Практична робота

Рис. 9. Меню моделювання резистора.

начення PART (наприклад, R1, R2, RC, C1) та номінальне значення параметра VALUE (наприклад, 2.2k, 100pF, 15u). Резистори та джерела постійної напруги мають додаткові атрибути SLIDER_MIN, SLIDER_MAX, які встановлюють межі зміни їх номінальних значень при виконанні аналізу схеми за постійним струмом у режимі Dynamic DC.

Більшість компонентів (за винятком найпростіших типу резистора, конденсатора, індуктивності, джерела постійної напруги та ін.) мають атрибут імені моделі MODEL (наприклад, транзистор КТ312А, операційний підсилювач UD 1407). Цифрові компоненти характеризуються, крім цього, логічними виразами, моделями вхід-вихід, таблицями імен вхідних сигналів та ін.

У списку атрибутів Name, Value вводяться/редагуються ім’я атрибута (як правило, не вимагається) та значення атрибута. За допомогою піктограми Display задається видимість імені та значення атрибуту на схемі.

На піктограмі Display Pin Names задається видимість на схемі імен виводів компонента.

Натискання на піктограму Expand відкриває вікно для вводу тексту великого об’єму.

Активізація піктограми Edit відкриває вікно перегляду/редагування параметрів математичної моделі компонента.

Отримання інформації про компоненти та їх моделі. Інформація про компоненти та їх моделі отримується за допомогою команд Mode/Info, Ctrl+I меню Options. При наявності труднощів з призначенням параметрів моделей компонентів можна скористатись командами Mode/Help меню Options.

Для додавання нового атрибуту натискається піктограма Add, в результаті чого в рядку Name з’являється стандартне ім’я атрибуту користувача User.

11

Рядок Value заповнюється самостійно. При необхідності ім’я цього атрибуту може бути змінено.

За допомогою піктограми Delete вибраний атрибут вилучається.

Зміна шрифту атрибуту, його розміру та стилю здійснюється після натискання піктограми Font.

Ввід та редагування провідників. Режим вводу провідників вмикається шляхом натискання мишею піктограми Wire Mode, вибором команди Options>Mode/Wire або натисканням комбінації клавіш Ctrl+W. Початок провідника відмічається натисканням на мишу на виводі компонента. Шляхом пересування курсора при натиснутій лівій клавіші миші провідник наноситься на схему. Якщо курсор рухається по горизонталі або вертикалі, прокладається прямолінійний провідник. Якщо ж він рухається по діагоналі, утворюється згин під кутом 90 градусів. Відпускання клавіші фіксує закінчення лінії. Ввід провідників під довільним кутом виконується в режимі

Options>Mode/WireD.

Ввід та редагування текстових надписів. Нанесення текстових надписів імен схем та опису моделей компонентів, а також довільних текстових коментарів здійснюється в режимі Options>Mode/Text, що активізується натисканням на комбінацію клавіш Ctrl+T. Висвічування імен схем, а також інших текстових надписів виконується в режимі Options>View/Grid Text. Текстові надписи переносяться із схеми у вікно тексту та навпаки шляхом вибору тексту та натискання Ctrl+B. Перемикання між вікном тексту та сторінкою схеми здійснюється за допомогою натискання піктограми Text, Page 1, Page 2,…

Збереження схеми. Після завершення створення схеми її слід зберегти у файлі. Команда Save меню File зберігає схему з активного вікна, використовуючи ім’я та шлях, вказаний у рядку заголовка. Якщо схема не має імені, програма пропонує його ввести. За командою Save As меню File схема зберігається у новому файлі.

Алгоритм моделювання аналогової схеми.

1.Запуск програми. Запустити програму шляхом подвійного натискання на її піктограму.

2.Ввід схеми. Нанести координатну сітку, натиснувши (лівою кнопкою миші) на піктограму Grid, розміщену на інструментальній панелі.

2.1.У головному меню програми зайти у режим File/New/Schematic (або

File/Open/DATA/name.cir, де name – ім’я файлу схеми).

2.2.Ввести схему, заповнивши таблицю її параметрів. Видалення введеного компонента схеми здійснюється шляхом натискання піктограм

Select Mode та Cut.

2.3.З’єднати елементи схеми провідниками, натиснувши на піктограму Wire Mode (ввід під прямим кутом) або Diagonal Wire Mode (ввід під довільним кутом) та пронумерувати вузли схеми, натиснувши на піктограму

Node Numbers.

12

2.4.Нанести на схему необхідні текстові надписи. Для цього натиснути піктограми Grid Text і Text Mode, навести курсор на потрібні місця, набрати необхідний текст і натиснути клавішу OK.

2.5.Записати схему у базу даних DATA, натиснувши на піктограму SAVE.

3. Часовий аналіз схеми.

3.1.Зайти у режим Analysis\Transient.

