Файл: Курсовой проект "Исследование параметров радиотехнических цепей с использованием современных прикладных программных пакетов".pdf

32 7474, и редактор найдет D-триггер с установочными входами. Об этом будет сказано в окне Description (Описание). Обратим внимание, что редактор в процессе ввода имени сужает поиск, ориентируясь по первым символам в его названии.
Мы можем получить о выбранном элементе не только текстовую, но и графическую информацию. Для этого надо нажать на кнопку Advanced>> (Продвинутый), и перед нами появится более удобная панель PartBrowserAdvanced (рис. 5.5), на которой видны не только имена компонентов, но и условное графическое обозначение выбранного объекта.
Рисунок 5.5. Диалоговая панель, показывающая изображение выбранного компонента
Укажем мышью любое видимое в левом окне имя, и рядом появится его графический образ. Управляющими клавишами (стрелка вверх) и (стрелка вниз) можно пролистывать список компонентов, отыскивая нужный элемент.Элемент можно так же повернуть или зеркально отразить с помощью нажатия клавиш Ctrl-R или Ctrl-F соответственно.
Следующим пунктом создания схемы является соединение элементов в соответствии с принципиальной схемой. Это производится по командеDraw/Wire.
Начало цепи, точка ее излома, соединение с другой цепью или выводом компонента фиксируется щелчком левой кнопки «мыши». Прекращается рисование цепи щелчком правой кнопки «мыши». Двойным щелчком правой кнопки происходит повтор выполнения предыдущей команды, что очень удобно при выполнении однотипных операций, таких как рисование проводников, присвоение имен и т.д.
Электрические соединения пересекающихся проводников обозначаются жирной точкой.
Если провести карандаш через проводник, не останавливаясь на нем, то электрическое соединение не образуется. Точка соединения автоматически проставляется только для Т- образных пересечений проводников. Поэтому для обеспечения электрического контакта пересекающихся проводников необходимо сначала нарисовать первый проводник, затем начать рисовать второй и закончить его (нажатием левой кнопки) в точке пересечения с первым — в результате будет нанесена точка электрического соединения. После этого можно продолжить построение второго проводника от этой точки.
Если в меню Options/Display помечена строка Orthogonal, то цепи проводятся только по горизонтали или по вертикали. Для прокладки цепей под произвольным углом этот режим нужно отключить. Если помечена строка Rubberband, то при перемещении подсоединенного элемента разрыва связей не происходит, и проводники растягиваются или сжимаются. При отключении этого режима, элемент при перемещении отрывается от проводников, и электрическая связь теряется.

33
В системе DesignLab для соединения компонентов так же может быть использована шина, т.е. линия групповой связи. Она рисуется по команде Draw/Bus.
5.2. Редактирование и сохранение схемы
После создания принципиальной схемы ее надо запомнить под оригинальным именем с помощью команды File/Saveas... в специально отведенной папке для проектов Projects. В имени не допускается кириллица.
Для вновь созданной схемы необходимо:
•Обозначить элементы и установить их параметры в соответствии с принципиальной схемой;
•Выбрать источники сигналов в соответствии с заданием и установить их параметры;
•Если необходимо, установить маркеры напряжения или тока для вывода результатов моделирования в виде графика;
•Если необходимо, маркировать узлы схемы.
Как правило, Schematics сам присваивает всем элементам стандартные имена, отличающиеся только порядковым номером, и устанавливает для них определенные параметры. Для изменения атрибутов элемента схемы необходимо войти в диалог редактирования атрибутов, который открывается двойным щелчком по любой точке, находящейся внутри изображения символа компонента (или сначала можно щелчком курсора выбрать компонент — он изменит цвет на красный — и после этого выполнить команду Edit / Attribute.
На рис. 1.3 в качестве примера приведен список атрибутов резистора. На схеме видны не все атрибуты, а только те, которые отмечены при создании символа.
Так для резисторов параметр Value — значение сопротивления (например, 1k означает 1 кОм). На панели атрибутов редактируется любой параметр, не помеченный символом "*".
Однако параметры, отображаемые на схеме (обозначение элемента, сопротивление резистора, емкость конденсатора и т.п.), удобнее редактировать индивидуально, дважды щелкнув по нему курсором. В результате откроется панель редактирования, пример которой приведен на рис. 1.3,б.
Рисунок 5.6. Окно редактирования всех параметров резистора (а), панель редактирования сопротивления резистора (б)

