Введение.

Цель настоящего курса — ознакомить магистров с имеющимися в наличии средствами компьютерного моделирования и проектирования электротехнических и электронных устройств. Предполагается знакомство учащихся с входящими в программу специальностей и необходимыми для успеха в компьютерном моделировании основами электротехники и электроники, которые можно повторить, например, по пособиям [1,2]. Начало знакомства составит овладение возможностями пакета Micro-Cap, привлекательного своим хорошо продуманным и удачно реализованным интерфейсом, а также теснотой связи с действующими учебными программами, которая проявляется в списке готовых моделей библиотеки пакета.

1. Инсталляция программы Micro-Cap 9.

Так как в ходе работы установленный пакет модифицируется, то при работе на многопользовательском компьютере имеет смысл каждому пользователю установить свою копию программы в своей папке. Следуя указаниям файла “read_me”, администратор компьютера может без проблем установить пакет. «Опытный пользователь» увидит сообщения инсталлятора о трудностях с реестром, но их игнорирование все равно приводит к успешной инсталляции пакета в папке пользователя. После установки полезно проверить, все ли пути ведут в папку пользователя, заглянув на вкладку file>paths. Пакет Micro-Cap и в девятой версии не требует обязательной инсталляции. Имея где-нибудь папку с установленным пакетом, можно ее перенести копированием куда угодно и он будет нормально работать.

2. Первый шаг.

Полезно посмотреть, как «паяются» и рассчитываются схемы на ЭВМ. Для этого нужно войти в окно Help>Demo>Schematic (Помощь>Демонстрация возможностей>Рисование схемы). В окне Help>Demo>General Demo можно узнать все сразу, но лучше учиться по частям. Полезно повторить самостоятельно увиденную процедуру. Безбумажное повторение требует некоторой компьютерной изворотливости. Например, полезно иметь два окна программы Micro-Cap. Чтобы их получить нужно при запуске достаточно быстро щелкнуть по ярлыку программы не один а два или несколько раз. Если не получится, то можно попробовать это сделать до окончания загрузки операционной системы. Но это еще не все. Если теперь запустить в одной из программ Demo, то это Demo не даст ничего делать, кроме как любоваться на себя. Но и это препятствие можно обойти. Если нажать на клавиатуре кнопку Windows, запустить оттуда Панель управления и перейти на ней в полноэкранный режим, то курсору мыши откроется доступ к нижней линейке, где лежат ярлыки всех запущенных программ. Можно войти в любую из них, в частности, во второй Micro-Cap, и делать что хочешь. Нужно только не забыть перед возвращением в Demo спустить на линейку все открытые окна, иначе Demo закроется и придется его запускать с начала. Несколько окон Micro-Cap удается организовать в системе XP и не удается в Windows-7.

3. Компьютерное выполнение расчетно-графических заданий.

   1. Компьютерное выполнение первого ргр.

Задание первого РГР выглядит так.:

Рис. 3.1.1. Задание первого РГР.

Схема первого РГР изображена на рис. 3.1.2. В Micro-Cap она предстанет в виде рис. 3.1.3 с показанными значениями сопротивлений и ЭДС.

Рис. 3.1.2. Схема из РГР.

Рис. 3.1.3. Схема в Micro-Cap

Но это в первом приближении, дело в том, что в пакете нет среди встроенных компонентов источников ЭДС постоянного тока с ненулевым внутренним сопротивлением. Эту неприятность можно преодолеть тремя способами. Во–первых, можно «руками» вставить нужный резистор следом за батареей. Во-вторых, можно взять эквивалентную компоненту — источник напряжения, которое зависит от тока. Зная требуемое внутреннее сопротивление, эту зависимость магистр сможет рассчитать. Мы же предложим ему третий путь — добавить в пакет недостающую компоненту в виде макромодели. Но сначала закончим выполнение РГР, произведем расчет; нажмем Анализ>Анализ переходных процессов>Запустить (Analys>Tranzient>Run). Увидим на экране графики постоянных величин, которые кто-то записал в возникшую перед этим таблицу. В эту таблицу можно занести формулу, суммирующую мощности элементов цепи, чтобы выполнить РГР в полном объеме (в колонку «Выражение по оси OY» записать ), но составители пакета предоставили еще более простой способ: среди зарезервированных переменных, таких как E=2.718…, PI=3.14… находим PGT — суммарную мощность источников, PST — мощность конденсаторов и индуктивностей и, то что нам нужно, PDT — общую мощность схемы, это PDT нужно вставить в колонку «Выражение по оси OY». Теперь можно закончить анализ (Анализ переходных процессов>Выйти из анализа) и получить на схеме его результаты (рис. 3.1.4), нажав кнопки: , , (узловые потенциалы, токи, мощности) на панели инструментов. Численные результаты анализа заносятся в файл с расширением .tno, который можно посмотреть не выходя из анализа, нажав «Числовой анализ» на вкладке или горячую клавишу F5.

Рис. 3.1.4. Расчет цепи.

Ясно, что pd и pg это мощности резистора и источника напряжения, после чего можно догадаться, в какой рамке ток, а в какой потенциал узла. На экране задача облегчается благодаря раскраске и более аккуратной привязке информационных рамок к элементам цепи. Эта аккуратность здесь потеряна за счет увеличения шрифтов. Информация рисунка 3.1.3 на рисунке 3.1.4 со схемы, естественно, снята.