Практикум на Electronics Workbench

Часть II. Практикум на Electronics

Workbench

Введение

В практикум включены задания по трем разделам курса: "Основы

теории электрических цепей и сигналов", "Полупроводниковые при-

боры, усилители и аналоговые преобразователи" и "Импульсные и

цифровые устройства".

Все задания в практикуме являются многовариантными, что по-

зволяет каждому студенту самостоятельно выполнять индивидуальное

задание и познакомиться с различными цепями, электронными уст-

ройствами и сигналами, используемыми в радиоэлектронике. Во всех

заданиях N — номер варианта, задаваемый преподавателем или рав-

ный номеру студента в журнале (зачетной книжке). Кроме того зада-

ния рассчитаны на выполнение двумя группами в потоке (группа 1 и

группа 2). Предполагается, что в группах не более 24 студентов.

В практикуме приведено больше работ, чем требуется по програм-

ме обучения. Некоторые задания имеют близкие темы (например, ме-

тоды ряда и интеграла Фурье, преобразования Лапласа). Это дает воз-

можность преподавателю и обучающемуся учитывать особенности

учебного процесса, разную степень подготовленности студентов, ор-

ганизационные и технические возможности обучения и т. п.

В каждом задании предусмотрено решение небольшой аналитиче-

ской задачи, результаты решения которой сравниваются с машинны-

ми расчетами. Задания содержат основную и дополнительную части.

Дополнительные пункты задания помечены звездочками. Основная

часть задания обязательна для выполнения. Дополнительные пункты

задания используются для углубленной проработки учебного мате-

риала (и, например, для оценки работы студента по пятибалльной сис-

теме).

Задания, содержащиеся в практикуме, выполняются с использова-

нием программы моделирования Electronics Workbench. Однако для

выполнения заданий можно использовать аналогичные по возможно-

стям программы Micro-Cap, CircuitMaker, Tanner T-Spice, PSpice, Or-

Cad и другие.

Краткие сведения о программе Electronics Workbench

Краткие сведения о программе Electronics

Workbench

Структура программы моделирования

Структурная схема программы машинного моделирования пред-

ставлена на рис. 1. Кратко опишем основные части программы.

База данных элементов цепи в современной программе моделиро-

вания содержит сведения о большом числе элементов — резисторов,

Составление

уравнений цепи

Рис. 1

конденсаторов, катушек, диодов транзисторов, микросхем и т. д. Каж-

дый элемент в базе данных представляется эквивалентной схемой и

описанием параметров элемента. Чем сложнее элемент, тем больше в

эквивалентной схеме идеальных резисторов, конденсаторов, катушек,

источников напряжения и тока.

Ввод схемы устройства осуществляется с использованием базы

данных, — из нее вызываются нужные элементы. При этом на экране

дисплея рисуется условное обозначение элемента, даются название

(тип) и основные параметры. Элементы соединяются проводами. В

программе моделирования создается внутреннее описание схемы, со-

стоящее из перечня используемых элементов, указания номеров узлов,

к которым подключен элемент, и записей дополнительной информа-

Практикум на Electronics Workbench

ции о типе элемента, его параметрах и т. п. Нумерация узлов схемы

производится автоматически по мере добавления новых элементов.

Корпусу схемы, как правило, присваивается номер 0.

Составление уравнений цепи базируется на использовании уравне-

ний элементов (включая законы Ома) и уравнений соединений (зако-

нов Кирхгофа). При этом используются внутреннее описание схемы и

эквивалентные схемы элементов. Для уменьшения числа уравнений в

программах машинного моделирования используются методы узло-

вых напряжений и контурных токов. (Последний метод используется

реже и, в основном, для анализа подсхем со связанными катушками

индуктивности.) Алгоритмы составления уравнений цепи относитель-

но просты. Например, процесс составления узловых уравнений цепи

состоит из последовательного перебора всех узлов схемы (исключая

узел, соединенный с корпусом) и учета проводимостей всех элемен-

тов, подключенных к этим узлам. Последовательный перебор конту-

ров схемы позволяет получить контурные уравнения. Параметры

элементов, необходимые для записи уравнений, запрашиваются из ба-

зы данных.

Решение уравнений цепи проводится с использованием хорошо от-

работанных численных методов. Для уменьшения вычислительных

затрат уравнения решаются отдельно для разных видов сигналов.