34
Свойства элемента задаются не только с помощью атрибутов, как показано выше, но и с помощью моделей (диоды, транзисторы, операционные усилители, логические элементы и другие).
5.3. Выбор источников сигнала
В зависимости от проводимого вида анализа в схему включаются те или иные источники сигналов, полный перечень которых приведен в приложении. На практике можно рекомендовать для включения в схему следующие независимые источники напряжения:
Название источника
Атрибуты и основные параметры источника
VDC - Источник постоянного напряжения
DC – напряжение источника;
VAC – источник переменного напряжения
DC – напряжение источника при DC-анализе;
АСMAG – модуль напряжения при АС- анализе;
ACPHASE – фаза напряжения.
VSIN - Синусоидальный
VOFF – постоянная составляющая, источник напряжения
FREQ – частота,
VAMPL – амплитуда;
TD – задержка начала импульса,
DF – декремент затухания.
VPULSE - импульсный
V1минимальное напряжение импульса, источник напряжения
V2 – максимальное напряжение импульса,
TD – задержка импульса,
TR – длительность переднего фронта,
TF – длительность заднего фронта,
PW – длительность плоской вершины,
PER – период повторения;
VEXP - экспоненциальный
V1минимальное напряжение импульса, источник напряжения
V2 – максимальное напряжение импульса,
VEXP - экспоненциальный источник напряжения
TD1 – задержка фронта импульса,
TС1 – постоянная времени переднего фронта,
TD2 – задержка спада импульса,
TС2 – постоянная времени заднего фронта.
VPWL - кусочно-
Т1, V1, …, T10, V10 – координаты (время – линейный источник напряжения напряжение) точек излома.

35
Времязависимые источники (VSIN, VPULSE, VEXP, VPWL) имеют параметры, которые используются и при расчете схемы по постоянному току, и при частотном анализе:
•DC – напряжение источника при DC-анализе,
•AC – модуль и фаза при АС-анализе.
При моделировании цифровых схем используют цифровые источники сигналов:
Название источника
Атрибуты и основные параметры источника
HI – источник логической 1
LO – источник логического 0
DigClock – генератор синхро- Delay – задержка; импульсов
Ontime – длительность логической 1;
Offtime – длительность логического 0;
Startval – начальный уровень (0 или 1);
Oppval – первое переключение (1 или 0).
Stim1
1- , 4- , 8- и 16-
TimeStep – период квантования;
Stim4
разрядные цифро- Command1, … - момент времени и код ло-
Stim8
вые генераторы гического сигнала. При задании моментов
Stim16
времени квантами (имеет суффикс С ) он умножается на TimeStep.
5.4. Установка режимов анализа
Перед проведением моделирования необходимо составить задание намоделирование по команде Analysis/ Setup. В открывшемся окне (рис. 5.7) нажатием курсора отмечают нужные директивы моделирования (при этом в графе Enabled проставляется галочка).
Нажатием же соответствующей кнопки открывают диалоговые меню задания режимов анализа.

36
Рисунок 5.7. Окно установки режимов анализа
Кроме того, анализ по постоянному току выполняется перед расчетом переходных процессов для определения начальных условий (если не задан режим SKIPBP) и перед анализом в частотной области для линеаризации нелинейных компонентов в окрестности режима по постоянному току.
Режим по постоянному току рассчитывается итерационным методом Ньютона-Рафсона.
5.5. Расчет режима при изменении параметров схемы
Для расчета статических характеристик схемы параметры анализа указываются в диалоговых окнах (рис. 5.8), открывающихся после нажатия на кнопку DC Sweep в меню выбора директив моделирования.
Рисунок 5.8. Окна задания параметров для режима DC Sweep…
В режиме анализа DC Sweep имеется возможность осуществления вложенного цикла, параметры которого задаются в окне DC NestedSweep, которое открывается нажатием кнопки NestedSweep. Если указаны спецификации двух варьируемых параметров, то первый параметр изменяется в заданных пределах для каждого значения второго параметра. Такой вложенный цикл удобен, в частности, для построения статических характеристик полупроводниковых приборов. Для выполнения вложенного цикла в появившемся диалоговом окне задаются те же параметры, что и в основном и, кроме этого, еще должна стоять галочка напротив строки EnableNestedSweep.
5.6. Расчёт частотных характеристик
Диалоговое окно задания параметров режима AC Sweep (рис. 5.9) состоит из трех разделов:
• AC SweepType определяет характер изменения частоты:
− Linear - линейная шкала;
− Octave - изменение частоты октавами;
− Decade - изменение частоты декадами.
• SweepParameters задает параметры диапазона частот:

37
− TotalPts, Pts/Decade, Pts/Octave -общее число точек при линейном масштабе, наодну декаду или на одну октаву;
− StartFreq. - начальная частота;
− EndFreq. - конечная частота
• NoiseAnalys устанавливает параметры расчета спектральной плотности внутреннего шума:
− NoiseEnabled - включение режима расчета уровня шума;
− OutputVoltage - выходное напряжение;
− I/V Source - имя входного источника напряжения или тока;
− Interval - интервал расчета парциальных уровней шума.
Рисунок 5.9. Диалоговое окно задания параметров режима AC Sweep
Расчет характеристик в частотной области производится после определения режима по постоянному току и линеаризации нелинейных компонентов (это делается автоматически). Все независимые источники напряжения V и тока I, для которых заданы параметры АС-сигналов (амплитуды и фазы), являются входными воздействиями. При проведении АС-анализа остальные спецификации этих источников, в том числе параметры синусоидального сигнала SIN, не принимаются во внимание (они учитываются при анализе переходных процессов).
5.7. Расчёт переходных процессов
Для запуска расчета переходных процессов в диалоговом окне Transient (рис. 5.10) необходимо задать следующие параметры:
• PrintStep - шаг вывода данных;
• FinalTime - конечное время расчета;
• No-PrintDelay - начальный момент вывода данных;

