23

КАЗАНСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ им. А.Н.ТУПОЛЕВА-КАИ

Кафедра радиоэлектроники и информационно-измерительной техники

Сагдиев Р.К.

Методические указания

для выполнения расчетно-графических работ

по курсу

СИСТЕМЫ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ РЭА

Казань 2012

Сагдиев Р.К. Методические указания для выполнения курсовых работ и расчетно-графических работ по курсу системы автоматизированного проектирования РЭА. Казань. Казанский государственный технический университет. 2011.

Методические указания предназначены для работы и обучения студентов различных форм обучения радиотехнических специальностей 2007, 2010, 2012, 2016. В настоящем пособии излагаются основы моделирования радиоэлектронных цепей при помощи пакета программ PSpice 8.0, OrCad 9.2.

Содержание учебного пособия позволяет использовать его для самостоятельного изучения основ систем автоматизированного проектирования PSpice, OrCad, в объеме, достаточном для квалифицированного решения основных профессиональных задач будущими инженерами.

Настоящее пособие рекомендуется как базовое электронное пособие для студентов очной, очно-заочной.

© Р.К.Сагдиев, 2012

Целью настоящей курсовой или расчетно-графической работы (КР или РГР) является исследование электрической схемы при помощи пакета программ PSpice или OrCad.

Для выполнения работы студент выбирает готовую схему в радиотехнической литературе (журналы "Радио", "Радиолюбитель", различные учебные пособия и книги). Для исследования рекомендуется выбирать схемы усилителей, активных фильтров, детекторов, смесителей, автогенераторов, мультивибраторов. Лучше, чтобы схема была построена на транзисторах. Схема должна состоять из 2-х и более каскадов. Микросхемы, кроме операционных усилителей, не всегда удается смоделировать, поскольку их может не оказаться в библиотеках элементов PSpice. Схемы из более 50 радиоэлементов не удастся смоделировать в свободно распространяемой версии PSpice 8.0. Для моделирования можно выбрать функционально законченный узел большой схемы.

Перед началом моделирования схему необходимо показать преподавателю.

Приступая к составлению схемы в программе Schematics необходимо учесть ряд особенностей. (ВНИМАНИЕ!!! ЧИТАТЬ ВСЕМ!)

1. Поскольку в библиотеке PSpice нет отечественных транзисторов, необходимо их заменить на один из содержащихся в библиотеке импортных той же проводимости. Это же касается операционных усилителей.

2. При указании емкости конденсаторов в радиотехнической литературе используется одно из 2-х обозначений.

- Либо емкость указывается в пикофарадах, тогда используется целое число без запятой и десятичной доли, после числа не указываются сокращения типа мкФ, нФ и т.д. Например, рядом с конденсатором указано число 100 (нет запятой и десятичной доли), оно означает, что емкость конденсатора 100 пФ (не 100 Фарад).

- Либо емкость указывается в микрофарадах, тогда используется число с запятой и десятичной долей, далее опять же нет ни каких обозначений. Например, число 10,0 означает емкость 10 мкФ.

3. На схемах в литературе указаны клеммы входного сигнала, для питания и выхода, к которым ничего не подсоединено. Если схему оставить в том же виде, то моделировать схему не получится. Между клеммой входного сигнала и "землей" (для схем кроме автогенераторов и мультивибраторов) необходимо соединить источник входного сигнала. К клемме питания и "земле" соединить источник постоянного напряжения (VDC), если питание двухполярное необходимо использовать два источника постоянного напряжения.

Между выходной клеммой и землей соединить сопротивление нагрузки. Величина сопротивления выбирается равной сопротивлению нагрузки, на которую должна работать схема. Если нагрузка неизвестна, можно задать величину порядка 100 кОм.

Если источник сигнала подключается параллельно с индуктивностью или трансформатором, то на постоянном токе будет короткое замыкание, что вызовет ошибку. Нужно последовательно с индуктивностью поставить резистор с сопротивлением несколько Ом.

Задание для КР или РГР зависит от вида схемы.

1.1 Задание для схем усилителей, фильтров

1. Получить ачх фильтра.

При этом используется анализ AC SWEEP.

