Схемотехническое моделирование в системе Micro Cap 9
Курсовой проект - Компьютеры, программирование
Другие курсовые по предмету Компьютеры, программирование
Введение
Cap 9 - с его помощью выполняется графический ввод проектируемой схемы и анализ характеристик аналоговых, цифровых и аналого-цифровых устройств. Предложенная программа предназначена для схемотехнического моделирования на персональном компьютере, она позволяет быстро и наглядно строить графики зависимостей характеристик схем от варьируемых параметров. В этой программе включена методика анализа нелинейных схем по постоянному току, расчёт переходных процессов и частотных характеристик. Графики результатов выводятся в процессе моделирования или после его окончания по выбору пользователя, имеются сервисные возможности обработки графиков.
Главным недостатком является недостаточная элементная база, данная в виде зарубежных аналогов, что затрудняет создание схемы.
Программа Micro-Cap 9 очень удобна для первоначального освоения схемотехнического моделирования электронных схем и рекомендуется для исследовательских работ, не предполагающих немедленной конструкторской реализации.
1. Анализ схемы в частотной области
Рисунок 1 - Принципиальная схема исследуемого устройства
1.1 Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазо-частотная (ФЧХ) характеристики схемы
Исходные данные для построения АЧХ и ФЧХ схемы:
Рисунок 2 - Окно задания параметров частотного анализа
Частотные характеристики имеют следующий вид:
Рисунок 3 - АЧХ и ФЧХ исходной схемы
По результатам частотного анализа определяем следующие параметры:
Коэффициент усиления:
Воспользовавшись функцией Глобальный максимум, определяем максимальный коэффициент усиления:
Рисунок 4 - Максимальное значение коэффициента усиления исходной схемы (32,181 дБ)
Полоса пропускания:
Воспользовавшись функцией Width свойства Перейти к Performance, и введя значение -3бД по отношению к максимальному значению коэффициента усиления (29,181 дБ) определяем полосу пропускания заданной схемы, численно равную 306,562 кГц.
Рисунок 5 - Полоса пропускания исходной схемы (306,562 кГц)
Определение средней частоты
fcp=?f/2=53,054 /2=153,281 кГц , где ?f - полоса пропускания схемы.
1.2 АЧХ и ФЧХ схемы в зависимости от изменения температуры
Рисунок 6 - Окно задания параметров зависимости АЧХ и ФЧХ от изменения температуры
Получаем следующие зависимости:
Рисунок 7 - Графики зависимости АЧХ и ФЧХ от температуры
1.3 Построение графиков зависимостей Ku=f(to) и ?f=f(to) исследуемой схемы
Используя значение функции Width свойства Перейти к Performance, для каждого значения температуры определяем коэффициент усиления и полосу пропускания. Результаты расчетов сведены в таблицу 1. Графики приведены на рисунках 8 и 9.
Таблица 1 - Значение зависимостей Ku=f(to) и ?f=f(to)
t CКус, дБ?f, кГц5033,567298,1064533,368300,0584033,120302,0093532,815303,8903032,443305,6002531,989307,0842031,434308,0981530,749308,2861029,887307,059528,770302,873027,237293,128-524,970273,488-1021,477244,802-1517,070225,210-2013,036225,378-258,588232,541-302,895277,712-35-4,249252143-40-12,688276,569-45-22,109505,950-50-26,700815,091
Рисунок 8 - Зависимость Ku=f(to)
Рисунок 9 - Зависимость ?f=f(to)
2. Анализ схемы во временной области
.1 Временные характеристики на входе и выходе схемы
Для построения временных характеристик воспользуемся Анализом переходных процессов (Transient)
Рисунок 10 - Окно задания параметров анализа переходных процессов
Временные характеристики имеют следующий вид:
Рисунок 11 - Временные характеристики на входе и выходе схемы
2.2 Временные характеристики на входе и выходе схемы в зависимости от температуры (-50оС…50оС, шаг 5оС)
Рисунок 12 - Окно задания параметров анализа переходных процессов в зависимости от температуры
Рисунок 13 - Временные характеристики на входе и выходе схемы при изменении температуры
2.3 Семейство временных характеристик на входе и выходе схемы в зависимости от амплитуды источника сигнала
Для построения семейства временных характеристик на входе и выходе схемы в зависимости от изменения амплитуды источника сигнала, изменим амплитуду сигнала вырабатываемого генератором V1.
Изменение амплитуды вырабатываемого сигнала задается в окне Stepping окна задания параметров Transient.
Рисунок 14 - Семейство временных характеристик на входе и выходе схемы
2.4 График зависимости Uвых=f(Uвх)
Рисунок 15 - График зависимости напряжения выхода от входа
3. Анализ переходных процессов
.1 Реакция схемы на единичный скачок (функция Хэвисайда)
Для анализа переходных процессов изменим тип входного генератора V1 с Sine Sourse на Pulse Sourse.
Рисунок 16 - Параметры импульсного генератора сигнала
График реакции схемы:
Рисунок 17 - Реакция схемы на единичный скачек (функция Хэвисайда)
3.2 Реакция схемы на ?-функцию
Исходные данные для построения реакции схемы на ?-функцию:
Рисунок 18 - Параметры импульсного генератора сигнала
График реакции схемы:
Рисунок 19 - Реакция схемы на ?-функцию
3.3 16-битовое аналогово-цифровое преобразование (АЦП)
Выходной аналоговый сигнал и его цифровое преобразование имеют вид:
амплитудный схема скачок шестнадцатибитовый