входе и выходе схемы достаточно ввести в графу YExpressionсоответствующего графического окна имя переменной в виде INOISEили ONOISE. При этом графики других переменных нельзя одновременно выводить на экран. Если переменные INOISEили ONOISEне указаны, то при проведении частотного анализа в режиме ACпараметры NoiseInputи NoiseOutputигнорируются.

Вывод результатов моделирования:

К группе из четырех кнопок <img width=«76» height=«17» src=«ref-1_1878597928-1114.coolpic» v:shapes="_x0000_i1051">, определяющих характер вывода данных и рассмотренных в разделе 1.1, добавляется пятая кнопка, при нажатии на которую вызываются следующие команды:

<img width=«15» height=«14» src=«ref-1_1878599042-725.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1052"> Rectangular– вывод графиков в декартовой системе координат;

  <img width=«18» height=«16» src=«ref-1_1878599767-751.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1053">Polar– вывод графиков в полярной системе координат;

<img width=«17» height=«17» src=«ref-1_1878600518-780.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1054">Smithchartplot– вывод графиков на круговой диаграмме Смита.

В графе P(PlotGroup) указывается номер графического окна, в котором должна быть построена заданная функция.

Выражения:

Выражения X(Y) Expressionи X(Y) Rangeимеют то же назначение, что и в режиме TransientAnalysis. В качестве имени переменной по оси Xв случае анализа частотных характеристик определяют F(частота), а при расчете импульсной характеристики схемы с помощью преобразования Фурье (FFT) по оси Xоткладывается переменная T(время). Для переменной YExpressionэто может быть простая переменная V(1) или V(OUT) (при построении графика амплитудно-частотной характеристики), функция ph(V(1)) – при вычислении фазово-частотной характеристики и другие выражения.

Опции:

ВокнеAC Analysis Limits отсутствуетопцияOperation Point Only. В отличие от предыдущей версии в MC8 исключен раздел FrequencyStep(шаг изменения частоты), а опции Auto, Linear, Logи Listперенесены в раздел числовых параметров FrequencyRang.

На рис. 6 показаны результаты расчета программой МС8 амплитудно-частотных (АЧХ) и фазово-частотных характеристик (ФЧХ) простейшей частотно-зависимой цепи. Выбрана логарифмическая шкала по оси Xи линейная шкала по оси Yобоих графиков. На графике АЧХ с помощью электронного курсора отмечены точки максимального подъема частотной характеристики и спада АЧХ до уровня 0,707. Так же, как и при временном анализе в режиме ACAnalysisменяется состав меню и состав пиктограмм (команд) в строке инструментов. Команды раздела меню ACничем не отличаются (за исключением FFTWindows) от команд, рассмотренных в разделе 1.2 (табл. 2). Сохраняются и правила применения кнопок <img width=«16» height=«15» src=«ref-1_1878550548-429.coolpic» v:shapes="_x0000_i1055"> (PrintValues), <img width=«17» height=«16» src=«ref-1_1878521088-432.coolpic» v:shapes="_x0000_i1056"> (Animate), <img width=«19» height=«16» src=«ref-1_1878548789-451.coolpic» v:shapes="_x0000_i1057"> (ThumbNailPlot), <img width=«15» height=«16» src=«ref-1_1878602610-434.coolpic» v:shapes="_x0000_i1058"> (Stepping) и др. Команда FFTWindowsиспользуется для рассчета импульсной характеристики схемы.
<img width=«399» height=«289» src=«ref-1_1878603044-21581.coolpic» v:shapes="_x0000_i1059">

Рис.  6



3. Расчет передаточных функций по постоянному току (DCAnalysis)
В режиме DCрассчитываются передаточные характеристики схемы по постоянному току. Ко входам цепи программа МС подключает один или два независимых источника постоянного напряжения или тока.   В качестве выходного сигнала может рассматриваться разность узловых потенциалов или ток через ветвь, в которую включен резистор. При расчете передаточных функций программа МС “закорачивает” индуктивности и исключает из схемы все конденсаторы. Далее рассчитывается режим по постоянному току при нескольких значениях входных сигналов.

