Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Микроэлектроника. Лабораторный практикум
.pdf
строятся в стандартном масштабе и затем автоматически перестраиваются.
Y Range – максимальное и минимальное значение переменной Y
на графике; если минимальное значение равно нулю, его можно не
указывать. Для автоматического выбора диапазона переменных в
этой графе указывается Auto.
Использование клавиши Р
После выполнения команды Run начинается расчет передаточных
функций, и в процессе получения
результатов на экран выводятся их
графики. После нажатия клавиши Р в нижней части графического
окна справа от обозначения каждой переменной выводятся их текущие численные значения. Этот способ удобен для контроля за длительными расчетами передаточных функций, диапазон изменения
которых заранее не известен (так что текущие результаты могут быть
не видны
на экране). Однако моделирование при этом значительно
замедляется, поэтому после просмотра наиболее интересного фрагмента данных следует выключить этот режим повторным нажатием
клавиши Р.
Изменение размеров окна DC Analysis Limits
Ручное масштабирование окна осуществляется стандартным способом – протяжкой мышью правого нижнего угла окна, а также изменением размера полей в поле графиков путем
протяжки левой кла-
вишей мыши разделителей между полями Р, X Expression, Y Expres-
sion, X Range, Y Range.
Динамический анализ режима по постоянному току
Вызывается командой Analysis/Dynamic DC или Alt + 4. Dynamic
DC представляет собой интерактивный процесс, в ходе которого
пользователь модифицирует схему, а программа сразу же вслед за
этим рассчитывает результат и отображает его на схеме. Процесс состоит из следующих этапов:
пользователь модифицирует схему;
–
– программа МС8 выполняет анализ схемы на постоянном токе;
– режимы по постоянному току сразу отображаются на схеме.
Для отображения текущего режима схемы по постоянному току
имеются 4 кнопки. Эти пиктограммы выведены на главную панель
МС8, однако при анализе Dynamic DC они появляются и в окне окно
31
Dynamic DC Limits. После запуска режима анализа Dynamic DC по
умолчанию активизируется кнопка показа узловых потенциалов. Для
отображения на схеме других желаемых величин включаются/отключаются соответствующие кнопки. После запуска анализа
можно производить любые изменения в схеме. Можно добавлять/удалять соединительные проводники, компоненты, изменять
значения параметров компонентов и др. Программа в ответ будет
рассчитывать
новый режим по постоянному току и отображать на
схеме величины, его характеризующие.
Напряжения батарей, источников напряжения, токи источников
тока, сопротивления резисторов могут изменяться при проведении
анализа одним из двух способов:
1. Усилитель с общим эмиттером на p-n-p биополярном транзи-
сторе. В исходном состоянии усилитель не усиливает, так как не
обеспечен соответствующий режим
по постоянному току. При правильно установленной точке покоя каскада на коллекторе транзистора должна быть приблизительно половина напряжения питания.
2. Усилитель с общим истоком на N-канальном МДП-транзисторе.
В исходном состоянии усилитель не усиливает, так как не обеспечен
соответствующий режим по постоянному току. При этом на стоке транзистора должна
быть приблизительно половина напряжения питания.
Осуществить выбор компонента и протяжку мышью движка регулировку его величины (slider). Показ движковых регуляторов может
быть разрешен/запрещен флажком Show Slider закладки Options диалогового окна Preferences. По умолчанию показ флажков выключен.
Минимальные и максимальные величины регулируемых параметров
компонентов в программе МС8 не задаются. Неосторожное перемещение движков может вызвать
установку значений, при которых
численный алгоритм расчета расходится. Например, по неосторожности можно установить отрицательные значения активных сопротивлений.
Осуществить выбор компонента и использование клавиш I (Down)
и Т (Up) дополнительной клавиатуры для уменьшения и увеличения
величины компонента соответственно. При этом способе регулировки можно синхронно регулировать величины параметров выделенной группы компонентов
на фиксированное изменение в процентах
(которое задается в поле Slider Percentage Step Size) при каждом нажатии соответствующей клавиши.
Следует также отметить, что перемещение компонента на свобод-
ное поле обычно вызывает диагностическое сообщение об отсутст-
32
вии пути по постоянному току на землю (ground). Поскольку такое
перемещение компонентов типично для данного вида анализа, программа устанавливает флаг Add DC Path to Ground на все время его
проведения. После окончания данного вида анализа исходное значение данной опции восстанавливается.
