Студопедия

Главная страница Случайная страница

КАТЕГОРИИ:

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Создание профилей моделирования






Напоминание: профиль имеет имя, приставка в котором определяет один из стандартных типов (видов) анализа электронной схемы, для которого задаются параметры настройки.

Создать профиль означает выбрать один из стандартных типов анализа электронной схемы и корректно задать параметры настройки.

Согласно заданию проект должен иметь два профиля моделирования. Первый профиль моделирования для простого анализа схемы каскада по постоянному току имеет имя SCHEMATIC1-bias. Этот профиль создается системой OrCAD автоматически после вычерчивания схем, приведенных на рис. 2 и рис. 3. Запустите процесс моделирования, щёлкнув по кнопке -Run PSpice. Разверните окно ‘SCHEMATIC1: bias-PSpice A/D’ и по завершению моделирования (если нет ошибок) закройте его.

Включите кнопку индикации напряжений, занесите в отчет значения напряжений между узлами схемы и ‘землей’. По полученным данным рассчитайте напряжения V БЭ, V КЭ, V Э, V Б и занесите их в отчет. Выключите кнопку индикации напряжения.

Включите кнопку индикации токов, занесите в отчет значения токов в ветвях схемы (I Д = I (R 1/1), I Б = I (Q1/b)). Подставьте полученные значения в формулы (3), (4), рассчитайте R2, R1 и сравните их значения со значениями, приведенными в схеме. Рассчитайте I Д = E К/(R2 + R1) (где E К равно напряжению источника питания V 2, т. е. напряжению между его выводом [/ V 2 Value: VDC Ref: V2] и ‘землей’), сравните это значение с полученным в результате моделирования. Выключите кнопку индикации токов. Включите кнопку индикации мощностей, занесите в отчет мощности, потребляемые каскадом от источника питания и мощность, рассеиваемую коллектором транзистора Q1. Выключите кнопку индикации мощностей.

Для получения выходных характеристик транзистора и построения линии нагрузки каскада необходимо задать анализ типа DC Sweep (Развертка анализа по постоянному току). В ходе анализа DC Sweep будет проводиться целая серия простых анализов схемы постоянного тока, приведенной на рис.3. В качестве основной переменной каждой серии зададим напряжение источника V3 (т. е. напряжение между выводом [/V3 Value: VDC Ref: V3] источника и ‘землей’), которое будет изменяться от 0 В до максимально допустимого напряжения эмиттер-коллектор транзистора Q2 (равное 18 В). В качестве параметра серии выберем ток базы (вывод [/Q2/b Number: 2]) транзистора Q2.

Создайте и сохраните второй профиль анализа DC Sweep с именем SCHEMATIC1-DC Sweep последовательно выполняя нижеприведенные четыре пункта.

1. Щёлкните по кнопке New Simulation Profile (Новый профиль моделирования) или последовательно щёлкайте по: < PSpice> → < New Simulation Profile >. Откроется окно ‘New Simulation’ (‘Новое моделирование’).

2. В поле Name: (Имя:) этого окна введите DC Sweep (Развертка анализа по постоянному току) и щёлкните по кнопке Create (Создать), после чего откроется окно ‘Simulation Settings – DC Sweep’ (‘Установки моделирования), имеющее несколько страниц с вкладками.

3. Ознакомьтесь с содержанием окна ‘Simulation Settings – DC Sweep’, в котором следует задать необходимые параметры настройки для этого стандартного типа анализа схемы модулем PSpice. На странице с вкладкой Analysis (Анализ) в поле с выпадающим списком Analysis type: (Тип анализа:), выберите тип DC Sweep (если он автоматически не выбран). В разделе Options: (Опции:), который находится под выпадающим списком, выберите опцию Primary Sweep (Основная переменная анализа). В дальнейшем под опцией будем понимать элемент выбора. Затем в разделе Sweep variable (Переменная анализа) выберите пункт Voltage source (Источник напряжения) и в поле Name: введите имя источника напряжения V3 схемы, представленной на рис. 3.

