Отчет по практике
.docxФедеральное Государственное Образовательное Бюджетное Учреждение
Московский Технический Университет Связи и Информатики
Специальность:
Системы мобильной связи
Отчет по практике №1
По теме:
«Методы компьютерного моделирования электронных схем в MC-7».
Выполнил
Студент группы БИК1104
Соломатин Павел
Москва, 2013
Содержание
Цель работы
|
3 |
Схема исследуемая в работе |
3 |
Предварительный расчет |
3 |
Выполнение работы. Первая часть |
4 |
Выполнение работы. Вторая часть |
10 |
Вывод |
14 |
Контрольные вопросы |
15 |
Первая часть практической работы
Изучение переходных процессов, АЧХ, ФЧХ и ПХ
Цель работы.
Ознакомление с методами компьютерного моделирования электронных схем в MC-7 на основе построения электрических фильтров и изучения их характеристик.
Схема исследуемая в данной работе:
Рис. 1 Схема ФНЧ
Заданные параметры элементов схемы:
R1 = 400 Ом
C1 = 160*10-12 Ф
C2 = 140*10-12 Ф
Электрические фильтры
Электрическая схема, исследуемые в данной работе, после упрощения сводятся к такому виду:
Рис. 2 Схема упрощенного фильтра
Предварительный расчет:
Выполнение работы.
Графики результатов экспериментов.
Переходная характеристика (реакция фильтра на импульсный сигнал)
Время установления фронта импульса определяется отрезком времени, в течение которого напряжение нарастает от 0,1 до 0,9 от установившегося значения (рис. 4).
Рис. 3 Цепь с импульсным сигналом
Рис. 4 Переходная характеристика
U0,1 = 0,5B T1 = 115.206n
U0,9 = 4,5B T2 = 377.465n
То получаем, что время установления равно Tуст = 262, 259n
Значения прямоугольного импульса.
Рис. 5
ФНЧ, ПХ и АЧХ
Рис. 6 Частота среза при падении на 3 дБ
Рис. 7 Частота среза при 45о
Рис. 8 Частота среза при 0.707
Результаты:
К рис. 4 Tуст = 262, 259n
К рис.6. fсрез = 1,324М
К рис.7. fсрез = 1,330М
К рис.8. fсрез = 1,329М
Данные результаты схожи с результатами, полученными в предварительном расчете.
Влияние измененных параметров.
Влияния параметров элементов на переходные процессы.
Измененное сопротивление.
Изменяя различные параметры цепи (значения сопротивления или емкостей), мы получаем другие значения частоты среза и время перехода.
В этом графике показаны изменения в схеме с разными сопротивлениями 100 - 4000 Ом:
Рис. 9 Переходный процесс с сопротивлениям 100 - 4000 Ом
На графике (синим) показаны значения переходов с различными сопротивлениями. Так в самом верху сопротивление равно 100 Ом, а внизу 4000 Ом. Получаем, что, чем меньше сопротивление, тем лучше ля переходного процесса.
Измененная емкость.
Теперь, изменяя значения конденсатора С1 от 160*10-10 до 160*10-12, получим такие значения как на рис. 10
Cmin
Cmax
Рис. 10 Переходной процесс с измененной емкостью.
Комментарий к графику: Верхний синий график равен переходному процессу при значении конденсатора С1 = 160*10-12, а самый нижний равен 160*10-10. Из этого следует, что бóльшая емкость хуже влияет на данные процессы.
Изменяя значения конденсатора С2 от 140*10-10 до 140*10-12, получим такие значения как на рис.11:
Cmax
Cmin
Рис. 11 Переходной процесс с измененной емкостью.
Конденсатор С2 так же влияет на переходные процессы как и С1.
Влияния параметров элементов на АЧХ и ФЧХ.
В этих графиках показаны изменения в схеме с увеличенным сопротивлением до 4000 Ом:
Рис. 12-14 АЧХ, ФЧХ.
Частота среза уменьшилась в 10 раз по сравнение с исходными значениями. То есть зависимость тут наблюдается прямая, если сопротивление увеличивается, то частота среза уменьшается.
Изменив емкость на два порядка, мы получаем следующее:
Рис. 15-17 АЧХ, ФЧХ.
Частота среза уменьшилась в 100 раз, по сравнению с начальной частотой.
Вторая часть работы. Монте-Карло.
Переходный процесс
Рис. 18
При выборе режимов моделирования Transient, AC или DC становится доступен подрежим Monte Carlo для расчета характеристик цепей при случайном разбросе параметров. В течение анализа Монте Карло выполняется множество моделирований. Для каждого моделирования генерируется новая схема из компонентов, чьи числовые значения параметра беспорядочно выбраны. Процесс выбора основан на заданном пользователем разбросе параметра и типе распределения. В меню «Настройки» мы можем настроить их, указывается количество статистических испытаний Number of Runs (не более 30000) и характер закона распределения случайных параметров, заданных значением LOT параметра модели: Uniform равномерное распределение, Gauss — гауссово, Worst Case — наихудший случай.
В своей работе я использовал режим Gauss, то есть гауссово распределение . Использовал функции Rise_Time и Fall_Time ля расчетов Монте Карло.
Ниже приведены результаты проделанной работы в подрежиме Монте Карло (рис.18-25).
