ПОРЯДОК СБОРКИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ В САПР MICROCAP
.pdf
ПОРЯДОК СБОРКИ И МОДЕЛИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ В САПР MICROCAP 12
1 Начало работы
1.1 Установка программы
Бесплатную версию MicroCap 12 можно скачать на официальном сайте разработчика:
http://www.spectrum-soft.com/download/download.shtm
В таблице (рисунок 1), расположенной на сайте выберете и скачайте весь архив (Full CD) MicroCap 12.
Рис. 1. Окно официального сайта с перечнем версий, доступных для скачивания
Загрузите компакт-диск и разархивируйте его в отдельную папку.
Запустите программу setup.exe, чтобы установить всю программу, включая библиотеки, примеры схем и руководства.
1.2 О программе
MicroCap – SPICE1-подобная программа для аналогового и цифрового моделирования электрических и электронных цепей с интегрированным визуальным редактором. Разрабатывается компанией Spectrum Software.
MicroCap является мощной программой, используемой в разработке как интегральных схем, так и печатных плат для проверки целостности схемы и для анализа её поведения.
На сегодняшний день последней разработкой программы является
MicroCap 12. Приведем перечень основных характеристик MicroCap 12:
Огромная библиотека компонентов;
Программа позволяет моделировать не только аналоговые, но и цифровые и аналого-цифровые электронные устройства;
При многовариантном анализе допускается одновременно варьировать до 20 переменных и строить графики зависимостей харак-
теристик схемы от варьируемых параметров, включая температуру;
Большой набор макросов позволяет проводить анализ устройств,
заданных в виде функциональных схем;
Введен режим анимации при анализе устройств;
Перечисленные особенности отражают далеко не все достоинства программы MicroCap 12, которые можно почувствовать лишь при ее использовании для разработки и проектировании электронных устройств.
1 SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) —
симулятор электронных схем общего назначения с открытым исходным кодом.
2 Порядок моделирования электронных схем в Micro-Cap 12
2.1 Внешний вид программы
При запуске программы появляется окно, показанное на рисунке 2.
Рабочее поле программы как бы поделено на несколько областей. В центре находится рабочая область рисования схемы.
Рис. 2. Внешний вид окна программы
На верхней панели расположено меню, ниже – панель инструментов. В
нижней части окна на рисунке 2 отмечены вкладки открытых проектов.
Переключаясь между ними можно переходить от одной активной схемы к другой.
2.2 Основные команды меню
1.Меню File предназначено для загрузки или записи файлов,
экспорта/импорта файлов в форматах других систем моделирования, для
подготовки к печати и печати схем и результатов анализа.
Первые четыре команды этого меню: New, Open, Save, Save As –
соответственно означают команды «создать новый файл», «открыть файл», «сохранить», «сохранить файл как».
2. Меню Edit включает команды редактирования схем, объектов, текста.
Основные команды меню Edit:
Can`t Undo – отмена последней команды редактирования (откат
назад).
Can`t Redo – повтор последней отмененной команды (откат
вперед).
Cut – удаление выбранного объекта и размещение его в буфере
обмена.
Copy – копирование выбранного объекта в буфер обмена.
Paste – копирование содержимого буфера обмена в текущее окно
вместо на которое показывает курсор.
Clear – удаление выбранного объекта без копирования в буфер.
Select all – выделение всех объектов в текущем окне.
3.Меню Component содержит каталоги библиотек аналоговых и цифровых компонентов. Он имеет систему разворачивающихся иерархических меню, открывающихся при наведении на них курсора мышью.
На данном этапе мы будем пользоваться только разделом
Component → Analog Primitives.
Раздел Analog Primitives содержит следующие подразделы:
Passive Components – резисторы, конденсаторы, катушки, диоды,
трансформатор и др.
Active Devices – n-p-n и p-n-p биполярные транзисторы, МДП-
транзисторы, полевые транзисторы, операционные усилители
Основные пассивные и активные примитивы могут быть выбраны с помощью группы иконок на верхней панели инструментов (рис. 3):
Рис. 3. Основные активные и пассивные компоненты на панели инструментов
Waveform Sources (источники сигналов)
o источник постоянного напряжения (Battery)
o независимые источники напряжения и тока сложной формы,
зависящие от времени (Voltage source, Current source)
o источник синусоидального напряжения (Sin source) o источник импульсного сигнала (Pulse source)
Чаще всего в работах нужно будет использовать элементы Battery для источника постоянного напряжения и Sin source для источника синусоидального сигнала.
4. Меню Analysis содержит команды запуска различных режимов моделирования:
Transient... — режим анализа переходных процессов (временной
анализ).
AC... — режим анализа частотных характеристик (частотный
анализ).
DC ... — режим анализа передаточных функций по постоянному
току .
Dynamic DC — расчет режима по постоянному току и его динамическое отображение на схеме.
Dynamic AC — расчет по переменному току напряжений, токов и фазового сдвига и динамическое отображение этих значений на схеме. В
диалоговом окне задаются значения частоты и температуры.
Transfer Function... — расчет передаточных функций по постоянному току, а также входного и выходного сопротивления.
При выборе трех оставшихся режимов анализа –
Probe Transient... , Probe AC... , Probe DC... . – рабочее поле делится на две части: справа размещается окно с изображением схемы, а слева окно построения графиков характеристик. Далее курсором на схеме указывается узел схемы или компонент. При этом в левой части экрана немедленно вычерчивается его характеристика.
2.3 Выбор элементов и их настройка
Чтобы собрать любую схему нам необходимо расположить в рабочей области компоненты и соединить их между собой. Процедура напоминает обычный процесс рисования схемы на бумаге.
Чтобы выбрать необходимые компоненты и поместить их на рабочее поле нужно в строке меню выбрать вкладку Component (рис. 4) и из открывшегося списка следует выбрать необходимые элементы.
Рис. 4. Меню компонентов
В выпадающем списке можно видеть следующие разделы:
Analog Primitives – базовые модели аналоговых компонентов, без привязки к конкретной модели или производителю.
Analog Library – все аналоговые компоненты, разбитые по функциональному назначению и наименованиям (в алфавитном порядке).
Если вы точно знаете, какой компонент нужен, можно его здесь найти, но это не всегда удобно.
Digital Primitives – базовые модели цифровых микросхем. То же самое,
что и с аналогом – без привязки к конкретным компонентам, стандартная комбинационная логика (И, ИЛИ, НЕ и т.д.), АЦП, ЦАП и прочие.
Digital Library – цифровые компоненты, разбитые по функциональному назначению и наименованиям (в алфавитном порядке).
Animation – анимированные компоненты. При моделировании реальных схем они нужны крайне редко (в основном для наглядности).
Если мы знаем конкретное название нужного компонента (например, ОУ
TL061), проще всего найти его через вкладку Component → Find Component
(рис. 5).
Рис. 5. Поиск ОУ TL061 через вкладку Find Component
Галочку Beginning of line справа от поисковой строки лучше снять,
чтобы поиск шел по всей строке. Поиск проводится по имени компонента.
Найденные модели отличаются исключительно корпусами и рабочим диапазоном температур (буквы после TL061), для наших целей можно брать любую.
Также самые часто используемые компоненты выведены в отдельное меню в панели инструментов (рис. 6).
Рис. 6. Панель инструментов. Компоненты
Рассмотрим, что обозначает каждая иконка. В нижнем левом углу обведены инструменты для рисования проводов (для рисования ломаной линии и прямой соответственно).
В верхней рамке слева направо отмечены: земля, резистор, конденсатор,
катушка, диод, биполярный транзистор, полевой транзистор (МОП),
операционный усилитель, макрос для генерации тактовых импульсов,
источник постоянного напряжения, независимые источники тока и напряжения сложной формы, зависящие от времени.
Земля (общий провод) – все напряжения в нашей схеме измеряются относительно земли. Все компоненты в схеме должны иметь связь с землей по постоянному току, иначе симулятор будет выдавать ошибку. Никаких настраиваемых параметров земля не имеет.
Резистор – при установках по умолчанию имеет американское условное графическое обозначение (УГО) – в виде пружинки, а не прямоугольника (как в Европе и России). В его параметрах мы задаем только нужное сопротивление, остальные параметры нас не интересуют.
При этом сопротивление обозначается следующим образом:
единицы – десятки – сотни Ом – просто цифра (270 Ом – просто
270),
тысячи Ом – маленькой латинской буквой k (10 кОм – 10k)
миллионы Ом, можно обозначать через следующим образом –
1МОм – 1000k или 1Meg
Если выбрать резистор на панели инструментов, перетащить его в рабочую область и установить (щелчком левой кнопки мыши), то появится меню настроек, показанное на рисунке 7.
Рис. 7. Параметры резистора
В графе Value указывают номинал резистора (на рисунке 105 указан в красной рамке).
Для конденсатора и индуктивности – та же история, что и с резистором, только настраиваемые параметры меняются на емкость и индуктивность. При этом емкость обозначается следующим образом:
m – миллифарады (1m = 1 мФ =10-3Ф)
u - микрофарады (1u = 1 мкФ =10-6Ф)
n - нанофарады (1n = 1 нФ =10-9Ф)
p - пикофарады (1p = 1 пФ =10-12Ф).
Важно! «Фарад» в конце добавлять не нужно – в графу вводится только цифра и буква, обозначающая размерность.
С индуктивностями всё то же самое, только вместо Фарад будут Генри.
Когда на рабочую область будет установлен щелчком левой клавиши мыши конденсатор или катушка, то появится окно, аналогичное показанному на рисунке 105. В графу Value необходимо будет ввести номинал конденсатора или катушки.
Если на панели инструментов мы выбираем диод, биполярный и полевой транзисторы и операционный усилитель, то должны обязательно указать конкретную марку компонента (например, диод 1N4148), как показано на рисунке 8.
Рис. 8. Параметры диода