Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Автоматизація проектно-дослідних робіт з допомогою пакету моделювання аналогових електронних схем.
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
РТ
Кафедра:
Кафедра САПР
Інформація про роботу
Рік:
2011
Тип роботи:
Звіт про виконання лабораторної роботи
Предмет:
Системи структурного, функціонольно- технічного схемотехнічного проектування.
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ ТА НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ “ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА”
Кафедра САПР
Звіт
про виконання лабораторних робіт № 1-4
на тему: “Автоматизація проектно-дослідних робіт з допомогою пакету моделювання аналогових електронних схем.”
з курсу: “Системи структурного, функціонально-логічного та схемотехнічного проектування.”
Мета лабораторної роботи
Ознайомитись і закріпити знання з опису електричної схеми в пакеті моделювання “Microcap”, отримати практичні навични з створення і відлагодження електричних схем (підсилювачів, фільтрів), вивчити оператори управління режимами аналізу електричних схем, дослідити схему в режимах, які задані індивідуальним завданням.
Короткі теоретичні відомості
В с т у п
Поняття “схемотехнічного проектування” було сформовано давно, ще тоді, коли всі складові радіоелектронної апаратури (РЕА) – були дискретні елементи: резистори, конденсатори, дроселі, трансформатори, транзистори, діоди.
В зв’язку з прогресом інтегральної технології і збільшенням інтегральної складності дискретних елементів поняття “схемотехнічного проектування” суттєво розширилося. Інженеру схемотехніку при проектуванні інтегральних схем (ІС) приходиться не тільки розраховувати електричні процеси, а й проектувати функціональні і структурні схеми. До таких пристроїв відносяться як ІС, які складаються з великої кількості елементів, розрахунок з допомогою ЕОМ електричних процесів (статичних і динамічних) практично нездійснимий через великі затрати часу. Тому виникла необхідність примінення методів спрощених розрахунків на логічному і функціональному рівні. Таким чином виникла необхідність розглянути методи автоматизації структурного, функціонального і логічного моделювання.
Основні задачі проектування.
Схемотехнічне проектування включає в себе рішення таких задач: розрахунку, аналізу, оптимізації і синтезу.
Задача розрахунку передбачає визначення вихідних параметрів і характеристик пристрою при незмінних значеннях його внутрішніх параметрів і незмінній структурі.
Задача аналізу передбачає визначення зміну вихідних параметрів і характеристик пристрою в залежності від зміни його внутрішніх і вхідних параметрів.
Задача оптимізації передбачає визначення найкращих значень вихідних параметрів і характеристик за рахунок цілеспрямованої зміни внутрішніх параметрів пристрою (параметрична оптимізація) або структури пристрою (структурна оптимізація). При параметричній оптимізації змінні внутрішні параметри треба вибирати такі, які можна легко міняти і контролювати під час виробництва.
Найбільш складними є задачі параметричного і структурного синтезу. Синтезом називають процес генерування первинного варіанту пристрою, в тому числі його структуру (структурний синтез) і значення внутрішніх параметрів (параметричний синтез). Генерування первинного варіанту може виконуватися різними способами – вибір з ряду відомих пристроїв, побудова на основі доказаних теоретичних результатів (співвідношень), шляхом винахідництва і т.п. Пристрій, який отриманий як продукт синтезу, не повинен бути найкращим, але обов’язково працездатним.
При проектуванні РЕА використовують різноманітні методи. Основні є такі:
Натурне макетування;
Математичне моделювання на ЕОМ.
Натурне макетування – один з найбільш старих і розповсюджених способів проектування РЕА. Основна перевага – висока достовірність результатів, тому що досліджуються реальні електричні схеми, а не їх приближені моделі. Недоліки – велика тривалість в часі, обмежені можливості проектувати НВІС – вноситься при макетуванні багато паразитних елементів: R, L, C. Крім цього неможливо забезпечити 100% перевірку деяких параметрів РЕА при крайніх розкидах параметрів елементів. Також необхідно відмітити велику вартість такого методу.
Під математичним моделюванням на ЕОМ звичайно розуміють весь комплекс питань, які зв’язані з розробкою математичної моделі пристрою РЕА і її використання в процедурах розрахунку, аналізу, оптимізації. В порівнянні з макетуванням математичне моделювання на ЕОМ має такі переваги.