После этого в разделе Sweep type: (Тип анализа:) оставьте установленный тип Linear (Линейный); в поле Start value: (Начальное значение:) введите начальное значение напряжения 0V (0В); в поле End value: (Конечное значение:) введите верхнюю границу изменения напряжения 18V (18В), и в поле Increment (Приращение) введите 0.01V (0.01В).

В разделе Options: выберите опцию Parametric Sweep (Параметр развёртки) и аналогично проведите установку параметров тока источника I1: в разделе Sweep variable выберите пункт Current source (Источник тока) и в поле Name: введите I1. Затем в разделе Sweep type: оставьте установленный тип Linear; в поле Start value: введите начальное значение тока источника I1 (т.е. тока базы транзистора Q2) – 20uA (20мкА); в поле End value введите конечное значение 26 uA (26мкА), а в поле Increment – шаг приращения тока базы 3uA (3мкА).

4. Щёлкните по кнопкам: < Применить> → < OK> закройте окно ‘Simulation Settings – DC Sweep’ и сохраните профиль.

Активизируйте окно организатора проекта ‘C: \Ivanov\ Lab_rab3’, щёлкнув по нему. На странице с вкладкой File откройте папку PSpice Resources (Ресурсы модуля PSpice), а затем её подпапку Simulation Profiles (Профили моделирования), в которой будут зарегистрированы два профиля SCHEMATIC1 -bias и SCHEMATIC1-DC Sweep, значок последнего будет иметь красный цвет. Это свидетельствует о том, что этот профиль является активным. Одновременно профиль SCHEMATIC1-DC Sweep включается в выпадающий список поля Active Profile (Активный профиль), находящимся в левом верхнем углу окна ‘OrCAD Capture’. Выбором элемента списка этого поля активизируется нужный профиль в проекте с несколькими профилями.

Активизируйте профиль SCHEMATIC1-DC Sweep выбрав его в выпадаю­щем списке поля Active Profile (если это необходимо) и запустите процесс моделирования. После непродолжительных вычислений появится окно с именем ‘SCHEMATIC1-DC Sweep-PSpice A/D’. По окончанию расчета модулем PSpice трех выходных характеристик транзистора Q2, в этом окне появится новое окно ‘Available Sections’ (Доступные секции). В нем выделены три секции рассчитанных данных, доступных для вычерчивания графиков. Щелчком по кнопке ‘OK’ закройте это окно. На экране появится окно модуля Probe с именем ‘SCHEMATIC1-DC Sweep-PSpice A/D-[DC Sweep (active)]’, большую часть которого занимает область с осями координат. Для получения выходных характеристик транзистора Q2 последовательно щёлкните по < Trace (Диаграмма)> → < Add Traces (Добавить диаграммы)>. В левой части открывшегося окна ‘Add Traces’ щёлкните по IC(Q2), а затем по кнопке ‘OK’. На экране появятся выходные характеристики транзистора Q2. Для измерения координат точек графиков воспользуйтесь курсором, в индикаторном окне которого отображаются точные значения координат.

Активизируйте курсор щёлкнув по кнопке – Toggle cursor (Включить / выключить курсор) или последовательно щёлкая по: < Trace> → < Cursor> → < Display (Отобразить)>. В правом нижнем углу появится окно курсора. Подведите курсор к интересующей точке одного из графиков и щёлкните по ней. В результате в окне курсора отобразятся координаты трех точек выходных характеристик транзистора. Во второй строке окна курсора отображается значение координаты на оси абсцисс (например, X Value 8.948 В). Токи коллектора транзистора трех выходных характеристик (для 3-х токов базы транзистора IБ1=20мкА, IБ2=23 мкА, IБ3=26мкА) обозначены IC(Q2) и их значения отобразятся в 3-й, 4-й и 5-й строках окна курсора: IC(Q2) 2.9812 m(мА), IC(Q2) 3.423 m(мА), IC(Q2) 3.8692 m(мА).

Вычислим максимальный ток в точке пересечения линии нагрузки с осью ординат: IКМ=EК/(R3+R4)=18/(2000+660)=0.0068A=6.8 мА, а затем вычислим тангенс угла наклона линии нагрузки к оси абсцисс:

α = I КМ / E К = 0, 0068 / 18 = 3, 77× 10-4 [A/B].