Расчет режима по постоянному току
(Dynamic DC – Alt + 4)
По команде Analysis/Dynamic DC производится расчет режима по
постоянному току
и его отображение на чертеже семы. Причем если
на закладке Common команды Options/Preferences включен параметр
Show Slider, то на схеме у изображений батарей и резисторов размещаются движковые регуляторы – при их перемещении движением
курсора изменяются номинальные значения этих компонентов, и на
схеме отображаются новые значения режима по постоянному току.
Минимальные и максимальные
значения номинальных значений
определяются с помощью атрибутов SLIDER_MIN, SLIDER_MAX
каждой батареи и каждого резистора.
Объем выводимой на схему информации определяется нажатием
пиктограмм:
– номеров узлов;
– напряжений аналоговых узлов или логических состояний
цифровых узлов;
– токов ветвей;
– мощности, рассеиваемой в ветвях;
– состояний p-n переходов: LIN – линейный режим, ON –
переход открыт, OFF – переход закрыт, SAT – находится в режиме
насыщения,.
При выполнении команды Analysis/Dynamic DC по умолчанию
нажата пиктограмма
, остальные пользователи включают по ме-
ре надобности.
Отметим, что при использовании перечисленных выше кнопок
при анализе переходных процессов на схеме отображаются не значения режима по постоянному току, а значения переходных процессов
33
в последний момент времени, если не выбрана опция Operation Point
Only. После завершения расчетов по командам Dynamic DC на схеме
отображаются значения режима по постоянному току, рассчитанного
последним.
1.10. Задание параметров моделирования
AC Analysis Limits
Команды
Run – начало моделирования. Щелчок на пиктограмме
в
строке инструментов или нажатие F2 также начинает моделирование.
Моделирование может быть остановлено в любой момент нажатием
на пиктограмму
пиктограмму
или клавишу Esc. Последовательные нажатия на
прерывают и затем продолжают моделирование.
Add – добавление еще одной строки спецификации вывода результатов после строки, отмеченной курсором. На этой строке устанавливаются способ отображения результатов и аналитические выражения для построения графиков. При наличии большого количества строк, не умещающихся на экране, появляется линейка прокрутки.
Delete – удаление строки спецификации
вывода результатов, от-
меченной курсором.
Expand – открытие дополнительного окна для ввода текста большого размера при расположении курсора в одной из граф, содержащих выражения, например Y Expression.
Stepping – открытие диалогового окна задания вариации параметров.
Properties – открытие диалогового окна задания параметров (окон
графиков, текстовых надписей, толщины и цвета линий и др.).
– вызов раздела AC Analysis системы помощи.
Help
Числовые параметры
Frequency Range – спецификация конечной и начальной частоты
, F
по формату F
max
ются. Если значение F
Number of Points – количество точек по частоте N
. Отрицательные значения частоты не допуска-
min
не указано, то расчет не производится.
min
, в которых
f
производится расчет частотных характеристик. Минимальное значение равно 5. В связи с тем, что в режиме АС не производится интер-
34
поляция, то в таблицы и на графики выводятся все данные, полученные при расчете. Значения частот, на которых производится расчет
характеристик, зависят от параметров, установленных в разделе
«Опции»: Auto, Linear, Log. В режиме Auto параметр Number of Points
во внимание не принимается и количество точек определяется величиной Maximum Change. Если принят линейный шаг (Linear), то
шаг
приращения частоты равен
F
k + 1
– Fk = (F
max
– F
)/(Nf – 1).
min
Если принят логарифмический масштаб (Log), то отношение со-
седних частотных точек равно
F
k + 1/Fk
= (F
max/Fmin
)/(Nf – 1).
Temperature – диапазон изменения температуры в градусах
Цельсия. При выборе параметра Linear имеет формат
High[,Low[,Step]]; если при этом параметр Step (шаг) опущен, то выполняется анализ при двух значениях температуры: Low (минимальной) и High (максимальной), если опущены оба параметра Low и
Step, то расчет 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.
Maximum Change, % – максимально допустимое приращение
графика первой функции на интервале шага по частоте (в процентах
полной шкалы). Принимается во внимание только при выборе оп-
от
ции Auto. Если график функции изменяется быстрее, то шаг приращения частоты автоматически уменьшается.
