Практические рекомендации по выполнению работы и использованию программного обеспечения Основы работы с пакетом CircuitMaker

Пакет моделирования CircuitMaker PRO это программный продукт моделирования аналоговых и цифровых электрических схем. В панели инструментов CircuitMaker имеются:

• инструмент для выбора и выделения элементов цепи, их перемещения, выбора элементов на панели инструментов и т. д.;

• инструмент для рисования проводников в рабочей области при соединении элементов цепи;

• инструмент для удаления элементов схем и проводников;

• клавиша для инициализации схемы и отказа от предыдущих результатов анализа, например, от полученных с использованием измерительных приборов значений после изменения номиналов пассивных элементов в схеме;

• клавиша служит для запуска режима анализа (моделирования) электрической цепи;

• клавиша служит для остановки режима анализа (моделирования) электрической цепи и возврата к режиму редактирования схемы;

В режиме редактирования схем в левой части рабочего окна CircuitMaker располагается дерево базы данных элементов схем. Вывод дерева на экран осуществляется клавишей в панели инструментов. После выбора необходимого элементы из базы данных его размещение в рабочем поле построения схемы осуществляется нажатием клавиши Place, расположенной над деревом базы данных, и заданием места расположения элемента щелчком левой кнопки мыши.

Пример 1. Моделирование участка электрической цепи с активным сопротивлением

Рассмотрим пример моделирования простейшего участка электрической цепи с активным сопротивлением (см. Error: Reference source not found) для которого амплитуда и частота напряжения генератора составляют соответственно 10 В и 10 гЦ, а сопротивление R = 2,5 Ом. Модель схемы в CircuitMaker с заданными исходными данными показана на Error: Reference source not found.

Важно! Обратите внимание на то, что заданное значение сопротивления R = 2,5 Ом в модели представлено последовательным соединением двух резисторов: 1,5 и 1 Ом соответственно. Вспомогательное сопротивление 1 Ом необходимо для удобства измерения действующего значения тока I – при R2 = 1 Ом напряжение, измеряемое с использованием мультиметра, численно равно току.

В качестве источника входного напряжения выбираем генератор гармонического сигнала в базе данных элементов Analog/Instruments/Signal Gen. Окно редактирования параметров элемента открывается двойным щелчком. Согласно исходным данным примера задаем значения амплитуды (поле Peak Amplitude) и частоты напряжения генератора (поле Frequency) 10 В и 10 гЦ соответственно.

Мультиметры выбираем в базе данных элементов Analog/Instruments/Multimeter и задаем режим измерения напряжения переменного тока, устанавливая в окне редактирования параметров маркеры в полях Voltage и AC RMS.

Резисторы выбираем в базе данных элементов Passive components/Resistors/Resistor:A и задаем значение номиналов в поле Label–Value окна редактирования. Элемент заземления выбираем в базе данных элементов Analog/Power/Ground.

Выбор режимов моделирования осуществляется в диалоговом меню Simulation/Analyses Setup. Для построения осциллограмм сигналов переменного тока следует выбрать режим Transient/Fourier (Error: Reference source not found). Нажатие кнопки Transient/Fourier вызывает окно редактирования параметров моделирования (Error: Reference source not found). В полях Start Time и Stop Time задается начальное и конечное значение общего времени моделирования соответственно. Начальное время следует задать равным нулю. Согласно заданию в п. 1 хода выполнения работы осциллограммы сигналов следует строить на интервале времени, равном периоду колебаний. В исходных данных к рассматриваемому примеру задана частота 10 гЦ, следовательно конечное время моделирования должно составлять 1/10 = 0,1 с = 100 mс. Параметр Step Time задает шаг приращения времени – для приемлемой точности моделирования его значение должно быть во много раз меньше общего времени моделирования (см. Error: Reference source not found). Остальные параметры оставляем без изменения.

