Отчет по практике

Федеральное Государственное Образовательное Бюджетное Учреждение

Московский Технический Университет Связи и Информатики

Специальность:

Системы мобильной связи

Отчет по практике №1

По теме:

«Методы компьютерного моделирования электронных схем в MC-7».

Выполнил

Студент группы БИК1104

Соломатин Павел

Москва, 2013

Содержание

Цель работы	3
Схема исследуемая в работе	3
Предварительный расчет	3
Выполнение работы. Первая часть	4
Выполнение работы. Вторая часть	10
Вывод	14
Контрольные вопросы	15

Первая часть практической работы

Изучение переходных процессов, АЧХ, ФЧХ и ПХ

Цель работы.

Ознакомление с методами компьютерного моделирования электронных схем в MC-7 на основе построения электрических фильтров и изучения их характеристик.

Схема исследуемая в данной работе:

Рис. 1 Схема ФНЧ

Заданные параметры элементов схемы:

R1 = 400 Ом

C1 = 160*10^-12 Ф

C2 = 140*10^-12 Ф

Электрические фильтры

Электрическая схема, исследуемые в данной работе, после упрощения сводятся к такому виду:

Рис. 2 Схема упрощенного фильтра

Предварительный расчет:

Выполнение работы.

Графики результатов экспериментов.

Переходная характеристика (реакция фильтра на импульсный сигнал)

Время установления фронта импульса определяется отрезком времени, в течение которого напряжение нарастает от 0,1 до 0,9 от установившегося значения (рис. 4).

Рис. 3 Цепь с импульсным сигналом

Рис. 4 Переходная характеристика

U_0,1 = 0,5B T1 = 115.206n

U_0,9 = 4,5B T2 = 377.465n

То получаем, что время установления равно T_уст = 262, 259n

Значения прямоугольного импульса.

Рис. 5

ФНЧ, ПХ и АЧХ

Рис. 6 Частота среза при падении на 3 дБ

Рис. 7 Частота среза при 45^о

Рис. 8 Частота среза при 0.707

Результаты:

К рис. 4 T_уст = 262, 259n

К рис.6. fсрез = 1,324М

К рис.7. fсрез = 1,330М

К рис.8. fсрез = 1,329М

Данные результаты схожи с результатами, полученными в предварительном расчете.

Влияние измененных параметров.

Влияния параметров элементов на переходные процессы.

Измененное сопротивление.

Изменяя различные параметры цепи (значения сопротивления или емкостей), мы получаем другие значения частоты среза и время перехода.

В этом графике показаны изменения в схеме с разными сопротивлениями 100 - 4000 Ом:

Рис. 9 Переходный процесс с сопротивлениям 100 - 4000 Ом

На графике (синим) показаны значения переходов с различными сопротивлениями. Так в самом верху сопротивление равно 100 Ом, а внизу 4000 Ом. Получаем, что, чем меньше сопротивление, тем лучше ля переходного процесса.

Измененная емкость.

Теперь, изменяя значения конденсатора С1 от 160*10^-10 до 160*10^-12, получим такие значения как на рис. 10

C_min

C_max

Рис. 10 Переходной процесс с измененной емкостью.

Комментарий к графику: Верхний синий график равен переходному процессу при значении конденсатора С1 = 160*10^-12, а самый нижний равен 160*10^-10. Из этого следует, что бóльшая емкость хуже влияет на данные процессы.

Изменяя значения конденсатора С2 от 140*10^-10 до 140*10^-12, получим такие значения как на рис.11:

C_max

C_min

Рис. 11 Переходной процесс с измененной емкостью.

Конденсатор С2 так же влияет на переходные процессы как и С1.

Влияния параметров элементов на АЧХ и ФЧХ.

В этих графиках показаны изменения в схеме с увеличенным сопротивлением до 4000 Ом:

Рис. 12-14 АЧХ, ФЧХ.

Частота среза уменьшилась в 10 раз по сравнение с исходными значениями. То есть зависимость тут наблюдается прямая, если сопротивление увеличивается, то частота среза уменьшается.

Изменив емкость на два порядка, мы получаем следующее:

Рис. 15-17 АЧХ, ФЧХ.

Частота среза уменьшилась в 100 раз, по сравнению с начальной частотой.

Вторая часть работы. Монте-Карло.

Переходный процесс

Рис. 18

При выборе режимов моделирования Transient, AC или DC становится доступен подрежим Monte Carlo для расчета характеристик цепей при случайном разбросе параметров. В течение анализа Монте Карло выполняется множество моделирований. Для каждого моделирования генерируется новая схема из компонентов, чьи числовые значения параметра беспорядочно выбраны. Процесс выбора основан на заданном пользователем разбросе параметра и типе распределения. В меню «Настройки» мы можем настроить их, указывается количество статистических испытаний Number of Runs (не более 30000) и характер закона распределения случайных параметров, заданных значением LOT параметра модели: Uniform равномерное распределение, Gauss — гауссово, Worst Case — наихудший случай.

В своей работе я использовал режим Gauss, то есть гауссово распределение . Использовал функции Rise_Time и Fall_Time ля расчетов Монте Карло.

Ниже приведены результаты проделанной работы в подрежиме Монте Карло (рис.18-25).

Рис. 19

Для измененного значения конденсатора С2

Рис. 20

При изменение значения С2 время установления увеличилось в 30 раз. Так же изменилось Гауссовское распределение.