Возможность подключения в режиме DCк схеме двух источников позволяет рассчитать не только передаточную функцию анализируемого устройства, но построить и семейство характеристик (например, семейство статических выходных характеристик транзистора).
3.1 Задание параметров моделирования (DCAnalysisLimits)
После перехода в режим DCпрограмма МС открывает окно задания параметров моделирования DCAnalysisLimits(рис. 7), имеющее следующие разделы.
<img width=«392» height=«184» src=«ref-1_1878624625-13489.coolpic» v:shapes="_x0000_i1060">

Рис. 7


Команды:

Окно содержит те же команды (Run, Add, Deleteи др.), что и в режимах анализа временных и частотных характеристик.

Числовые параметры:

Строка Variable1 предназначена для задания первой варьируемой переменной и содержит несколько граф.

В графе Methodвыбирается метод варьирования первой переменной:

-                     Auto– автоматический;

-                     Linear– линейный (задается в графе Rangeпо формату Final[,Initial[,Step]]). Если не указан шаг (Step) варьируемой переменной, то он устанавливается по умолчанию равным 1/50 диапазона задаваемой переменной. Если не задавать начальное значение параметра, то по умолчанию ему будет присвоено нулевое значение;

-                     Log– логарифмический масштаб переменной;

-                     List– в виде списка значений переменной, разделяемых запятой.

В графе Nameвыбирается имя варьируемой переменной, причем в качестве таковой могут быть заданы не только источники напряжения и тока, но и температура или имя одного из компонентов, имеющих математические модели (например, диода или транзистора). При выборе такого компонента в расположенном справа окне выбирается варьируемый параметр его математической модели (на рис. 6 это параметр BF– коэффициент усиления тока транзистора).

Строка Variable2 позволяет задать вторую варьируемую переменную. Если она отсутствует, то в графе Methodвыбирается None.

Temperature– диапазон изменения температуры в градусах Цельсия. Как и при других видах анализа, можно выбрать линейную (Linear) или логарифмическую (Log) шкалу изменения температуры, а также указать список (List) температур. В случае использования температуры в качестве одной из варьируемой переменной она обозначается как переменная TEMPпри моделировании.

NumberofPoints– количество точек характеристики, выводимой в табличной форме.

Maximumchange, % — максимально допустимое приращение графика первой функции на одном шаге варьируемой переменной (в процентах от полной шкалы). Используется при автоматическом (Auto) варьировании первой переменной. Если график функции меняется быстрее заданного приращения, то шаг приращения первой переменной автоматически уменьшается.

Опции:

RunOptions– управление выдачей результатов расчетов:

-                     Normal– результаты расчетов не сохраняются;

-                     Save– сохранение результатов расчета в бинарном файле <имя схемы>.dsa;

-                     Retrieve– считывание последних результатов расчета из созданного ранее файла <имя схемы>.dsa.

AutoScaleRanges– автоматическое масштабирование по осям Xи Yдля каждого нового варианта расчетов.

Остальные разделы окна DCAnalysisLimitsаналогичны разделам рассмотренных выше окон задания параметров в режимах анализа Transientи AC. На рис. 8 в окне анализа показан пример расчета семейства выходных статических характеристик транзистора – зависимости тока коллектора (Ic[Q1]) от приложенного к транзистору напряжения (Vce[Q1]) при варьировании тока базы (I1). В окне схем изображена схема подключения независимых источников напряжения и тока к транзистору Q1 при моделировании передаточных функций. В соответствии с рис. 7 напряжение питания V1 (V1=Vce[Q1]) меняется при моделировании от 0 до 5 В, а базовый ток I1 при построении графиков варьируется с шагом 0,5 мА в диапазоне 0…5 мА. Моделирование проведено при температуре транзистора 27 С0.


<img width=«401» height=«319» src=«ref-1_1878638114-24671.coolpic» v:shapes="_x0000_i1061">

Рис.  8
Для наглядности на этом же рисунке приведен фрагмент окна задания параметров моделирования, значения которых и определяют вид семейства выходных характеристик транзистора.



4. Многовариантный анализ (Stepping)
Во всех трех видах анализа Transient, ACи DCпредусмотрена возможность многовариантного анализа характеристик схем. Диалоговое окно Stepping, имеющее 20 закладок и позволяющее задать вариации от одного до двадцати параметров схемы, можно вызвать или из окна задания параметров моделирования, или щелкнув курсором по пиктограмме <img width=«18» height=«13» src=«ref-1_1878662785-428.coolpic» v:shapes="_x0000_i1062">. Окно Stepping(рис. 9) содержит следующие разделы.

