Работа с microcap

Студент должен освоить пакет прикладных программ (ППП) анализа электрических схем MicroCAP:

1) режим временного анализа (транзитный, переходной);

2) режим частотного анализа;

3) режим спектрального анализа;

4) подготовить пояснительную записку (ПЗ) отчёта о работе с ППП MicroCAP с помощью текстового процессора Word, строго придерживаясь установленных кафедрой АСОИУ ОмГТУ нормативных требований к текстовым техническим документам.

Пакет прикладных программ MicroCAP предназначен для анализа электрических схем и моделирования процессов в нём. Для выполнения заданий можно использовать любые версии этого пакета от 5.0 до 9.0, корректно работающие на Вашей ПЭВМ.

Упрощённо можно сказать, что данный пакет состоит из модулей:

- графического редактора, где сначала создаётся электрическая принципиальная схема;

- базы библиотек электронных компонентов, которые можно использовать в схеме или редактировать параметры компонента для своей задачи;

- модуля анализа схем, выполняющего различные виды анализа и моделирования процессов (переходного (транзитного, временного), частотного, по постоянному току, спектрального, и др.);

- модуля встроенных программных измерительных средств.

Работу с пакетом выполняйте пошагово.

- шаг 1 - создание электрической принципиальной схемы, индикация электрических узлов в схеме.

- шаг 2 - вход в режим анализа, редактирование меню анализа (активизировать параметры "Расчёт по постоянному току" и "Автомасштаб"), прописать переменные по осям координат (по "Х" и по "Y"), запустить анализ.

- шаг 3 - исследовать результаты анализа, выполнить необходимые измерения с помощью инструментов на панели управления. Затем закрыть режим анализа.

Помните, что единицы физических величин назначаются по умолчанию в системе Си. Для уточнения достаточно к вводимому числу дописать приставку: k - кило-, meg - мега-, m - мили-, u - микро-, n - нано-, p - пико-.

Режим временного анализа

Для изучения режима временного (транзитного, переходного) анализа выполните:

А) создайте на экране в поле графического редактора схему, состоящую из источника синусоидальных колебаний (Sine Source), подключённого к сопротивлению нагрузки (Resistor) величиной 100 Ом. Параметры источника: частота 50 Гц, амплитуда сигнала 308 В, внутреннее сопротивление 10 Ом, сигнал - косинусоидальный, а остальные параметры по умолчанию.

Не забудьте подключить к общему проводу (заземлить, (Ground) нижний проводник. Включите нумерацию узлов (Node Number), и на схеме появится один узел № 1.

Б) войдите в режим временного анализа (Переходные процессы, Transient) и в меню анализа установите основные параметры: диапазон времени не менее 40 мс, максимальный шаг по времени 0,2 мс, номер поля 1, переменная по Х - время t, переменная по Y - напряжение в первом узле схемы (V(1));

В) после запуска анализа убедитесь, что на экране именно косинусоида, и измерьте её параметры: период, включив пиктограмму измерения по горизонтали (Horizontal Measure Mode); размах между максимальным и минимальным значениями, включив пиктограмму измерения по вертикали (Vertical Measure Mode); включив встроенный в MicroCAP калькулятор и определите амплитуду, деля полученный ранее размах на два.

Режим частотного анализа

Для изучения режима анализа частотных характеристик электрической цепи выполните:

А) создайте на экране в поле графического редактора схему, состоящую из источника синусоидальных колебаний (Sine Source), подключённого через параллельно соединённые индуктивность (Inductor) 169 мкГн и ёмкость (Capacitor) 600 пФ к сопротивлению нагрузки (Resistor) величиной 100 Ом. Параметры источника: частота 500 кГц, амплитуда сигнала 1 В, внутреннее сопротивление 1 кОм, а остальные параметры по умолчанию.

Не забудьте подключить к общему проводу (заземлить, (Ground) нижний проводник. Включите нумерацию узлов (Node Number), и на схеме появятся два узла (№ 1 и 2);

Б) войдите в режим частотного анализа (Частотные характеристики, АС) и в меню анализа установите основные параметры: диапазон частот 10 МГц - 100 кГц, номер поля 1, переменная по Х - частота f, переменная по Y - ослабление в выходном узле схемы (db(V(2));

В) после запуска анализа убедитесь, что на экране прямая линия с глубоким провалом в окрестности частоты 500 кГц. Измерьте координаты точки максимального ослабления, включив пиктограмму измерения координат (Tag Mode).

Также измерьте полосу частот, в которой наблюдается максимальное подавление, включив пиктограмму "Курсоры" (Cursor Mode). Для этого установите левой клавишей мыши и затем правой соответствующие им курсоры на уровень, меньший на 3 дБ уровня прямой линии графика на экране.

Режим спектрального анализа

Для изучения режима анализа спектральных характеристик электрического сигнала выполните:

А) создайте на экране в поле графического редактора схему, состоящую из источника импульсного сигнала (Pulse Source), подключённого к сопротивлению нагрузки (Resistor) величиной 100 Ом. Параметры источника: частота 1 кГц, напряжение низкого уровня 0,3 В, напряжение высокого уровня 2,4 В, длительности переднего и заднего фронтов 100 нс, скважность 2 (т. е. длительность импульса и длительность паузы равны между собой и составляют 500 мкс).

Для введения указанных параметров отредактируйте модель источника, указав его имя. Для этого введите напряжение низкого уровня VZERO = 0,3 B; напряжение высокого уровня VONE = 2,4 B; момент начала фронта P1 = 0; момент окончания фронта P2 = 100 нс; момент начала среза Р3 = 499,9 мкс; момент окончания среза Р4 = 500 мкс; период сигнала Р5 = 1 мс.

Запустите временной анализ и убедитесь, что полученный на экране сигнал соответствует введённым параметрам;

Б) для нахождения простейших составляющих (гармоник), из которых состоит сложный импульсный сигнал, запустите спектральный анализ импульсного сигнала, который представит разложение последовательности импульсов в ряд Фурье.

Для этого в режиме временного анализа в свободной строке меню анализа на поле № 2 в качестве "Переменной по Х" возьмите частоту f, в качестве "Переменной по Y" укажите спектр по Фурье в исследуемом узле: FFT(V(1)). Не забудьте включить автомасштаб и расчёт по постоянному току;

В) в полученном спектре импульсного сигнала оцените значения постоянной составляющей сигнала (f = 0), составляющей с частотой f = 1 кГц (первая гармоника), а также составляющие с частотами 2, 3 и 5 кГц.

9