3.2.Заповнити таблицю параметрів часового аналізу Transient Analysis Limits. Зокрема, задати межі аналізу по осі X (X-Range). По осі Y (Y- Expression) задати номери досліджуваних вузлів схеми.

3.3.Отримати перехідні процеси у досліджуваних вузлах, натиснувши на клавішу “Run” або “F2”.

4. Завершення моделювання. Вийти з режиму Analysis\Transient за допомогою команди Exit Analysis або шляхом натискання клавіші F3.

5.Збереження отриманих результатів. Записати досліджувану схему у папці DATA за допомогою команди File\Save as під оригінальним іменем name.cir.

6.Перенесення схеми на друковану плату. Перенесення схеми на друковану плату здійснюється за допомогою команди створення текстового файлу опису списку з’єднань у форматі OrCad File/Translate/Schematic to OrCad Text File.

7.Вихід з програми. Вийти з програми за командою File\Exit (Alt+F4) або шляхом натискання піктограми Close та вводу на запит програми Quit MicroCap команди Y (так).

2.Схемотехнічна реалізація моделі системи. Схемотехнічна реалізація функціональних блоків моделі системи може здійснюватись в сучасній інтегральній елементній базі. Так, для моделі аналогового помножувача частоти гармонічних сигналів майже ідеальні інтегратори конструюються на основі операційних підсилювачів. За допомогою операційних підсилювачів ефективно виконуються операції сумування та віднімання. Для перемноження сигналів можна використовувати мікросхеми AD427, AD429, AD432, AD433, AD434, AD530, AD531, AD532, AD532S, AD533, 525ПС1, 525ПС2, 526ПС1. Операція ділення реалізується за допомогою мікросхем

AD201A, AD308, AD426L, AD427J, AD433, AD434B, AD436, AD530, AD531, AD531K, AD532, AD532J, AD532K. Піднесення до квадрату та видобування квадратного кореня аналогових сигналів здійснюються на мікросхемах AD433 та 525ПС2. Як відомо, поширена схема добування квадратного кореня на основі подільника із зворотнім зв’язком при малих значеннях вхідних сигналів функціонує із значними похибками, її швидкодія знижується, з’являється гістерезис. Видобування квадратного кореня ефективно здійснюється за допомогою багатофункціональних схем, виконаних на операційних підсилювачах з коефіцієнтом підсилення або послаблення. Точність функціонування таких схем при зменшенні величин вхідних сигналів підвищується. Існуючі схеми дозволяють отримувати квадратний корінь також у випадках, коли полярність вхідних сигналів невідома. Логарифмічні схеми виконання операції добування квадратного

13

кореня при малих значеннях вхідних сигналів дозволяють уникати зниження точності, забезпечувати широкий динамічний діапазон вхідних сигналів. Логарифмічні схеми здійснення операцій перемноження, ділення сигналів, видобування квадратного кореня та піднесення до степеня, реалізовані на базі комутованих конденсаторів, дозволяють досягати точності перетворення 0.01% та часу виконання операцій 10-20 нс.

Багато з існуючих реальних схем вищеперелічених базових схемних елементів дають можливість обробляти сигнали реального часу з похибкою, що не перевищує 1% у динамічному діапазоні зміни вхідних сигналів 10B та смузі робочих частот до мегагерців та вище. Треба відмітити, що існуюча елементна база дозволяє оптимізувати та спрощувати структуру

може бути реалізована за допомогою керованого вхідним сигналом перемикача, може реалізуватись і простіше - на звичайному напівпровідниковому діоді, що функціонує на лінійній ділянці ВАХ.

При схемотехнічній реалізації моделі помножувача частоти гармонічних сигналів неминучими є певні відхилення параметрів реальної схеми та вхідних сигналів від розрахункових величин. Для коректного проектування схеми необхідно оцінити, як впливають такі відхилення на властивості схеми. Задача оцінки чутливості, як правило, розглядається у двох аспектах: детермінованому, коли задаються межі зміни параметрів елементів схеми та статистичному, коли припускається, що відхилення параметрів від заданих значень описуються відомими розподілами імовірностей. Розглянемо задачу в першому аспекті, тобто у рамках детерміністичної теорії чутливості. Оскільки у нелінійних схемах, на відміну від лінійних, функції схеми у загальному випадку ввести неможливо, характеризуватимемо чутливість безпосередніми оцінками відхилення вихідних сигналів схеми в залежності від відхилення її параметрів від номінальних значень.

Знайдемо відхилення вихідних сигналів моделі схеми в залежності від відхилень її параметрів від розрахункових. Визначимо відхилення чисельними методами шляхом розв’язання задачі аналізу моделі та аналізу чутливості за постійним струмом за допомогою програми Micro-Cap у

Рис. 10. Схема аналогового помножувача частоти гармонічних сигналів на два.

