Моделирование электрических схем при помощи средств программного пакета Micro-Cap 8 (стр. 3 из 7)
В режиме AC сначала рассчитывается режим схемы по постоянному току, затем линеаризуются все нелинейные компоненты (пассивные компоненты с нелинейными параметрами, диоды, транзисторы, нелинейные управляемые источники) и выполняется расчет комплексных величин узловых потенциалов и токов ветвей. Цифровые компоненты при линеаризации заменяются их входными и выходными комплексными сопротивлениями, а передача сигналов через них не рассматривается.
Как правило, при расчете частотных характеристик используется один источник, воздействие которого приложено ко входу схемы. Если же источников несколько, то отклики от каждого сигнала будут складываться как комплексные величины.
2.1 Задание параметров моделирования (AC Analysis Limits)
После проверки правильности составления схемы и при отсутствии ошибок программа открывает окно задания параметров моделирования AC Analysis Limits, которое по своей структуре аналогично окну Transient Analysis Limits (рис. 5). Тем не менее, имеются и отличия, связанные с особенностями моделирования в режиме AC Analysis.
Рис. 5
Команды:
Состав команд (Run, Add, Delete, Expand, Stepping, Properties и Help) и их назначение аналогичны командам раздела 1.1.
Числовые параметры:
Frequency Rang – спецификация конечной и начальной частоты расчета частотных характеристик, определяемая форматом Fmax, Fmin. Если частота Fmin не указана, то расчет не производится. Отрицательные значения частоты не допускаются. Значения частот, на которых производится расчет характеристик, зависит от параметров, установленных в соседнем разделе «Опции»: Auto, Linear, Log и List (на рис. 5 установлена опция Auto). В режимах Auto и Log значение Fmin должно быть больше нуля.
Number of Point – количество точек по частоте (Nf), в которых производится расчет частотных характеристик. В режиме Auto количество точек определяется параметром Maximum Chang. При линейном законе изменения частоты (Linear) шаг приращения частоты ΔF равен
ΔF = Fk+1 – Fk = (Fmax - Fmin)/(Nf -1).
Если принят логарифмический масштаб (Log), то отношение соседних частотных точек определяется выражением:
Fk+1/Fk =( Fmax / Fmin)/( Nf -1).
В режиме List (список) параметр Number of Point во внимание не принимается, а список частотных точек указывается в спецификации Frequency Rang.
Temperature - диапазон изменения температуры в градусах Цельсия.
Maximum Change, % - максимально допустимое приращение величины первой спектральной функции на интервале шага по частоте в процентах от полной шкалы значений функции. Данный параметр используется при расчете шага приращения частоты в режиме Auto. Если график функции в процессе моделирования изменяется быстрее, то шаг приращения частоты автоматически уменьшается.
Noise Input – имя источника, генерирующего шум.
Noise Output – имя узлов (формат <имя первого узла>[,<имя второго узла>]), относительно которых вычисляется спектральная плотность выходного шума схемы. Если имя второго узла не определено, то выходной шум вычисляется относительно нулевого узла («земли»).
Последние два параметра используются при расчете уровня внутреннего шума схемы. В математических моделях компонентов, принятых в программе MC8, учитываются тепловые, дробовые и низкочастотные фликкер-шумы. При расчете выходного шума спектральные плотности шума от отдельных источников суммируются. Для построения графиков спектральной плотности шума на входе и выходе схемы достаточно ввести в графу Y Expression соответствующего графического окна имя переменной в виде INOISE или ONOISE. При этом графики других переменных нельзя одновременно выводить на экран. Если переменные INOISE или ONOISE не указаны, то при проведении частотного анализа в режиме AC параметры Noise Input и Noise Output игнорируются.
Вывод результатов моделирования:
К группе из четырех кнопок
, определяющих характер вывода данных и рассмотренных в разделе 1.1, добавляется пятая кнопка, при нажатии на которую вызываются следующие команды: 
Rectangular – вывод графиков в декартовой системе координат;
Polar – вывод графиков в полярной системе координат; 
Smith chart plot – вывод графиков на круговой диаграмме Смита.В графе P (Plot Group) указывается номер графического окна, в котором должна быть построена заданная функция.