В задачах розрахунку з допомогою моделі можна визначити любі вихідні і проміжні (внутрішні) параметри ІС.
В задачах аналізу моделювання дозволяє отримати вихідні параметри і характеристики схеми РЕА в граничних і заграничних режимах (що неможливо при макетуванні). Моделювання дозволяє отримати параметри серійнопридатності, тобто виконати аналіз статистичних характеристик схеми при певних законах розподілу ймовірностей зміни внутрішніх параметрів (нормальний закон розподілу, рівномірний закон розподілу …).
В задачах оптимізації можливості макету обмежені невеликим числом регулювальних елементів, тоді як в моделі можна змінювати любі параметри, маючи за мету покращення вихідних параметрів.
Роль моделювання в задачах синтезу визначається в перевірці правильності функціонуванні синтезованих схем шляхом розрахунку їх математичних моделей. Очевидно, що часові затрати значно менші ніж для макетування ряду синтезованих схем.
Однак, моделювання повністю не може витіснити макетування. При використанні добре відпрацьованих елементів (модулів) і високій достовірності їх математичних моделей – математичне моделювання дає досить достовірні результати.
Підсилювачі електричних сигналів застосовуються у всіх областях сучасної техніки і народного господарства:
Радіоприймальних та радіопередавальних пристроях.
Апаратури телебачення.
3) Системах звукового мовлення.
Апаратурі звукозапису та підсилення.
Радіолокації, апаратурі багатоканального та автоматичного електрозв’язку.
Вимірювальній апаратурі та електронно обчислювальних пристроях.
Проектування підсилювачів є часткою широкої комплексної задачі розробки нової апаратури зв’язку та її модернізації.
Простих шляхів для прямого визначення схеми і констукції підсилювачів немає, тому проектування проводиться методом послідовних наближень: робляться деякі припущення про кількість каскадів, типу транзисторів, схемах вхідного та вихідного кола підсилювачів, величина коефіцієнтів підсилення і т.д.
Отримані результати перевіряються на відповідність іншим технологічним вимогам. У випадку не виконання цих технічних вимог, вихідні дані змінюються в необхідну сторону, а потім знову розрахунково або експерементально визначається відповідність підсилювального пристрою всім технічним вимогам.
Всі методи перераховані вище використовуються при проектуванні касакдів попереднього підсилення.
Проектування каскадів попереднього підсилення зручно розділити на наступні етапи:
Розробка технічних вимог.
Розробка принципової схеми.
Розрахунок елементів принципової схеми.
Макетування каскадів підсилення і їх експерементальна перевірка на натурних або математичних моделях.
Технічні вимоги до каскадів попереднього підсилення містять в собі числові значення параметрів, які повинні мати дані каскади попереднього підсилення.
Фільтрація неперервних сигналів широко використовується в системах електрозв’язку для передачі інформації. Первинні інформаційні сигнали рідко передаються через лінії зв’язку. Звичайно інформаційні сигнали малого рівня, і як правило низькочастотні. В лініях зв’язку ефективно передаються високочастотні коливання. Високочастотні коливання в передавальних пристроях як правило модулюються низькочастотним інформаційним сигналом. Найчастіше використовується амплітудна, частотна і фазова модуляція високочастотного сигналу. Відповідно при прийомі сигналу необхідно вхідний сигнал підсилювати і виконати демодуляцію, тобто виділити із модульованого сигналу первинний інформаційний сигнал.
В циклі лабораторних робіт досліджуються характеристики фільтрів високих частот, фільтрів нижніх частот, LC – фільтрів з послідовним і паралельним резонансом (і їх вплив на гармонічний сигнал, який підсилюється).
Послідовний і паралельний резонанс LC – фільтрів виникає при рівності реактивних опорів елементів L і С
XL = XC, ωL = 1/ ωC, ω= 2 πf.
ω2= 1 / LC,
де L – величина індуктивності в Генрі, C – величина ємності в Фарадах, ω – кругова частота в радіанах, f – частота в Герцах.
