1.1.6. Анализ нелинейной цепи по постоянному току

Для анализа цепи по постоянному току, в частном случае – для определения вольт-амперной характеристики (ВАХ), необходимо выбрать в главном меню режим анализа по постоянному току: Simulate → Analyses → DC Sweep…, после чего появляется диалоговое окно анализа по постоянному току – DC Sweep Analysis.

Во вкладке Analysis Parameters окна DC Sweep Analysis необходимо выполнить следующие установки для источника варьируемого напряжения (Source1):

Source – наименование источника варьируемого напряжения;

Start Value – минимальное значение варьируемого напряжения;

Stop Value – максимальное значение варьируемого напряжения;

Increment – шаг, с которым рассчитывается характеристика.

Во вкладке Output окна DC Sweep Analysis устанавливается анализируемая функция. Если необходимо установить знак «минус» перед анализируемой функцией необходимо использовать опцию Add Expression во вкладке Output. Для запуска анализа необходимо нажать кнопку Simulate в окне DC Sweep Analysis, после чего появится окно с графиком ВАХ.

1.1.7. Гармонический анализ нелинейной цепи

Для определения гармонических составляющих отклика (анализ нелинейных искажений в цепи), необходимо выбрать в главном меню режим гармонического анализа: Simulate → Analyses → Fourier Analysis, после чего появляется диалоговое окно гармонического анализа – Fourier Analysis.

Во вкладке Analysis Parameters окна Fourier Analysis выполняются следующие установки:

Fundamental frequency – основная частота анализа (выбирается автоматически при нажатии кнопки Estimate);

Number of harmonics – количество рассчитываемых гармонических составляющих;

Stop time for sampling (TSTOP) – время анализа (выбирается автоматически при нажатии кнопки Estimate);

Results – форма представления результатов анализа. Например, для отображения таблицы и диаграммы рассчитанных гармонических составляющих в линейном масштабе по оси ординат, необходимо выбрать следующие установки: Display → Chart and Graph; Display as bar graph; Vertical scale → Linear;

Sampling frequency – частота отсчетов исследуемого отклика (должна быть значительно больше, чем основная частота анализа).

Во вкладке Output окна Fourier Analysis устанавливается анализируемая переменная.

При отсутствии внешних установок точности программа выбирает шаг решения, обеспечивающий довольно низкую точность результатов, особенно в случае сильно различающихся амплитуд гармонических составляющих. Для повышения точности расчета необходимо задать предельную относительную погрешность расчетов (Relative error tolerance – RELTOL) не более 10 ^– 5:

Fourier Analysis → Analysis Options → Use Custom Settings → Customize… → RELTOL: 1е-5.

Для запуска анализа необходимо нажать кнопку Simulate в окне Fourier Analysis, после чего появится окно с таблицей и диаграммой гармонических составляющих.

1.2. Домашнее задание

1. Изучите методы анализа электрических цепей в программе схемотехнического моделирования Multisim.

2. Рассчитайте резонансную частоту f₀, характеристическое сопротивление ρ, добротность Q и полосу пропускания Π_f последовательного колебательного контура со следующими параметрами R = 50 Ом; L = 100 мкГн; С = 1 нФ.

3. Определите коэффициент затухания , постоянную времени τ, период свободных колебаний T_св, время практического затухания переходного процесса t_пер = 3τ, число периодов свободных колебаний на интервале времени [0; t_пер] и логарифмический декремент колебаний θ последовательного колебательного контура.

4. Постройте график ВАХ диода, учитывая, что она описывается выражением , где I_S = 0,5 нА и N = 1– параметры диода; φ _T = 27 мВ – термический потенциал. Пределы графика по оси тока: от – 0,1  до 1 мА; по оси напряжения: от  0 до 0,4 В.