Выражения:
Выражения X(Y) Expression и X(Y) Range имеют то же назначение, что и в режиме Transient Analysis. В качестве имени переменной по оси X в случае анализа частотных характеристик определяют F (частота), а при расчете импульсной характеристики схемы с помощью преобразования Фурье (FFT) по оси X откладывается переменная T (время). Для переменной Y Expression это может быть простая переменная V(1) или V(OUT) (при построении графика амплитудно-частотной характеристики), функция ph(V(1)) – при вычислении фазово-частотной характеристики и другие выражения.
Опции:
В окне AC Analysis Limits отсутствует опция Operation Point Only. В отличие от предыдущей версии в MC8 исключен раздел Frequency Step (шаг изменения частоты), а опции Auto, Linear, Log и List перенесены в раздел числовых параметров Frequency Rang.
На рис. 6 показаны результаты расчета программой МС8 амплитудно-частотных (АЧХ) и фазово-частотных характеристик (ФЧХ) простейшей частотно-зависимой цепи. Выбрана логарифмическая шкала по оси X и линейная шкала по оси Y обоих графиков. На графике АЧХ с помощью электронного курсора отмечены точки максимального подъема частотной характеристики и спада АЧХ до уровня 0,707. Так же, как и при временном анализе в режиме AC Analysis меняется состав меню и состав пиктограмм (команд) в строке инструментов. Команды раздела меню AC ничем не отличаются (за исключением FFT Windows) от команд, рассмотренных в разделе 1.2 (табл. 2). Сохраняются и правила применения кнопок
(Print Values), 
(Animate), 
(Thumb Nail Plot), 
(Stepping) и др. Команда FFT Windows используется для рассчета импульсной характеристики схемы. 
Рис. 6
3. Расчет передаточных функций по постоянному току (DC Analysis)
В режиме DC рассчитываются передаточные характеристики схемы по постоянному току. Ко входам цепи программа МС подключает один или два независимых источника постоянного напряжения или тока. В качестве выходного сигнала может рассматриваться разность узловых потенциалов или ток через ветвь, в которую включен резистор. При расчете передаточных функций программа МС “закорачивает” индуктивности и исключает из схемы все конденсаторы. Далее рассчитывается режим по постоянному току при нескольких значениях входных сигналов.
Возможность подключения в режиме DC к схеме двух источников позволяет рассчитать не только передаточную функцию анализируемого устройства, но построить и семейство характеристик (например, семейство статических выходных характеристик транзистора).
3.1 Задание параметров моделирования (DC Analysis Limits)
После перехода в режим DC программа МС открывает окно задания параметров моделирования DC Analysis Limits (рис. 7), имеющее следующие разделы.
Рис. 7
Команды:
Окно содержит те же команды (Run, Add, Delete и др.), что и в режимах анализа временных и частотных характеристик.
Числовые параметры:
Строка Variable 1 предназначена для задания первой варьируемой переменной и содержит несколько граф.
В графе Method выбирается метод варьирования первой переменной:
- Auto – автоматический;
- Linear – линейный (задается в графе Range по формату Final[,Initial[,Step]]). Если не указан шаг (Step) варьируемой переменной, то он устанавливается по умолчанию равным 1/50 диапазона задаваемой переменной. Если не задавать начальное значение параметра, то по умолчанию ему будет присвоено нулевое значение;
- Log – логарифмический масштаб переменной;
- List – в виде списка значений переменной, разделяемых запятой.
В графе Name выбирается имя варьируемой переменной, причем в качестве таковой могут быть заданы не только источники напряжения и тока, но и температура или имя одного из компонентов, имеющих математические модели (например, диода или транзистора). При выборе такого компонента в расположенном справа окне выбирается варьируемый параметр его математической модели (на рис. 6 это параметр BF – коэффициент усиления тока транзистора).
Строка Variable 2 позволяет задать вторую варьируемую переменную. Если она отсутствует, то в графе Method выбирается None.
Temperature – диапазон изменения температуры в градусах Цельсия. Как и при других видах анализа, можно выбрать линейную (Linear) или логарифмическую (Log) шкалу изменения температуры, а также указать список (List) температур. В случае использования температуры в качестве одной из варьируемой переменной она обозначается как переменная TEMP при моделировании.
Number of Points – количество точек характеристики, выводимой в табличной форме.
Maximum change, % - максимально допустимое приращение графика первой функции на одном шаге варьируемой переменной (в процентах от полной шкалы). Используется при автоматическом (Auto) варьировании первой переменной. Если график функции меняется быстрее заданного приращения, то шаг приращения первой переменной автоматически уменьшается.
Опции:
Run Options – управление выдачей результатов расчетов:
- Normal – результаты расчетов не сохраняются;