Noise Input – имя входного источника сигнала, используемого
при расчете шумовых параметров. При указании переменной INOISE
в графе Y expression выводится график квадратного корня спектральной плотности напряжения или тока внутренних шумов цепи,
пересчитанной к этим зажимам. Если в качестве источника входного
сигнала включается источник напряжения, то на вход пересчитывается спектральная плотность напряжения, а если источник тока, то
спектральная плотность тока.
,
35
Noise Output – номера узлов выходных зажимов цепи, в которых
вычисляется спектральная плотность напряжения выходного шума
цепи. Формат: узел 1[,узел2].
Вывод результатов моделирования
Ниже раздела «Числовые параметры» и слева от раздела «Выражения» расположена группа пиктограмм. Нажатие каждой пиктограммы определяет характер вывода данных, задаваемых в той же
строке. Имеются следующие возможности:
X Log/Linear Scale – переключение между логарифмической и линейной шкалой по оси X. При выборе логарифмической шкалы диапазон изменения переменной должен быть положительным;
Y Log/Linear Scale – переключение между логарифмической и линейной шкалой по оси Y. При выборе логарифмической шкалы диапазон изменения переменной должен быть положительным;
Color – вызов меню для выбора одного из 16 цветов для ок-
рашивания графиков. График окрашивается в цвт кнопки;
Numeric Output – при нажатии этой кнопки в текстовый выходной файл заносится таблица отсчетов функции, заданной в графе Y
Expression. Запись производится в файл «<имя схемы>.АNО». Таблица
просматривается в окне Numeric Output (открывается нажатием клавиши F5). Количество отсчетов функции (число строк в таблице) задается
параметром Number of Points в разделе «Числовые параметры»;
Rectangular – вывод графиков в прямоугольной (декартовой)
системе координат;
Polar – вывод графиков в полярной системе координат;
Smith chart plot – вывод графиков на круговой диаграмме
(диаграмме Смита);
Plot Group – в графе Р числами от 1 до 9 указывается номер графического окна, в котором должна быть построена данная функция.
Все функции, помеченные одним и тем же номером, выводятся в одном окне. Если это поле пусто, график функции не строится.
36
Выражения
X Expression – имя переменной, откладываемой по оси X. Обычно
при анализе переходных процессов по этой оси откладывается частота (переменная F), однако это не обязательно. Так, при расчете импульсной характеристики с помощью преобразования Фурье по этой
оси откладывается время (переменная Т), а при построении годографа для анализа устойчивости по
методу Найквиста – действительная
часть комплексного сигнала.
Y Expression – математическое выражение для переменной, откладываемой по оси Y. Это может быть простая переменная типа напряжения в узле V(5), падение напряжения на двухполюсном компоненте V(L1) или тока ветви I(2,3), I(L1), произведения комплексных
величин, например V(VCC)*I(VCC), и другие выражения. Для расчета уровня внутреннего шума в графе Y Expression
помещают имена
переменных ONOISE, INOISE; при этом графики других переменных
нельзя одновременно выводить на экран.
X Range – максимальное и минимальное значение переменной Х
на графике по формату High[,Low]. Если минимальное значение Low
равно нулю, его можно не указывать. Для автоматического выбора
диапазона переменных в этой графе указывается Auto. В этом случае
сначала выполняется моделирование, в процессе которого
графики
строятся в стандартном масштабе и затем автоматически перестраиваются. Удобно также использовать F
max,Fmin
, в этом случае не надо
дублировать диапазон, указанный в Frequency Range.
Y Range – максимальное и минимальное значение переменной Y
на графике; если минимальное значение равно нулю, его можно не
указывать. Для автоматического выбора диапазона переменных в
этой графе указывается Auto.
Опции
Run Options – управление выдачей результатов расчетов:
Normal – результаты расчетов не сохраняются;
Save – сохранение результатов
расчетов в бинарном дисковом
файле <имя схемы> .АSА;
Retrieve – считывание последних результатов расчета из дискового файла <имя схемы> .ASA, созданного ранее. При этом производится построение графиков и таблиц, как после обычного расчета.
State Variables (Zero, Read, Leave) – установка начальных усло-
вий.
37
Frequency Step – шаг изменения частоты:
Auto – автоматический выбор шага по частоте, выбираемого на
основе контроля максимального приращения функции первого графика;
Linear – расчет с постоянным линейным шагом по частоте;
Log – расчет с постоянным шагом на логарифмической шкале
частоты;
Operation Point – предварительное выполнение расчета режима по
постоянному току.