StepWhat– строка выбора имени компонента и его варьируемого параметра. Содержание строки зависит от выбранного на панели ParameterTypeтипа параметра: Component, Modelили Symbolic.
<img width=«381» height=«210» src=«ref-1_1878663213-15771.coolpic» v:shapes="_x0000_i1063">

Рис. 9
ParameterType– тип варьируемого параметра:

Component– в качестве варьируемого компонента схемы указывается его имя, выбираемое из списка, открываемого кнопкой <img width=«17» height=«12» src=«ref-1_1878678984-408.coolpic» v:shapes="_x0000_i1064"> в первой строке StepWhat(например, R1, R2, C1, L1, D1, Q1, V1 и т.п.). Если в этом списке выбрать простой компонент, имеющий единственный параметр (резистор, конденсатор и т.д.), то справа на первой строке появляется стандартное имя Value(величина). Если же выбранный компонент имеет модель или макромодель (транзистор, операционный усилитель и др.), то справа на первой строке нужно выбрать имя ее параметра из списка, открываемого кнопкой <img width=«17» height=«12» src=«ref-1_1878678984-408.coolpic» v:shapes="_x0000_i1065"> ;

Model– в качестве варьируемой величины указывается параметр модели компонента. Имя модели и соответствующий параметр выбираются из списков, открываемых кнопкой <img width=«17» height=«12» src=«ref-1_1878678984-408.coolpic» v:shapes="_x0000_i1066"> . Следует иметь в виду, что по данному способу варьируются параметры всех компонентов, имеющих выбранную модель;

Symbolic– изменяемый параметр выбирается из списка параметров, определенных по директиве .define.

Следующие три строки определяют:

From– начальное значение выбранного параметра. При использовании логарифмической шкалы оно должно быть больше нуля;

To– конечное значение параметра. При выборе логарифмической шкалы оно также должно быть больше нуля;

Stepvalue– величина шага параметра. При линейной шкале она прибавляется к текущему значению, а при логарифмической шкале умножается на текущее значение параметра.

Последние две строки недоступны, если используется списочный (List) способ задания значений параметров.

Method– характер изменения варьируемого параметра:

-                     Linear– линейная шкала;

-                      Log– логарифмическая шкала;

-                      List– список значений.

StepIt– включение (Yes) или выключение (No) режима вариации параметров.

Change– метод изменения нескольких параметров:

-                     Stepallvariables— одновременное изменение всех варьируемых параметров (количества вариаций всех параметров должны быть равны между собой);

-                     Stepvariablesinnestedloops— поочередное (вложенное) изменение варьируемых параметров (во внешнем цикле изменяется переменная, указанная на 1-й закладке).

Перед выполнением вариации параметров схемы рекомендуется убедиться, что моделирование выполняется без ошибок при номинальном значении параметров, т.е. схема задана правильно. Далее, вызвав окно Stepping, необходимо задать требуемые параметры варьирования, включить режим Steppingи, щелкнув по кнопке «OK», перейти в окно выбранного режима анализа. Для построения графиков исследуемых характеристик достаточно снова запустить режим анализа с помощью клавиши F2 или кнопки Run.

Пример многовариантного расчета частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ) резонансного контура при вариации емкости конденсатора приведен на рис. 10. Варьируемые значения емкости конденсатора С1, соответствующие различным кривым семейства характеристик, введены в первое графическое окно анализа (АЧХ) с помощью команды LabelBranchesиз меню режима электронной лупы Scope. При последующем детальном анализе одной из кривых семейства можно воспользоваться диалоговым окном GotoBranch, вызываемым пиктограммой <img width=«21» height=«13» src=«ref-1_1878680208-742.coolpic» v:shapes="_x0000_i1067">. Например, для измерения резонансной частоты параллельного контура при значениях емкости конденсатора С1, соответствующих 25 пф и 100 пф, для левого курсора величина С1 принята равной 2,5Е-11 (25 пф), а для правого курсора – 1Е-10 (100 пф). Далее, используя пиктограмму <img width=«18» height=«13» src=«ref-1_1878680950-422.coolpic» v:shapes="_x0000_i1068"> (Peak), находим максимумы исследуемых графиков. В результате измерений (рис. 10) определены значения резонансной частоты контура: 2,28 МГц (С1=100 пф) и  4,459 МГц (С1=25 пф).


