Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Проведення аналізу схем у середовищі ППП
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
Телекомунікації
Кафедра:
Кафедра РЕПС
Інформація про роботу
Рік:
2012
Тип роботи:
Курсова робота
Предмет:
Радіоелектроніка
Група:
РТ-22
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
Міністерство освіти і науки України
Національний університет “Львівська Політехніка”
Інститут телекомунікацій, радіоелектроніки та електронної техніки
Кафедра РЕПС
Курсова робота
з курсу “Основи комп’ютерного моделювання та проектування РЕЗ”
на тему:
“Проведення аналізу схем у середовищі ППП «Micro-Cap»”
Львів - 2012
Анотація
В даній курсовій роботі з навчальної дисципліни “Основи комп’ютерного моделювання та проектування РЕЗ” будуть розглянуті основні функції ППП “Micro-Cap”. Буде проводитись дослідження схеми заданої викладачам за допомогою: часового та частотного аналізу та дослідження реакція схеми на зміну температури, параметрів схеми або випадкову відмову елементів за методом Монте-Карло. Також буде синтезовано смугопропускаючий фільтр в залежності від заданих параметрів.
Зміст
Технічне завдання.
Принципова електрична схема.
Проведення аналізу схеми у середовищі ППП “Micro-Cap”.
3.1.) Опис можливостей та характеристика ППП “Micro-Cap”.
3.1.) Набір схеми в середовищі ППП “Micro-Cap”.
3.3.) Проведення часового аналізу схеми.
3.3.1.) Реакція схеми на гармонічний сигнал.
3.3.2.) Реакція схеми на імпульсний сигнал.
3.3.3.) Дослідження спектра та кореляційних властивостей АМ-сигналу.
3.3.4.) Дослідження спектра та кореляційних властивостей ЧМ-сигналу.
3.4.) Проведення частотного аналізу схеми.
3.4.1.)Вивчення АЧХ та ФЧХ схеми.
3.4.2.) Дослідження відносної зміни характерних точок АЧХ та ФЧХ при зміні температури.
3.4.3.) Дослідження відносної зміни характерних точок АЧХ та ФЧХ при зміні параметрів елементів.
3.5.) Аналіз роботи за методом Монте-Карло.
4.) Синтез та аналіз заданого фільтра.
Вступ
Системи автоматизованого проектування (САПР) представляють собою принципово новий підхід до процесу розробки радіоелектронних приладів та устаткування.
Завдяки тому, що значна частина розрахунків та виконання багатьох однотипових функцій покладається на ЕОМ значно полегшується праця конструктора. Зберігання та відтворення проектів стає зручним та швидким. Застосовуючи передові технології під час розробки певного проекту, над ним можуть працювати декілька інженерів або навіть цілий інститут.
Ці системи можуть використовуватися у будь-якій сфері виробництва. Не виключенням є і радіоелектроніка, з великою кількістю компонентів та суворими законами струмів. У цій галузі створено багато програм (Electronic WorkBench, MicroCap, Pcad, Accel EDA).
1.Технічне завдання
Ввести задану викладачем схему у ППП «MicroCap» та зберегти окремим файлом.
Провести аналіз заданої схеми у часовій області для чого дослідити:
перехідну характеристику;
імпульсну реакцію схеми на заданий викладачем сигнал;
для вибраної схеми створити джерела сигналів для дослідження характеристик.
Провести аналіз заданої схеми у частотній області, для чого дослідити:
коефіцієнт передачі по напрузі від -20°С до +60°С з кроком в 10 °С;
відносну зміну характерних точок АЧХ та ФЧХ при зміні параметру елемента на 1, 5, 10, 50% від нормального значення;
роботу схеми при випадковій зміні параметра елементів за методом Монте-Карло;
визначити найгірший випадок та побудувати гістограму.
Провести спектральний аналіз сигналу заданого викладачем.
Створити фільтр з параметрами заданими викладачем.
