4. Особенности программы ewb 5.0c

Для анализа простых схем в этой студенческой версии есть все необходимое. Она занимает всего 10 Мб места на диске, проста в обращении. Кнопка Анализ размещена сразу в главном меню. Однако она не имеет выхода на проектирование печатных плат и не предназначена для анализа радиотехнических устройств. Ее файлы принимаются последующими версиями Multisim.

5. Приемы анализа электрических цепей

5.1. Анализ режимов по постоянному току (DC Operating Point)

При проведении данной процедуры автоматически все источники переменного напряжения обнуляются, ветви с конденсаторами размыкаются, а катушки индуктивности закорачиваются. Результатом процедуры является таблица напряжений во всех узлах цепи и токов в ветвях цепи, причем подключение вольтметров и амперметров в цепь не требуется. Данные этого анализа используются для последующих анализов, например, частотных, как опорные для линеаризированной модели малого сигнала любых нелинейных компонентов типа диодов и транзисторов. Имеющиеся в схеме цифровые компоненты принимаются обладающими очень большим сопротивлением относительно земли.

На рис. 22 дан пример схемы электрической цепи. Диалоговое окно вызывается щелчком на строке DC Operating Point вкладки Analysis. (показано на рис. 23). В левом окне следует выбрать измеряемые величины: все переменные, только токи и т.п. В появившемся списке выбрать номера узлов, в которых измеряются напряжения, и ветви, в которых измеряются токи. Щелчком по кнопке Add они добавляются в правое окно. Анализ запускается щелчком Simulate.

На рис. 24 показаны результаты моделирования, а именно, потенциалы относительно нулевого узла (земли) в узлах 4 и 5 в вольтах и величина тока в ветви с источником V1 в амперах (сравните с показаниями амперметра).

5.2. Анализ частотных характеристик (АС Frequency)

При частотном анализе сначала запускается анализ на постоянном токе, который рассчитывает исходные значения для получения линейной малосигнальной модели для всех нелинейных компонент. Чтобы создать матрицу, источники постоянного тока обнуляются, источники переменного тока, конденсаторы и катушки индуктивности представлены их моделями по переменному току. Нелинейные компоненты представлены линейными малосигнальными моделями. Все входные источники рассматриваются как синусоидальные, частоты источников игнорируются. Если используются генераторы сигналов прямоугольной

Рис. 22 Схема цепи постоянного тока (Файл foi4)

Рис. 24 Таблица показаний приборов

Рис. 23 Окно установки параметров анализа режима по постоянному току

или треугольной формы, они автоматически приводятся к синусоидальной форме для анализа.

Расчетный режим – малосигнальный, а цифровые компоненты полагаются имеющими большое входное сопротивление относительно земли. Пример частотного анализа дан для схемы, приведенной на рис. 25.

Чтобы исполнить анализ, нужно:

• выбрать узлы для анализа, задать амплитуду и фазу источника для анализа, для чего дважды щелкнуть на изображении источника и в появившемся диалоговом окне установить их;

• дважды щелкнуть на строке AC Analysis;

• в появившемся диалоговом окне установить или изменить параметры режима симуляции;

• щелкнуть на кнопке Simulate.

Результат частотного анализа для схемы рис. 25 отображается на двух графиках (рис. 26): коэффициент передачи и фаза в функции частоты. Если в схеме был установлен измеритель амплитудно-частотных (АЧХ) и фазо-частотных (ФЧХ) характеристик цепи (Bode Plotter), и включена кнопка запуска модуляции в правом верхнем углу экрана, производится подобный же анализ, результаты которого выводятся под надписью Bode.

Верхний график – напряжение на резисторе, снятое в узле 16, показывающее форму тока в последовательном контуре в зависимости от частоты источника синусоидального сигнала. Верхняя таблица дает значение этого напряжения у1 = 488.73 мВ при частоте х1 = 71.15 Гц , соответствующее положению левого курсора. Нижняя таблица дает значения фазы у1 = 60.65 град. при этой же частоте. На рис. 27 даны показания измерителя частотных характеристик. Верхний график – коэффициент передачи в децибелах, нижний – сдвиг фазы. На рис. 28 приведены осциллограммы на входе и выходе контура.