<img width=«403» height=«281» src=«ref-1_1878681372-21793.coolpic» v:shapes="_x0000_i1069">

Рис. 10
В программе MC8 имеются некоторые ограничения в использовании режима многовариантного анализа. В частности, недоступен статистический анализ по методу Монте-Карло при вариации параметров в режиме Stepping. Полный список ограничений вариации параметров приведен в HELP.



5. Расчет режима по постоянному току (DynamicDC)
Режим DynamicDCпозволяет произвести анализ электрической схемы по постоянному току и отобразить результаты расчетов на чертеже схемы. Если предварительно на закладке Optionsкоманды Options>Preferencesвключен параметр CircuitShowSlider, то на схеме у изображений батарей и простых компонентов (резисторы, конденсаторы и индуктивности) размещаются движковые регуляторы. При их перемещении с помощью курсора изменяются и номинальные значения данных компонентов с отображением новых значений на схеме. Очевидно, что при изменении сопротивлений резисторов будут меняться и параметры схемы. Минимальные и максимальные значения величин компонентов определяются с помощью атрибутов SLIDER_MINи SLIDER_MAXв окне задания параметров компонентов (см. разд. 3.1).

На рис. 11, а  приведена схема транзисторного  усилителя. После исполнения команды Analysis>DynamicDCна чертеже схемы появляются изображения движковых регуляторов (рис. 11, б), а в окно схем вводится диалоговое окно для задания параметров моделирования.
<img width=«394» height=«154» src=«ref-1_1878703165-7016.coolpic» v:shapes="_x0000_i1070">    продолжение
--PAGE_BREAK--

Рис.  11
Программа МС8 производит расчет узловых потенциалов, токов ветвей и мощности. Объем выводимой на схему информации определяется нажатием в диалоговом окне соответствующих пиктограмм, назначение которых приводится ниже.

<img width=«19» height=«17» src=«ref-1_1878710181-470.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1071">   —  номер узла;

<img width=«21» height=«18» src=«ref-1_1878710651-803.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1072">  — напряжение аналоговых узлов или логические состояния     цифровых узлов — Voltages;

<img width=«18» height=«18» src=«ref-1_1878711454-791.coolpic» v:shapes="_x0000_i1073">   — токи ветвей — Currents;

<img width=«19» height=«18» src=«ref-1_1878712245-788.coolpic» v:shapes="_x0000_i1074">   —  мощности, рассеиваемые в ветвях — PowerTemps;

<img width=«19» height=«18» src=«ref-1_1878713033-791.coolpic» v:shapes="_x0000_i1075">  — состояние p-nпереходов (LIN– линейный режим, ON— переход  открыт, OFF– переход закрыт, SAT– переход в режиме насыщения) — Condition.

При выборе опции PlaceTextв окне схем появляется надпись, содержащая названия выведенных параметров схемы.

Следует отметить, что при использовании этих пиктограмм в режиме анализа переходных процессов (если не выбрана опция OperationPointOnly) на схеме отображаются не значения режима по постоянному току, а значения переходных процессов в последний момент времени. Если же проводился анализ схемы в режимах ACили DC, то при использовании данных пиктограмм на схеме отображаются значения режима по постоянному току, рассчитанного последним.



6. Расчет режима по переменному току (DynamicAC)
В отличие от более ранних версий в программе MC8 предусмотренрежим DynamicAC, при котором производится расчет схемы по переменному току, т.е. вычисляются комплексные амплитуды напряжений в узлах и токов в ветвях схемы, а также рассчитывается не только активная, но и реактивная составляющая мощности.
<img width=«391» height=«236» src=«ref-1_1878713824-12939.coolpic» v:shapes="_x0000_i1076">

Рис. 12
На рис. 12 показано окно схем после исполнения команды Analysis> DynamicAC. Как видно из рисунка, при нажатой пиктограмме <img width=«21» height=«18» src=«ref-1_1878710651-803.coolpic» alt="*" v:shapes="_x0000_i1077"> указываются амплитуды (Magnitude) и фазы (Phase) гармонического колебания в различных узлах схемы в соответствии с форматом FirstValue, SecondValue. Используя опции Magnitude, MagnitudeindBили RealPartдля первой величины (FirstValue), а также опции PhaseinDegreesили PhaseinRadiansдля второй величины (SecondValue), можно менять размерность значений выводимых параметров. Для отмены отображения на схеме одной из величин достаточно выбрать опцию None. Частота гармонического колебания, при которой проводится анализ схемы в режиме DynamicAC, указывается в окне FrequencyList. На рис. 12 FrequencyList=1E6, т.е. расчет схемы по переменному току производился на частоте 1 МГц.