2. Принципова електронна схема
Рис. 1. Схема до варіанту № 4.
Рис. 2. АЧХ та ФЧХ даного підсилювача.
3. Проведення аналізу схеми у середовищі ППП "Micro-Cap"
3.1. Опис можливостей та характеристики ППП "Micro-Cap"
Micro-Cap - це універсальна програма аналізу схем, призначена для вирішення широкого кола завдань. Характерною особливістю цієї програми, втім як і всього сімейства Micro-Cap [1-8], є наявність зручного і дружнього графічного інтерфейсу, що робить його особливо привабливим для непрофесійної аудиторії. Не дивлячись на досить скромні вимоги до програмно-апаратних засобів ПК, його можливості досить великі. З його допомогою можна аналізувати не лише аналогові, але і цифрові схеми. Можливо також і змішане моделювання аналого-цифрових електронних пристроїв. Дослідні користувачі програми, застосовуючи власні макромоделі, можуть аналізувати складні замкнуті системи із змінною конфігурацією. Змішане моделювання і грамотне використання спрощених макромоделей функціональних вузлів дозволяють проводити розрахунки режимів роботи цих складних пристроїв з досить високою мірою точності.
Можливості програми "Micro-Cap"
Графічні можливості: побудова принципових і функціональних електричних схем за допомогою вбудованого графічного редактора з використанням бібліотеки умовних графічних позначень (УГП) електронних компонентів; зміна УГП компонентів відповідно до ГОСТу (розробники програми використовують американський стандарт); Створення власних УГП за допомогою вбудованого редактора УГП Shape Editor; додавання до принципової схеми рамки і штампу з основними відомостями про схему. Відображення номерів вузлів принципової схеми, що привласнюються графічним редактором при введенні схеми; використання координатної сітки з різним кроком, показ якої можна включити/виключити; операції з виділеним блоком принципової схеми (копіювання, віддзеркалення, розмноження і т. д.).
Моделювання режимів роботи електронних пристроїв, заданих за допомогою принципових і функціональних схем: аналіз перехідних процесів в схемах при подачі напруги живлення і (або) дії (дій) довільної форми з побудовою графіків змінних стану схеми і їх функцій; аналіз малосигнальних частотних характеристик схеми при дії на неї одного або декількох джерел гармонійного сигналу з постійною амплітудою і змінною частотою; динамічний аналіз схеми по постійному струму з відображенням на схемі напруги, струмів, потужностей, станів напівпровідникових приладів при зміні sliders-величин джерел ЕРС, струму, опорів резисторів; динамічний малосигнальний аналіз схеми по змінному струму з показом на схемі величин комплексних змінних стану схеми при різних частотах, при зміні величин пасивних компонентів; розрахунок чутливості в режимі по постійному струму; розрахунок малосигнальних передавальних функцій в режимі по постійному струму; розрахунок нелінійних спотворень підсилювальних схем з використанням математичного апарату спектрального Фур’є-аналізу; багатоваріантний аналіз усередині основних трьох режимів моделювання: перехідних процесів, малосигнальних частотних характеристик і передавальних характеристик по постійному струму. Синтез аналогових фільтрів. Створення нових моделей компонентів.
3.2. Набір схеми в середовищі ППП "Micro-Cap"
Набір схеми в ППП "Micro-Cap 8" здійснюють шляхом введення елементів і електричних з'єднань. Елементи вводимо із строки меню «Компоненти», а електричні з'єднання реалізуємо за допомогою клавіші додавання ортогональних провідників та клавіші додавання провідників довільної орієнтації, які розміщені на панелі інструментів (Рис. 3).
Рис.3. Шлях введення елементів в схему.
Рис.4. Принципова схема побудована у середовищі ППП "Micro-Cap 8".