Наиболее часто используются расчет цепей на постоянном токе (ре-

жим DC), при малых гармонических воздействиях (режим АС), а так-

же в переходном режиме (режим Transient). В последнем случае токи

и напряжения могут изменяться сложным образом. Их амплитуды мо-

гут достигать больших величин, при которых возникает нелинейный

режим работы устройства. При решении нелинейных уравнений из

базы данных дополнительно запрашиваются нелинейные характери-

стики элементов.

Вывод результатов в современных программах машинного моде-

лирования осуществляется в графическом (графики, диаграммы, ри-

сунки и т. п.) и текстовом виде. Полученные данные можно вывести

на экран монитора, на принтер или записать в файл.

В настоящее время в мире насчитывается большое число разнооб-

разных программ машинного моделирования. Наиболее часто в учеб-

ных заведениях используется программа Electronics Workbench (фир-

ма Interactive Image Technologies). Согласно данным фирмы в

настоящее время насчитывает более 100 тысяч зарегистрированных

Краткие сведения о программе Electronics Workbench

пользователей программы. Для изучения основ радиоэлектроники

достаточно использовать демонстрационную версию программы, ко-

торую можно найти в сети Internet.

Интерфейс программы Electronics Workbench

Программа Electronics Workbench v.5 (EWB) имитирует реальное

рабочее место исследователя - - радиоэлектронную лабораторию,

оборудованную измерительными приборами, работающими в реаль-

ном масштабе времени. С помощью программы можно создавать, мо-

делировать и исследовать как простые, так и сложные аналоговые и

цифровые радиоэлектронные устройства. Для работы программы тре-

буется операционная система Windows 95/98/Me/NT/2000/XP.

Рис. 1. Окно программы EWB

Главное окно программы показано на рис. 1. Как видим, программа

имеет стандартный оконный интерфейс пользователя.

Практикум на Electronics Workbench

Окно меню команд находится в верхней части главного окна про-

граммы. Работа с программой, как правило, начинается с выбора

пункта меню File и с загрузки из папки примеров (...\Samples) одного

из файлов, с описанием схемы типового радиоэлектронного устройст-

ва. Например, на рис. 1 показана схема автогенератора (файл 2М-

OSCIL.EWB).

Окно схемы занимает центральную основную область окна про-

граммы. В этом окне, используя радиоэлементы и соединительные

провода, создают и редактируют электрические цепи. В этом окне на

рис. 1 изображена схема автогенератора на транзисторе с подключен-

ным осциллографом (правую верхнюю часть схемы закрывает развер-

нутое окно осциллографа).

Окно значков (иконок) располагается выше окна схемы. Оно вклю-

чает две линейки. Верхняя линейка значков дублирует команды меню.

Вторая линейка иконок, располагающаяся непосредственно над окном

схемы, используется для выбора радиоэлементов и измерительных

приборов, подключаемых к цепи. На рис. 1 показаны окно выбора

элементов — диодов (Diodes) и окно выбора измерительных приборов

(Instruments).

Значок активизации и остановки расчета схемы (Activate/Stop), a

также значок паузы (Resume) располагаются в правом верхнем углу

окна программы. Иконка Activate/Stop изображена в виде выключате-

ля с цифрами 0 и 1. На рис. 1 в окне используемого измерительного

прибора — осциллографа (Oscilloscope) представлен выходной сигнал

автогенератора, полученный после активации схемы и перехода затем

в режим паузы (нажат значок Resume). Отметим, что не рекомендует-

ся длительное время держать схему в активированном состоянии. При

этом в процессе интенсивной обработки данных и решения уравне-

ний может накопиться большая ошибка в вычислениях, что в свою

очередь может вызвать аварийное завершение работы программы мо-

делирования.

Особенность программы EWB —для построения и исследования

цепи интенсивно используется мышь компьютера. Клавиатура ис-

пользуется для набора текста, ввода чисел и для быстрого вызова ко-

манд. Программа EWB является сложным продуктом, с большим чис-

лом устанавливаемых параметров и режимов работы. После обычной

инсталляции большинство параметров и опций программы EWB уста-

новлены по умолчанию так, что обеспечивается возможность иссле-

Краткие сведения о программе Electronics Workbench

дования большинства типовых электронных устройств. В дальней-

шем при анализе учебных схем будут описываться только основные

шаги, изменяющие состояние программы. Не упомянутые параметры

используются по умолчанию.