7. Расчет малосигнальных передаточных функций (TransferFuction)
Режим TransferFuctionвыполняет расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току, которые рассчитываются после линеаризации схемы в окрестностях рабочей точки. В качестве выходного выражения (OutputExpression) может использоваться любая переменная или функция, имеющая смысл при анализе схемы по постоянному току. Например, это разность потенциалов между узлами Aи B– V(A,B), падение напряжения на резисторе R– V(R) или ток, протекающий через резистор, — I(R) и др. Входное воздействие может вырабатывать источник (Sourse) напряжения или тока. Если обозначить выходную и входную переменные как Voutи Vin, то результатом расчета является передаточная функция (TransferFunction), равная dVout/dVin.
<img width=«393» height=«274» src=«ref-1_1878727566-18623.coolpic» v:shapes="_x0000_i1078">

Рис. 13
В качестве примера на рис. 13 показано окно схем программы MC8 в режиме TransferFuction. Диалоговое окно позволяет задать выходную переменную из списка, открываемого кнопкой <img width=«17» height=«12» src=«ref-1_1878678984-408.coolpic» v:shapes="_x0000_i1079"> , выбрать имя источника входной переменной (InputSourceName) и, нажав на панель Calculate, произвести расчет схемы. Помимо расчета передаточной функции (TransferFunction) программа MC8 вычисляет и выводит на строках Input(Output) Impedanceзначения входного и выходного сопротивлений схемы. При выборе опции PlaceTextрезультаты расчета помещаются в виде текста непосредственно в окно схем (рис. 13).



8. Расчет чувствительности по постоянному току (Sensitivity)
Расчет чувствительности производится после линеаризации схемы в окрестностях рабочей точки. При этом рассчитывается чувствительность одной или нескольких выходных переменных к изменению выбранного параметра схемы. После выбора команды Analysis>Sensinivityв окне схем появляется диалоговое окно для задания параметров моделирования (рис. 14).
<img width=«396» height=«273» src=«ref-1_1878746597-19209.coolpic» v:shapes="_x0000_i1080">

Рис. 14
В графе Outputуказываются одно или несколько выражений для выходных переменных. В примере (рис. 14) в качестве выходной переменной определен ток, протекающий через нагрузочный резистор R2 – I(R2). Тип входных переменных определяется кнопками Component, Modelи Symbolic. При выборе опции Componentв окне InputVariableпредлагается выбрать один компонент из списка используемых в схеме компонентов, влияющих на результаты расчета. Если выбирается простой компонент (например, резистор), то в окне справа появляется надпись Value(величина). Т.е. в качестве входного параметра будет использована величина выбранного компонента. Если же выбирается компонент, имеющий сложную математическую модель, то в правом окне появляется список параметров модели компонента, которые и могут быть использованы в качестве входного параметра. При анализе схемы усилителя (рис. 14) входным параметром определен коэффициент усиления тока (BF) транзистора Q1.

При выборе переменной типа Modelв окне InputVariableпоявляется список моделей компонентов, используемых в схеме, а справа – список параметров, присущих выбранной модели. Причем, если в схеме использованы однотипные компоненты, имеющие одинаковые модели (например, несколько однотипных транзисторов в схеме дифференциального усилителя, приведенного на рис. 13), то выбранный параметр будет определен как входной для всех этих компонентов. В режиме Modelможно выбрать один входной параметр (опция One) или несколько (опция Multiple). Для задания всех параметров модели в качестве входных используется кнопка AllOn.

Расчет чувствительности производится после нажатия на панельCalculateв соответствии с выражением dVout/dVin, где Vout– выходная переменная, а Vin– входной параметр. Результаты расчета (значения вычисленной чувствительности для каждой выходной переменной) помещаются в графу Sensinivity. В графе Sensinivity%/% размещается отношение приращения выходной переменной в процентах к изменению входного параметра в процентах.



