/>/>Содержание
Введение
/>1. Расчет передаточных функций по постоянному току (DC —Alt+3) Арсенид-галлиевыйполевой транзистор (GaAsFET)
1.1 Задание параметровмоделирования DC Analysis Limits
1.2 Использованиеклавиши Р
1.3 Меню режимоврасчета передаточных функций DC
2. Расчет режима по постоянному току (Dynamic DC —Alt+4)
3. Расчет малосигнальных передаточных функций (Transfer Function —Alt+5)
4. Расчет чувствительностей по постоянному току (Sensitivity — Alt+6)
Заключение
Список литературы
Введение
MicroCAP-7 — это универсальный пакет программ схемотехническогоанализа, предназначенный для решения широкого круга задач. Характернойособенностью этого пакета, впрочем, как и всех программ семейства MicroCAP(MicroCAP-3… MicroCAP-8) [1, 2], является наличие удобного и дружественногографического интерфейса, что делает его особенно привлекательным длянепрофессиональной студенческой аудитории. Несмотря на достаточно скромныетребования к программно-аппаратным средствам ПК (процессор не ниже Pentium II,ОС Windows 95/98/ME или Windows NT 4/2000/XP, память не менее 64 Мб, монитор нехуже SVGA), его возможности достаточно велики. С его помощью можноанализировать не только аналоговые, но и цифровые устройства. Возможно также исмешанное моделирования аналого-цифровых электронных устройств, реализуемое вполной мере опытным пользователем пакета, способным в нестандартной ситуациисоздавать собственные макромодели, облегчающие имитационное моделирование безпотери существенной информации о поведении системы.
От младших представителей своего семейства MicroCAP-7 отличаетсяболее совершенными моделями электронных компонентов разных уровней (LEVEL)сложности, а также наличием модели магнитного сердечника. Это приближает его повозможностям схемотехнического моделирования к интегрированным пакетамDESIGNLAB, ORCAD, PCAD2002 — профессиональным средствам анализа ипроектирования электронных устройств, требующим больших компьютерных ресурсов идостаточно сложных в использовании.
1. Расчет передаточных функций по постоянному току (DC —Alt+3)
После того как нарисована принципиальная схема переходят к расчетухарактеристик, выбирая в меню Analysis один из видов анализа:
Transient (Alt+1) — расчетпереходных процессов;
AC (Alt+2) — расчет частотныххарактеристик;
DC (Alt+3) — расчетпередаточных функций по постоянному току (при вариации постоянной составляющейодного или двух источников сигналов, вариации температуры или параметровмоделей компонентов);
Dynamic DC (Alt+4) — расчетрежима по постоянному току и динамическое отображение на схеме узловыхпотенциалов, токов ветвей и рассеиваемой мощности;
Transfer Function (Alt+5) —расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току;
Sensitivity (Alt+6) — расчетчувствительностей режима по постоянному току.
В режиме DC рассчитываются передаточные характеристики попостоянному току. Ко входам цепи подключаются один или два независимыхисточника постоянного напряжения или тока. В качестве выходного сигнала можетрассматриваться разность узловых потенциалов или ток через ветвь, в которуювключен резистор. При расчете режима DC программа закорачиваетиндуктивности, исключает из схемы конденсаторы и затем рассчитывает режим попостоянному току при нескольких значениях входных сигналов. Например, приподключении одного источника постоянного напряжения может рассчитыватьсяпередаточная функция усилителя, а при подключении двух источников — семействостатических выходных характеристик транзистора. Как правило, режим анализа DC ииспользуется в основном для этих двух целей: построения вольтамперныххарактеристик полупроводниковых и электронных приборов (см. каталог схем ANALYSIS\DC\ВАХи_Приборов)и снятия передаточных характеристик усилителей постоянного тока не содержащихреактивных компонентов (см. схемы DIFFAMP, MOSDIFF, UA741, UA709, RCA3040 изкаталога Analysis\DC)
После перехода в режим DC программа МС7 проверяет правильностьсхемы. При отсутствии ошибок программа составляет топологическое описаниесхемы, выполняет подготовку к численному расчету нелинейных уравненийитерационным методом Ньютона-Рафсона и открывает окно задания параметровмоделирования DC Analysis Limits.
1.1 Заданиепараметров моделирования DC Analysis Limits
В окне задания параметров расчета передаточных характеристик попостоянному току, показанном на рис. 1, имеются следующие разделы.