Работа с программой EWB включает три основных этапа: создание

схемы, выбор и подключение измерительных приборов и, наконец,

активация схемы — расчет процессов, протекающих в исследуемом

устройстве.

Создание схемы

При проектировании схемы большинство действий выполняется с

использованием левой кнопку мыши. Правая кнопка используется для

вызова контекстного меню свойств элементов или измерительных

приборов.

Для создания цепи необходимо произвести следующие действия:

- найти и выбрать необходимые радиоэлементы;

- разместить элементы на рабочем пространстве окна схемы;

- соединить элементы проводами;

- установить значение параметров элементов.

Поиск и выбор радиоэлементов производится с помощью мыши и

второй линейки значков. Для уменьшения ошибок при выборе радио-

элементов рекомендуется пользоваться контекстной помощью и крат-

ким описанием элемента. Наиболее часто встречаются ошибки при

выборе источников (источник тока используют вместо источника на-

пряжения и, наоборот), при выборе линии передачи с потерями и без

потерь (у линии с потерями на значке имеется обозначение резисто-

ра), при выборе типа транзисторов и т. п. В состав с х е м ы обя-

з а т е л ь н о в к л ю ч а е т с я к о р п у с (заземление). Без этого элемента

правильный расчет схемы не гарантируется.

Программа EWB содержит большую элементную базу данных. В

ней содержатся наиболее часто используемые радиоэлементы: рези-

сторы, конденсаторы, катушки, источники тока и напряжения и т. д.

Пассивные элементы используются без учета паразитных параметров.

Только для резисторов вводится температурная зависимость. Другими

словами, пассивные элементы в программе EWB являются идеальны-

ми элементами. Интересной особенностью программы является воз-

можность использования переменных резисторов, конденсаторов и

катушек. Параметры этих элементов можно изменять, нажимая кла-

Практикум на Electronics Workbench

вишу, соответствующую метке элемента. Изменение параметров до-

пускается во время работы схемы. Правда, при этом точность вычис-

лений не гарантируется и результаты нужно перепроверять, повторяя

анализ цепи с фиксированным значением параметра элемента.

Размещение элементов в окне схемы осуществляется мышью. Вы-

бранный элемент "захватывается" и "устанавливается" в нужное место

окна схем при нажатой левой клавише мыши. Для вращения элемента

используются иконки на первой линейке значков или соответствую-

щие пункты контекстного меню или меню Circuit. В с е э л е м е н т ы в

о к н е с х е м д о л ж н ы быть р а з м е щ е н ы без п е р е с е ч е н и й и

н а л о ж е н и й . Перемещение элемента на новое место производится

новым "захватыванием" и передвижением при нажатии левой клави-

ши мышки.

Соединение выводов всех элементов друг с другом осуществляется

только проводами. Не д о п у с к а е т с я н а л о ж е н и е в ы в о д о в

э л е м е н т о в д р у г на друга - - п р и этом с о е д и н е н и е не

у с т а н а в л и в а е т с я . Для создания проводника выделяют узел пер-

вого элемента, начинают движение мышкой в выбранном направле-

нии и появившийся провод при нажатой левой клавише мышки поме-

щают на узел второго элемента. Только после этого спокойно без

рывков отпускают левую клавишу мышки. Отметим, что подключить

проводник можно только с четырех сторон узла: сверху, снизу, справа

и слева. Соединительные проводники можно, захватывая мышкой, пе-

реместить на новое место. Выделяя провод и нажимая правую кнопку

мышки можно установить новый цвет соединительного проводника.

Таким же цветом будет нарисована кривая на экране измерительного

прибора, при подключении прибора к схеме "окрашенным" проводом.

Нельзя оставлять в окне схемы элементы, не подключенные к другим

элементам, — неиспользуемые элементы должны быть удалены.

Установка параметров элемента осуществляется наведением кур-

сора на элемент, нажатием правой кнопки мышки и выбором соответ-

ствующего пункта контекстного меню. Для изменения параметров

можно также два раза нажать левую кнопку мышки или использовать

подменю Component Properties, меню Circuit. В появившейся диалого-

вой панели устанавливаются параметры элемента. Для резисторов,

конденсаторов и катушек индуктивности используется закладка Value.