9. Расчет нелинейных искажений (Distortion)
В программе MC8 имеется режим расчета нелинейных искажений. Для проведения моделирования ко входу схемы необходимо подключить источник синусоидального напряжения или тока (например, SineSource). При выполнении команды Analysis> Distortionоткрывается диалоговое окно, показанное на рис. 15. Структура окна аналогична рассмотренным ранее окнам задания параметров моделирования и отличается в первую очередь перечнем числовых параметров:

FundamentalFrequency– основная (опорная) частота гармонического колебания, генерируемого входным источником;

InputSourceName– имя входного источника сигнала;

InputSourceAmplitude– амплитуда входного гармонического колебания;

OutputExpression– выходное выражение, для которого производится расчет нелинейных искажений;

SimulationCycles– количество периодов гармонического колебания, которое используется при расчете нелинейных искажений;

MaximumTimeStep– максимальный шаг времени, определяющий точность расчета.

Назначение остальных параметров и опций диалогового окна были рассмотрены в предыдущих разделах ( см. разд. 1 … 3).

В процессе анализа в режиме Distortionпрограмма MC8 выполняет расчет и построение выходной функции OutputExpression, а затем переходит к вычислению и анализу спектра этой функции. На рис. 15 в первом графическом окне задано выражение HARM[V(1)], которое является оператором расчета гармоник сигнала V(1), т.е. спектра S, который для периодического сигнала имеет линейчатую структуру [1].


<img width=«393» height=«208» src=«ref-1_1878765806-16758.coolpic» v:shapes="_x0000_i1081">

Рис. 15
Далее следуют операторы:

IHD(HARM[V(1)],10000) – коэффициент нелинейных искажений отдельных составляющих спектра Sв процентах относительно уровня составляющей на частоте F. Задается по формату IHD(S,F), где S– спектр сигнала, а F– частота, указанная в графе FundamentalFrequencyдиалогового окна;

THD(HARM[V(1)],10000) – коэффициент нелинейных искажений спектра S, в процентах относительно уровня составляющей на   частоте F. Формат задания оператора – THD(S,F).

В последней строке выражений, задаваемых по оси Y(YExpression), указана анализируемая функция, определенная в графе OutputExpression. Приведенные выше выражения являются предопределенными и недоступными для редактирования в режиме Distortionи пользователю предлагается лишь указать номер графического окна (в графе P) для вывода указанных графиков.

На рис. 16 показан пример расчета нелинейных искажений сигнала на выходе транзисторного усилителя. В качестве входного сигнала (генератор V1) задано гармоническое колебание с частотой 10 кГц и амплидудой 1 мВ. На первом графике окна моделирования представлен спектр выходного периодического сигнала, снимаемого с коллектора транзистора Q1. Второй график показывает распределение амплитуд гармоник выходного сигнала, возникающих из-за нелинейных искажений, присущих данному усилителю. На третьем графике изображен один период выходного сигнала усилителя V(1), снимаемого с коллектора транзистора Q1.
<img width=«393» height=«272» src=«ref-1_1878782564-22443.coolpic» v:shapes="_x0000_i1082">

Рис. 16
Следует помнить, что программа MC8 позволяет вычислить коэффициент нелинейных искажений, а анализ этих искажений (так же, как и анализ других результатов моделирования, полученных с помощью MC8) пользователю необходимо провести самостоятельно с использованием имеющихся в MC8 инструментов.



10. Вывод графиков характеристик в режиме Probe
Программа МС8 производит построение графиков в режимах Transient, ACи DCнепосредственно в процессе моделирования. При решении простых задач построение и отображение на экране дисплея графиков происходит практически мгновенно. При анализе достаточно сложных схем процесс построения графиков может занимать продолжительное время. В случае изменения задания на моделирование, т.е. для построения графиков других переменных, необходимо до начала расчетов перечислить имена этих переменных и задать их масштабы. Далее программа MC8 по команде Runповторит моделирование, затрачивая на это определенное время.

Режим Probeпозволяет не только упростить процесс моделирования, но и придать ему определенную динамику. В режиме Probeпрограмма МС8 создает файл данных, в который заносятся потенциалы всех узлов схемы, что и позволяет по завершению моделирования оперативно построить график любой переменной. Схемотехническое моделирование в режиме Probeпроизводится в следующем порядке.

После построения (или вызова в рабочее окно) схемы в меню Analysisвыбирается один из видов анализа (Transient, ACили DC) и заполняются все графы окна AnalysisLimits. Далее в меню Analysisвыбирается режим Probeс тем же видом анализа: ProbeTransient, ProbeACили ProbeDC. При этом экран делится на две части – окно схемы и окно графиков (рис. 17). Меняется и содержание меню команд, появляются новые разделы меню: Probe, Verticalи Horizontal.

