3487 ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ СХЕМЫ ВКЛЮЧЕНИЯ ДАТЧИКОВ

Целью настоящих методических указаний является приобретение определенных навыков моделирования и исследования аналоговых устройств с помощью программы Micro-Cap V.

  1. I. Руководство пользователя ППП Micro-Cap V

Приводятся краткие сведения, необходимые для выполнения моделирования и исследования мостовых, немостовых схем включения датчиков и активных фильтров во временной и частотной областях.

1. Создание и редактирование схем

После запуска программы Micro-Cap V открывается основное окно с соответствующими кнопками (пиктограммами) управления. Некоторые из них являются стандартными кнопками интерфейса Windows. Управление программой осуществляется в основном с помощью мыши.

Для создания новой схемы в строке системного меню (File, Edit, Component, Windows, Option, Analysis, Help) выбирается режим File и команда New, после чего в раскрывшемся окне устанавливается переключатель в положение Schematic.

1.1. Пиктограммы

При выполнении лабораторных работ потребуются знания о следующих пиктограммах:

- выбор объектов (щелчком мыши) для выполнения различных операций (редактирования, перемещения, вращения);

-   соединение компонентов схемы под прямым углом;

- вывод информации о параметрах выбранного щелчком мыши      компонента;

- переход из окна текстовой информации в окно схем и обратно          (в правом нижнем углу окна);

- занесение результатов расчетов в текстовый файл (в окнах Transient Analysis Limits или AC Analysis) или просмотр его содержания  (в окне Transient Analysis);

-  вывод номеров узлов схемы;

-   высвечивание на экране координатной сетки;

-   удаление указанной курсором части или элемента схемы.

1.2. Выбор компонента, редактирование его атрибутов и создание схем

Меню Component содержит каталог библиотек аналоговых и цифровых компонентов, который имеет иерархическое меню.

Для моделирования аналоговых схем потребуются следующие компоненты (в скобках указан путь):

  • резистор (Analog Primitives - Passive Components - Resistor);
  • операционный усилитель (Analog Primitives - Active Devices - Opamp);
  • источник синусоидальных сигналов (Analog Primitives - Waveform source - Sine source);
  • конденсатор (Analog Primitives - Passive Components - Capacitor);
  • земля (Analog Primitives - Connectors - Ground);
  • потенциометр (Analog Primitives - Macros - Pot);
  • источник постоянного напряжения (Analog Primitives - Waveform sours - Battery).

Размещение выбранного компонента производится щелчком мыши в окне схем. Перемещение мыши при удерживаемой левой кнопке приводит к перемещению компонента на схеме. Одновременное нажатие правой кнопки мыши поворачивает компонент на 90 градусов против часовой стрелки. Отпускание левой кнопки мыши фиксирует компонент на схеме. После этого открывается окно для задания позиционного обозначения (Part), параметров компонента (Value)  имени его модели. Параметры компонентов в MCV обозначены следующим образом (см. таблицу):

 

Обозначение

Нотация

P

E-12

Пико

N

E-9

Нано

U

E-6

Микро

M

E-3

Милли

K

E3

Кило

MEG

E6

Мега

Таким образом, для создания, например, простейшего фильтра, показанного на рис. 1, необходимо выполнить следующие операции.

1.  Установить координатную сетку.

2.  Выбрать режим File, команду New, в  открывшемся окне установить переключатель в положение Schematic.

3. В  строке  системного   меню   выбрать  Component

и  путь Analog Primitives – Passive Component Resistor.

Рис.1. RC-фильтр         Расположить резистор R1 в рабочем окне и задать его

параметр Value 1к. Повторить указанное для конденсатора (Capasitor) C1.

4. Выбрав в строке меню Component, путь Analog Primitives – Waveform source – Sine source, установить источник в схеме фильтра. В открывшемся окне задания параметров, в меню источников, выбрать, например, 60 Hz,  вывести информацию об источнике (I) и задать sin (F=60, A=10).

  1. Соединить компоненты схемы ортогональным проводником (п. 1.1).
  2. Показать заземление схемы – Analog Primitives – Connectors – Groud.
    1. Соответствующей пиктограммой вывести номера узлов схемы (п. 1.1).
    2. 2. Выполнение моделирования

В лабораторных работах используются два вида расчетов характеристик:

-       Transient Analysis – расчет переходных процессов (режим осциллографа);

-       AC Analysis – расчет частотных характеристик (АЧХ и ФЧХ).

2.1. Анализ переходных процессов (TRANSIENT ANALYSIS)

Для выполнения анализа в строке системного меню необходимо указать ANALYSIS и далее TRANSIENT ANALYSIS. В открывшемся окне задания параметров имеются следующие разделы, необходимые для выполнения лабораторных работ.

2.1.1. Команды

Run - начало моделирования.

Add – добавление дополнительной строки спецификации после строки, отмеченной курсором.

Steppingоткрытие диалогового окна задания вариации параметров выбранного компонента (например, конденсатор). Сначала в графе Type окна переключатель устанавливается в положение Component, а в строке Step What указывают имя варвируемого параметра (например, C1) и пределы его изменений From (от),  To (до).

Step Value (с шагом), после чего включают кнопку On.

2.1.2. Числовые параметры

Time Range - интервал времени анализа по формату Tmax, Tmin.

Maximum Time Step - максимальный шаг интегрирования (если не задан, то выбирается автоматически).

Number of Points - число строк, выводимых в таблице результатов (от 6 до 51; по умолчанию – 51).

P – номер графического окна, в котором должна быть построена данная функция. Все функции, отмеченные одним и тем же номером, выводятся в одном окне.

2.1.3. Выражения

X   Expression - имя переменной, откладываемой по оси Х. Обычно это переменная - время Т).

Y Expression - математическое выражение для переменной, откладываемой по оси Y. Например, напряжения в узле V(5) или между узлами V(1,5).

X Range, Y Range - максимальное и минимальное значения переменной X и Y соответственно. Для автоматического выбора диапазонов указывается Auto Scale Range.

2.1.4. Опции

Run Options - управление выдачей результатов расчетов (Normal, например).

Operation Point - включение режима расчета по постоянному току перед началом каждого расчета переходных процессов.

Auto Scale Range - режим автоматического масштабирования по осям X,Y.

2.1.5. Вывод численных данных

Результаты расчета схемы и по постоянному току, и отсчетов переменных, отмеченных кнопками   в соответствующих строках окна Transient Analysis Limits, заносятся в текстовый файл, а просмотр его содержания – указанием, на какую же пиктограмму в окне Transient Analysis.

Таким образом, для анализа переходных процессов фильтра, показанного на рис. 1, необходимо выполнить  такие операции.

  1. В строке системного меню выбрать AnalysisTransientAnalysis. Открывается окно задания параметров Transient Analysis Limits.
  2. В открывшемся окне в строке Time Range задается временной интервал анализа. Так как частота источника сигнала f = 60 Гц                        (Т = 1/f = 16,6 мc), то время анализа может быть задано (указано в строке Time Ranga), например 100, 0 м.
  3. В строке Number of Points, в соответствии c длительностью         периода Т, может быть задано, например, 10-12 строк (отсчетов)                         в узлах (Р) 1,2, указанных пиктограммой .
  4. В строке  Р задаются номера графических окон (1, 2), в X Expression – имя переменной (T), Y Expression – например, в узлах – V1, V2,    в строках X Range устанавливаются пределы измерения переменных T и V – 0,1,0 и 11, - 11 соответственно ( или указывается Auto).
  5. Командой Run выполняется анализ схемы, и далее         пиктограммой           в окне программы  выводятся результаты расчетов.