Методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов специальности 220201. 65 «Управление и информатика в технических системах» (стр. 1 из 4)
Федеральное агентство по образованию
Государственное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
«Тихоокеанский государственный университет»
МОДЕЛИРОВАНИЕ АНАЛОГОВЫХ
УСТРОЙСТВ В MICRO-CAP
Методические указания
к выполнению лабораторной работы
для студентов специальности 220201.65
«Управление и информатика в технических системах»
Хабаровск
Издательство ТОГУ
2007
УДК 681.3(0.76.5)
Моделирование аналоговых устройств в Micro-Cap : методические указания к выполнению лабораторной работы для студентов специальности 220201.65 «Управление и информатика в технических системах» / сост.
С. Н. Коваленко. – Хабаровск : Изд-во Тихоокеан. гос. ун-та, 2007. – 20 с.
Методические указания составлены на кафедре «Автоматика и системотехника». В них приводятся общие сведения, порядок выполнения лабораторной работы в Micro-Cap 7.1.0, контрольные вопросы, даётся перечень рекомендованной литературы, необходимой для выполнения задания.
Печатается в соответствии с решениями кафедры «Автоматика и системотехника» и методического совета института информационных технологий.
ã Тихоокеанский
государственный
университет, 2007
Лабораторная работа
Моделирование аналоговых устройств в Micro–Cap
Цель: изучение возможностей системы схемотехнического моделирования Micro-Cap на примере однокаскадного усилителя.
Общие сведения
Выполнение лабораторной работы базируется на системе схемотехнического моделирования Micro-Cap 7.1.0.
Для моделирования при выполнении работы предлагается однокаскадный усилитель напряжения (рис. 1).
Рис.1. Схема усилителя напряжения
Схема представляет собой усилительный каскад переменного напряжения на биполярном транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером (БТ с ОЭ).
R1, R2 – обеспечивают рабочую точку каскада в классе «A».
R4 – коллекторная нагрузка транзистора;
R3, C3 – элементы температурной стабилизации коэффициента усиления (Ku) усилителя;
R3 – обеспечивает отрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току коллектора;
С3 – блокирует ООС по переменной составляющей тока коллектора;
C1, C2 – разделительные конденсаторы. Препятствуют прохождению постоянной составляющей из схемы усилителя во внешние цепи и наоборот;
R5 – нагрузка каскада;
R7, R8 – делитель входного напряжения;
V1 – источник питания 12V;
V2 – источник сигнала.
Порядок выполнения работы
1.Сборка схемы
В каталоге MC7 запустите файл mc7.exe. Соберите схему (рис. 1). Для этого создайте новый файл путём последовательного выбора следующих подпунктов меню: File > New > Schematic > OK. Расставьте соответствующие элементы схемы (первоначально можно в произвольном месте и с произвольными
параметрами), для чего нажмите пиктограмму установки компонентов .Затем перейдите в меню: Component > Analog Primitives > Passive Components. После этого выберете в меню Resistor – резистор, в меню Capacitor – конденсатор, в меню Active Devises – p-n-p транзистор. Для указанных элементов необходимо заполнить два параметра VALUE – значение (например, для резистора 100 Ом) и PART – позиционное обозначение на схеме, а для транзистора PART и MODEL, которая выбирается в правом дополнительном окне. Остальные параметры в этом задании остаются свободными.
Единицу измерения можно не указывать, так как в системе Micro-Cap автоматически учтено, что ёмкость измеряют в фарадах, а индуктивность – в
генри. После численного значения допустимо (где это необходимо) указывать лишь приставку. В табл. 1 приведено соответствие приставок и обозначений, принятых в программе Micro-Cap. При этом нужно помнить, что пробел между числом и приставкой недопустим.
Таблица 1
Соответствие приставок и обозначений
| Приставка | Пико | Нано | Микро | Милли | Кило | Мега | Гига |
| Обозначение в программе | P | N | U | M | K | Meg | G |
Вращение выбранного элемента осуществляется следующим образом: стрелка-курсор мыши совмещается с изображением элемента, а затем, нажав на левую кнопку мыши и не отпуская ее, нажимается правая кнопка.