Для выполнения моделирования в меню команды Probeвыбирается строка Newrun(или пиктограмма <img width=«13» height=«14» src=«ref-1_1878805007-417.coolpic» v:shapes="_x0000_i1083"> в строке инструментов). Затем в разделах VerticalиHorizontalнеобходимо выбрать тип переменных (напряжение, ток, заряд, время и т.д.), откладываемых по осям Yи X, а на схеме щелчком курсора указать узел схемы, вывод компонента или сам компонент. В результате в графическом окне немедленно вычерчивается график соответствующей характеристики. Для очистки окна графиков и выполнения нового моделирования достаточно щелкнуть курсором по пиктограмме <img width=«13» height=«14» src=«ref-1_1878805007-417.coolpic» v:shapes="_x0000_i1084">.
<img width=«394» height=«259» src=«ref-1_1878805841-17504.coolpic» v:shapes="_x0000_i1085">

Рис. 17
На рис. 17 показаны полученные в режиме ProbeTransientграфики изменения падения напряжения на резисторе V(R1), индуктивности V(L1) и конденсаторе V(C1), а также график входного воздействия, вырабатываемого генератором импульсного сигнала V1. При построении этих графиков (в одном графическом окне) в исследуемой схеме (рис. 17) с помощью курсора последовательно были выбраны следующие компоненты: R1, L1, C1 и V1.

Программа МС в режиме Probeпозволяет построить графики и других зависимостей, нехарактерных для выбранного режима анализа. Тип переменных, откладываемых при моделировании по оси Yи X, можно предварительно указать в разделах меню Verticalи Horizontal. Если, например, при исследовании схемы (рис. 17) в режиме ProbeTransientпо оси Yбудем откладывать напряжение, а по оси X– ток, то при выборе на схеме компонента L1 можно получить диаграмму (годограф), показывающую взаимосвязь между током I(L1) и напряжением.


<img width=«336» height=«279» src=«ref-1_1878823345-12340.coolpic» v:shapes="_x0000_i1086">

Рис. 18
V(L1) во время переходного процесса. Годограф (рис. 18) построен на интервале времени 0…1 мкс, заданном для анализа переходных процессов в режиме Transient.

Если в режиме Probeнужная часть схемы не видна, то окно схемы можно открыть полностью. После выбора нужного компонента или узла окно схемы минимизируется и вновь появляется окно графиков с нанесенной новой характеристикой.



11. Просмотр и обработка результатов моделирования
После завершения моделирования полученные графики характеристик схемы могут быть подвергнуты дальнейшей обработке. Дополнительная обработка заключается в изменении характера оформления графиков и нанесении необходимой текстовой информации, в измерении параметров полученных сигналов и определении координат особых точек графиков и т.д. Средства отображения, просмотра, обработки сигналов и нанесения надписей на графики сгруппированы в виде команд в отдельные разделы меню. Большинство команд доступны для пользователя в виде пиктограмм, которые можно ввести в окно результатов моделирования, воспользовавшись закладкой ToolBarв диалоговом окне Properties. Ниже рассматриваются некоторые режимы обработки графиков.

Графики функций строятся в графических окнах, и активным является то окно, в котором щелчком курсора выбрано имя одного из графиков (помечается подчеркиванием). Масштаб выделенных графиков можно менять с помощью команд Windows>Zoom-In(Zoom-Out) (пиктограммы <img width=«38» height=«17» src=«ref-1_1878835685-937.coolpic» v:shapes="_x0000_i1087"> ) или произвести автоматическое масштабирование графиков так, чтобы они заняли все окно (команда Scope>AutoScaleили клавиша F6). Выделенные графики можно панорамировать, т.е. перемещать окно графика без изменения масштаба изображения с помощью клавиатуры (Ctrl+<клавиша стрелок>) или с помощью мыши (щелчок и буксировка правой кнопкой мыши). Восстановление всех графиков в масштабе, указанном в окне AnalysisLimits, осуществляется выбором команды Scope>RestoreLimitScalesили комбинацией клавиш Ctrl+Home.

Окно Propertiesвызывается двойным щелчком курсора в поле графиков, а также с помощью пиктограммы <img width=«19» height=«14» src=«ref-1_1878836622-754.coolpic» v:shapes="_x0000_i1088">    продолжение
--PAGE_BREAK--