 

Тогда уравнение линии нагрузки запишется:

 

I К = 0, 0068 – α × V КЭ или I К = 0, 0068 – 3, 77 Е – 4× V _ V 3,

 

где V _ V 3 – напряжение источника V 3(см. рис. 3). Последовательно щёлкая по: < Trace> → < Add Traces (Добавить диаграммы)>, откройте окно ‘Add Traces’. В поле Trace Expression: (Выражение диаграммы:), расположенном в нижней части окна, введите выражение линии нагрузки: 0, 0068 – 3, 77 Е – 4 × V _ V 3. Щёлкните по кнопке ‘OK’, на экране будет отображена линия нагрузки.

Занесите в отчет графики выходных характеристик транзистора Q2, линию нагрузки и координаты рабочей точки каскада. Для наглядности выходные характеристики и линия нагрузки приведены на рис. 4.

Задание 2. Проведите анализ работы усилительного каскада (см. рис. 2) по переменному току в режиме А на частоте f = 10 КГц. Получите амплитудно-частотные характеристики каскада.

Для исследования временных характеристик усилительного каскада на его вход подается синусоидально изменяющееся во времени напряжение V 1(t) = V m1sin(ω t), где V 1(t) – мгновенные значения синусоидального напряжения, V m1 – амплитуда синусоидального напряжения, ω = 2π f – угловая частота (измеряемая в радиан/секунду), t – время в секундах. Период – это промежуток времени между повторениями однотипных событий. Для синусоидального напряжения период определяется выражением T = 2π / ω = 1 / f, где f – частота (количество повторений в секунду), измеряемая в Герцах.

Верхняя граница интервала времени, на котором производится расчет и построение диаграмм напряжений, токов, мощностей, необходимых для исследования, определяется длительностью переходного процесса усилительного каскада. На первых этапах моделирования начальное время полагается равным 0, а верхняя граница выбирается равным 5 × Т.

Символ источника синусоидального напряжения хранится в библиотеке SOURCE (Источник), имеет имя VSIN и несколько свойств. Двойным щелчком по символу компонента VSIN откройте окно ‘Property Editor’, в котором отредактируйте значения обязательных свойств:

AC=0 – амплитуда напряжения при анализе в частотной области;

VOFF=0 – постоянная составляющая напряжения;

VAMPL=0.01V – амплитуда синусоидального напряжения;

FREQ=10 KHz (10 КГц) – частота синусоидального напряжения;

TD=0 – задержка синусоидального напряжения;

DF=0 – коэффициент затухания синусоидального напряжения;

PHASE=0 – начальная фаза синусоидального напряжения.

Для расчета временных зависимостей напряжений, токов, мощностей в электронных схемах, в модуле PSpice используется анализ типа Transient (Переходный процесс). Создайте и сохраните третий профиль анализа Transient с именем SCHEMATIC1 – transient, последовательно выполняя нижеприведенные пункты.

1. Щёлкните по кнопке New Simulation Profile (Новый профиль моделирования) или последовательно щёлкая по: < PSpice> → < New Simulation Profile >, откройте окно ‘New Simulation’ (‘Новое моделирование’).

2. В поле Name: (Имя:) этого окна введите transient (Переходный процесс) и щёлкните по кнопке Create (Создать), после чего откроется окно ‘Simulation Set­tings – transient’ (‘Настройка моделирования переходного процесса’), имеющее несколько страниц с вкладками.

3. Ознакомьтесь с содержанием окна ‘Simulation Settings – transient’, в котором следует задать необходимые параметры настройки для этого стандартного типа анализа модулем PSpice. На странице с вкладкой Analysis (Анализ) в поле с выпадающим списком Analysis type: (Тип анализа:) автоматически будет выбран тип Time Domain (Transient) (Временная область). Если он автоматически не выбран – выберите его.

