Схемотехническое моделирование в системе Micro Cap 9

Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристика схемы. Построение графиков зависимостей. Временные характеристики на входе и выходе схемы. Реакция схемы на единичный скачок (функция Хэвисайда). Шестнадцатибитовое аналогово-цифровое преобразование.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Введение

Micro Cap 9 - с его помощью выполняется графический ввод проектируемой схемы и анализ характеристик аналоговых, цифровых и аналого-цифровых устройств. Предложенная программа предназначена для схемотехнического моделирования на персональном компьютере, она позволяет быстро и наглядно строить графики зависимостей характеристик схем от варьируемых параметров. В этой программе включена методика анализа нелинейных схем по постоянному току, расчёт переходных процессов и частотных характеристик. Графики результатов выводятся в процессе моделирования или после его окончания по выбору пользователя, имеются сервисные возможности обработки графиков.

Главным недостатком является недостаточная элементная база, данная в виде зарубежных аналогов, что затрудняет создание схемы.

Программа Micro-Cap 9 очень удобна для первоначального освоения схемотехнического моделирования электронных схем и рекомендуется для исследовательских работ, не предполагающих немедленной конструкторской реализации.

1. Анализ схемы в частотной области

Рисунок 1 - Принципиальная схема исследуемого устройства

1.1 Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазо-частотная (ФЧХ) характеристики схемы

Исходные данные для построения АЧХ и ФЧХ схемы:

Рисунок 2 - Окно задания параметров частотного анализа

Частотные характеристики имеют следующий вид:



Рисунок 3 - АЧХ и ФЧХ исходной схемы

По результатам частотного анализа определяем следующие параметры:

Коэффициент усиления:

Воспользовавшись функцией «Глобальный максимум», определяем максимальный коэффициент усиления:

Рисунок 4 - Максимальное значение коэффициента усиления исходной схемы (32,181 дБ)

Полоса пропускания:

Воспользовавшись функцией «Width» свойства «Перейти к Performance», и введя значение -3бД по отношению к максимальному значению коэффициента усиления (29,181 дБ) определяем полосу пропускания заданной схемы, численно равную 306,562 кГц.

Рисунок 5 - Полоса пропускания исходной схемы (306,562 кГц)

Определение средней частоты

fcp=Дf/2=53,054 /2=153,281 кГц , где Дf - полоса пропускания схемы.

1.2 АЧХ и ФЧХ схемы в зависимости от изменения температуры

Рисунок 6 - Окно задания параметров зависимости АЧХ и ФЧХ от изменения температуры

Получаем следующие зависимости:

Рисунок 7 - Графики зависимости АЧХ и ФЧХ от температуры

1.3 Построение графиков зависимостей Ku=f(to) и Дf=f(to) исследуемой схемы

Используя значение функции «Width» свойства «Перейти к Performance», для каждого значения температуры определяем коэффициент усиления и полосу пропускания. Результаты расчетов сведены в таблицу 1. Графики приведены на рисунках 8 и 9.

Таблица 1 - Значение зависимостей Ku=f(to) и Дf=f(to)

tє C	Кус, дБ	Дf, кГц
50	33,567	298,106
45	33,368	300,058
40	33,120	302,009
35	32,815	303,890
30	32,443	305,600
25	31,989	307,084
20	31,434	308,098
15	30,749	308,286
10	29,887	307,059
5	28,770	302,873
0	27,237	293,128
-5	24,970	273,488
-10	21,477	244,802
-15	17,070	225,210
-20	13,036	225,378
-25	8,588	232,541
-30	2,895	277,712
-35	-4,249	252143
-40	-12,688	276,569
-45	-22,109	505,950
-50	-26,700	815,091

Рисунок 8 - Зависимость Ku=f(to)



Рисунок 9 - Зависимость Дf=f(to)

2. Анализ схемы во временной области

2.1 Временные характеристики на входе и выходе схемы

Для построения временных характеристик воспользуемся Анализом переходных процессов (Transient)

Рисунок 10 - Окно задания параметров анализа переходных процессов

Временные характеристики имеют следующий вид:

Рисунок 11 - Временные характеристики на входе и выходе схемы

2.2 Временные характеристики на входе и выходе схемы в зависимости от температуры (-50оС…50оС, шаг 5оС)

Рисунок 12 - Окно задания параметров анализа переходных процессов в зависимости от температуры

Рисунок 13 - Временные характеристики на входе и выходе схемы при изменении температуры

2.3 Семейство временных характеристик на входе и выходе схемы в зависимости от амплитуды источника сигнала

Для построения семейства временных характеристик на входе и выходе схемы в зависимости от изменения амплитуды источника сигнала, изменим амплитуду сигнала вырабатываемого генератором V1.

Изменение амплитуды вырабатываемого сигнала задается в окне Stepping окна задания параметров Transient.

Рисунок 14 - Семейство временных характеристик на входе и выходе схемы

2.4 График зависимости Uвых=f(Uвх)

Рисунок 15 - График зависимости напряжения выхода от входа

3. Анализ переходных процессов

3.1 Реакция схемы на единичный скачок (функция Хэвисайда)

Для анализа переходных процессов изменим тип входного генератора V1 с «Sine Sourse» на «Pulse Sourse».

Рисунок 16 - Параметры импульсного генератора сигнала

График реакции схемы:

Рисунок 17 - Реакция схемы на единичный скачек (функция Хэвисайда)

3.2 Реакция схемы на д-функцию

Исходные данные для построения реакции схемы на д-функцию:

Рисунок 18 - Параметры импульсного генератора сигнала

График реакции схемы:

Рисунок 19 - Реакция схемы на д-функцию

3.3 16-битовое аналогово-цифровое преобразование (АЦП)

Выходной аналоговый сигнал и его цифровое преобразование имеют вид:

амплитудный схема скачок шестнадцатибитовый

Рисунок 20 - Аналоговый сигнал и его цифровое преобразование

Заключение