Auto Scale Ranges – присвоение признака автоматического мас-
штабирования «Auto» по осям
X, Y для каждого нового варианта расчетов. Если эта опция выключена, то принимаются во внимание
масштабы, указанные в графах X Range, Y Range.
38
2. ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЛАБОРАТОРНЫХ
РАБОТ
Запустить программу схемотехнического моделирования электронных схем MICROCAP-8 (MC8.exe). В приведенных ниже пунктах рабочего задания содержатся методика и основные приемы работы при построении принципиальных схем, проведение анализа переходных процессов TRANSIENT Analysis, анализ по переменному току
AC analysis и по постоянному току DC analysis, опирающиеся на теоретический материал данного лабораторного практикума.
2.1. Анализ переходных процессов
(Transient Analysis)
Войти в меню анализа переходных процессов для собранной схемы, выполнив команду Analysis/Transient (Alt + 1). В строке Time
Range указывается длительность интервала времени моделирования;
в графе Operating Point указывается на необходимость перед расчетом переходных процессов выполнить расчет режима по постоянному току; в строке State Variables – тип используемых начальных условий для расчета (Zero –
достигнутые в конце предыдущей стадии расчета), в нижней части
окна указываются имена переменных, графики которых нужно построить. Имена аналоговых и цифровых переменных, откладываемых по оси Y графиков, указываются в графе Y Expression, при этом
допускается применение математических выражений и функций.
Моделирование начинается после нажатия
нулевые, Read – считанные с диска, Leave –
на кнопку Run в от-
крывшемся подменю Transient Analysis Limits, на пиктограмму
или на клавишу F2. Моделирование может быть остановлено в лю-
бой момент нажатием на пиктограмму
Вывести на экран одновременно с результатами анализа и принципиальную схему, выполнив команду Windows/The Vertical
(Shift + F4 или ). Это необходимо для сопоставления схемных
узлов и результатов анализа для них. Закрыть окно схемного редак-
тора, выполнив команду Windows/maximize (
Изменить масштаб графиков по оси Y на автоматический (включить auto scale range или auto для каждой переменной), войдя в под-
или клавишу Esc.
).
39
меню Transient Analysis Limits (Transient/Limits, или F9, или ). Запустить анализ переходных процессов, выполнив команду RUN.
В подменю Transient Analysis Limits имеется флажок Operating
Point Only, установка которого означает проведение только расчета
режима по постоянному току (расчет переходных процессов не производится). Для определения карты режимов компонентов электронной схемы по постоянному току необходимо установить указанный
флажок, выполнить команду RUN, а затем
выйти из режима анализа
(нажав F3), вернувшись в схемный редактор. После этого следует
выполнить команду Options/View/Node Voltages States (
) для отображения в узлах схемы потенциалов на постоянном токе в вольтах.
Также могут быть отображены токи в ветвях в точке покоя в амперах
(Options/View/Currents или ) и состояния полупроводниковых
приборов (Options/View/Conditions или
).
Переводятся состояния полупроводниковых приборов следующим
образом: ON – диод (транзистор) включен, OFF – диод (транзистор)
выключен, LIN – транзистор в линейном активном режиме, SAT –
транзистор в режиме насыщения, HOT – транзистор перегрет.
Следует отметить, что переход в режим отображения карты напряжений (токов) на постоянном токе после проведения анализа переходных процессов во всех
других случаях (без установки флага
Operating Point Only) приводит к отображению значений потенциалов (токов, состояний приборов) в конечной точке расчета.
2.2. Анализ схемы на переменном токе
(AC analysis)
Переход в режим расчета частотных характеристик осуществляется командой Analysis/АС (Alt + 2). Задание на расчет формируется в
окне AC analysis Limits, вызываемом также из текущего режима ана-
лиза с помощью нажатия клавиши F9 или пиктограммы
На строке Frequency Range указываются границы диапазона частот;
на строке Frequency Step – тип шага по частоте при проведении расчета (Linear – линейный шаг, Log – логарифмический, List – список зна-
чений частоты, Auto – автоматический). При необходимости расчета
спектральной плотности внутреннего шума на строке Noise Input указывается имя источника входного сигнала, на строке Noise Output
номер выходного узла, для которого рассчитывается спектральная
.
–
40
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]