В поле Run to time: (Выполнять до времени:) введите верхнюю границу интервала времени анализа переходных процессов – 0, 0005 s (с). Это значение вычисляется для частоты f = 10 КГц, в этом случае T = 1/f = 0, 0001s (с) и верхняя граница равна 5× Т = 0, 0005 s (с). В поле Start saving data after: (Начало сохранения данных после:) введите 0 s (с). В поле Maximum step size: (Максимальная величина шага:) введите величину на два порядка меньше верхней границы – 0, 000005 s (с). Заметим, что модуль PSpice автоматически определяет максимальную величину шага времени (Maximum step size), между контрольными точками расчета, для которых он проводит анализ схемы. Если токи и напряжения на определенных интервалах времени изменяются слишком резко, то PSpice автоматически выбирает малый Maximum step size, а при незначительных изменениях токов и напряжений – большую величину шага времени. Это сокращает время проведения расчетов, не нанося ущерба качеству анализа.

4. Щёлкните по кнопкам: < Применить> → < OK>, закройте окно ‘Simulation Settings – transient’ и сохраните профиль.

Созданный профиль является активным, поэтому сразу можно запустить процесс моделирования, щёлкнув по кнопке . После непродолжительных вычислений на панели задач рабочего стола ОС Windows появится свернутое окно модуля Probe (часто называемого программой – осциллографом) с именем ‘SCHEMATIC1 – transient – PSpice A/D – [transient (active)]’. Разверните это окно, щелчком по нему. С помощью модуля Probe можно не только графически отображать результаты моделирования в виде диаграмм, но и математически связывать друг с другом различные результаты моделирования. Последовательно щёлкая по: < Trace> → < Add Trace (Добавить диаграмму)>, откройте окно ‘Add Traces’. Открыть окно ‘Add Traces’ можно также, щёлкнув по кнопке с изображением стилизованной диаграммы -Add Traces.

В левой части окна ‘Add Traces’ перечислены напряжения (относительно ‘земли’) узлов, токи всех ветвей схемы и мощности, рассеиваемые элементами схемы усилительного каскада. Например: напряжение на первом выводе источника входного синусоидального напряжения V1 имеет обозначение V(V1: +); напряжение на втором выводе конденсатора C2 (т. е. выходное напряжение каскада)-V(C2: 2); напряжение на первом выводе резистора R5-V(R5: 1), (оно равно V(C2: 2)); ток, протекающий по R3 – I(R3); ток, протекающий по R5 – I(R5); мощность, рассеиваемая на коллекторе транзистора Q1 – W(Q1), а мощность, рассеиваемая на резисторе R5 – W(R5).

Для представления результатов моделирования в виде диаграммы следует:

– щелкнуть в левой части окно ‘Add Traces’ по величине, значения которой необходимо представить в виде диаграммы, отправьте её в строку Trace Expression: (Выражение диаграммы:). В случае необходимости в этой строке всегда можно отредактировать введенное выражение;

– подтвердить свой выбор щелчком по кнопке OK.

В центральной части окна можно указать, какие данные вы хотели бы видеть в списке диаграмм. Если необходимо видеть в списке диаграмм аналоговые и цифровые данные, тогда должны быть отмечены флажком опции (элементы выбора) Analog (Аналоговые) или Digital (Цифровые). С помощью опций Voltages (Напряжения) и Currents (Токи) вы определяете, какие данные следует отобразить в окно ‘Add Traces’: только напряжения, только токи, либо и напряжения и токи одновременно.

В правой части окна ‘Add Traces’ приводится список имеющихся в Probe математических операций и стандартных функций. Величины, перечисленные в левой части окна ‘Add Traces’, в строке Trace Expression:, можно связывать друг с другом с помощью различных математических операций и стандартных функций. Например, функции: ABS(x) – вычисляет абсолютное значение x, SQRT(x) – корень квадратный от x; M(x) – амплитуда от x; R(x) – действительная часть от x; IMG(x) – мнимая часть от x; DB(f) – амплитуда от f в дБ (в децибелах) и др.