К о м а н д ы:
Run — начало моделирование.Щелчок на пиктограмме /> в строкеинструментов или нажатие F2 также начинает моделирование. Моделирование можетбыть остановлено в любой момент времени нажатием на пиктограмму /> или клавишу Esc. Последовательные нажатия напиктограмму /> прерываюти затем продолжают моделирование;
Add — добавление еще однойстроки спецификации вывода результатов после строки, отмеченной курсором. Наэтой строке устанавливается способ отображения результатов и аналитическиевыражения для построения графиков. При наличии большого количества строк, неумещающихся на экране, появляется линейка прокрутки;
Delete — удаление строкиспецификации вывода результатов, отмеченной курсором;
Expand — открытие дополнительногоокна для ввода текста большого размера при расположении курсора в одной изграф, содержащих выражения, например Y Expression;
Stepping — открытие диалогового окназадания вариации параметров;
Properties — открытие диалоговогоокна задания параметров вывода результатов моделирования (окон графиков,текстовых надписей, толщины и цвета линий и др.);
Help— вызов раздела DC Analysisсистемы помощи.
/>
Рис.1. Задание параметров расчета в режиме DC
Variable 1 — задание первойварьируемой переменной.
В графе Method выбирается метод варьирования переменной (Auto— выбираемый автоматически; Linear — линейный, задаваемый в графе Rangeпо формату Final[,lnitial[,Step]], если опустить параметр Step (шаг), то шагбудет принят равным (Final— lnitial)/50, если опустить параметр Initial, тоначальное значение будет положено равным нулю, если изменяется только одинисточник, то можно оставить строку пустой; Log — логарифмический; List— в виде списка значений, разделяемых запятыми).
В графе Name из списка, открываемого нажатием на кнопку />, выбирается имя варьируемой переменой — величиныисточника постоянного напряжения или тока, температуры или имени одного изкомпонентов, имеющих математические модели; при выборе в графе Name именитакого компонента в расположенном справа окне выбирается варьируемый параметрего математической модели.
Variable 2 — задание второйварьируемой переменной. Если она отсутствует, то в графе Method выбираетсяNone.
Number of Points —количество точек, выводимых в таблицы, т. е. количество строк в таблице выводарезультатов, минимальное значение равно 5. При выводе в таблицы применяетсялинейная интерполяция.
Temperature — диапазон изменениятемпературы в градусах Цельсия; при выборе параметра Linear имеет форматHigh[,Low[,Step]]; если параметр Step (шаг) опущен, то выполняется анализ придвух значениях температуры Low (минимальной) и High (максимальной), еслиопущены оба параметра Low и Step, то расчет проводится при единственнойтемпературе, равной High, при выборе параметра List указывается списоктемператур, разделяемых запятыми. При изменении температуры изменяютсяпараметры компонентов, имеющие ненулевые температурные коэффициенты ТС, а такжеряд параметров полупроводниковых приборов. Значение установленной здесьтемпературы может использоваться в различных выражениях, она обозначается какпеременная TEMP.
Maximum change, % —максимально допустимое приращение графика первой функции на одном шаге (впроцентах от полной шкалы). Если график функции изменяется быстрее, то шагприращения первой переменной автоматически уменьшается.
О п ц и и:
Run Options — управление выдачейрезультатов расчетов:
Normal — результаты расчетов несохраняются,
Save — сохранение результатоврасчетов в бинарном дисковом файле .DSА,
Retrieve — считывание последнихрезультатов расчета из дискового файла
Auto Scale Ranges —присвоение признака автоматического масштабирования «Auto» по осям X,Y для каждого нового варианта расчетов. Если эта опция выключена, топринимаются во внимание масштабы, указанные в графах X Range, Y Range.
В ы в о д р е з у л ь т а т о в м од е л и р о в а н и я:
Ниже раздела «Числовые параметры» и слева от раздела «Выражения»расположена группа пиктограмм. Нажатие каждой пиктограммы определяет характервывода данных, задаваемых в той же строке. Имеются следующие возможности:
/> /> X Log/Linear Scale — переключение междулогарифмической и линейной шкалой по оси X. При выборе логарифмической шкалыдиапазон изменения переменной должен быть положительным;
/> /> Y Log/Linear Scale — переключение междулогарифмической и линейной шкалой по оси У. При выборе логарифмической шкалыдиапазон изменения переменной должен быть положительным;
/> Color—вызов меню для выбора одного из 16 цветов для окрашивания графиков. Графикокрашивается в цвет кнопки;
/> NumericOutput — при нажатии этой кнопки в текстовый выходной файл заноситсятаблица отсчетов функции, заданной в графе Y Expression. Запись производится вфайл «
Plot Group — в графе Рчислом от 1 до 9 указывается номер графического окна, в котором должна бытьпостроена данная функция. Все функции, помеченные одним и тем же номером,выводятся в одном окне. Если это поле пусто, график функции не строится.