Значення частоти зрізу fзр і fн для підсилювача і фільтра визначається як відхилення коефіцієнта підсилення (або коефіцієнта передачі) Кі на 3 дБ (або в 1,41 раз менше) відносно значення Ко на середніх частотах. Діапазон підсилювальних частот ∆f визначається як ∆f = fв - fн. Частота зрізу ФНЧ і ФВЧ визначається такою формулою
fзр = 1 / 2·π·τ, причому τ = R·C, і R = | XC |, Δφ = 45.
Коефіцієнти частотних спотворень для низьких і високих частот за визначаються формулами:
Мн = Ко / Кн, Мв = Ко / Кв;
або Мн = 20logКо / Кн, Мв = 20logКо / Кв, дБ.
На рис.1 наведена навантажувальна характеристика колекторного кола транзистора. Її аналітичний вираз такий
Eк = Iк * Rк + Uке,
де Eк - напруга живлення транзистора зі спільним емітером,
Iк – струм, який протікає в колекторному колі,
Rк – опір в колекторному колі транзистора,
Uке – напруга на колектор-емітерному переході.
Навантажувальна характеристика колекторного кола проходить через дві точки:
- на осі абсцис проходить через точку U = Ек,
- на осі ординат проходить через точку Ік = Ек : Rк.
На рис.2 наведена навантажувальна характеристика базового кола транзистора. Її аналітичний вираз такий
Eб = Iб * Rб + Uбе,
де Eб - напруга , яка подається на емітер-базовий перехід через опір Rб,
Iб – струм, який протікає в базовому колі,
Rб – опір в базовому колі транзистора,
Uбе – напруга на база-емітерному переході.
Навантажувальна характеристика базового кола проходить через дві точки:
- на осі абсцис проходить через точку U = Еб,
- на осі ординат проходить через точку Іб = Еб : Rб.
Робочі точки для вхідного і вихідного кола транзистора визначаються точками перетину навантажувальних характеристик з вхідною і вихідною характеристикою транзистора відповідно
Індивідуальне завдання (варіант №29)
Параметри моделі
№ варіанту
Еж
В
Ген.
Fзр фільтра, кГц
АЧХ
Гц
ФЧХ
град.
Темп.діап.
град. С
F, кГц
U, В
F1
F2
F3
F4
29
9
9
0.8/0.005
44
64
84
104
1...1Е7
+360...
-360
-50/+40/20
Фільтр №1
Розрахуємо величину ємності для першого фільтра за формулою:
Приведемо схему електричну принципову, побудовану у схемотехнічному пакеті моделювання Micro-Cap 8.0, яка містить перший з обчислюваних фільтрів:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0.8 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0.8 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0.8 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) принапрузі генератора 1 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0,05 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0,05 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0,05 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0,05В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Фільтр №2
Розрахуємо величину ємності для другого фільтра за формулою:
Приведемо схему електричну принципову, побудовану у схемотехнічному пакеті моделювання Micro-Cap 8.0, яка містить другий з обчислюваних фільтрів:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0.8 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі 0.8 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0.8 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0.8 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0,05В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0,05 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0,05 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0,05 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Фільтр №3
Розрахуємо величину ємності для третього фільтра за формулою:
Приведемо схему електричну принципову, побудовану у схемотехнічному пакеті моделювання Micro-Cap 8.0, яка містить третій з обчислюваних фільтрів:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0.8 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0.8 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0.8 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0.8 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0,05 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0,05 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0,05 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0,05 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Фільтр №4
Розрахуємо величину ємності для четвертого фільтра за формулою:
Приведемо схему електричну принципову, побудовану у схемотехнічному пакеті моделювання Micro-Cap 8.0, яка містить четвертий з обчислюваних фільтрів:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0.8 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0.8 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0.8 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0.8 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0,05 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0,05 В і сталій температурі 27°С:
Наведемо протокол і результат трансцедентного аналізу при напрузі генератора 0,05 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Наведемо протокол і результат аналізу по змінному струму (ФЧХ і АЧХ) при напрузі генератора 0,05 В і змінній температурі -50/+40/20°С:
Висновок: на даній лабораторній роботі я ознайомився і закріпив знання з опису електричної схеми в пакеті моделювання “Microcap”, отримав практичні навички з створення і відлагодження електричних схем (підсилювачів, фільтрів), вивчив оператори управління режимами аналізу електричних схем, дослідив схему в режимах, які задані індивідуальним завданням.
20.07.2020 12:07-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора