Порядок виконання роботи

1. Синтезувати схему послідовного коливального контура рис.4.а), за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати джерело напруги V1, яке генерує сигнал з амплітудою 1В і частотою резонансу . Зняти амплітудно-частотні та фазо-частотні характеристики послідовного коливального контура . Розрахувати хвильовий опір та добротність контура (2) і (3). Дослідити вплив L і C на АЧХ та ФЧХ.

2. Синтезувати схему паралельного коливального контура рис.4.б), за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати джерело напруги V1, яке генерує сигнал з амплітудою 1В і частотою резонансу . Зняти амплітудно-частотні та фазо-частотні характеристики паралельного коливального контура. Розрахувати хвильовий опір та добротність контура (2) і (3). Дослідити вплив L і C на АЧХ та ФЧХ.

3. Синтезувати схему фільтра низької частоти рис.4.в), за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати джерело напруги V1, яке генерує сигнал з амплітудою 1В і частотою F=50Гц. Зняти амплітудно-частотні та фазо-частотні характеристики фільтра низької частоти.

4. Синтезувати схему фільтра високої частоти рис.4.г), за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати джерело напруги V1, яке генерує сигнал з амплітудою 1В і частотою F=50Гц. Зняти амплітудно-частотні та фазо-частотні характеристики фільтра високої частоти.

5. Синтезувати схему смугового фільтра рис.4.д), за допомогою системи схемотехнічного моделювання Micro-Cap8(MC8). Використати джерело напруги V1, яке генерує сигнал з амплітудою 1В і частотою F=50Гц. Зняти амплітудно-частотні та фазо-частотні характеристики смугового фільтра .

а) б)

в)

г) д)

Рис.4. Частотно-вибіркових пристрої:а) послідовний коливальний контур, б) паралельний коливальний контур, в) фільтр низької частоти, г) фільтр високої частоти, д) полосковий фільтр .

Методичні вказівки

Після виклику программы МС подвійним клацком на її піктограмі на екрані появиться основне вікно програми, зверху якого розміщена стрічка системного меню, в якій розміщені імена режимів Файл, Редактирование, Компоненты, Окна, Опции, Анализ, Dynamic DC, Создание, Помощь (рис.5). Нижче цієї стрічки розміщені панелі інструментів з піктограмами кнопок команд. Тут і надалі для зручності користувача програми для виклику команди будуть даватись 3 рівноцінних варіанти: за допомогою команди меню, гарячої клавіші та кнопки панелі інструментів.

Завантаження схеми. Спочатку курсором вибирається режим Файл . По команді Новый... пропонується зробити вибір:

Схема — створення нового креслення схеми, який заноситься у файл з розширенням *.CIR;

SPICE/Text — створення нового текстового файлу з описанням схеми або текстового файлу бібліотеки математичної моделі компонента у форматі SPICE (розширення імені *.СКТ);

Библиотека — створення нового бінарного файлу бібліотек (розширення імені *.LIВ). У цьому файлі розміщуються моделі біполярних транзисторів (BJT), польових транзисторів (JFET), МДН-транзисторів (MOSFET), арсенід-галієвих польових транзисторів (GaAsFET), біполярних транзисторів з ізольоованим затвором (IBGT), діодів (Diode), джерел синусоїдальних сигналів (Sinusoidal), джерел імпульсних сигналів (Pulse), операційних підсилювачів (Ораmр), ліний передачі з втратами (TRN), магнітних сердечників (Core), конденсаторів (Capacitor), індуктивностей (Inductor), резисторів (Resistor), ключів, що управляються напругою (S) та струмом (W).

MDL — параметри математичних моделей окремих компонентів у форматі МС (ці файли створюються за допомогою програми MODEL);

Вибираємо тип файлів Схема і задаємо ім’я файлу student_1.CIR. Екран на рис.5 розділений на дві частини вибором в меню Окно команди Разделить по горизонтали, щоб у нижньому вікні продивитись (і за необхідністю відредагувати) тексти математичних моделей компонентів схеми. Показ номерів вузлів схеми може бути включений/виключений натисненням на піктограму .