В ы р а ж е н и я:
X Expression — математическое выражение переменной, откладываемойпо оси X.
Y Expression — математическое выражение переменной, откладываемойпо оси Y.
X Range — максимальное и минимальное значение переменной Х награфике по формату High[,Low]. Если минимальное значение Low равно нулю, егоможно не указывать. Для автоматического выбора диапазона переменных в этойграфе указывается Auto. В этом случае сначала выполняется моделирование, впроцессе которого графики строятся в стандартном масштабе и затем автоматическиперестраиваются;
Y Range — максимальное и минимальное значение переменной Y награфике; если минимальное значение равно нулю, его можно не указывать. Дляавтоматического выбора диапазона переменных в этой графе указывается Auto.
1.2 Использованиеклавиши Р
После выполнения команды Run начинается расчет передаточныхфункций, и в процессе получения результатов на экран выводятся их графики.После нажатия клавиши Р в нижней части графического окна справа отобозначения каждой переменной выводятся их текущие численные значения. Этотспособ удобен для контроля за длительными расчетами передаточных функций,диапазон изменения которых заранее не известен (так что текущие результатымогут быть не видны на экране). Однако моделирование при этом значительнозамедляется, поэтому после просмотра наиболее интересного фрагмента данныхследует выключить этот режим повторным нажатием клавиши Р.
1.3 Менюрежимов расчета передаточных функций DC
После перехода в режим расчета передаточных функций в строке менюпоявляется новое меню DC, содержащее помимо стандартных пунктов RUN, Limits,Stepping, Exit, State Variables Editor и расширенные команды: OPTIMIZE, Watch,Breakpoints, 3D Windows, Reduce Data Points. Состав этих команд приблизительноодинаков для всех видов анализа, смысл их ясен из названия, а назначение ирезультат выполнения определяются самостоятельно при углубленном изучениипрограммного пакета.
2. Расчет режима по постоянному току (Dynamic DC —Alt+4)
По команде Analysis/Dynamic DC производится расчетрежима по постоянному току и его отображение на чертеже семы. Причем если назакладке Common команды Options/Preferences включен параметр ShowSlider, то на схеме у изображений батарей и резисторов размещаются движковыерегуляторы — при их перемещении движением курсора изменяются номинальныезначения этих компонентов, и на схеме отображаются новые значения режима попостоянному току, как показано на рис. 2. Минимальные и максимальные значенияноминальных значений определяются с помощью атрибутов SLIDER_MIN, SLIDER_MAXкаждой батареи и каждого резистора, см. рис. 3.
/>
Рис.2. Отображение результатов расчета режима по постоянному току
Объем выводимой на схему информации определяется нажатиемпиктограмм:
/> —номера узлов;
/> —напряжения аналоговых узлов или логические состояния цифровых узлов;
/> —токи ветвей;
/> —мощности, рассеиваемые в ветвях;
/> —состояния p-n переходов: LIN — линейный режим, ON — переход открыт, OFF—переход закрыт, SAT — находится в режиме насыщения, HOT — перегрев, превышенадопустимая рассеиваемая мощность.
/>
Рис.3. Задание диапазона изменений номинальных значений для режима Dynamic DC.
При выполнении команды Analysis>Dynamic DC по умолчанию нажатапиктограмма /> остальныепользователи включают по мере надобности.
Так в примере (см. рис. 2) дополнительно нажата кнопка /> для отображения состояния транзистора.
Данный режим (Dynamic DC) может быть очень полезен, например, длянастройки режима по постоянному току усилительного каскада (многокаскадныхусилителей), т.е. для правильной установки рабочей точки. Транзистор должен приэтом находиться в линейном режиме, а напряжение на выходе должно быть вдиапазоне 1/3…2/3 от напряжения питания. Примеры использования режима DYNAMICDC в схемных файлах US_BJT_ОЭ_настройка, US_NMOS_ОИ_настройка изкаталога ANALYSIS\DYNAMIC DC.
В 1-ом примере каскад в исходном состоянии не обладаетнеобходимыми усилительными свойствами, в чем можно убедиться, запустив режиманализа TRANSIENT — каскад будет искажать синусоидальный сигнал, ограничиваяего с одной стороны. Настройка производится изменением величины резистора R2движком в режиме DYNAMIC DC при включенной дополнительно кнопке />, до тех пор пока транзистор не окажется вусилительном режиме (LIN, HOT) и напряжение на коллекторе не будетприблизительно равно половине напряжения питания. После этого можно сновазапустить TRANSIENT анализ, ответив «NO» на вопрос о восстановлении исходногосостояния каскада по номиналам и убедиться в надлежащей работе усилительногокаскада.
