Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Программные средства профессиональной деятельности. Учебно-методическое пособие
.pdf
а б
в г
Рис. 1.3. АЧХ фильтров:
а – фильтр Баттерворта; б – фильтр Чебышёва I типа;
в – фильтр Чебышёва II типа; г – эллиптический фильтр
1.4. КЛАССИФИКАЦИЯ ФИЛЬТРОВ ПО ТИПУ ЭЛЕМЕНТОВ,
ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ДЛЯ ИХ РЕАЛИЗАЦИИ
Электрические фильтры можно классифицировать по различным
параметрам, включая тип элементов, используемых для их реализации.
Пассивные фильтры состоят из резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Они обычно имеют более низкую стоимость
и простоту конструкции, но их частотные характеристики ограничены
и могут быть
недостаточно точными для некоторых приложений.
Активные фильтры – это устройства, которые используются для обработки сигналов в электронных системах. Они отличаются от пассивных фильтров тем, что используют активный элемент, такой как усилитель или транзистор, для усиления сигнала перед его фильтрацией.
11
Активные фильтры могут быть построены на базе различных активных элементов, таких как операционные усилители (ОУ), которые
являются основными компонентами в электронике и используются для
усиления, преобразования и фильтрации сигналов.
ОУ – усилительное устройство с большим коэффициентом усиления, большим входным (до сотен мегаом) и малым выходным (десятки
ом) сопротивлением и широкой
полосой пропускания, начинающейся
от нуля и достигающей для ряда ОУ значения сотен мегагерц. Условное обозначение ОУ показано на рис. 1.4. Знаком «V–» обозначен инвертирующий вход, а знаком «V+» – неинвертирующий. Знаком «V
out
»
обозначен выход усилителя.
При подаче гармонического сигнала на инвертирующий вход фазы
напряжений на входе и выходе будут отличаться на 180. Если же сигнал подается на неинвертирующий вход, то фазы этих напряжений будут совпадать. Чтобы обеспечить возможность работы ОУ как с положительными, так и с отрицательными входными сигналами,
следует
использовать двухполярное питающее напряжение. Для этого нужно
предусмотреть два источника постоянного тока, которые подключаются к соответствующим внешним выводам ОУ («V
» и «Vs–»). Помимо
s+
выводов, показанных на этом рисунке, ОУ снабжается выводами для
коррекции его характеристик.
Активные фильтры имеют несколько преимуществ по сравнению с пассивными. Во-первых, они могут
выполнять функцию усиления, т. е.
максимальное значение амплитудночастотной характеристики (АЧХ) может быть больше единицы. Это позво-
Рис. 1.4. Схематичное
изображение
операционного усилителя
ляет им достигать более
чества обработки сигнала. Во-вторых,
для увеличения крутизны АЧХ и, следовательно, повышения избирательно-
высокого ка-
сти фильтра необходимо увеличить
порядок фильтра. В случае пассивных фильтров это требует добавления в схему двух реактивных компонентов: конденсатора и катушки
индуктивности. Для активных фильтров высоких порядков на базе
операционных усилителей они могут быть
реализованы без использо-
вания катушек индуктивности.
12
2. МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ
В ПРОГРАММЕ Micro-Cap
2.1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Micro-Cap – мощный инструмент для создания, редактирования
и анализа электронных схем. Он обеспечивает удобный интерфейс,
который позволяет легко создавать сложные схемы с минимальными
усилиями. Редактор поддерживает широкий спектр компонентов,
включая транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и многое другое.
Помимо возможностей моделирования схем, Micro-Cap включает
в себя широкий спектр инструментов
постоянного и переменного тока, анализ шума и анализ гармонического баланса. Пользователи также могут создавать собственные анализы,
используя встроенный язык сценариев.
