Государственный комитет российской федерации по высшему образованию
Альметьевский нефтяной институт
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ И КОММУТАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
Альметьевск
1998
Составители: В.Я. Чаронов
В.С. Генин
Л.Ф. Борисов
С.П. Иванова
А.Н. Котельников
УДК 621.316
Усилительные и коммутационные устройства. Методические указания к выполнению лабораторных работ./ Составители: В.Я. Чаронов, В.С. Генин, Л.Ф. Борисов, С.П. Иванова, А.Н. Котельников. Альметьевский нефтяной институт, Альметьевск, 1998 г.
В лекционной части курса изучаются практические схемы, методы построения, моделирования и анализа усилителей на дискретных полупроводниковых элементах, выпрямителей и сглаживающих фильтров, преобразователей и стабилизаторов напряжения, тока, бесконтактных и гибридных коммутационных устройств на базе управляемых силовых ключей, используемых в электронных устройствах защиты и управления.
Во время лабораторных работ исследуются схемы усилителей, полупроводниковых ключей, выпрямителей, сглаживающих фильтров, преобразователей и стабилизаторов напряжения с моделированием схем на ЭВМ.
Утверждено методическим советом института.
Рецезент доктор технических наук профессор Б.Н.Абрамович.
Лабораторная работа №1 Изучение основных возможностей пакета pSpice для схемотехнического моделирования и анализа электрических цепей
Цель работы: Практическое освоение основных приемов работы с программной средой PSpice на примерах исследования процессов в RL, RC, RLC цепях.
Основные сведения
С системой автоматизированного проектирования печатных плат РСАD совместима программа моделирования электрических цепей PSpice. С ее помощью рассчитываются переходные процессы при действии различных входных сигналов, их спектры, режимы по постоянному току, частотные характеристики, спектральные плотности внутренних шумов и другие характеристики нелинейных и линеаризованных аналоговых устройств.
На рис.1.1 приведена принципиальная схема, на примере которой рассмотрим основные возможности программы PSpiсe.
Рис. 1.1
Решение
1. Составление задания на моделирование - для программы PSpiсe начинается с присвоения имен узлам принципиальной схемы. Имена узлов могут быть целыми числами от 0 до 9990 или алфавитно-цифровыми символами. В качестве этих символов используются буквы латинского алфавита от A до Z, цифры 0,1, ...., 9 и знаки $, _, * , /, %. Узлу «земля» всегда присваивается номер 0.
После этого составляют задание на моделирование, которое заносится в файл. Имя файла, в качестве расширения имени рекомендуется использовать .CIR.
2. Вызвать программу PSpiсe (файл ps.exe). Появится окно, вид которого показан на рис.1.2
Рис.1.2
3. Загрузить файл filter.cir
Примечание: в начале работы с программой PSpice под управлением оболочки Shell необходимо определить текущий входной файл описания схемы. Это может быть как уже существующий, так и новый файл. Для этого необходимо в меню Files выбрать пункт Current. В появившемся окне нужно задать имя входного файла и нажать клавишу <Enter>. Если вместо ввода имени нажать клавишу <F4>, откроется новое окно, в котором будут указаны имена всех существующих файлов в текущем каталоге с расширением .CIR. В этом случае достаточно отметить требуемый файл с помощью курсора и после нажать клавишу <Enter>. Этот режим отменяется нажатием клавиш <Esc>.
Если при загрузке входного файла не было обнаружено синтаксических ошибок, в поле статуса (в нижней части экрана) появится сообщение «Loaded». Если были обнаружены ошибки, то в поле статуса выводится сообщение «Errors».При нажатии клавиши <F6> появляется окно, содержащее список всех ошибок с указанием соответствующих номеров строк во входном файле. Перемещаться по списку можно с помощью клавиш <PgUp> и <PgDn>. Для выхода необходимо повторное нажатие клавиши <F6>. Заметим, что информацию об ошибках можно также получить в режиме просмотра выходного файла с расширением OUT.
4. Редактирование входного файла
Входной файл редактируется в пункте Edit в меню Files. В окне появится начало текущего файла. По умолчанию редактор находится в режиме Insert (вставка). В верхней строке окна редактора выводится текущее положение курсора (номер строки и столбца) и текущий режим Insert или Delete. Ограничения: максимальная длина строки 132 символа: максимальный размер редактируемого файла 32 Кбайт. При редактировании используются следующие команды:
<Ctrl>-<Z> - сдвиг вверх по тексту;
<Ctrl>-<W> - сдвиг вниз по тексту;
<Esc> - выход из редактора;
<Ctrl>-<PgUP> - переход на начало файла;
<Ctrl>-<PpDn> - переход на конец файла;
<Home> - переход на начало строки;
<End> - переход на конец строки;
<Ctrl>-<Home> - переход на начало страницы;
<Ctrl>-<end> - переход на конец страницы;
<Alt>-<S> - поиск подстроки.
Первая строка файла - строка заглавия, которая затем выводится в виде заголовка в выходном файле (в ней может быть помещен любой текст, не содержащий кириллицу). Строки комментариев содержит символ * в первой позиции (в них допускается использование кириллицы). Конец любой строки после знака <;> воспринимается как комментарий. Последняя строка файла .END. Порядок ввода промежуточных строк значения не имеет. Строка продолжения начинается с символа + в первой позиции. Число пробелов между операторами в строке произвольное. Пробелы и запятые или знаки равенства эквивалентны. Программа PSpiсe не различает большие и малые буквы. В одном файле можно объединить задания на моделирование нескольких цепей; каждое задание начинается со своего заголовка и заканчивается директивой .END.
Предложения входного языка программы PSpiсe делятся на описание компонентов и директивы управления заданием на моделирование.
Описание компонента считается любая строка, не начинающаяся с символа (кроме первой строки и строк комментариев продолжений). Описание компонента имеет следующую структуру:
<имя компонента> <номера двух или более узлов> [<имя модели>]
+<числовые данные>
Имя компонента состоит из последовательности символов латинского алфавита и цифр, общая длина имени не должна превышать 131 символа (рекомендуется не более 8 символов). Первый символ - одна из букв латинского алфавита от А до Z, далее в любом порядке алфавитно-цифровые символы и знаки $, _, ·, /, %. Первый символ имени компонента определяет его тип, например R12, ROUT, Q12..
Номера узлов перечисляются в определенном порядке, установленном для каждого компонента. Далее указываются численные значения параметров компонента.
С учетом вышеизложенного редактируем входной файл (filter.cir).
* имя задания для расчета:
EXAMPLE
* описание элементов:
R1 1 2 1000
L1 2 0 1MH
C1 2 0 1UF
* независимый источник напряжения: для временного анализа - описание единичного импульса, подаваемого между точками 1 и 0, положительным фронтом в момент времени 0 с длительностью фронта 0,01 нс, длительностью спада 0,01 нс, длительностью 30 с, периодом повторения 300 с. Для расчета частотной характеристики (по переменному току (АС)): для синусоиды единичной амплитуды и 0-фазы