Лекции / ЛЕКЦИЯ24_09

(Сост. Никонов А.В.)

24.1 Создание принципиальных схем

После вызова программы МСАР на экран выводится окно редактора схем.

Имеется несколько основных режимов редактора схем, в каждом из которых

доступны определённые команды. Доступные команды и соответствующие им пикто-

граммы ярко высвечиваются, недоступные затенены.

Режимы редактора схем переключаются кнопками в верхней инструмен-

тальной панели редактора, при этом курсор меняет вид в соответствии с выбран-

ным режимом, таблица 24.1.

Таблица 24.1 – Режимы редактора схем

Для создания новой схемы необходимо следующее.

1 Создать новый рабочий документ через менюFile–New... (по умолчанию

при запуске МСАР уже создаёт «чистый» чертёж схемы).

Можно нажатием на пиктограмму (команда View/Grid меню Options)

нанести на экран координатную сетку для упрощения построения схемы.

,

либо через пользовательские палитры (Сtrl+1, …, Сtrl+4).

Если при вставке левую кнопку мыши удерживать в нажатом положении,

и при этом нажать на правую, то компонент можно повернуть, отпускание ле-

вой кнопки фиксирует компонент на схеме.

3 После вставки компонента автоматически открывается окно атрибутов

(модели) компонента.

Простейшие компоненты, такие как резистор, конденсатор, имеют мини-

мальный набор атрибутов, к которым относятся позиционное обозначениеPART

(например, R1, R2, RC, C1) и номинальное значение параметра– VALUE (напри-

мер, 2.2k, 100p, 15u).

Установка флажка Display (Show) позволяет установить или запретить по-

каз атрибутов компонента.

Приставки размерности в программе обозначаются по таблице 24.2.

Таблица 24.2 – Приставки размерности компонентов

Для транзисторов, диодов необходимо установить параметр MODEL – мо-

дель элемента, например KT315, или 2N2222.

Если необходимой модели компонента нет во встроенных библиотеках (спи-

сок в правой части окна), программа предложит ввести параметры модели вруч-

ную, открыв окно ввода дополнительной информации TEXT.

Если модель есть в библиотеке, нажатие на кнопку Edit открывает окно просмотра/редактирования её параметров.

Соединить вставленные элементы проводниками.

При необходимости ввести текстовые метки узлов цепи и комментарии. На метки узлов можно ссылаться при выводе результатов моделирования наравне с их номерами (например V(in) – напряжение в узле цепи, обозначенном меткой in).

24.2 Выполнение моделирования

Производится через меню Analysis, содержащее следующие пункты:

–Transient (Alt+1) – анализ переходных процессов;

–AC (Alt +2) – анализ частотных характеристик;

–DC (Alt+3) – анализ передаточных характеристик по постоянному току;

–Dynamic DC (Alt+4) – анализ по постоянному току в интерактивном ре-

жиме.

– Transfer Function, (Alt+5) – расчет малосигнальных передаточных функций в режиме по постоянному току;

Sensitivity, (Alt+6) – расчет чувствительности в режиме по постоянному току.

24.2.1 Анализ переходных процессов

Выбрав команду Analysis>Transient, переходим в меню задания парамет-

ров моделирования переходных процессов рисунке 24.1.

Рисунок 24.1 – Окно задания параметров для анализа переходных процессов

Параметры анализа следующие:

– Time Range – задаётся длительность интервала моделирования в се-

кундах. Спецификация конечного и начального времени расчета переходных процессов по формату Tmax [,Tmin], по умолчанию назначаетсяTmin = 0 (отрицательные значения моментов времени недопустимы). Например, спецификация «1.2ms,0.4ms» задаёт ин-

тервал моделирования от 0,4 до 1,2 мс.

– Maximum Time Step – максимальный шаг интегрирования, с. Расчёт переходных процессов ведётся с выбираемым автоматически переменным шагом, величина которого определяется допустимой относительной погрешностьюRELTOL.

Максимальная величина шага равна заданному значению. Если этот шаг не задан (или задан равным нулю) то максимальный шаг интегрирования полагается равным

(Тmах – Tmin)/50.

– Number of Points – количество точек графика переходного процесса, которые записываются в выходной табличный файл (numeric output) (коли-

чество строк в таблице вывода результатов). По умолчанию принимается 51, минимальное значение 6. Если заданные моменты времени не совпадают со значениями, при которых проводился численный расчёт, то производится интерполяция. Интервал вывода данных равен:

(Тmах – Tmin) / (<Number of Points> – 1).

Эта опция доступна, если нажатием на одну из пиктограмм выбран вывод переменных в текстовый выходной файл (Numeric Output).

–Temperature – диапазон изменения температуры в градусах Цельсия. При выборе параметра Linear имеет формат High[,Low[,Step]]. Если параметр Step (шаг) опущен, то выполняется анализ при двух значениях температурыLow (минимальной) и High (максимальной). Если опущены оба параметраLow и Step, то расчёт проводится при единственной температуре, равной High. При выборе параметра List указывается список температур, разделяемых запятыми. При изменении температуры изменяются параметры компонентов, имеющие ненулевые температурные коэффициенты ТС, а также ряд параметров полупроводниковых приборов. Значение установленной здесь температуры может использоваться в различных выражениях, – она обозначается как переменная TEMP.