анализа. К ним относится анализ
2.2. ИНТЕРФЕЙС
При запуске программы открывается главное окно Main, в котором
сразу доступно рисование схемы (рис. 2.1). При построении схемы выбор компонентов осуществляется через пункт
Ряд часто используемых компонентов вынесен на главную (верхнюю)
панель. Помимо этого есть отдельная панель компонентов, по умолчанию расположенная в левой части экрана. Эта панель значительно повышает удобство выбора необходимых компонентов. Условные графические обозначения наиболее часто используемых компонентов
приведены в табл. 2.1.
Для ввода компонентов необходимо установить
ную кнопку – пиктограмму на верхней панели или на название компонента на левой панели и щелкнуть левой клавишей мыши (ЛКМ).
13
меню Component.
курсор на нуж-
Затем переместить изображение компонента в нужную точку на поле
схемы. При этом можно поворачивать изображение на 90 градусов,
если при нажатой ЛКМ нажимать на правую кнопку мыши (ПМК).
Таблица 2.1
Условные графические обозначения компонентов
Название
Название
Земля Ground
в программе
Micro-Cap
Изображение
Резистор Resistor
Конденсатор Capacitor
Катушка индуктивности Inductor
Диод Diode
Операционный усилитель Opamp
Батарея Battery
Источники постоянного
напряжения
Источник синусоидального
напряжения
Источник постоянного тока Current Source
Voltage Source
Sine Source
14
Рис. 2.1. Главное окно программы Micro-Cap
2.3. ПАРАМЕТРЫ КОМПОНЕНТОВ
При добавлении каждого компонента в схему необходимо задать
его атрибуты: позиционное обозначение (выполняется автоматически,
но можно впоследствии поменять), номинальное значение и (или) модель. Для задания этих параметров открывается специальное окно
(рис. 2.2). Для всех компонентов в программе Micro-Cap эти окна имеют примерно одинаковую структуру. Для большинства пассивных
компонентов
На рис. 2.2 показано окно для задания параметров резистора.
Для задания параметра элемента нужно выбрать его из списка
(на рис. 2.2 выбран параметр PART) и задать его значение в окне
Value. При наведении мышью на параметр внизу окна появляется его
описание, синтаксис и пример
Для создания простейших моделей резистора необходимо задать
параметры PART и RESISTANCE. PART – название элемента в схеме
состоит из его буквенного обозначения (для резисторов R, для конденсаторов C, для катушек L и т. д.) и порядкового номера. RESISTANCE –
значение сопротивления резистора. Для других компонентов это поле
модель указывать не обязательно (хотя это и возможно).
задания.
15
называется по-другому – в соответствии с основной характеристикой
элемента. Например, для катушки индуктивности INDUCTANCE –
индуктивность, для конденсатора CAPACITANCE – емкость.
Рис. 2.2. Окно для задания параметров резистора
Ввод номинальных значений компонентов осуществляется в системе СИ. Значения параметров задаются в обычной (2600) либо в показательной форме (2.6E3). Можно использовать буквенные обозначения множителей (5K). В Micro-Cap используется девять таких
буквенных обозначений (табл. 2.2). Следует обратить внимание,
что целая часть отделяется от дробной части точкой, а не
запятой. Значение единиц измерения
не ставятся.
Следует обратить внимание, что в Micro-Cap большая буква M
означает не «мега» (как принято в ЕСКД), а «милли». Для всех активных и некоторых пассивных компонентов непременно нужно задавать
модель.
16
не записывается, пробелы
Таблица 2.2
M
(meg
)
Буквенные обозначения множителей для численных значений
–15
10
10
фемто пико нано микро милли кило мега гига
F (f) P (p) N (n) U (u) M (m) K (k)
–12
10–9 10–6 10–3 103 106 109
EG
G (g)
Различные дополнительные параметры элемента, такие как разброс
параметров, паразитные емкости, зависимость от температуры и т. д.
используются в модели элемента (параметр MODEL). При выборе
этого параметра можно также выбрать одну из стандартных моделей,
представленных в правой части окна, либо задать свою модель. В случае выбора стандартной модели параметры будут
установлены автоматически в соответствии с параметрами выбранной модели. Эти модели
соответствуют реальным компонентам.