Если схема собрана правильно, у схем должен быть коэффициент передачи близкий или больший единицы. Коэффициент передачи значительно меньший единицы говорит о неправильности работы схемы. Отчеты с АЧХ неработающей схемы приниматься не будут.

АЧХ должна быть построена в полном диапазоне частот. На АЧХ должен быть виден спад коэффициента передачи на высоких частотах, а так же спад (если он есть) на низких частотах.

По АЧХ нужно определить коэффициент передачи в полосе пропускания (т.е. максимальный коэффициент передачи), граничные частоты на уровне 0,707 от максимального коэффициента передачи. Так же надо сделать вывод, к какому типу относится схема с точки зрения АЧХ: ФНЧ,ФВЧ, ПФ, РФ, широкополосный усилитель.

2. Исследовать влияние напряжения питания на ачх.

Для этого необходимо задать изменение напряжения питания ± 50%. При моделировании используется параметрический анализ Parametric. Необходимо построить 3 – 5 графиков АЧХ. Cделать вывод как влияет напряжения питания на АЧХ.

1.2 Задание для схем автогенераторов и мультивибраторов.

1.Получить сигнал генерации на выходе схемы.

Для правильно работающей схемы сигнал генерации не должен затухать.

Получить спектр сигнала генерации.

Определить амплитуду колебаний, их частоту и коэффициент гармоник.

2. Исследовать влияние напряжения питания на сигнал генерации.

Для этого необходимо задать изменение напряжения питания ± 50%. При моделировании используется параметрический анализ Parametric. Необходимо построить 3 – 5 графиков сигнала и спектра сигнала. Сделать вывод, как влияет напряжение питания на спектр сигнала.

2. Структура пакетов прикладных программы pspice

В состав пакета прикладных программ PSpice входят программы Schematics, Stimulus Editor, PSpice, Probe, Parts.

Работа с пакетом программ начинается со Schematics. Schematics это программа ввода схемы в электронный вид для подготовки к моделированию. Так же в Schematics производится установка задания для моделирования, редактирование моделей радиоэлементов, установка источников входного сигнала и задание его параметров. Schematics позволяет запускать другие программы, участвующие в моделировании.

Для запуска Schematics (для PSPice 8.0) необходимо нажать на кнопку ПУСК в окне Windows далее выбрать ПРОГРАММЫ, далее или MSIM EVAL 8 или DesignLav EVAL 8 (для версии PSpice 8.0), далее SCHEMATICS.

Stimulus Editor – редактор формы входного сигнала.

Parts позволяет задавать параметры моделей радиоэлементов. Параметры моделей вводятся из обычных справочников на радиоэлектронные компоненты. После введения данных Parts показывает графики характеристик радиоэлементов, по которым вы можете проверить модель радиоэлемента. После этого программа автоматически создает условное обозначение радиоэлемента.

Probe является основной программой просмотра результатов моделирования в виде графиков.

2.1. Основные этапы работы с пакетом pSpice

Перечислим основные этапы работы при моделировании электронной схемы в PSpice.

1. Ввод схемы в электронный вид.

На этом этапе рисуется схема в программе Schematics. Для того, чтобы схема «работала» необходимо установить источник входного сигнала в Schematics или в Stimulus Editor и установить источник питания схемы.

2. Установка задания на моделирование.

В Schematics задается один или несколько основных видов анализа, при необходимости задаются дополнительные виды анализа.

3. Запуск моделирования.

Моделирование запускается из программы Schematics: из меню Analysis выбирается команда Simulate. После этого автоматически открывается программа PSpice, проводящая математические расчеты, далее открывается программа Probe.

4. Просмотр результатов моделирования.

В программе Probe можно просмотреть результаты моделирования в виде графиков, указав в Schematics или в Probe точку на схеме, где необходимо просмотреть сигнал.

Результаты моделирования в виде отдельных чисел и таблиц выводятся в выходной файл (Output file). Для его просмотра в Schematics надо выбрать меню Analysis и далее Examine Output.

Более подробное описание основных приемов работы с пакетом программ PSpice Вы найдете далее при описании различных видов анализа и при рассмотрении заданий.