Диалоговое окно в режиме AC Analysis дано на рис. 29. Позиции окна: частотные параметры, выход, опции и суммарная таблица. В первой устанавливают: начальную и конечную частоты диапазона, разбивка диапазона частот (декада, линейная, октава), число точек (для линейной шкалы – общее число точек), выбор вертикальной шкалы (линейная, логарифмическая, десятичная). Во второй – номер выходного узла.

5.3. Анализ переходных процессов (Тransient)

При анализе переходных процессов вычисляется реакция контура как функция времени, разделенная на интервалы. В каждый временной интервал совершается анализ по постоянному току. Решение для формы напряжения в узле находится в виде аппроксимирующей кривой, проходящей через эти точки. Для источников переменного тока вычисляются значения в этих точках, конденсаторы и катушки

Рис. 25 Схема цепи переменного тока (файл lab4ac)

Рис. 26 Результаты частотного анализа: АЧХ, ФЧХ и таблицы

Рис. 27 Показания Bode Plotter

Рис. 28 Осциллограммы на входе и выходе контура

Рис. 29 Диалоговое окно в режиме AC Analysis

индуктивности представлены моделями накопителей энергии. В каждый интервал времени передающаяся энергия определяется численным интегрированием. Если имеются источники постоянного напряжения, и они определены в диалоговом окне DC, то программа вычисляет начальные условия для цепи, используемые в дальнейшем для анализа переходных процессов, иначе они считаются нулевыми.

Чтобы исполнить анализ:

• выбрать узел, в котором совершается анализ;

- дважды щелкнуть на строке Тransient ;

- в появившемся диалоговом окне установить или изменить

параметры режима симуляции;

• щелкнуть на кнопке Simulate.

Результаты анализа переходных процессов отображаются на графике в виде зависимости напряжения от времени. Если был подключен осциллограф и включена кнопка запуска модуляции в правом верхнем углу экрана, производится подобный же анализ. Пример схемы дан на

рис. 30.

Рис. 30 Схема заряда и разряда конденсатора. Файл lab5tr

На рис. 31 изображены осциллограммы напряжения на выходе генератора прямоугольных импульсов (жирная линия), подключенного к RC-цепочке, и напряжение на конденсаторе (заряд и разряд). На рис. 32 те же графики получены в режиме Transient. На рис. 33 показано соответствующее диалоговое окно.

Рис. 31 Осциллограммы напряжения Рис. 32 Форма входного и выход-

на входе и выходе RC- цепи ного напряжения в режиме

Transient

Рис. 33 Диалоговое окно при анализе переходных процессов

Позиции диалогового окна:

1. Параметры анализа

- начальное время переходного процесса (старт);

- конечное время;

- максимальный шаг по времени (установить);

- минимальное число точек в интервале моделирования и на графике;

- максимальный шаг по времени, при котором возможно моделирование;

- автоматическая установка шага.

2. Выходной узел для анализа – выбрать.

3. Установка опций (если не по умолчанию).

5.4. Фурье – анализ, спектральный анализ (Fourier)

Фурье-анализ, он же спектральный, гармонический анализ

оценивает постоянную составляющую сигнала, основную частоту и гармонические составляющие, используя дискретное преобразование Фурье. Иначе говоря, напряжение сложной формы представляется суммой синусоидальных сигналов и постоянной составляющей. При анализе нужно указать номер узла, а также основную частоту, которая определяется частотой источника переменного тока в данной схеме рис. 30).

Чтобы исполнить анализ, нужно:

- выбрать выходной узел;

• дважды щелкнуть на строке Fourier;

• в появившемся диалоговом окне установить режимы симуляции;

• щелкнуть на кнопке Simulate.

На рис. 34 результат частотного анализа изображен в виде графика амплитуд напряжений первой, основной гармоники входного источника прямоугольных импульсов с частотой 1000 Гц, снятое в узле 1, и трех дополнительных. На графике представлены первые четыре гармоники, с частотами 1, 3, 5 и 7 кГц. На рис. 35 эти же гармоники сняты в узле 4. Из сравнения рисунков видно, что чем выше частота гармоники, тем меньше её амплитуда, причем амплитуды выходных гармоник меньше входных из-за интегрирующего действия RC-цепочки.

Рис. 34 Амплитуды гармоник Рис. 35. Амплитуды гармоник

в узле 1 в узле 4

Диалоговое окно при задании параметров спектрального анализа для нашего случая дано на рис. 36. Необходимые пояснения к позициям этого окна по умолчанию даны ниже.

Рис. 36. Диалоговое окно режима Fourier