Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов специальности 220201. 65 «Управление и информатика в технических системах» (стр. 3 из 4)
Список ограничений вариации параметров:
1. Нельзя варьировать параметры компонентов типа Transformer, User source, Laplace source, Function source, зависимые источники SPICE (типа Е, F, G и Н);
2. Нельзя варьировать некоторые отдельные параметры моделей компонентов, если в описании моделей им присвоены нулевые значения; в моделях операционных усилителей нельзя варьировать параметры Level и Type (параметр Level для всех полупроводниковых приборов может варьироваться);
3. При вариации параметров резисторов, конденсаторов или индуктивностей, описываемых математическими выражениями, они не принимаются во внимание, и параметры принимают значения, назначаемые в режиме Stepping.
5. Моделирование влияния температуры на усилительные свойства
Для выполнения этих исследований сделайте соответствующую запись в окне АС Analysis в строке Temperature - 107,27.
Temperature – диапазон изменения температуры, формат High[,Low[,Step]], температура указывается в градусах Цельсия. При изменении температуры изменяются параметры компонентов, имеющие не нулевой температурный коэффициент (ТС), а также ряд параметров полупроводниковых приборов. Если параметр Step опущен, то анализ выполняется при двух значениях температуры: Low (минимальный) и High (максимальный). Если опущены оба параметра Low и Step, то расчёт производится при единственной температуре, равной High. Значение установленной здесь температуры может использоваться в различных выражениях, она обозначается как переменная TEMP.
Отключите температурную стабилизацию, убрав R3, C3 и заменив их проводником. С помощью АЧХ определите на сколько (в процентах) изменится Ku схемы при изменении температуры окружающей среды на 80 градусов,
т. е. от 27 до 107 оС.
То же самое проделайте при подключенной температурной стабилизации.
Сделайте выводы о работе узла температурной стабилизации C3, R3.
6. Исследование влияния положения рабочей точки
на форму выходного сигнала
В п. 2 (Transient Analysis) при фиксированной амплитуде источника сигнала А = 20 изменяйте сопротивления R1 и R2 в обе стороны (до 50 %). Зафиксируйте изменения формы выходного сигнала и дайте объяснение результатам. В обоих случая выведите и зафиксируйте режимы узлов по постоянному
току с помощью пиктограммы . Данная пиктограмма работает только после выполнения режима Transient Analysis.Верните параметры схемы в исходное состояние.
7. Моделирование источника питания усилителя
По заданию преподавателя (табл. 3) соберите в отдельном окне одну из известных схем выпрямления напряжения.
Таблица 3
Варианты заданий
| Вариант | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Схема выпрямления | Однополу– периодная | С выводом от средней точки | Мостовая | 3-фазная нулевая | 3-фазная мостовая |
| Нагрузка | 1к | 1к | 1к | 1к | 1к |
| Фильтр | С-200мкФ | С-200мкФ | С-200мкФ | С-200мкФ | С-200мкФ |
Питание схемы выпрямления осуществляется от сети через трансформатор.
Формат параметров схемы идеального трансформатора:
Атрибут PART: <имя>
Атрибут VALUE: <индуктивность первичной обмотки >, <индуктивность вторичной обмотки >, <коэффициент связи от 0 до 1>
Например: 1H, 0.001H,1. Для сетевых трансформаторов индуктивность первичной обмотки измеряется единицами генри. Коэффициент трансформации определяется отношением индуктивностей первичной и вторичной обмоток.
В качестве источника однофазной сети переменного тока можно взять источник синусоидального напряжения с F = 50, А = 311V, RS = 10, PH = 0. Где RS = 10 (10 Ом) моделирует внутреннее сопротивление этого источника. Для моделирования 3-фазной сети нужно взять три таких источника и три трансформатора. Сдвиг фаз между источниками задаётся параметром PH для каждого источника в радианах.
Рекомендуемый тип диодов MUR870 (кремневый Uобр = 870V).
Если диоды на схеме нужно установить под углом 45о, то после выбора типа диодов в меню Passive Components выберите D45 .
После того как схема собрана, заполните окно Transient Analysis по своему усмотрению. Режим Operating Point должен быть выключен.
Если полярность напряжения на выходе выпрямителя не соответствует схеме включения диодов, то переверните на 180о обозначение нагрузочного резистора.
Зафиксируйте время окончания переходного процесса.
