Курсовой / 2023-12-27 Практика РЭС знакомство c Micro-Cap
.docxТаким образом, для выполнения курсового проекта, при построении семейства входных ВАХ, достаточно только двух входных характеристик при UКЭ = 0 В и при UКЭ ≈ UКЭП. Соответственно, в настройках моделирования у параметра "Variable 2" в поле "Range" зададим строку "5,0,5". В результате моделирования должны получиться две входные ВАХ при UКЭ = 0 и UКЭ = 5 В, так, как это представлено на графике ниже.
Теперь следует внести ряд необходимых изменений в отображение графика, поскольку у него есть следующие недостатки: 1) начало координат не соответствует напряжению 0 В, 2) есть большие пустые поля справа и сверху, 3) два десятичных знака в дробной части численных значений на осях графика являются нулевыми, они мешаются и не нужны, поэтому их надо убрать.
Масштабировать графики проще всего в окне "DC Analysis Limits", но сначала надо обязательно отключить режим автомасштабирования графиков, убрав галочку в поле "Auto Scale Ranges", если эта галочка была установлена ранее. Для изменения масштабов по осям необходимо в нижней правой части окна изменить диапазоны значений в полях "X Range" и "Y Range". Первые два значения этих диапазонов являются, конечным и начальным значениями, а последним является шаг вспомогательных линий сетки. Задаём отображение графика по оси напряжений от 0 до 0.8 В с шагом сетки в 50 мВ, для этого в поле "X Range" заносим строку "0.8,0,50m". Задаём отображение графика по оси токов от 0 до 100 мкА с шагом сетки в 10 мкА, для этого в поле "Y Range" заносим строку "100u,0,10u" и нажимаем кнопку "Run".
Двойным щелчком ЛКМ в любом белом поле построенного графика вызываем окно "Properties for DC Analysis", в котором находятся расширенные настройки отображения графиков. В этом окне во вкладке "Scales and Formats" у параметра "Scale" нажимаем на кнопку "Format", в открывающемся окне "Format" устанавливаем нулевое значение в поле "Digits" и жмём "OK". Выполняем эту операцию два раза как для оси "X", так и для оси "Y". В этом же окне "Properties for DC Analysis" во вкладке "Colors, Fonts and Lines", можно изменить все цвета на графиках, что будет очень полезным для повышения контрастности при выводе графиков на печать. После завершения всех настроек жмём "OK" и закрываем окно "Properties for DC Analysis". В результате получаем семейство входных ВАХ в следующем виде:
Полученные успешные результаты моделирования семейства входных ВАХ следует сохранить через главное меню "File\Save". Если пункт меню "File\Save" является недоступным, это означает, что активным является окно с результатами моделирования, это окно нужно закрыть либо сделать активным окно с принципиальной схемой щелчком ЛКМ по его заголовку, после этого операция сохранения через главное меню станет доступна.
Перед следующим этапом построения семейства выходных ВАХ транзистора, обязательно меняем имя рабочего документа через главное меню "File\Save As…" и сохраняем файл под именем "6DC-VihVAH.cir" в созданной ранее отдельной папке.
Для контроля проверяем по заголовку экрана программы, что имя рабочего файла изменено: "Micro-Cap 11.0.1.6 (32 bit) Evaluation Version - [D:\Work\MC11‑Lab14\6DC‑VihVAH.cir]"
Приступаем к моделированию выходных ВАХ, для этого открываем окно настроек моделирования "DC Analysis Limits", через главное меню "DC\Limits…" либо по нажатию кнопки "F9". Сначала в поле "Sweep" отключаем второй параметр моделирования "Variable 2", выбирая для соответствующей строки в выпадающем списке "Method" значение "None".
В строке параметра "Variable 1" открываем выпадающий список "Name", в котором программа нам предлагает выбрать один из доступных источников "I1" либо "V2" согласно их позиционным обозначениям в схеме. Поскольку выходная ВАХ, которую мы хотим получить, является зависимостью IК=f(UКЭ), то нам нужен источник, задающий напряжение коллектор-эмиттер в схеме, поэтому выбираем позиционное обозначение "V2". Далее необходимо задать для моделирования диапазон значений напряжения этого источника в поле "Range". Для расчёта графика выходной ВАХ от 0 до 10 В с шагом 1 В, в поле "Range" вводим строку следующего содержания: "10,0,1".
Переходим к определению параметров, которые будут отображаться на графиках. Для этого в нижней части окна настроек заполняем поля "X Expression" и "Y Expression". По оси X на выходной ВАХ находится напряжение коллектор-эмиттер, поэтому в поле "X Expression" вводим "-Vсe(VT1)", а в поле "Y Expression" вводим "-Iс(VT1)" и нажимаем кнопку "Run". (Важное замечание: если в вашем варианте задания курсового проекта будет транзистор n‑p‑n‑типа, тогда при построении графиков ВАХ, надо будет просто убрать знак минус в полях "X Expression" и "Y Expression".)