Рис. 21

Монте Карло для АЧХ, ФЧХ и ПХ

Рис. 22

Рис. 23-25 По порядку на рис. 20

Вывод: В проделанной работе мы изучили построение цепей и их моделирование в программе Micro-Cap. Изучили переходные процессы, исследовали АЧХ и ФЧХ НЧ и ВЧ-фильтров. Рассматривали, как влияют на характеристики фильтров измененные значения элементов цепи (резисторов и конденсаторов). Получили распределение в режиме Monte Carlo.

Контрольные вопросы

1. Какие параметры схемы измеряются при анализе переходных процессов?

Т_и, τ_y, U_0,1, U_0,9

время установления фронта для ФНЧ, или относительный спад вершины для ФВЧ.

2. Какие параметры схемы измеряются при анализе частотных характеристик?

напряжение в узле

фаза напряжения в узле

3. Как производится изменение пределов по осям при выполнении анализов?

В окнах X Range и Y Range

4. Что вводится в графы X Expression и Y Expression при анализе переходных процессов? При анализе частотных характеристик?

При анализе переходных процессов:

Напряжение в узле (v(2))

При анализе частотных характеристик

Ph(v(2))

Db(v(2))

V(2)

5. Какие значения и в каком порядке вводятся в графы X Range и Y Range?

Максимальное значение, минимальное значение, шаг.

6. Какие типы масштабирования по осям доступны при выполнении анализов? Как производится их переключение?

Cursor mode и Zoom In/Out

7. Как изменить диапазон частот, в котором производится анализ частотных характе-ристик?

Изменить значения Frequency range.

8. Как изменить временной диапазон, в котором производится анализ переходных процессов?

Изменить значение time range – сюда вводится конечное время расчета, затем начальное

9. Как производится выбор элементов для построения схемы?

Выбор элементов производится через меню Component, а там далее компоненты будут разделены по группам.

10. Как выполняется установка параметров элементов электрических схем?

Select Mode (Ctrl+E) – применяется для изменения параметров элементов (двойной щелчок мышки), их имени, а также для перемещения элементов после их установки в рабочем окне.

11. Для чего применяется режим Stepping? Какая структура ввода данных в этом ре-жиме?

Для того, чтобы выяснить, как изменение параметров того или другого элемента влияет на характеристики цепи.

12. Как вы исследовали влияние емкости конденсатора на параметры вашей схемы?

По методическим указаниям.

А точнее через режим Stepping.

13. Как вы исследовали влияние сопротивления резистора на параметры вашей схемы?

Через режим Stepping.

14. Поясните, как влияет изменение емкости конденсатора на переходную характери-стику ФНЧ, ФВЧ.

В ФНЧ, чем меньше емкость, тем лучше переходный процесс.

15. Нарисуйте приблизительно график АЧХ вашей схемы и на нем поясните влияние емкости конденсатора на форму графика.

Форма графика, в принципе, остается не изменой, за исключением того, что частота среза меняется и убывание графика происходит раньше. (рис. 18)

16. Поясните, как влияет изменение сопротивления резистора на переходную характе-ристику ФНЧ, ФВЧ.

17. Поясните, как влияет изменение сопротивления резистора на переходную характе-ристику ФНЧ, ФВЧ.

Так же как и конденсаторы.

18. Нарисуйте приблизительно график АЧХ вашей схемы и на нем поясните влияние сопротивления резистора на форму графика.

Пояснение на рис. 18

Рис. 18

19. Как вводятся данные в окне режима Stepping? Можно ли производить изменение величины от большего значения к меньшему? Что для этого надо сделать?

В графе Step What выберите элемент. Далее введите начальное, конечное значение его величин, и шаг изменения (соответственно From, To, Step Value (От, до, шаг)). Ниже нажмите Yes, затем Ok. Далее чтобы запустить работу режима нажмите на знак play (треугольник).

20. Как производится нумерация узлов схемы? Зачем нужно производить нумерацию узлов схемы?

Узел 1 является входом схемы, узел 2 – выходом.

21. Как производится ввод текста в рабочем окне? Как вводятся текстовые обозначе-ния на графиках?

В режиме Text Mode ()

22. Как вы обозначили входное и выходное напряжение при выполнение анализа переходных процессов? В какую графу окна анализа вы вводили обозначения для напряжений?

v(1) – входное

v(2) – выходное

В окно Y Expression

23. Как влияет сопротивление резистора на частоту среза фильтра? Поясните по графи-кам.

Чем выше сопротивление, тем меньше частота среза.

24. Как влияет емкость конденсатора на частоту среза фильтра? Поясните по графи-кам.

Чем меньше емкость тем больше частота среза.

25. Что такое время установления фронта? Как определить эту величину по графику переходного процесса?

Время установления определяется отрезком времени, в течение которого напряжение нарастает от 0,1 до 0,9 от установившегося значения.

26. Как зависит время установления фронта от емкости конденсатора? От сопротивле-ния резистора? Ответ пояснить по графикам.

На рис. 9, 10 показаны как зависит время установления фронта от емкости конденсатора/резистора. По графиками присутствуют комментарии.

27. Что такое спад вершины? Как определяется эта величина по графику переходного процесса?

Спад вершины – это относительное изменение выходного напряжения за длительность импульса Т_{и .}

1