Установите источник питания, используя следующий путь: Component > Analog Primitives > Waveform Sources > Battery (источник питания – 12V).
Установите источник сигнала, используя следующий путь: Component > Analog Primitives > Waveform Sources > Sine sourse. Укажите имя источника – sin, остальные параметры источника задаются в следующем разделе. Выход из режима расстановки элементов, – нажатие клавиши Esc.
Соедините элементы с помощью пиктограммы
. 
Выделение и перемещение элементов осуществляется при нажатой пиктограмме с помощью левой кнопки мыши. Выделенный элемент меняет цвет с синего на зелёный. Отмена выделения – щелчок мыши по свободному месту.Удаление выделенного элемента или соединения может быть выполнено
пиктограммой с изображением ножниц .Проверьте правильность сборки схемы и номиналы элементов, входящих в неё.
Информацию о выбранном компоненте можно получить, если щёлкнуть курсором по выбранному элементу при нажатой пиктограмме . Или нажать пиктограмму и щёлкнуть курсором по выбранному компоненту. (Выход из этого режима для элементов без таблицы через пиктограмму «Page1» в левом нижнем углу).Текстовые надписи на схеме делаются с помощью пиктограммы
(левая кнопка мыши нажимается в месте, где необходимо сделать надпись, а затем в открывшемся окне делается нужная надпись; название точки (in, out), тип диода, транзистора и т.д.).Установите на схеме изображение значка «ground» с помощью меню Component > Analog Primitives > Connectors > Ground. В дальнейшем все измерения напряжений будут проводиться относительно места, куда установлен этот значок.
Все узлы схемы нумеруются автоматически по ходу сборки схемы. Для того чтобы увидеть эту нумерацию, нужно щёлкнуть мышью по пиктограмме с изображённой на ней цифрой один .Не допускается наличие в схеме неподключенных элементов.
Количество красных соединительных точек на одном проводнике значения не имеет.
После того как электрическая схема собрана для дальнейшей работы, она может быть сохранена в файл только в каталоге Мс7/Data/ c расширением ***.cir.
2. Исследование амплитудной характеристики усилителя
Для того чтобы снять амплитудную характеристику (АХ) реального усилителя, необходимы генератор синусоидальных сигналов, напряжение на выходе которого может плавно изменяться, осциллограф и вольтметр переменного тока, соединённые по схеме (рис. 4).
Перед началом измерений настройте источник сигнала, для этого нажмите пиктограмму со значком I и щелкните курсором по изображению источника синусоидального напряжения. В выделенной строке сделайте изменения, записав:
SIN(F=100K A=150 DC=0 PH=0 RP=0 TAU=0),
где SIN – синусоидальный источник, A – амплитуда, F – частота источника, RS – внутреннее сопротивление, DC – постоянная составляющая, PH – фаза, RP – период повторения затухающего сигнала, TAU – постоянная времени изменения амплитуды сигнала по экспоненциальному закону. Выход из этого режима – пиктограмма в левом нижнем углу Page1. Задать параметры источника можно и в окне, для чего необходимо щёлкнуть по источнику сигнала два раза левой кнопкой мыши.
Проверьте работоспособность схемы, для этого выберете Analysis, затем Transient Analysis (анализ переходных процессов), в открывшемся окне установите значения в соответствии с рис. 2.
 |
Рис. 2. Окно задания параметров анализа переходных процессов
На рисунке: Time Range – спецификация конечного и начального времени расчёта переходных процессов по формату Tmax(Tmin). Maximum Time Step – максимальный шаг интегрирования. Number of Points – количество точек, X,Y Expression – имена переменных, откладываемых по X и Y (в данном случае по Y – величина напряжения, по X – время), Operating Point – необходимость перед расчётом переходных процессов выполнить расчёт режима по постоянному току, Auto Scale Range – автоматическая установка масштаба, (в данном случае не используется из-за неудачного X Range). X Range – максимальное и минимальное значение переменной X на графике по формату High(Low).