Запуск режима моделирования схемы осуществляется кнопкой Run Analyses в меню Analyses Setup или кнопкой панели инструментов. После запуска на индикаторах мультиметров вместо надписи «NO DATA» отображаются результаты измерения действующих значений напряжений (Error: Reference source not found) и открывается изначально пустое окно построения осциллограмм. Выбор на схеме точки снятия осциллограммы осуществляется инструментом , причем при подведении инструмента к узлу, элементу или проводнику схемы на значке инструмента появляется обозначение параметра, доступного для построения осциллограммы в данной точке: обозначение соответствует выбору построения осциллограммы сигнала переменного тока, – напряжения и – мгновенной мощности соответственно. Если необходимо построение нескольких характеристик, то, после задания первой точки, выбор остальных осуществляется при нажатой на клавиатуре клавише Shift. Выбранные точки помечаются буквенными обозначениями в цветных рамках.

Для построения согласно заданию п. 1 хода выполнения работы осциллограммы тока i(t) в схеме примера необходимо выбрать точку на незаземленном контакте резистора R2, для снятия напряжения u(t) – произвольную точку в линии подачи напряжения с генератора на R1 и для снятия мгновенной мощности p(t) – точку непосредственно на сигнале генератора (см. соответственно А, В и С на Error: Reference source not found).

Результат построения осциллограмм для рассматриваемого примера показан на Error: Reference source not found. Как и следовало ожидать, для участка электрической цепи с отсутствием реактивных сопротивлений (индуктивных или емкостных) сдвиг фаз между током и напряжением отсутствует.

Как видно по Error: Reference source not found график мгновенной мощности p(t) для активной цепи целиком расположен выше оси времени. Следовательно, мощность, отдаваемая источником в цепь, полностью ею потребляется и обратного обмена энергией не происходит, т.е. полная мощность цепи равна активной мощности, а реактивная мощность равна нулю.

Для оптимизации масштабирования осциллограмм в поле построения графиков при необходимости (если, например, графики «обрезаны» кромкой поля построения графиков, или, наоборот, занимают только малую часть поля построения) следует использовать команду Fit Waveforms в пункте меню, вызываемого щелчком правой кнопки мыши по полю построения графиков. Для детализации (увеличения на все поле построения) фрагмента осциллограммы используется выделение ее фрагмента рамкой при нажатой левой клавиши мыши. Возврат к исходному виду также осуществляется с использованием команды Fit Waveforms.

Настройка цветовой схемы поля построения осциллограмм осуществляется в пункте меню Preferences, вызываемого щелчком правой кнопки мыши по полю построения графиков. Цвет поля построения графиков задается в пункте меню Background, цвет подписей осей – в пункте Foreground, цвет координатной сетки – в пункте Grid и цвет активного измерительного курсора – в пункте Selected Cursor. Также для наглядности отображения графиков следует в разделе Options включить режим отображения графиков жирными линиями Bold Waveforms. Выбор цвета линий отображения графиков задается выбором пункта Wave Colour в меню, вызываемом щелчком правой кнопки мыши по подписям параметров вертикальной оси.

Для копирования и вставки в отчет по лабораторной работе схем и графиков, построенных в Circuit Maker, можно использовать экранные копии (скриншеты) или пункт главного меню Edit/Copy to Clipboard.

Определим параметры схемы примера в соответствии с п. 2 хода выполнения работы. Действующие значения напряжения U и тока I после запуска моделирования схемы отображаются на индикаторах мультиметров (см. Error: Reference source not found) и составляют, соответственно, U = 7,071 В и I = 2,828 А.

Для определения амплитудных значений напряжения U_m, тока I_m и мгновенной мощности P_m по осциллограммам следует использовать два измерительных курсора – Measurement Cursors, область настройки которых отображается в левой части рабочего окна после запуска режима моделирования. Выбор параметра измерения осуществляется щелчком по кнопке в правой части поля измерительного курсора (Error: Reference source not found).

При перемещении курсора в поле построения осциллограмм его координаты по осям Х и Y отображаются непосредственно под полем соответствующего курсора. Как видно из результатов измерений координат измерительных курсоров по оси Y, показанных на Error: Reference source not found, величина амплитудного значения тока I_m составляет приближенно 3,9947 А, а величина P_m – приближенно 39,920 Вт. Аналогично, после смены для любого из курсоров измеряемого параметра на напряжение, получим U_m  9,9953 В. Заметим, что имеющаяся погрешность в измерении параметров связана с дискретностью перемещения измерительных курсоров: так точная величина U_m для рассматриваемого примера составляет, согласно заданию, 10 В.