1) Если вы допустили ошибку и вместо символа латинского алфавита «це» ввели символ кириллицы «эс», то эту ошибку надо будет исправить.
2) Если график в окне моделирования совсем отсутствует или плохо просматривается из-за масштабов, оставшихся от предыдущего моделирования, тогда необходимо включить режим автомасштабирования графиков установкой галочки в опции "Auto Scale Ranges".
Если всё сделано правильно, то в результате нажатия кнопки "Run", в окне моделирования "DC Analysis" будет построен график выходной ВАХ:
При текущих настройках моделирования отображается только одна выходная характеристика при токе базы 100 мкА, который задаёт источник тока I1. Для построения необходимого нам семейства выходных ВАХ необходимо использовать в моделировании второй параметр. Открываем окно настроек моделирования "DC\Limits…" и подключаем второй параметр, для этого в выпадающем списке "Method", в строке параметра "Variable 2" выбираем значение "Linear". Поскольку семейство выходных ВАХ строится при разных токах базы, то в выпадающем списке "Name" выбираем источник "I1", задающий этот ток в схеме. Далее задаём диапазон значений токов для моделирования, например, от 0 до 100 мкА, с шагом 20 мкА, т.е. в поле "Range" вводим строку "100u,0,20u". В соответствии с заданным диапазоном, после нажатия кнопки "Run", мы должны увидеть 6 выходных характеристик, причём первая характеристика при нулевом токе базы обычно сливается с осью напряжений.
На данном этапе моделирования мы обязательно должны столкнуться с типичной проблемой «зависания» после нажатия кнопки "Run". Слово «зависание» является общеупотребительным жаргонизмом, подразумевающим бездействие программы. Но, поскольку центральное процессорное устройство, которое выполняет программу, не может просто «стоять» и ничего не делать, то в действительности слово «зависание» означает, что в ходе выполнения программы происходит её переход в бесконечный цикл. Словом «зависание» нужно пользоваться с осторожностью, понимая его правильный смысл, чтобы не допускать ошибок в объяснении процессов и логики работы программы.
«Зависание» происходит, если в строке параметра "Variable 1" в выпадающем списке "Method" установлено значение "Auto". Если потратить достаточно продолжительное время на ожидание результата, тогда станут возможны два варианта: 1) графики будут построены, 2) появится сообщение об ошибке, в котором будет сказано о слишком большом количестве точек при построении графиков. Возникает вопрос: как и почему возникает этот бесконечный цикл расчётов? Обратите внимание на то, что в центральной части окна настроек моделирования "DC Analysis Limits" имеется поле "Maximum Change %", в котором, по умолчанию, установлено значение 5%. Причём значение в этом поле доступно для изменения только в том случае, когда в строке параметра "Variable 1" в выпадающем списке "Method" установлено значение "Auto". Если изменить значение на "Linear", то поле "Maximum Change %" сразу становится недоступным. Дело в том, что режим или метод моделирования "Auto" предназначен для качественного построения гладких кривых графиков в автоматическом режиме. Если при расчёте точек графиков, разница между соседними значениями начинает превышать величину, заданную в поле "Maximum Change %", то Micro‑Cap начинает автоматически подбирать дополнительные промежуточные расчётные точки, удовлетворяющие величине заданного максимального изменения значения функции на графике, именно это обычно и занимает очень продолжительное время.
После нажатия кнопки "Run", состояние «зависания» наблюдается в изменении курсора мыши со значка стрелки на значок песочных часов. Возникающий бесконечный цикл следует прервать, для этого на панели инструментов окна моделирования "DC Analysis" надо нажать на пиктограмму "Stop", которая расположена правее пиктограммы "Run(F2)". Далее необходимо открыть окно "DC\Limits…" и для параметра "Variable 1" в выпадающем списке "Method" изменить значение "Auto" на значение "Linear". После моделирования по нажатию кнопки "Run", мы получим 6 выходных характеристик:
Полученные графики далеки от гладких кривых, поскольку они построены с шагом в 1 В. Для получения гладких кривых, следует подобрать значение шага, указанное в строке параметра "Variable 1" в поле "Range", для этого необходимо поэтапно уменьшать последнее значение в строке "10,0,1", сначала в 10 раз, затем ещё в 5 раз. В результате получаем приемлемое качество отображения выходных ВАХ при значениях "10,0,0.02":
Остаётся только задать правильные масштабы по осям: 1) выключаем режим автомасштабирования графиков снятием галочки в опции "Auto Scale Ranges", 2) в поле "X Range" заносим строку "10,0,1", в поле "Y Range" заносим строку "13m,0,1m" и нажимаем кнопку "Run".
Если всё сделано правильно, то в результате получаем семейство выходных ВАХ в следующем виде:
Полученные успешные результаты моделирования семейства выходных ВАХ следует сохранить через главное меню "File\Save". Если пункт меню "File\Save" является недоступным, это означает, что активным является окно с результатами моделирования, это окно нужно закрыть либо сделать активным окно с принципиальной схемой щелчком ЛКМ по его заголовку, после этого операция сохранения через главное меню станет доступна.