3.3. Проведення часового аналізу схеми
Для виконання часового розрахунку схеми потрібно із строки меню «Аналіз» вибрати стрічку «Перехідні процеси». На екрані появиться вікно задання параметрів розрахунку ПП і вікно для виведення графіків
Задаємо потрібний діапазон часу тривання процесу та крок по часу. Щоб вивести на екран у верхньому полі осцилограму сигналу на вході схеми потрібно в колонці виводу графіка поставити 1 і визначити вираз для осі У. Визвемо меню змінної У натиснувши л. к. миші на клавішу «Y Expression» і виберемо напругу на джерелі живлення
Аналогічно виводимо графік сигналу на виході схеми у нижньому полі екрану. В колонці виводу графіка ставимо 2 і вибираємо із меню змінної У напругу на вихідному елементі.
3.3.1. Реакція схеми на гармонічний сигнал
Таким самим шляхом як і в попередніх пунктах у бібліотеці програмованих джерел створюємо синусоїдальне джерело з наступними параметрами: А=1В, f=1000 Гц, φ=0°.
Подамо на вхід схеми підсилювача синусоїдальний сигнал і виконуємо аналіз схеми в часовій області, натиснувши клавіші Аlt+l. У вікні задання параметрів розрахунку ПП (Рис. 5) задаємо діапазон часу тривання процесу 2 мс та крок по часу 1 мкс. Дослідження проводимо при температурі 27 °С, використовуємо розрахунок по постійному струмі.
Сигнали на вході та виході, потужність на виході, ККД схеми показані на Рис. 6.
Рис. 5. Задання параметрів розрахунку ПП.
Рис. 6. Осцилограми напруги на джерелі живлення та опорі навантаження, потужність на виході і ККД.
3.3.2. Реакція схеми на імпульсний сигнал
Таким самим шляхом як і в попередніх пунктах у бібліотеці програмованих джерел створюємо імпульсне джерело з наступними параметрами: А=1В, f=1000 Гц.
Подамо на вхід схеми підсилювача імпульсний сигнал і виконуємо аналіз схеми в часовій області, натиснувши клавіші Аlt+l. У вікні задання параметрів розрахунку ПП (рис. 7) задаємо діапазон часу тривання процесу 2 мс та крок по часу 1 мкс. Дослідження проводимо при температурі 27 °С, використовуємо розрахунок по постійному струмі.
Сигнали на вході та виході, потужність на виході, ККД схеми показані на Рис. 8.
Рис. 7. Задання параметрів розрахунку ПП.
Рис. 8. Осцилограми напруги на джерелі живлення та опорі навантаження, потужність на виході і ККД.
3.3.2. Дослідження спектру та кореляційних властивостей АМ-сигналу
У бібліотеці програмованих джерел виберемо закладку NF і створимо джерело сигналу з амплітудною модуляцією. Подаємо на вхід схеми сформований сигнал і проводимо аналіз в часовій області (Аlt+l).
Параметри сигналу:
№ вар.
по списку
UНЕС,
В
f0,
МГц
m
F,
кГц
W,
МГц
17
17
51
0,94
17
1,02
Рис. 9. Джерело сигналу з АМ.
Рис. 10. Вікно NFV джерела з АМ.
Рис. 11. Вікно аналізу перехідних процесів для АМ-сигналу.
Рис. 12. Графік АМ-сигналу і його автокореляційна функція.
Рис. 13. Спектр АМ-сигналу.
3.3.3. Дослідження спектру та кореляційних властивостей ЧМ-сигналу
У бібліотеці програмованих джерел виберемо закладку SFFM і створимо джерело сигналу з частотною модуляцією. Подаємо на вхід схеми сформований сигнал і проводимо аналіз в часовій області (Аlt+l).
Параметри сигналу:
№ вар.
по списку
UНЕС,
В
f0,
МГц
m
F,
кГц
W,
МГц
17
17
51
0,94
17
1,02
Рис. 14. Джерело сигналу з ЧМ.
Рис. 15. Вікно SFFM джерела з ЧМ.