ратного кореня, DIVID- подільник з масштабним коефіцієнтом KD 1. Проаналізуємо, як впливають на функціонування схеми з рис. 10 зміни її

параметрів. Для цього виконаємо спочатку в Micro-Cap багатоваріантний

незначне відхилення від точних вихідних сигналів помножувача. Промоделюємо функціонування реальної схеми помножувача частоти,

задавши похибки всіх функціональних блоків схеми у межах 1%. Нехай,

відхиленнями параметрів від номінальних формує майже ідеальні вихідні сигнали.

16

ЗМІСТ ЗВІТУ

1.Титульний аркуш.

2.Зміст.

3.Мета роботи.

4.Короткі теоретичні відомості.

5.Завдання.

6.Хід роботи.

7.Отримані результати.

8.Висновки.

ВИМОГИ ДО ЗВІТУ

Звіт повинен бути оформлений на стандартних листках формату А4. Звіт може бути надрукований (розмір шрифта – 14, інтервал між рядками – 1.5) або якісно написаний від руки українською мовою. В обох випадках текст розміщується на двох сторонах аркуша. Рекомендується розміщувати до 30 рядків на сторінці.

На аркушах слід залишати поля. Розмір лівого поля – 25 мм, правого – не менше 10 мм, верхнього і нижнього – не менше 20мм. На початку розділів рекомендується збільшувати розмір верхнього поля до 40 мм.

Нумерація сторінок має бути наскрізною, першою сторінкою є титульний лист. На титульному листі номер сторінки не ставиться.

Звіт повинен бути стислим, чітким, лаконічним і містити лише інформацію, що має пряме відношення до предмету дослідження. Обсяг теоретичних відомостей не повинен перевищувати двох сторінок.

РЕКОМЕНДОВАНА ЛІТЕРАТУРА

1.Автоматизация схемотехнического проектирования. Учебное пособие для высших учебных заведений. / В.И.Ильин, В.Г.Фролкин, А.И.Бушко / М., 1987.

2.Аналоговые и цифовые интегральные микросхемы. Справочное

пособие/Под ред. С.В. Якубовского.-М.: Радио и связь, 1985.-432с.

3.Ильин В.И., Коган В.Л. Разработка и применение программ автоматизации схемотехнического проектирования. –М., 1984.

4.Калахан Д. Современный синтез цепей.-М.: Энергия, 1966.-192 с.

5.Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. Расчет и реализация: Пер. с

англ.-М.: Мир, 1982.-592с.

6.Мичуда З.Р. Логарифмічні аналого-цифрові перетворювачі – АЦП майбутнього. -Львів: Простір, 2002.-242с.

7.Пат. 68902 А Україна, МПК 7H03B19/00. Помножувач частоти синусоїдальних коливань у парну кількість разів/ Тимощук П.В., Григор’єв А.С. - № 20031110346; Заявл. 17.11.2003; Опубл. 16.08.2004. Бюл. № 8. - 2 с.

8.Разевиг В.Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap 7.-М.: Телеком, 2003.-368с.

18

9.Справочник по нелинейным схемам. Проектирование устройств на базе аналоговых функциональных модулей и интегральных схем/Под ред. Д.Шейнгольда.-М.:Мир, 1977.-528с.

10.Тимощук П.В., Бардила Т.І. Алгоритмічний метод синтезу помножувача частоти на основі інтегрального рівняння//Комп'ютерні системи та мережі. -2000.-№ 385. - C.112 -114 (Вісн. Нац. ун-ту "Львівська політехніка").

11.Тимощук П.В., Ліщенюк В.І. Синтез помножувача частоти гармонічних сигналів//Відбір і обробка інформації. - 2000. - Вип. 14 (90). - C.68 - 72. (Збірник Фізико-механічного інституту ім. Г.В.Карпенко).

12.Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника: Справочное ру

118.Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Т. 1.-М.: Мир, 1986.-

598с.

13.Функциональные устройства на микросхемах/Под ред. В.З.Найдерова.- М.: Радио и связь, 1985.-200с.

14.Чуа Л.О., Пен-Мин Лин. Машинный анализ электронных схем. – М.,1980.

15.J.A.Connelly, Analog Integrated Circuits. Devices, Circuits, Systems, and

Applications, John Wiley and Sons, 1977.

16.Сайт http://www.cadence.com.

17.Сайт http://www.spectrum-soft.com.

18.Довідка (Help) програми Micro-Cap.

19

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ

СХЕМОТЕХНІЧНА РЕАЛІЗАЦІЯ МОДЕЛІ СИСТЕМИ В СЕРЕДОВИЩІ ПРОГРАМИ MICRO-CAP

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання практичної роботи з дисципліни “Моделювання систем”

для студентів базового напряму 6.050101 “Комп‘ютерні науки”

20