7.1. Исследование гармонического состава
выходного напряжения выпрямителя
Гармонический состав выходного напряжения выпрямителя можно исследовать по завершению переходных процессов, обусловленных наличием ёмкостей и индуктивностей в схеме выпрямителя.
 |
Рис. 7. Окно параметров цифровой обработки сигналов
Для этого используется диалоговое окно DSP (Digital Signal Processing – цифровая обработка сигналов) (рис.7), в котором задаются границы интервала времени для расчёта спектральных плотностей (Upper Time Limit, Lower Time Limit) и количество отсчётов Number of Points (должно быть в точности равно степени числа 2 в интервале от 64 до 8192). Заданные значения принимаются во внимание, если в графе Status выбрать On. Эти данные необходимы для того, чтобы при расчёте спектров периодических процессов выделить на участке установившегося режима интервал времени, равный периоду первой гармоники.
Для вывода гармонического состава положительного выходного напряжения выпрямителя сделайте следующее:
· отсоедините конденсатор фильтра выпрямителя;
· откройте окно DSP, используя путь Analysis > Transient Analysis > Run затем Transient > DSP Parameters . . . , и заполните окно как показано на рис. 7.
Заполните окно Transient Analysis (рис. 8) и запустите его. Полученный спектр проверьте на соответствие теории.
Рис. 8. Параметры для настройки режима Transient Analysis
Следует заметить, что частота первой (основной) гармоники для однополупериодного выпрямителя 50 Гц, для двухполупериодного 100 Гц, а для трёхфазной нулевой схемы 150 Гц, при этом амплитуда постоянной составляющей разложения в ряд Фурье соответствует средневыпрямленному напряжению.
Завершив исследования, подключите конденсатор фильтра и отключите панель DSP.
8. Совместное исследование усилителя и выпрямителя
Изменяя параметры индуктивности вторичной обмотки, добейтесь напряжения на выходе выпрямителя 12 V. Запитайте усилитель от выпрямителя (V1 отключается) и проверьте работоспособность всей схемы в Transient Analysis. Рекомендуемое время расчёта переходного процесса 1с.
По окончании исследований верните схему к питанию от батареи.
9. Метод Монте-Карло
При промышленном производстве электронных устройств используются реальные компоненты, имеющие разброс параметров относительно указанного. Обычно он указывается в процентах (например, для резисторов максимальные значения до ±30 %, а конденсаторов до ±90 %) и определяется классом точности компонента. Чтобы сформировать требования к точности сопротивлений резисторов и ёмкости конденсаторов, гарантирующих необходимые характеристики при массовом повторении схемы, используют метод Монте-Карло. С помощью этого метода производится многократное моделирование со случайным выбором параметров элементов в пределах намеченной точности. Полученное семейство графиков позволяет определить разброс параметров АЧХ (либо другой характеристики) в функции от разброса параметров выбранного компонента схемы при массовом повторении устройства.
Выделение параметров, имеющих случайный разброс, выполняется с помощью ключевых слов LOT и/или DEV. Для разброса значений параметров помеченных как LOT и DEV используются различные датчики случайных чисел. В свою очередь параметры, имеющие признак DEV, получают независимые случайные значения, имеющие признак LOT – коррелированные случайные значения в пределах параметров модели одного элемента. Ключевые слова LOT и DEV помещаются после номинальных параметров элемента и имеют формат:
[LOT = < разброс>[%]] [DEV= < разброс>[%]].
Указывается либо абсолютное, либо относительное значение разброса в процентах (в последнем случае надо ввести знак “ % ” ).
Разброс параметров указывается в директиве MODELS c помощью ключевых слов LOT и DEV.
Выполните моделирование для анализа влияния 20 % разброса параметров сопротивления R1. Для этого:
· создайте модель этого резистора, для чего выведите таблицу значений R1 (щёлкните по нему левой кнопкой мыши два раза);
· в строке MODELS запишите MODELS=RES1;
· закройте это меню и с помощью кнопки I выведите файл значений моделей;
· в выделенной строке запишите RES1 RES (R=1 DEV=20%). Что означает –варьировать случайным разбросом сопротивление модели RES1 в пределах 20 % относительно номинала 150K (R=1). При необходимости для R2 можно создать свою модель RES2, если аналогично записать RES2 RES (R=1 DEV=20%).
· настройте панель метода Монте-Карло, для этого выполните AC-analysis,
после чего появиться доступ к меню Monte Karlo.
В меню Monte Carlo выберите опцию:
Options…– установка параметров метода Монте-Карло.
Затем выберите характер закона распределения случайной величины – Gauss.