Рис. 19
Для измененного значения конденсатора С2
Рис. 20
При изменение значения С2 время установления увеличилось в 30 раз. Так же изменилось Гауссовское распределение.
Рис. 21
Монте Карло для АЧХ, ФЧХ и ПХ
Рис. 22
Рис. 23-25 По порядку на рис. 20
Вывод: В проделанной работе мы изучили построение цепей и их моделирование в программе Micro-Cap. Изучили переходные процессы, исследовали АЧХ и ФЧХ НЧ и ВЧ-фильтров. Рассматривали, как влияют на характеристики фильтров измененные значения элементов цепи (резисторов и конденсаторов). Получили распределение в режиме Monte Carlo.
Контрольные вопросы
-
Какие параметры схемы измеряются при анализе переходных процессов?
Ти, τy, U0,1, U0,9
время установления фронта для ФНЧ, или относительный спад вершины для ФВЧ.
-
Какие параметры схемы измеряются при анализе частотных характеристик?
напряжение в узле
фаза напряжения в узле
-
Как производится изменение пределов по осям при выполнении анализов?
В окнах X Range и Y Range
-
Что вводится в графы X Expression и Y Expression при анализе переходных процессов? При анализе частотных характеристик?
При анализе переходных процессов:
Напряжение в узле (v(2))
При анализе частотных характеристик
Ph(v(2))
Db(v(2))
V(2)
-
Какие значения и в каком порядке вводятся в графы X Range и Y Range?
Максимальное значение, минимальное значение, шаг.
-
Какие типы масштабирования по осям доступны при выполнении анализов? Как производится их переключение?
Cursor mode и Zoom In/Out
-
Как изменить диапазон частот, в котором производится анализ частотных характе-ристик?
Изменить значения Frequency range.
-
Как изменить временной диапазон, в котором производится анализ переходных процессов?
Изменить значение time range – сюда вводится конечное время расчета, затем начальное
-
Как производится выбор элементов для построения схемы?
Выбор элементов производится через меню Component, а там далее компоненты будут разделены по группам.
-
Как выполняется установка параметров элементов электрических схем?
Select Mode (Ctrl+E) – применяется для изменения параметров элементов (двойной щелчок мышки), их имени, а также для перемещения элементов после их установки в рабочем окне.
-
Для чего применяется режим Stepping? Какая структура ввода данных в этом ре-жиме?
Для того, чтобы выяснить, как изменение параметров того или другого элемента влияет на характеристики цепи.
-
Как вы исследовали влияние емкости конденсатора на параметры вашей схемы?
По методическим указаниям.
А точнее через режим Stepping.
-
Как вы исследовали влияние сопротивления резистора на параметры вашей схемы?
Через режим Stepping.
-
Поясните, как влияет изменение емкости конденсатора на переходную характери-стику ФНЧ, ФВЧ.
В ФНЧ, чем меньше емкость, тем лучше переходный процесс.
-
Нарисуйте приблизительно график АЧХ вашей схемы и на нем поясните влияние емкости конденсатора на форму графика.
Форма графика, в принципе, остается не изменой, за исключением того, что частота среза меняется и убывание графика происходит раньше. (рис. 18)
-
Поясните, как влияет изменение сопротивления резистора на переходную характе-ристику ФНЧ, ФВЧ.
-
Поясните, как влияет изменение сопротивления резистора на переходную характе-ристику ФНЧ, ФВЧ.
Так же как и конденсаторы.
-
Нарисуйте приблизительно график АЧХ вашей схемы и на нем поясните влияние сопротивления резистора на форму графика.
Пояснение на рис. 18
Рис. 18
-
Как вводятся данные в окне режима Stepping? Можно ли производить изменение величины от большего значения к меньшему? Что для этого надо сделать?
В графе Step What выберите элемент. Далее введите начальное, конечное значение его величин, и шаг изменения (соответственно From, To, Step Value (От, до, шаг)). Ниже нажмите Yes, затем Ok. Далее чтобы запустить работу режима нажмите на знак play (треугольник).
-
Как производится нумерация узлов схемы? Зачем нужно производить нумерацию узлов схемы?
Узел 1 является входом схемы, узел 2 – выходом.
-
Как производится ввод текста в рабочем окне? Как вводятся текстовые обозначе-ния на графиках?
В режиме Text Mode ()
-
Как вы обозначили входное и выходное напряжение при выполнение анализа переходных процессов? В какую графу окна анализа вы вводили обозначения для напряжений?
v(1) – входное
v(2) – выходное
В окно Y Expression
-
Как влияет сопротивление резистора на частоту среза фильтра? Поясните по графи-кам.
Чем выше сопротивление, тем меньше частота среза.
-
Как влияет емкость конденсатора на частоту среза фильтра? Поясните по графи-кам.
Чем меньше емкость тем больше частота среза.
-
Что такое время установления фронта? Как определить эту величину по графику переходного процесса?
Время установления определяется отрезком времени, в течение которого напряжение нарастает от 0,1 до 0,9 от установившегося значения.
-
Как зависит время установления фронта от емкости конденсатора? От сопротивле-ния резистора? Ответ пояснить по графикам.
На рис. 9, 10 показаны как зависит время установления фронта от емкости конденсатора/резистора. По графиками присутствуют комментарии.
-
Что такое спад вершины? Как определяется эта величина по графику переходного процесса?
Спад вершины – это относительное изменение выходного напряжения за длительность импульса Ти .