38
• StepCeiling - максимальный шаг.
Последние два параметра являются необязательными.
Переходные процессы всегда рассчитываются с момента t = 0 до момента FinalTime.
Перед началом расчета переходных процессов рассчитывается режим по постоянному току. Шаг интегрирования выбирается автоматически. Если задан параметр No-PrintDelay, то вывод результатов расчетов подавляется на интервале времени от t = 0 до указанного значения. Максимальное значение шага интегрирования устанавливается параметром
StepCeiling; если он не указан, то максимальный шаг интегрирования устанавливается равным FinalTime /50. Если исследуемая схема не имеет реактивных элементов, то шаг интегрирования равен PrintStep.
Рисунок 5.10. Диалоговое окно
Transient

39 6. Заключение
В ходе выполнения этого курсового проекта было исследовано четыре вида цепей: простейшая резистивная цепь, цепь с дискретным полупроводниковым элементом, цепь с инвертирующим усилителем и RC-цепь.
Сравнительный анализ результатов компьютерного моделирования и теоретического расчета простейшей резистивной цепи показал, что максимальная погрешность при этом не превышает 3%. Кроме того, все использованные при моделировании измерительные приборы имеют одинаковые показания, различающиеся только точностью.
При исследовании осциллограмм, полученных при исследовании цепи с дискретным полупроводниковым элементом (стабилитроном), было выявлено, что наибольшее падение напряжения в данной схеме приходится на элемент Z2, то есть резистор, не шунтированный стабилитроном. При этом напряжение на элементе Z2 является синусоидальным, а на элементе Z1 – более близким к прямоугольному, что обусловлено наличием в нём стабилитрона.
При исследовании параметров входного и выходного сигнала инвертирующего усилителя было подтверждено, что его коэффициент усиления равен отношению номиналов выходного и входного резисторов, также это отношение оказалось равно отношению амплитуд выходного и входного сигналов.
Путем изменения частоты входного напряжения, а также снятием этих характеристик с помощью встроенного в программный пакет Multisim анализатора, мы подтвердили правильность снятых с помощью плоттера Боде амплитудо-частотных характеристик
(АЧХ).
В ходе моделирования работы RC-цепи для снятия параметров напряжений использовались два виртуальных двухканальных осциллографа, а для снятия временных характеристик – встроенный анализатор TransientAnalysis. Моделирование показало, чтоможно снимать необходимые характеристики процессов обоими способами, но выбор конкретного способа измерений зависит от поставленной задачи и от того, какие дополнительные параметры нужно измерить.
Из результатов проведенных исследований можно сделать вывод, что программный пакет
Multisim отлично подходит для проектирования практически всех радиотехнических цепей и моделирования происходящих в них электрических процессов, а также имеет широкую базу измерительных приборов, которые можно использовать в зависимости от поставленной задачи, особенностей проектируемой цепи и наших личных пожеланий.
Теоретическое исследование пакета программ DesignLab, в свою очередь, показало, что он является практически равной альтернативой программному пакету Multisim, и выбор той или иной программы для работы зависит от предпочтений удобства работы, используемых библиотек компонентов, и различных условий использования. Однако хочется отметить, что DesignLab хоть и похож на пакет Multisim, данная программа не является актуальной, так как 8 её версия была выпущена в 1997 году, вследствие чего её практически невозможно установить на компьютер. Multisim, в свою очередь, довольно легко найти в интернете и без проблем установить.

40 7. Список используемых программ
1) Multisim (Circuit Design Suite) PowerPro 10.1;
2) Microsoft Office 2019;
3) Paint;
4) Ножницы.
8. Список альтернативных источников
1) Microsim DesignLab 8.0 (вместо Multisim PowerPro 10.1);
5) WPS Office (вместо Microsoft Office 2019);
2) LightShot (вместо Paint и “Ножницы”).
10. Список используемой литературы
1) Разевиг В. Д.Система схемотехнического моделирования и проектирова- ния печатных плат DesignCenter (PSpice). – М.: СК Пресс, 1996.
2) Панфилов Д.И., Иванов В.С., Чепурин И.Н. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях: Практикум на ElectronicsWorkbench: В 2 т. / Под общей ред. Д.И.Панфилова – М.: ДОДЕКА, 1999.
3) Гордяскина, Т.В. Моделирование радиоэлектронных цепей в Multisim: учеб.- метод. пособие по выпол. лабор. работ и курс. проекта для студ. оч. и заоч. обуч. : специальность
162107.65 «Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования» / Т.В.
Гордяскина, С.В. Лебедева. - Н. Новгород: Изд-во ФБОУ ВПО «ВГАВТ», 2014. - 40 с.
4) Знакомство с пакетом DesignLab 8 (PSpice)[электронный ресурс], режим доступа: https://kit-e.ru/cad/znakomstvo-s-paketom-designlab-8-pspice-urok-1/
; дата обращения:
26.04.2021.