Вибір елементі та синтиз схеми. Перед початком створення схеми рекомендується нанести на пустий екран координатну сітку. Для цього необхідно натиснути на піктограму , яка знаходиться в рядку інструментів рис.5. Елементи в схему можна вибирати двома способами:

1. за допомогою панелі інструментів , щоб вибрати елемент, наприклад резистор, необхідно навести курсор на піктограму і лівою кнопкою миші клацнути по ній, після чого можна розміщати резистор у будь-якому місці робочого вікна;

2. вибрати у рядку інструментів Компоненты, відриється вікно у якому вибирають елементи, наприклад транзистор, і розміщають у будь-якому місці робочого вікна. Інструменти Компоненты/Russian Analog дозволяють вибрати інші напівпровідникові прилади рис.6, 7.

Рис.5. Вікно програми Micro-Cap 8.

Рис.6. Вікно вибору Компоненты/Russian Analog.

Після вибору елемента і фіксації його в робочому вікні відкривається вікно у якому потрібно вказати технічні параметри вибраного елемента, наприклад для резисторів та конденсаторів задають номер елемента(R1, R2, C1, C2…) і його номінал(2к або 1u(див.табл.1) відповідно два кілооми і одна мікрофарада). Номінали пасивних елементів можна задавати по різному, наприклад опір резистора 1,5 Мом можна записати так: 1.5 MEG, 1.5 meg, 1500K, 1500000, 1.5Е6 або ємність конденсатора 1мкФ – 1U, 1uF, 0.000001, 1Е-6.

Таблиця 1. Буквені позначення дійсних чисел з 10ⁿ .

F	10-15	фемто	M	10-3	мілі
P	10-12	піко	K	103	кіло
N	10-9	нано	MEG	106	мега
U	10-6	мікро	G	109	гіга

Якщо після вибору номіналу у робочому вікні не відображаються задані значення, необхідно використати піктограму з набору інструментів.

	Біполярні транзистори, n-p-n або p-n-p
	Операційний підсилювач
	Діод
	МДН-транзистор з інду­кованим каналом n-типу
	МДН-транзистор з інду­кованим каналом р-типу
	МДН-транзистор n-типу
	МДН-транзистор р-типу
	Стабілітрон

Рис.7. Інструменти Компоненты/Russian Analog.

Система Micro-Cap8 дає можливість задіяти три види джерел енергії:

1. Батарея напруги .

2. Джерело напруги .

3. Джерело струму .

Після вибору джерела енергії, наприклад , відривається інформаційне вікно у якому задаються параметри джерела рис.8.

Рис.8. Визначення атрибутів джерела напруги.

Вибрати джерело живлення можна також іншим шляхом – зайти в Компоненты і вибрати Analog Primitives. Після того як відкриється вікно можна вибрати джерела живлення різного призначення, наприклад Waveforom Sources/Sine Source див. рис. 9. Вибране джерело напруги V1 розміщаємо на полі і включаємо в схему. Система Micro-Cap8 пропонує вибрати параметри джерела рис.10, наприклад задаємо напругу 1В і частоту , яка є резонансною для запропонованих резонансних контурів.

Елементи, нанесені на схему можна повертати на 90^○ за допомогою піктограми , робити дзеркальне відображення - , утворювати блоки з фрагментів схеми - .

Нанесені і розміщені елементи з’єднуються за допомогою провідників, які включаються клацанням кнопки миші по піктограмі . Початок провідника відмічається клацанням миші на виводі елемента. Пересуванням миші, при одночасній фіксації лівої клавіші миші, наносимо провідник на креслення.

Рис.9. Альтернативний спосіб вибору джерел живлення.