Рис. 16. Вікно аналізу перехідних процесів для ЧМ-сигналу.
Рис. 17. Графік ЧМ-сигналу і його автокореляційна функція.
Рис. 19. Спектр ЧМ-сигналу.
3.4 Проведення частотного аналізу схеми
3.4.1 Виведення АЧХ і ФЧХ схеми
Для проведення частотного аналізу схеми підсилювача використаємо вже створене джерело синусоїдального форми. Заходимо на панелі інструментів в меню «Аналіз», вибираємо пункт «Частотний аналіз» (Рис. 20).
Рис. 20. Ввімкнення аналізу частотних характеристик схеми.
У вікні розрахунку частотних характеристик (Рис. 21) задаємо діапазон частот від 1 Гц до 1 ГГц та температуру 27° С . Щоб вивести на екран у верхньому полі осцилограму АЧХ потрібно в колонці виводу графіка поставити 1 і ввести вираз для осі Y -> db(V(Uout)/V(In)).
Аналогічно виводимо графік ФЧХ у нижньому полі екрану. В колонці виводу графіка ставимо 2 і вводимо вираз для змінної Y -> ph(V(Uout)/V(In)).
Рис. 21. Вікно частотного аналізу.
Отримуємо графіки АЧХ та ФЧХ при температурі 27° С:
Рис. 22. АЧХ та ФЧХ досліджуваної схеми.
Визначення частот нижнього та верхнього зрізу, та ширину смуги пропускання:
З графіка видно, що:
частота нижнього зрізу – 1 Гц;
частота верхнього зрізу – 100 Гц;
ширину смуги пропускання – 99 Гц.
3.4.2. Дослідження відносної зміни характерних точок АЧХ
та ФЧХ при зміні температури
Визначимо відносну зміну характерних точок АЧХ і ФЧХ у діапазоні зміни температур від -200 С до +600 С. Для цього всі елементи схеми зробимо температурнозалежними. Як приклад покажемо це на резисторі R1. Відкриваємо подвійним клацанням л. к. миші на резисторі R1 вікно задання параметрів виберемо пункт MODEL= та вибираємо зі списку потрібну температурну модель резистора, що є у базі даних програми. Всі наступні елементи будемо зрівнювати таким же чином. Температурну модель елементів можна також створити самому, заповнивши потрібні значення нижніх пунктів. Заходимо в частотний аналіз (Аlt+2), вказуємо діапазон зміни температури таким чином "-20,+60,10" , що означає зміну температури від -20° С до 60° С з кроком 10° С і запускаємо аналіз. Графіки АЧХ та ФЧХ наведені на Рис. 23.
Рис. 23. Температурний вплив на АЧХ і ФЧХ.
3.4.3. Дослідження відносної зміни характерних точок АЧХ
та ФЧХ при зміні параметра елементів схеми
Дослідимо відносну зміну характерних точок АЧХ і ФЧХ при зміні параметра одного пасивного елемента. Дослідимо як зміняться АЧХ та ФЧХ при зміні параметра відповідного елемента при зміні його номінального значення.
Розглянемо зміну параметрів найбільш впливових елементів. Спочатку змінюємо резистор R4. Для цього в меню розрахунку частотних характеристик схеми виберемо пункт «З кроком» (Рис.24).
Рис. 24. Ввімкнення по крокової зміни параметрів елементів.
Рис.25. Зміна АЧХ та ФЧХ при зміні параметра резистора R1.
3.5 Аналіз роботи схеми за методом Монте-Карло
Метод Монте-Карло дозволяє оцінити роботу пристрою при заданих параметрах розкиду елементів схеми. Це варіант статистичного оцінювання, прогнозування, імітації роботи схеми при не ідеальності технології виконання елемента. За цим методом можна отримати найгірший випадок роботи схеми або всі варіанти реакції схеми при заданому розкиді та числу експериментів.