Для того чтобы создать свою модель, нужно при выделенном параметре MODEL нажать кнопку New (рис. 2.3). После этого в окне Value
появится название модели NewModel1 (при необходимости его можно
заменить). Кроме того, станут активными окна для задания
параметров
(на рис. 2.1 – это CP, LS, R и т. д.). При наведении мыши на каждый из
параметров внизу окна появляется его описание и пример задания.
Для всех активных и некоторых пассивных компонентов нужно
непременно задавать модель. Модель выбирается из списка в правой
части окна. Если на этапе построения схемы непонятно
, какую модель
надо использовать, или нужной модели нет в списке, можно использовать обобщенную модель для данного типа компонента – $Generic
(она, как привило, первая в списке). В дальнейшем ее можно будет заменить на любую другую.
Если модель указана, то активными становятся поля с ее парамет-
рами в нижней части
окна. Например, для резистора можно задать
не только сопротивление, но и паразитную емкость и индуктивность
(CP и LS). Эти параметры задаются в модели резистора. Если модель
не указана, паразитная емкость и индуктивность считаются равными
нулю и не учитываются при моделировании. В простейшем случае для
резистора достаточно задать его сопротивление.
17
Рис. 2.3. Создание модели компонента
Следует обратить внимание, что целая часть отделяется
от дробной части точкой, а не запятой. Пробелы и русские символы в задании параметров должны отсутствовать. Ввод номиналь-
ных значений компонентов осуществляется в системе СИ. Значения
параметров задаются в обычной (2600) либо в показательной форме
(2.6E3). Можно использовать буквенные обозначения множителей
(5K). При
Чтобы соединить элементы в схеме, необходимо нажать кнопку
Wire Mode (соединение) на панели редактирования (рис. 2.4). После
этого навести мышку в точку начала линии и, зажав ЛКМ, провести
линию до конечной точки линии.
этом не нужно указывать единицы измерения.
2.4. СОЕДИНЕНИЕ ЭЛЕМЕНТОВ В СХЕМЕ
18
Рис. 2.4. Панель редактирования
Пересекающиеся проводники могут соединяться в точке пересечения (появится красная точка соединения), а могут не соединяться
(рис. 2.5). Если провести один проводник, а потом его пересечь другим, то электрического соединения не будет. Для организации соединения нужно довести проводник до точки пересечения с другим,
щелкнуть левой клавишей мыши и только
потом продолжить провод-
ник дальше.
Рис. 2.5. Примеры соединения проводников
MicroCap позволяет включить/выключить отображение узлов на
схеме (так же, как и любого из атрибутов компонента) (рис. 2.6).
Для удобства дальнейшего задания вывода графиков отображение
номеров узлов целесообразно включить (что и сделано по умолчанию). Кроме того, возможно включение координатной сетки и точек
подсоединения компонентов. Узлы и позиционные обозначения компонентов автоматически
Однако есть возможность упорядочить нумерацию (справа налево
или сверху вниз) командой Edit > Change > Rename components.
В случае присоединения одного компонента к другому следует
обращать внимание, что точки выводов компонентов должны совпадать. Иначе между ними не будет электрического соединения.
нумеруются по мере добавления их в схему.
19
Проверить правильность соединения можно по номерам узлов. На всем
протяжении проводника и на всех точках выводов компонентов
номер узла должен стоять только в одном месте.
Рис. 2.6. Включение/выключение отображения на экране
элементов графической схемы моделирования
Если необходимо переименовать узел, то нужно на панели редактирования (см. рис. 2.4) нажать кнопку Text Mode (текстовый режим),
после чего нажать ЛКМ по нужному узлу. В открывшемся окне следует ввести его название, после чего название отобразится рядом с узлом
(рис. 2.7). Если в ходе анализа необходимо снимать характеристики
с данного узла, то
по названию.
к нему можно обращаться либо по номеру, либо
Рис. 2.7. Присвоение узлу 8
названия «Node1»
20
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]