Установка параметров сложных и активных элементов — диодов,

транзисторов, длинных линий и т. д., производится выбором закладки

Краткие сведения о программе Electronics Workbench

Models и выбором пунктов меню Default и Ideal или выбором типа

элемента из имеющейся библиотеки. Иногда возникает необходи-

мость изменения библиотечных параметров элемента. Для этого ис-

пользуется кнопка Edit. Так, например, редактируются и устанавли-

ваются новые погонные параметры длинной линии. Наиболее часто

при установке параметров элементов встречается ошибка в размерно-

сти параметра: кило вместо мега, пико вместо нано и т. д.

Уничтожение элементов и проводов производится после наведе-

ния на них курсора, нажатия правой кнопки мышки и выбора пункта

меню Delete. Выделить группу элементов можно, используя мышь и

операцию "вытягивания прямоугольника". Эта операция производится

с нажатой левой клавишей мышки. После выделения группу элемен-

тов можно уничтожить, переместить на новое место или скопировать

в буфер.

Увеличение или уменьшение изображения схемы осуществляется

после выбора Zoom In или Zoom Out из меню Circuit или после ис-

пользования соответствующих значков на первой линейке иконок

программы.

Для установки дополнительных параметров отображения схемы

используется меню Circuit, пункт Schematic Option (рис. 1). Наиболее

.

111

•

,

,

:

I I 1

Ц |

.

: '"" ••'-.

Рис. I

часто используется этот пункт меню для отображения номеров узлов

схемы: выбирается закладка Show/Hide и отмечается пункт меню

Show nodes (рис. 1). С помощью этой диалоговой панели можно уста-

новить точечную сетку на изображении схемы, изменить шрифты, ис-

Практикум на Electronics Workbench

пользуемые в программе, показать на схеме метки радиоэлементов и

т.д.

В программе Electronics Workbench можно участки большой схемы

преобразовать в подсхему. Подсхема обозначается как небольшой

прямоугольник с выводами. Для создания подсхемы необходимо вы-

делить участок схемы, причем линии выделения должны п е р е с е -

к а т ь те проводники, которые в дальнейшем станут выводами под-

схемы. Затем нужно выбрать пункт Create Subcircuit меню Circuit и

следовать появляющимся указаниям. В окне элементов Favorites появ-

ляется изображение созданной подсхемы. Использование подсхем

позволяет получить компактную схему сложного устройства.

Контрольно-измерительные приборы

Значок контрольно-измерительных приборов — крайний справа на

второй сверху линейке иконок. В схему можно включить семь прибо-

ров. Из них в аналоговой схемотехнике используются 4 прибора:

мультиметр, осциллограф, функциональный генератор и измеритель

АЧХ и ФЧХ. При анализе цифровых устройств в схему можно допол-

нительно включить еще 3 прибора: генератор логических сигналов,

анализатор логических сигналов и логический преобразователь. Поря-

док включения измерительных приборов в схему аналогичен порядку

включения радиоэлементов. Узлы, к которым подключаются соедини-

тельные проводники схемы, выделены на значке прибора небольшими

кружочками. Нажимая два раза левую кнопку мыши на изображении

прибора, получим увеличенное окно измерительного прибора. В уве-

личенном окне настраиваются параметры прибора.

Рис. 1

Мультиметр (Multimeter) предназначен для измерения средне-

квадратичных (действующих или эффективных) значений напряжения

или тока, а также для измерения сопротивлений (рис. 1). Выбор режи-

Краткие сведения о программе Electronics Workbench

ма измерения осуществляется нажатием соответствующей кнопки.

Кнопка dB позволяет проводить измерения напряжения в децибелах.

При этом отображается коэффициент а, рассчитываемый по формуле:

ex = 201g(|A1), где X— измеряемая величина. Обратите внимание на

необходимость правильной предварительной установки типа изме-

ряемого мультиметром сигнала: переменного или постоянного.

Рис.2

Кроме мультиметра для измерений постоянных и гармонических

токов и напряжений можно использовать вольтметр и амперметр

(рис. 2). Эти приборы вызываются после нажатия на значок индикато-

ров (Indicators) в линейке иконок.