Застосуємо метод Монте-Карло для найгіршого випадку роботи схеми, як в часовій так і в частотній області дослідження схеми. Аналогічно як при дослідженні температурної залежності схеми визначимо для всіх елементів їх моделі. Тепер в часовому режимі заходимо в закладку "Monte-Carlo/Опції", де заповнюємо відповідні графи (Рис.26.).
Рис. 26. Вікно опцій методу Монте-Карло.
Результати використання методу Монте-Карло при дослідженні в часовій області схеми показані на Рис.27.
Рис. 27. АЧХ та ФЧХ при випадковій зміні параметрів елементів у схемі методом найгіршого випадку.
4. Синтез та аналіз фільтрів
Параметри фільтра:
№
в-та
Тип фільтра
(активний/пасивний)
Порядок,
поліном
Ч, Б, Ел
Частоти
зрізу, кГц
Добротність
Q
Підсилення,
Ku, db
17
ФНЧ (пас)
3(Б)
17000
110
Програма Micro-Cap 8 (надалі – MC8) має функцію Filter Design, яка дозволяє синтезувати схеми фільтрів. По командах меню Design синтезуються аналогові активні і пасивні фільтри. Завдання на синтез передбачає вибір типу фільтру, введення характерних частот і коефіцієнта посилення фільтру. В результаті синтезу розраховується порядок фільтру при апроксимації його передавальної функції поліномами різного типу і таблиця нулів і полюсів окремих ланок фільтру. На закінчення розраховуються стандартні реалізації схем цих ланок, які записуються в окремі файли для подальшого використання. Доступні два типи проекту фільтру – проект активного фільтру і проект пассивного фільтру. Обидві доступні з меню Design. Меню Design містить дві команди Active Filters і Passive Filters для синтезу активних і пасивних аналогових фільтрів. Обидві ці команди мають однотипні діалогові вікна.
Можна синтезувати наступні типи фільтрів :
• Low pass – фільтр нижніх частот (ФНЧ);
• High pass – фільтр верхніх частот (ФВЧ);
• Bandpass – смуговий фільтр (ПФ);
• Notch – режекторний фільтр (РФ);
• Delay – фільтр, що забезпечує затримку.
Створюємо фільтр:
Рис. 25. Вікно створення пасивних фільтрів.
Рис. 26. Результати створення пасивного фільтра.
Рис. 27. Схема отриманого фільтра.
Рис. 28. Графік Боде.
Рис. 29. Перехідна характеристика створеного фільтра.
Рис. 30. Імпульсна характеристика створеного фільтра.
Висновок
Ознайомившись з ППП «Micro-Cap-8» можна зробити висновок, що даний продукт - це програма з багатовіконним інтерфейсом, який дозволяє створювати, редагувати електронні схеми, моделі і вигляд компонентів. Одночасно можна редагувати декілька схемних файлів, розміщених в різних вікнах. Під час виконання курсової роботи було проаналізовано схему підсилювача в часовій та частотній областях. В часовій області досліджено реакції схеми на сигнали різної форми (гармонічний і імпульсний, АМ та ЧМ сигнали), а в частотній - АЧХ і ФЧХ підсилювача за нормальних умов, при зміні температури та розкиду параметрів окремих компонентів. З отриманих результатів випливає, що дана схема є малочутлива до зміни температури та досить чутлива до розкиду параметра елемента R4, смуга пропускання перевищує необхідну для підсилювача звукових частот (майже 100 Гц), що позитивно впливає на його характеристики.
Список літератури
Разевиг. В. Д. Система проектирования OrCad 9.2. – М.: Солон-Р, 2001.
Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC. –М.: Солон-Р, 2001.
Попов В. П. Основы теории цепей. – М.: Высш. шк., 1985.
М. А. Амелина “Конспект лекций по курсу «Компьютерный анализ и синтез электронных устройств»”.
Конспект лекцій з курсу “Основи комп’ютерного моделювання та проектування РЕЗ”.
04.06.2013 23:06-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора