МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра БТС
отчет
по лабораторной работе №6
по дисциплине «САПР и Конструирование МП»
Тема: Изучение возможностей оптимизации параметров элементов при моделировании частотно-корректирующих цепей
Студент гр.7502 |
|
Дегилевич А.А. |
Преподаватель |
|
Боброва Ю.О. |
Санкт-Петербург
2020
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6
«ИЗУЧЕНИЕ ВОЗМОЖНОСТЕЙ ОПТИМИЗАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ЭЛЕМЕНТОВ ПРИ МОДЕЛИРОВАНИИ ЧАСТОТНО-КОРРЕКТИРУЮЩИХ ЦЕПЕЙ»
Цель работы: изучить возможности оптимизации параметров пассивных элементов (R и C) при моделировании частотно-корректирующих цепей на примере полосового фильтра.
Используемое оборудование: Работа выполняется в виде компьютерной симуляции с использованием САПР MicroCap 12.
Основные теоретические положения:
Параметрическая оптимизация может выполняться в программе Micro-Cap при проведении любого вида анализа. Метод Пауэлла наиболее подходит для решения задач оптимизации электронных схем. Также можно использовать другие методы поиска оптимальных значений – метод Левенберга-Марквардта, Хука-Дживса, дифференциальной эволюции. Оптимизатор в Micro-Cap упорядоченным образом (согласно алгоритму поиска экстремума) меняет значения параметров схемы в пределах областей, заданных пользователем, для того, чтобы добиться минимума, максимума, равенства определенному значению заданной характеристики схемы. Он вызывается из любого режима анализа (за исключением Sensitivity и Transfer Function), позволяя оптимизировать искажения, характеристики во временной области, малосигнальные частотные характеристики и характеристики на постоянном токе.
Синтаксис задания поиска оптимального решения следующий. Находится значение параметра, при которой заданная характеристика схемы минимальна (максимальна или равна заданному значению) при соблюдении заданных ограничений в виде логических выражений.
Результаты моделирования:
Соберем схему полосового фильтра (рисунок 1).
Рисунок 1 – Схема для изучения оптимизации параметров элементов при моделировании частотно-корректирующих цепей
Источник (V1) создает синусоидальный сигнал, поступающий на вход ПФ. Элементы C1, C2, R1 и R2 задают значение резонансной частоты фильтры fРЕЗ, соотношение элементов R3 и R4 задает значения коэффициента передачи на резонансной частоте KРЕЗ и добротности фильтры Q.
АЧХ этого фильтра представлена на рисунке 2. ). Из рисунка видно, что fРЕЗ = 0.995 Гц, коэффициент передачи на резонансной частоте KРЕЗ = -489 мкдБ.
Рисунок 2 – АЧХ ПФ
Чтобы задать fРЕЗ = 1 Гц воспользуемся функцией оптимизации для определения оптимального значения емкости C1 (рисунок 3).
Рисунок 3– Результаты оптимизации значения C1
По рисунку 3 видно, что оптимальное значение емкости конденсатора C1 равно 15.81523 мкФ, время расчета 2.15 с. Если заменить значение емкости на оптимальное, то по АЧХ видно, что fРЕЗ = 1.000 Гц, а KРЕЗ = -72 мдБ (рисунок 4).
Рисунок 4 – АЧХ ПФ с точными значениями fРЕЗ и KРЕЗ при оптимизации С1
Чтобы задать KРЕЗ = 0 дБ снова воспользуемся функцией оптимизации. Найдем оптимальное значение сопротивления R3 (рисунок 5). Значение сопротивления резистора R3 равно 1.9752 кОм.
Рисунок 5 – Результаты оптимизации значения R3
Результат оптимизации KРЕЗ иллюстрирует АЧХ (рисунок 6).
Рисунок 6 – АЧХ ПФ с точными значениями fРЕЗ и KРЕЗ при оптимизации R3
Практически значимая задача для изучаемой схемы – установка требуемого значения KРЕЗ, например, 6 дБ (увеличение в 2 раза). Опять воспользуемся функцией оптимизации (рисунок 7)
Рисунок 7 – АЧХ ПФ с точными значениями fРЕЗ и KРЕЗ при оптимизации R3
Определим максимально возможное значения KРЕЗ для изучаемой схемы. В этом случае критерием оптимизации выступает нахождение наибольшего значения для первого локального максимума.
В результате получилось значение сопротивления резистора R3 равное 496.6299 кОм, KРЕЗ = 69 дБ, соответствующая АЧХ ПФ представлена на рисунке 8.
Рисунок 8 – АЧХ ПФ с максимальным значением KРЕЗ при оптимизации R3
Вывод
В ходе данной лабораторной работы была изучена оптимизация параметров электрических цепей. Изучены различные целевые функции для оптимизации, критерии оптимизации и их влияние на точность оптимизации.
На примере полосового фильтра были изучены возможности САПР Microcap по оптимизации значений элементов с целью достижения определенных характеристик цепи.