5.4. Порядок проведения анализа во временной области

Для проведения анализа (рис. 5.20) в меню команд кнопкой Analisys реализуется команда Analisys/Transient Analisys, после чего на экране появляется окно задания параметров моделирования (рис. 5.23), аналогичное рассмотренному в п. 3.1. В таблицу в средней части экрана следует занести числовые параметры режима анализа:

Time Range: в правую пустую клетку записываются конечное время расчета и через запятую начальное время расчета, которое, если оно не указано, по умолчанию принимается равным 0 сек.

Maximum Time Step: максимальный шаг интегрирования. Шаг интегрирования выбирается автоматически и его максимальное значение равно заданному в этой строке.

Number of Points: количество временных точек, на которых рассчитывается характеристика.

Temperature – диапазон изменения температуры, аналогично п. 3.1.

Таблица выражений, расположенная в нижней части экрана, аналогична представленной в разделе 5.3.

Назначения кнопок слева от каждой строки таблицы выражений аналогичны рассмотренным в разделе 5.3.

Назначение опций, расположенных в правом верхнем углу экрана, аналогично рассмотренным в разделе 5.3. Дополнительно к ним имеется опция Operating Point Only – расчёт только режима по постоянному току (расчёт характеристик во временной области не производится).

Рис. 5.23. Окно задания параметров моделирования Transient

Отметим, что начальные значения, задаваемые в опции State Variables, и максимальный шаг интегрирования Maximum Time Step, являются дополнительными параметрами, которые обсуждались в разделах 4.2, 4.3.

Рис. 5.24. Выходные сигналы во временной области

В соответствии с заданием, установленным на рис. 5.23, для схемы дифференциального усилителя будут рассчитаны зависимости напряжения в узлах 1 и 4 как функции времени при подаче на вход усилителя синусоидального сигнала с амплитудой 5 мВ и частотой 10 кГц. После нажатия клавиши Run на экране появляется окно с графиками рассчитанных характеристик (рис. 5.24).

5.5. Порядок проведения спектрального анализа

Спектральный анализ производится в режиме Transient, где выполняются все операции, указанные в п. 5.4. Далее, в одной из строк таблицы выражений в столбце Expression X указывается F (частота, а не время), а в столбце Expression Y записывается выражение Harm(V(i,j)), где V(i,j) – напряжение между узлами i, j, в которых рассчитываются гармонические составляющие искаженного синусоидального сигнала (рис. 5.25). Нажимается четвертая кнопка слева от начала строки, что обеспечивает запись результатов в текстовый файл, который после проведения расчетов нажатием на клавиатуре кнопки F5 выводится на экран.

Рис. 5.25. Окно задания режима спектрального анализа

В меню Transient Analisys (рис. 5.25) нажимается клавиша Transient, после чего появляется таблица, где выбирается строка DSP Parametrs (рис. 5.26).

Рис. 5.26. Переход к таблице параметров DSP

На экране появляется окно с таблицей параметров DSP (рис. 5.27), в которую нужно записать информацию об отрезке времени, т.е. периоде основной частоты, гармоники которой будут рассчитываться. Например – основная частота f₁=1 кГц, следовательно период Т₁ =1/f₁ =1 мс. Начало периода и его конец должны лежать в пределах времени проведения анализа Transient.

Рис. 5.27. Таблице параметров DSP

Так как временной процесс всегда имеет стадию установления, то расчет необходимо проводить по окончании переходного процесса установления. С этой целью время анализа в режиме Transient необходимо выбрать равным 20-30 периодам основной частоты, а в таблице DSP период основной частоты указать в конце времени проведения анализа Transient. Период задается в строке Upper Time Limit – время окончания периода, в строке Lower Time Limit – время начала периода. В строке Number of Points нужно указать число точек, которое выбирается из ряда значений 64, 128, 256, 512, 1024, что определяет количество точек расчета, используемых в программе дискретного преобразования Фурье, которая лежит в основе расчета нелинейных искажений.

Для включения режима DSP необходимо в таблице раздела Status нажать On и далее ОК.

Теперь подготовка к расчету проведена и нажатием в меню (рис. 5.25) кнопки Run начинается процесс анализа. По окончании анализа на экране появляется график спектра сигнала (гармоники сигнала) в указанной точке схемы. Нажатием клавиши F5 на экран выводятся численные результаты, где для каждой частоты, включая основную приводится напряжение соответствующей составляющей. Для определения коэффициента гармоник необходимо на калькуляторе рассчитать значение

,

где U₁, U₂, … - напряжения амплитуд гармонических составляющих.

На экран выводятся обычно только три цифры (после десятичной запятой) значений амплитуд гармоник; поскольку абсолютные значения этих амплитуд могут быть малы (единицы и доли процента от амплитуды первой гармоники), на экране после нажатия клавиши F5 могут быть ложные нулевые значения амплитуд гармоник. Для исключения этого эффекта рекомендуется увеличить измеренные значения амплитуд в 1000 раз, для чего в столбце Expression Y записывать выражение 1000*Harm(V(i,j)).

В последней редакции MC7 имеются специальные операторы IHD и THD, позволяющие получать соответственно коэффициент гармоник отдельных составляющих и спектра в целом в процентах относительно уровня первой гармоники. Для этого в окне задания режима спектрального анализа (рис. 5.25) нужно ввести строки №4, №5, повторяющие строку №3, а в столбце Expression Y записать соответственно выражения IHD(1000*Harm(V(i,j))) и THD(1000*Harm(V(i,j))).

Теперь после нажатия в меню (рис. 5.25) кнопки Run пройдёт процесс анализа, по окончании которого на экране помимо графика спектра гармоник сигнала появятся графики нелинейных искажений в процентах по каждой гармонике и общий по N гармоникам. Нажатием клавиши F5 на экран выводятся численные результаты (табл. 5.1), где для каждой частоты, включая основную приводится напряжение соответствующей составляющей, коэффициент нелинейных искажений по каждой гармонике и суммарный по N гармоникам.

Таблица 5.1.

F 1000*HARM(v(1,4)) IHD(1000*HARM(v(1,4))) THD(1000*HARM(v(1,4)))

(KHz) (%) (%)

0.000 0.144 0.000 0.000

10.000 1635.009 0.000 0.000

20.000 15.723 0.962 0.962

30.000 78.938 4.828 4.923

40.000 1.111 0.068 4.923

50.000 1.241 0.076 4.924

60.000 0.413 0.025 4.924

70.000 0.317 0.019 4.924

80.000 0.020 0.001 4.924

90.000 0.010 0.001 4.924

100.000 0.010 0.001 4.924