Щелчком в левой части окна ‘Add Traces’ по имени V(V1: +) отправьте его в строку Trace Expression:. Подтвердите свой выбор, щёлкнув по кнопке OK. На экране появится диаграмма напряжение источника V1. Если вы ошиблись при выборе имени, или вас не устраивает полученная диаграмма, её можно удалить. Чтобы удалить диаграмму, сначала нужно щелчком левой кнопки ‘мыши’ выделить её имя, расположенное внизу окна Probe, и затем нажать клавишу Delete.

Расположите вторую диаграмму выходного напряжения каскада V(С2: 2) над диаграммой входного напряжения, как это принято в электронике. Для этого щёлкните по: < Plot (Чертеж)> → < Add Plot to Window (Добавить чертеж окно)>, после чего на экране появится еще одна система координат. Щёлкнув по < Trace> → < Add Trace>, откройте окно ‘Add Traces’. Щёлкните в левой части окна по имени V(C2: 2), отправив его в строку Trace Expression:, а затем щёлкните по кнопке OK.

 

 

Занесите в отчет полученные две диаграммы, которые для наглядности приведены на рис. 5. Для более четкого представления полученных диаграмм в печатном виде необходимо:

– сохранить их в ячейке для информационного обмена (Clipboard), щёлкнув по: < Window> → < Copy to Clipboard>. В появившемся окне ‘Copy to Clipboard -Color Filter’, оставив автоматически выбранный пункт ‘change white to black’ (‘изменить белый на черный цвет’), щёлкните по кнопке OK;

– свернуть окна ‘SCHEMATIC1 – transient – PSpice A/D – [transient (active)]’ и ‘OrCAD Capture’ и запустить редактор Word;

– вставить в нужное место страницы полученные диаграммы, нажав одновременно клавиши Shift+Insert;

– при необходимости распечатать эту страницу.

Активизируйте курсор, щёлкнув по кнопке -Toggle cursor. Определите амплитуды входного и выходного напряжений каскада, зафиксируйте их в отчете и ‘вручную’ вычислите K V. Удалите эти диаграммы.

Аналогично получите две диаграммы: тока, протекающего по резистору R5 – I(R5), и мощности, рассеиваемой R5 – W(R5). Занесите диаграммы, которые для наглядности приведены на рис. 6, в отчет.

Для получения амплитудно-частотных характеристик усилительного кас­када необходимо задать анализ типа AC Sweep (Развертка по переменному току), который называется ‘Анализ схемы переменного тока в заданном час­тотном диапазоне’. В этом случае на вход усилительного каскада необходимо подать переменное напряжения от источника VSIN. Из всех свойств ис­точника VSIN для проведения анализа переменного напряжения использу­ется только амплитуда AC, значение которой положите равной 0, 01 В. Значе­ния остальных свойств игнорируется во время анализа переменного напря­жения, однако им следует обязательно задавать некоторые значения. По­этому, дважды щёлкнув по символу компонента VSIN, откройте окно ‘Property Editor’, в котором отредактируйте только значение AC=0.01V, а значения остальных свойств оставьте без изменений: VOFF=0, VAMPL=0.01V, FREQ=10KHz, TD=0, DF=0, PHASE=0.

Создайте и сохраните четвертый профиль анализа AC Sweep с именем SCHEMATIC1-AC Sweep, последовательно выполняя нижеприведенные пункты.

1. Щёлкните по кнопке New Simulation Profile или по: < PSpice> → < New Simulation Profile >. Откроется окно ‘New Simulation’.

2. В поле Name: этого окна введите AC Sweep и щёлкните по кнопке Create, после чего откроется окно ‘Simulation Settings – AC Sweep’, имеющее несколько страниц с вкладками.

3. Ознакомьтесь с содержанием окна ‘Simulation Settings – AC Sweep’, в котором следует задать необходимые параметры настройки для этого стандартного типа анализа модулем PSpice. На странице с вкладкой Analysis в поле с выпадающим списком Analysis type: автоматически будет выбран тип AC Sweep/Noise. Если он автоматически не выбран – выберите его.