Осциллограф (Oscilloscope) позволяет наблюдать форму двух сиг-

налов (рис. 3), поступающих на два входа осциллографа: каналы А и

В. Обычно канал А подключается к входу исследуемого устройства, а

ги

Рис. 3

канал В — к выходу. Выбор АС в окне осциллографа позволяет на-

блюдать только переменные сигналы (режим закрытого входа). По

умолчанию используется режим DC (открытый вход). В этом случае

на экране осциллографа дополнительно отображается постоянная со-

ставляющая сигнала. В режиме 0 (рис. 3) входной зажим закорачива-

ется на корпус и на экране осциллографа отображается нулевое на-

пряжение. Установка в окне Y position ненулевого напряжения

(рис. 3) позволяет на соответствующую величину смещать вверх или

Практикум на Electronics Workbench

вниз изображение кривой на экране осциллографа (после измерений

смещение рекомендуется сделать равным нулю).

Первый из двух основных показателей осциллографа — цена деле-

ния по вертикали — устанавливается в главных окошках каналов А и

В в диапазоне от 10 мкВ/дел до 5 кВ/дел.

Второй основной параметр осциллографа — цена деления по гори-

зонтали (время развертки) устанавливается в окне Time Base. Этот

параметр первоначально устанавливается примерно равным периоду

исследуемого процесса. Остальные параметры осциллографа реко-

мендуется использовать по умолчанию.

Нажимая кнопку Expand, получим увеличенный размер окна ос-

циллографа. В увеличенном окне можно использовать полосу гори-

зонтального прокручивания для наблюдения начала исследуемого

процесса, а также устанавливать две визирные линии, перемещаемые

с помощью курсора, для измерения напряжения в двух точках оси

времени.

Соединение осциллографа с корпусом осуществляется с помощью

клеммы Ground. Однако для большинства измерений такое соедине-

ние устанавливать не обязательно.

Рис, 4

Функциональный генератор (Function Generator) предназначен для

генерации синусоидального, треугольного или прямоугольного сигна-

лов (рис. 4). С помощью показанной на рисунке диалоговой панели

устанавливаются основные параметры генератора: частота и амплиту-

да сигнала. Кроме того, к выходному сигналу можно добавить посто-

янное напряжение (напряжение смещения), используя окно Offset, a

также при генерации импульсов установить нужную величину Duty

cycle, равную отношению длительности импульса к длительности пе-

риода сигнала в процентах.

Краткие сведения о программе Electronics Workbench

Измеритель АЧХ и ФЧХ(рис. 5) предназначен для получения ам-

плитудно-частотных (Magnitude) и фазочастотных (Phase) характери-

стик четырехполюсников. Входные зажимы четырехполюсника под-

ключаются к клеммам in измерителя, а выходные — к клеммам out.

Для правильного получения ФЧХ правые (от пользователя) контакты

клемм подключаются к корпусу. К входным зажимам цепи требуется

дополнительно подключить источник гармонического напряжения.

Рис. 5

Затем выбираются линейный или логарифмический масштабы и

указывается исследуемый диапазон частот. По вертикальной оси ука-

зываются параметры выходных величин: модуля или аргумента ком-

плексного коэффициента передачи. В приборе предусмотрена одна

визирная линия для точного отсчета значений частоты и частотной

характеристики цепи.

ш

805В

004F

ааб&

B06D

BB7D

0007

087F

896F

0077

007С

0039

005Е

0379

0071

0000

аэав

ооооооооооооо

,

Рис. 6

Генератор логических сигналов (Word Generator) (рис. 6) предна-

значен для создания на выходных зажимах последовательности 16-

Практикум на Electronics Workbench

разрядных двоичных слов с заданной частотой следования

(Frequency). Шестнадцатеричные значения слов устанавливаются с

помощью клавиатуры в левом большом окне. В двух других, распо-

ложенных снизу меньших по размеру окнах можно установить значе-

ние слова в двоичном или ASCII-кодах. На рис. 6 на выходных клем-

махустановленодвоичноечисло,соответствующее

шестнадцатеричному числу 003F.

Для установки начальных (Initial) и конечных (Final) номеров слов

генерируемой последовательности, а также для быстрого поиска

нужного слова используется блок Address, где также можно устано-

вить адреса редактируемых (Edit) или установленных на выходных

зажимах (Current) слов.

Как правило, используется внутренняя (Internal) синхронизация

(Trigger) генератора по переднему фронту и циклическая выдача ло-

гических сигналов (Cycle). Для синхронизации на анализируемую

схему можно подать логический сигнал готовности данных (Data

ready) с заданной частотой Frequency.