Якщо курсор рухається по горизонталі або по вертикалі, то прокладається прямолінійний провідник. Якщо курсор рухається по діагоналі, то утворюється згин під кутом 90^○ . Фіксація закінчення провідника відбувається при відпусканні клавіші. Нанесення провідника під довільним кутом виконується натисканням піктограми . Електричне з’єднання позначається на схемі крапкою і утворюється, коли провідник закінчується на середній частині іншого провідника або .

Рис.10. Вибір параметрів джерела напруги.

Якщо схема повністю синтезована вставимо та пронумеруємо вузли (наприклад див. рис. 4) за допомогою піктограми , після чого можна переходити аналізу процесів, які проходять у створеній схемі.

Вид аналізу характеристик схеми вказується в меню Анализ:

Якщо необхідно провести аналіз вхідних та вихідних характеристик, наприклад для схеми підсилювального каскаду з спільною базою, для цього виберемо з меню команд Анализ/Переходные процессы. Задамо параметри аналізу рис.11, де діапазон часу – 0.1с(оскільки частота сигналу 50Гц, то на екрані буде відображено 5 коливань -0.1*50=5), по осі Х(XExpression) задаємо час Т, по осі Y(YExpression) задаємо номери вузлів у яких ми хочемо отримати значення величини сигналу в вольтах(наприклад v(6) і v(5)).Мінімальні та максимальні значення величин по осях X таY(XRange та YRange) при першому запуску рекомендується встановити Auto, оскільки нам невідомо верхня межа значень напруги у заданих вузлах.

Рис.11. Вікно аналіз перехідних процесів.

Після натискання кнопки Запуск ми отримаємо на екрані віртуальні залежності напруги від часу в заданих вузлах схеми. Використавши з панелі інструментів отримаємо значення напруги у будь-якій точці графіка , в даному випадку напруга = 1.4В.

Якщо в меню команд вибрати Анализ/Частотные характеристики то отримаємо АЧХ та ФЧХ досліджуваної схеми. Після вибору Частотные характеристики відкривається вікно(рис.12) у якому задаються параметри моделювання характеристик.

Рис. 12. Вікно Розрахунок частотних характеристик.

Діапазон частот – верхня 10⁶ Гц і нижня 1 Гц межі, температура 27^○ . По осі Х задаємо частоту, по осі Y I(R1) – струм на резисторі R1 в децибелах (рис.4а) та фазу струму на R1, максимальні та мінімальні значення – Auto. Після натискання клавіші Запуск на екрані отримаємо осцилограми АЧХ та ФЧХ досліджуваної схеми.

Програма Micro-Cap8 дозволяє моделювати зміну параметрів вибраного елемента та досліджувати вплив цих змін на АЧХ та ФЧХ. Для цього в вікні Расчет частотных характеристик (рис.12) вибираємо По шагам і отримаємо доступ до параметрів елементів, які будуть змінюватись. Після активації вікна рис.13 можемо вибрати елемент, наприклад С₁, а також задати межі зміни параметра – від 5мкФ(5е-06) до 50мкФ(5е-05) з кроком 5мкФ(5е-06). Після активації прапорців(опцій) натискаємо ОК і переходимо до моделювання характеристик підсилювача.

Рис.13. Вибір зміни параметрів елементів схеми.

Для того щоб отримати осцилограми необхідно в меню команд вибрати АС

і натиснути Запуск або клавішу F2.

Контрольні запитання та завдання

1. Що є основою частотно-вибіркових пристроїв?

2. Яка функція пасивного фільтра?

3. Який режим називають резонансним?

4. Резонанс напруг-це?

5. Як знайти резонансну частоту?

6. Що таке добротність контура?

7. Яка функція фільтра низьких частот?

8. Яка функція фільтра високих частот?

9. Яка функція смугового фільтра?

10. Намалювати АЧХ та ФЧХ смугового фільтра і пояснити ці залежності.