Во 2-м примере все делается аналогично, только настройка каскадавыполняется изменением напряжения источника в цепи затвора V1.
Отметим, что при использовании перечисленных выше кнопок прианализе переходных процессов на схеме отображаются не значения режима попостоянному току, а значения переходных процессов в последний момент времени,если не выбрана опция Operation Point Only. После завершения расчетов покомандам Analysis/AC, DC на схеме отображаются значения режима попостоянному току, рассчитанного последним.
3. Расчет малосигнальных передаточных функций (Transfer Function —Alt+5)
По команде Analysis/Transfer Function выполняетсярасчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току,которые рассчитываются после линеаризации схемы в окрестности рабочей точки.Задание на расчет составляется в диалоговом окне, показанном на рис. 4. Настроке Output Expression указывается выражение для выходной переменной, настроке Input Source Name — имя входной переменной. В качестве выходнойпеременной может использоваться любая переменная или функция, имеющие смысл прианализе режима по постоянному току, например, напряжение V(A,B) или ток I(R1).В качестве входной переменной может быть использовано напряжение или токисточника напряжения или тока, например VIN. Расчет производится после нажатияна панель Calculate. Результаты расчета передаточной функции, напримерdV(A,B)/dVIN, указывается на строке Transfer Function. Кроме того, на строкахInput(Output) Impedance указываются значения входного (выходного)сопротивлений. При выборе опции Place Text результаты расчета помещаются в видетекста непосредственно на схему (рис. 4).
/>
Рис.4. Диалоговое окно Transfer Function (а) и текстовая информация о результатахрасчетов (б)
4. Расчет чувствительностей по постоянному току (Sensitivity — Alt+6)
Чувствительность режима по постоянному току рассчитывается покоманде Analysis/Sensitivity. Чувствительность рассчитывается послелинеаризации схемы в окрестности рабочей точки. При этом рассчитываетсячувствительность одной или нескольких выходных переменных к изменению выбранныхпараметров схемы. Диалоговое окно команды показано на рис. 5.
В графе Output указывается одно или несколько выражений длявыходных переменных, каждое выражение на отдельной строке, например Iс(Q1). Вокне Input Variable выбирается один входной параметр, например Ib(несколько параметров здесь выбирать не разрешается). Результаты расчетачувствительности, в приведенном выше примере это />, />, />, после нажатия на панель Calculateпомещаются в графу Sensitivity. В графе Sensitivity %/%помещаются значение приращения выходной переменной в процентах, разделенное наизменение входного параметра в процентах. Тип входных переменных выбирается спомощью кнопок Component, Model и Symbolic. При выборе переменной типа Modelможно в качестве входных выбрать несколько параметров математической моделиуказанного компонента (все параметры выбираются нажатием на кнопку Аll On,при этом результаты расчета чувствительностей заносятся в текстовый файл срасширением *.sen в виде таблиц.
/>
Рис.5. Диалоговое окно Sensitivity
Заключение
Все перечисленные выше режимы анализа являются разновидностямианализа по постоянному току и выполняются при исключении из схемыконденсаторов и закорачивании катушек индуктивности.
Перечисленные достоинства делают пакет программ MicroCAP-7 весьмапривлекательным для моделирования электронных устройств средней степенисложности. Удобство в работе, нетребовательность к ресурсам компьютера испособность анализировать электронные устройства с достаточно большимколичеством компонентов позволяют успешно использовать этот пакет в учебномпроцессе. В данной работе рассмотрены лишь основные сведения, необходимые дляначала работы с пакетом и анализа большинства электронных схем, изучаемых вспециальных дисциплинах и используемых при курсовом и дипломном проектировании.В случае необходимости дополнительные (и более подробные) сведения могут бытьполучены из встроенной подсказки системы (вызывается клавишей иличерез меню HELP/Contens).
Список литературы
1. Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-CAP 7.— Горячая линия-Телеком, 368 с. 621.38 Р-17 /2003 – 9 аб, 2 чз
2. Разевиг В.Д. Система моделирования Micro-Cap 6. – М.: Горячаялиния-Телеком, 2001. — 344 с., ил.
3. Разевиг В.Д. Система сквозного проектирования электронныхустройств Design Lab 8.0. – Москва, «Солон», 1999. 004 Р-17 /2003 – 1 аб/ 2000– 11 аб, 5 чз
4. Micro-Cap 7.0 Electronic Circuit Analysis Program Reference ManualCopyright 1982-2001 by Spectrum Software 1021 South Wolfe Road Sunnyvale, CA94086.