Рис. 7

Анализатор логических сигналов (Logic Analyzer) (рис. 7) предна-

значен для индикации двоичных кодов. Для правильного воспроизве-

дения логических сигналов необходимо, нажимая кнопку Set, устано-

Краткие сведения о программе Electronics Workbench

вить внутреннюю частоту прибора выше частоты генератора логиче-

ских слов, а число импульсов на деление (Clock per division), равное

для удобства наблюдения 1-3. В приборе имеются две визирные ли-

нии, перемещаемые с помощью курсора.

Логический преобразователь (Logic Converter) (рис. 8) предназна-

чен для получения таблицы состояний комбинационной схемы, для

ft'В+ЙВ'+ЙВ

Рис. 8

преобразования таблицы истинности в логическую функцию и наобо-

рот, а также для преобразования логической функции в схему устрой-

ства на логических элементах. На рис. 8 в окнах логического преобра-

зователя показаны таблица истинности и логическая функция

некоторого простого комбинационного устройства, имеющего два

входа А и В. Эту логическую функцию можно с помощью логическо-

го преобразователя упростить, нажимая кнопку с надписью SIMP.

1

1 •- g. "1

TJ-rл. l

jT & A—J

1 | 1 f--

Т

Tl

a)

г

1

& с

6)

Рис. 9

На рис. 9, а, б показаны сгенерированные схемы комбинационного

устройства без проведения и после проведения оптимизации логиче-

ской функции соответственно.

Практикум на Electronics Workbench

Анализ схем

Концепция электронной лаборатории с виртуальными измеритель-

ными приборами, заложенная в программу EWB, существенно облег-

чает проведение самого сложного этапа — расчета процессов, проте-

кающих в радиоэлектронном устройстве. После составления схемы и

подключения к схеме измерительных приборов для начала анализа

цепи достаточно нажать кнопку Activate/Stop. Рассчитанные значения

токов, напряжений или сопротивлений показываются на экранах из-

мерительных приборов. Аналогичный порядок работы имеет место в

реальной лаборатории с реальными измерительными приборами.

На втором этапе моделирования можно изменить параметры эле-

ментов, удалить или добавить радиоэлементы, подключить приборы к

другим контрольным точкам схемы и т. п. После таких изменений,

как правило, требуется снова активизировать цепь, нажимая кнопку

Activate/Stop. Отметим, что при использовании переменных резисто-

ров, конденсаторов или катушек изменение процессов в цепи можно

наблюдать, как правило, не прекращая моделирование. Однако при

этом увеличивается погрешность получаемых результатов. Поэтому

для получения надежных результатов расчет рекомендуется повторить

при фиксированных параметрах, заново нажимая кнопку Acti-

vate/Stop.

В зависимости от типа подключенного прибора программа EWB

автоматически настраивается на выполнение следующих основных

видов анализа:

- DC Operating Point — расчет режима по постоянному току, при

включении мультиметра, амперметров и вольтметров для изме-

рения постоянных токов и напряжений;

- AC Frequency — расчет частотных характеристик, при включе-

нии измерителя АЧХ и ФЧХ, а также мультиметра, ампермет-

ров и вольтметров для измерения гармонических токов и на-

пряжений;

- Transient — расчет переходных процессов, при использовании

осциллографа.

В программе EWB предусмотрен другой (обычный для большин-

ства других программ моделирования) порядок анализа схемы — вы-

бор режимов анализа с помощью меню Analysis. Указанные выше ре-

жимы анализа электрической цепи можно получить, выбирая

Краткие сведения о программе Electronics Workbench

соответствующие команды меню Analysis. Настройка основных пара-

метров в диалоговых окнах указанных видов анализа аналогична на-

стройке параметров измерительных приборов.

Отметим, что в программе EWB по умолчанию установлен слиш-

ком большой шаг численного интегрирования. Для повышения точно-

сти и корректности результатов анализа переходных процессов осо-

бенно в узкополосных цепях, в цепях с нелинейными элементами и в

других сложных цепях рекомендуется выбрать пункт меню Analy-

sis\Analysis Option\Transient и установить следующие значения пара-

метров программы EWB: ITL4 = 100... 1000 и TRTOL = 1 ... 0,1.