Подготовьте на этой странице все для проведения анализа схемы усилительного каскада в частотном диапазоне от 10 кГц до 500 кГц для 1000 точек (поле Points/Decade (Число точек на декаду)). Введите в поле Start Frequency (Начальная частота): 10kHz, а в поле End Frequency (Конечная частота): 500kHz. Поля в разделе Noise Analysis оставьте незаполненными, так как в данный момент не проводится анализ шумовых характеристик.

4. Щёлкнув по кнопкам: < Применить> → < OK>, закройте окно ‘Simulation Settings – AC Sweep’ и сохраните профиль. Активизируйте окно организатора проекта ‘C: \Ivanov\Lab_rab3’ и убедитесь в том, что этот профиль является активным. При необходимости активизируйте его.

Запустите процесс моделирования. После непродолжительных вычислений на панели задач рабочего стола ОС Windows появится свернутое окно модуля Probe с именем ‘SCHEMATIC1-AC Sweep-PSpice A/D-[AC Sweep(active)]’, разверните его. Щёлкнув по: < Trace> → < Add Trace> или по кнопке , откройте окно ‘Add Traces’. Выберите в списке диаграмм напряжение на выходе усилительного каскада V(R5: 1) и щёлкните по кнопке OK. На экране отобразится частотная характеристика выходного напряжения каскада, которая для наглядности приведена на рис. 7. Занесите её в отчет.

Обратите внимание на то, что модулем Probe автоматически выбрано логарифмическое масштабирование оси частоты, при котором четко видна полоса пропускания усилительного каскада. Щёлкните по: < Plot> → < Axis Settings (Настройка осей)>, после чего откроется окно ‘Axis Settings’. В разделе Scale (Масштаб) отметьте опцию Linear (Линейный) и подтвердите свой выбор щелчком по кнопке OK. Посмотрите, как выглядит частотная характеристика. Занесите её в отчет. Интересующая нас полоса пропускания практически не видна. Поэтому графическое изображение с линейным масштабированием оси

частот не используется в электронике. Повторно откройте окно ‘Axis Settings’, отметьте в разделе Scale опцию Log (Логарифмический) и щёлкните по кнопке OK. Для быстрой замены логарифмического масштабирования оси частоты на линейное и наоборот, в модуле Probe предусмотрена специальная кнопка – Log X Axis. Проверьте, как с помощью этой кнопки можно переключаться от линейного масштабирования оси X к логарифмическому и обратно. Удалите диаграмму, щёлкнув по имени □ V(R5: 1), а затем нажмите клавишу Delete.

Следует помнить, что при логарифмическом масштабировании оси X логарифм от нуля есть минус бесконечность. Поэтому, если начать моделирование при начальной частоте (поле Start Frequency) 0 Гц, то при логарифмическом масштабировании оси X модуль Probe ‘зависает’ и выводит на экран сообщение об ошибке. Чтобы избежать этого, следует начинать моделирование с начальной частоты, равной 1 Гц.

Получите диаграмму частотной зависимости абсолютного значения, коэффициента усиления каскада KV, определяемого отношением амплитуды выходного напряжения V(R5: 1) к входному V(V1: +). Для этого щелчком по < Trace> → < Add Trace> откройте окно ‘Add Traces’ и в строку Trace Expression введите выражение ABS(V(R5: 1)/V(V1: +)). Заметим, что строка Trace Expression ведет себя как обычный текстовый редактор, курсор которого можно перемещать и устанавливать с клавиатуры в любое место по вашему желанию, а также редактировать введенный текст. Поэтому ввести выражение ABS(V(R5: 1)/ V(V1: +)) можно в следующей последовательности:

– щёлкните по имени стандартной функции ABS();

– поместите курсор между скобками этой функции;

– последовательно щёлкните по имени V(R5: 1), по знаку операции деления / и по имени V(V1: +). Щёлкнув по кнопке OK, посмотрите как выглядит частотная зависимость абсолютного значения KV, которая для наглядности приведена на рис. 8, и занесите её в отчет. Щёлкните по кнопке Log X Axis, посмотрите частотную зависимость KV при линейном масштабировании оси частот.

 


Поделиться с друзьями:

mylektsii.su - Мои Лекции - 2015-2024 год. (0.015 сек.)Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав Пожаловаться на материал