–Р – в этой графе числом от 1 до 9 указывается номер графического окна, в

котором должна быть построена данная функция(все функции, помеченные одним номером, выводятся в одном окне);

–X Expression – переменная, откладываемая по оси X (T – время). Обычно при анализе переходных процессов по этой оси откладывается время(переменная Т), однако это не всегда так. Так при расчёте спектра сигнала с помощью преобразования Фурье по оси X откладывается частота (переменная F, как показано на рисунке 24.2), а при расчёте петли гистерезиса ферромагнетика – напряжённость магнитного поля, например Н(К1);

–Y Expression – выражение, вычисляемое по оси Y. Это может быть простая переменная типа напряжения в узлеV(5), падения напряжения на двухполюсном компоненте V(L1) или тока ветви 1(2, 3), I(L1) или математическое выражение, например, V(VCC)*I(VCC). После щелчка правой копки мыши при расположении курсора в любой графеY Expression, открывается всплывающее меню, позволяющее выбрать из предлагаемых списков переменные и константы, размещаемые в этих графах.

– X Range – диапазон изменения на графике переменной X (High, Low). Ес-

ли минимальное значение Low равно нулю, его можно не указывать. Для автоматического выбора диапазона переменных в этой графе указываетсяAuto. В этом слу-

– Stepping – открытие диалогового окна задания параметров для пошаго-

вого изменения параметра при выполнении моделирования.

Ниже приведены примеры выражений, которые можно откладывать на

графиках по оси Y:

–V(5) – потенциал узла 5; V(in) – потенциал узла, обозначенного меткой in;

–V(6, 4) – разность потенциалов между узлами 6 и 4;

–Vbe(VT1) – напряжение база–эмиттер транзистора VT1;

–I(V1) – ток через источник сигнала V1;

–I(V1)*V(V1) – мгновенная мощность источника сигнала V1;

–Cbc(Q1) – ёмкость перехода база-коллектор транзистора Q1;

–Q(С1) – заряд конденсатора С1;

–FFT(V(6)) – спектр напряжения в узле 6 (при этом по осиX нужно откла-

дывать частоту F);

– D(QA) – логический уровень сигнала в цифровом узле QA.

По оси Х при анализе переходных процессовобычно откладывается пере-

менная в виде времени (Т).

24.3 Описание основных возможностей постпроцессора моделирования

MicroCAP имеет богатый инструментарий для анализа полученных графи-

ков, имеющий название постпроцессора моделирования.

Постпроцессор моделирования снабжен собственной панелью инструмен-

тов, представленной на рисунке 24.2.

Рисунок 24.2 – Панель инструментов постпроцессора моделирования

Щелчок на пиктограмме 2 активизирует электронный курсор для считыва-

ния координат графика, имя переменной которой подчеркнуто. Один маркер

устанавливается щелчком левой кнопки мыши, второй – щелчком правой (рисунок

24.3).

Рисунок 24.3 – Использование возможностей постпроцессора моделирования

Ниже графиков выводится таблица с графами: Left – значение переменной,

отмеченной щелчком левой кнопки мыши; Right – значение переменной, отме-

ченной щелчком правой кнопки мыши; Delta – разность двух отсчетов; Slope –

производная функции, рассчитанная по двум отсчетам.

Каждая строка этой таблицы соответствует одной функции, последняя – неза-

висимой переменной (в данном случае времени).

Возвращение в обычный режим происходит при нажатии на пиктограмму 0,

рисунок 24.2.

Щелчок по пиктограмме 3 создает горизонталь между двумя выбранными точками с указанием расстояния,

пиктограмма 4 наносит на график расстояние между точками по вертикали.

Нажатием на пиктограмму 5 наносят на график значения координат точки.

Увеличение выбранной области производится нажатием на пиктограмму 1.

Наносить текст можно, используя пиктограмму 6.

Пиктограммы от 7 до D используются для поисков максимумов и миниму-

мов на графике функции.

Пиктограмма Е перемещает курсор на одну единицу по оси Х.

24.3.1 Вариация параметров

Для многовариантного анализа при вариации любого параметра компо-

нента схемы или его модели, в окне задания параметров (рисунок 24.1) нажатием на кнопку Stepping или на пиктограмму открывают окно для задания от 1 до

10 варьируемых параметров, рисунок 24.4.

Результатом моделирования при включенной вариации параметрабудет на-

бор графиков, соответствующих каждому значению изменяемого параметра.

Рисунок 24.4 – Вариация значения индуктивности катушки индуктивности L1

Сначала в графе Parameter Type выбирают тип варьируемого параметра:

–Component – значение параметра конкретного компонента схемы;

–Model – параметр математической модели компонента, для всех компо-

нентов, описываемых этой моделью;

– Symbolic – параметр, заданный пользователем в окнеTEXT директивой

define.