Кроме указанных трех основных видов анализа, с помощью меню

Analysis можно дополнительно провести следующие, реже используе-

мые виды анализа: спектральный анализ (Fourier), анализ спектра

внутренних шумов (Noise), расчет нелинейных искажений (Distortion),

анализ влияния вариаций параметра какого либо элемента схемы (Pa-

rameter sweep), анализ влияния изменения температуры на характери-

стики устройства (Temperature sweep), расчет нулей и полюсов пере-

даточной характеристики моделируемой цепи (Pole-Zero), расчет

передаточной функции (Transfer Function), расчет чувствительности и

разброса характеристик схемы при изменении параметров компонен-

тов (Sensitivity, Worst Case и Monte Carlo).

Рис. 1

Для анализа спектров сигналов выбирается пункт меню Analy-

sisVFourier. Диалоговое окно установки опций Фурье-анализа показано

на рис. 1. В первом сверху окошке (блок параметров Analysis) уста-

навливается номер узла схемы, для которого проводится анализ. Во

Практикум на Electronics Workbench

втором — устанавливается частота основной гармоники. В третьем —

число рассчитываемых гармоник. В блоке Result выбирается вид мас-

штаба по вертикальной оси, для отображения фазового спектра отме-

чается пункт Display phase, для показа амплитудного спектра с помо-

щью непрерывной линии делается пометка пункта Output as line graph.

Отметим, что расчет гармоник в спектре анализируемого сигнала

производится без использования БПФ — применяется численное ин-

тегрирование по формуле (5.2.4) ряда Фурье. Поэтому при моделиро-

вании можно задавать расчет большого числа гармоник (параметр

Number of harmonics можно установить много больше 10). Однако

высшие гармоники в спектре сигнала будут рассчитаны с увеличенной

погрешностью.

Рис. 2

Анализ вольтамперных характеристик полупроводниковых прибо-

ров удобно проводить с использованием вариации параметров (пункт

меню AnalysisVParameter Sweep). Например, варьируя напряжение на

элементе и измеряя ток через него, получим вольт-амперную характе-

ристику нелинейного элемента.

Диалоговое окно, содержащее параметры такого режима анализа

приведено на рис. 2. В верхнем блоке параметров окна указываются

внутреннее имя элемента (идентификатор) и изменяемый параметр

Краткие сведения о программе Electronics Workbench

элемента. На рис. 2 показано, что изменяется напряжение (Voltage)

источника постоянного напряжения с именем VI. Для визуализации в

окне схем внутреннего имени элемента требуется предварительно от-

метить в окне параметров схемы пункт Show reference ГО.

Блок Analysis диалогового окна предназначен для установки на-

чального и конечного значения напряжения источника VI, для выбора

линейного или другого типа изменения параметра, для установки ша-

га изменения напряжения и для выбора номера узла, напряжение в ко-

тором будет рассчитываться при вариации параметров. В блоке Sweep

for устанавливается вид анализа. В данном случае выбран анализ схе-

мы на постоянном токе.

Все радиоэлементы изготавливаются на предприятиях с некоторым

разбросом параметров. В бытовой аппаратуре разброс параметров

элементов достигает 20%. В аппаратуре специального назначения, в

ответственных узлах радиоэлектронных устройств разброс парамет-

ров, как правило, не должен превышать 10%. Отдельные радиокомпо-

ненты изготавливаются с разбросом параметров, равным 5%, 2%, 1%

и менее. Например, в источниках питания ЭВМ для получения высо-

костабильного напряжения могут использоваться резисторы с раз-

бросом параметров, равным 0,5%. Для расчета нестабильности харак-

теристик устройства и их чувствительности к изменениям параметров

компонентов при заданном разбросе параметров элементов использу-

ются пункты меню AnalysisX Sensitivity, Analysis\ Worst Case и Analy-

sis\ Monte Carlo. При анализе нестабильности характеристик, как пра-

вило, задается гауссово распределение случайного разброса

параметров радиоэлементов. Анализ чувствительности и разброса ха-

рактеристик схемы при изменении параметров компонентов требуется

для оценки работоспособности устройств при модернизации, ремонте

и при серийном производстве.

Пункт меню Analysis\ Noise используется для анализа шумов в ма-

лошумящих усилителях и в других малошумящих электронных уст-

ройствах. В диалоговом окне, появляющемся после выбора этого типа

анализа, указываются эквивалентный источник входного шума, но-

мер выходного узла, на котором рассчитывается шумовое напряже-

ние, частотный диапазон анализа и компонент схемы, который дает

вклад в шумы устройства.