1.4. Моделировние при помощи функциональных блоков

Функциональные блоки позволяют проводить описание электронных устройств посредством задания функции передачи блока или таблицы значений функции передачи. Блок описывается при помощи математического выражения, при этом отпадает необходимость задавать радиоэлектронное устройство в виде совокупности дискретных радиоэлементов.

Функциональные блоки находятся в библиотеке abm (analog behaviour modelling).

Функциональные блоки размещаются и соединяются на схеме так же как и обычные электронные компоненты.

В математических выражениях блоков, описывающих преобразование сигнала с входа на выход, для удобства можно использовать ссылки на имена узлов сигналов. При этом не обязательно соединять проводником вход блока с этим узлом на схеме. Форма записи имени узла: V(имя узла) или V(1 узел, 2 узел), или I(имя элемента).

Блоки с однополярным входом

Управляемые блоки имеют вход и выход, состоящие из одной клеммы. Входное и выходное напряжение автоматически устанавливается относительно земли. Для этих компонентов не требуется установка входного и выходного сопротивления, имитирующего нагрузку

Перечислим основные функциональные блоки.

 

Таблица 3. Виды функциональных блоков

Вид блоков	Название	Описание	Аттрибуты
Основные компоненты	CONST	константа
	SUM	сумматор
	MULT	умножитель
	GAIN	усилитель	Gain - коэф. усиления
	DIFF	вычитатель
Ограничители	LIMIT	ограничитель	LO нижний порог, HI верхний порог
	GLIMIT	ограничитель с усилением	LO нижний порог, HI верхний порог, GAIN коэф. усиления
	SOFTLIM	"мягкий" ограничитель	LO нижний порог, HI верхний порог, GAIN коэф. усиления
Фильтры Чебышева	LOPASS	ФНЧ	FP частота пропускания, FS частота заграждения, RIPPLE неравномерность коэф. передачи в полосе пропускания, дБ, STOP затухание на частоте заграждения, дБ
	HIPASS	ФВЧ	FP, FS, RIPPLE, STOP
	BANDPASS	Полосовой фильтр	F0, F1, частоты пропускания; F2, F3, частоты заграждения; RIPPLE, Stop
	BANDREJ	режекторный фильтр	F0, F1, F2, F3, RIPPLE, Stop
Интеграторы и дифференциаторы	INTEG	интегратор	GAIN коэф. усиления, IC начальные условия
	DIFFER	дифференциатор	GAIN коэф. усиления
Табличные зависимости	TABLE	Таблица коэффициента передачи блока	ROW1…ROW5 значения таблицы коэффициентов передачи
	FTABLE	частотная таблица	ROW1…ROW5 значения таблицы частотной характеристики
Преобразователи Лапласа	LAPLACE		NUM числитель, DENOM знаменатель
Математические функции	ABS	 x модуль числа
	SQRT	X1/2 квадратный корень числа
	PWR	 x exp модуль числа в степени	exp
	PWRS	Xexp число в степени	Exp
	LOG	Ln(x) натуральный логарифм числа
	LOG10	Log(x) десятичный логарифм числа
	SIN	Sin(x)
	COS	Cos(x)
	TAN	Tan(x)
	ATAN	Tan-1(x)
Блоки, задаваемы математическим выражением	ABM	Функциональный блок без входа, 1 выход по напряжению	EXP1…EXP4 математическое выражения коэффициента передачи
	ABM1	Функциональный блок 1 вход, 1 выход по напряжению
	ABM/I	Функциональный блок без входа, 1 выход по току
	ABM1/I	Функциональный блок 1 вход, 1 выход по току

 

Поясним работу некоторых блоков

Ограничители – необходимы для ограничения выходного напряжения в заданных пределах.

Мягкий ограничитель – ограничивает, но имеет непрерывную (плавную) функцию ограничения.

Фильтры Чебышева

Позволяют строить различные фильтры посредством задания полосы пропускания, полосы заграждения, затухания и т.д.

Алгоритм расчета выходного сигнала фильтра зависит от вида анализа. Для анализа по постоянному току выход определяется пропусканием на нулевой частоте. Для временного анализа – Фурье-преобразованием частотной характеристики. Вычисление временных характеристик для этих фильтров занимает большое время.

Преобразователи ЛАПЛАСА

Выполняют преобразование Лапласа входного сигнала в соответствии с заданным выражением. Имеют два атрибута, которые необходимо задать:

NUM – числитель дроби

DENOM – знаменатель

При описании этого блока, в выражениях нельзя использовать напряжения, токи или время.

Приведем примеры преобразователей Лапласа.

Пример1

Преобразователь, заданный выражением

1/(1+0,001 s) – описывает простой пассивный интегратор, с постоянной времени 1 мсек. В отличие от обозначения оператора лапласа p, которое использовалось в курсе лекций "Основы теории цепей", в PSpice применяется обозначение s.

Этот преобразователь может быть заменен RC-цепочкой с такой же постоянной времени.

Параметры этого блока необходимо установить, как показано ниже

NUM = 1

DENOM = 1 + .001*s

При анализе частотных характеристик коэффициент передачи находится путем замены s на j  .

Результаты анализа частотных характеристик показаны на рис.13.

Рис. 30. АЧХ и ФЧХ преобразователя Лапласа – интегратора.

Пример 2

Блок преобразования Лапласа описывает линию передачи с потерями. R, L и С сопротивление, индуктивность и емкость линии на единицу длины линии. Если потери R малы, импеданс линии описывается выражением:

Задержка сигнала на единицу длины линии будет

Такую линию можно задать при помощи блока преобразователя Лапласа. Параметры преобразователя необходимо установить следующие:

NUM = EXP ( -SQRT ( C*s*(R+L*s)))

DENOM = 1

Однако, использование блока преобразования Лапласа является неэффективным способом для моделирования задержки сигнала с точки зрения затрат компьютерного времени и памяти. Для моделирования задержки рекомендуется использование модели линии передачи, которая имеется в библиотеке элементов PSpice.