Инерционные цепи.

Под инерционными цепями понимают цепи, содержащие инерционные элементы (индуктивности, емкости), способные накапливать или отдавать накопленную электрическую энергию. При этом скачкообразное изменение входного воздействия не может вызвать соответствующего скачкообразного изменения выходного отклика, т.к. инерционные элементы могут содержать электрическую энергию, которая не может измениться скачком. Для проведения временного анализа в инерционных цепях необходимо все инерционные элементы заменить их математическими моделями, содержащими независимые источники тока или напряжения. Эти источники характеризуют электрическую энергию, накопленную соответствующими инерционными элементами.

Рассмотрим математическую модель емкости.Для этого запишем ряд Тейлора для произвольной функции X(t) и ограничимся двумя его членами

X(t) = X(tо) + X(tо)t (3.9)

В дискретной форме для напряжения при постоянном интервале времени ∆tn выражение (3.9) перепишется следующим образом

U(tn+1) = U(tn) + U(tn)h, (3.10.)

Для тока емкости

Ic(tn) = C Uc(tn), (3.11)

отсюда

Uc(tn) = Ic(tn) (3.12)

Подставляя выражение (3.12) в (3.10) получим

(3.13)

Т. о. напряжение на емкости для последующего шага выражается через напряжение и ток на предыдущем шаге. Это позволяет построить математическую модель емкости, которая изображена на рис. 3.8

Рис. 3.8

Напряжение на емкости и ток через нее, рассчитанные на предыдущем шаге позволят рассчитать ток источника тока математической модели емкости, используемой на последующем шаге.

Аналогично для индуктивности

(3.14)

Для тока индуктивности на n+1 шаге аналогично (3.10) имеем

(3.15)

Подставляя (3.14) в (3.15), получим

(3.16)

Ток через индуктивность на последующем шаге выражается через ток и напряжение на предыдущем шаге, как показано на рис.3.9.

Рис.3.9

Т.о. для каждого дискретного отрезка времени ∆tn реактивные элементы нужно заменять их математическими моделями, содержащими независимые источники постоянного тока или напряжения.

При заданном постоянном входном воздействии, а также при известных значениях источников постоянного напряжения или тока математических моделей реактивных элементов задача временного анализа реактивной цепи сводится к задаче анализа по постоянному току последовательно для каждого дискретного отрезка времени.

4. Основные сведения о системе схемотехнического моделирования Micro – Cap5

4.1. Основные возможности программы Micro-Cap 5. Главное меню

Система схемотехнического моделирования Micro-Cap (Microcomputer circuit analysis program), начиная с версии 5, работает под управлением операционной системы Windows. В отличие от предыдущих версий она позволяет моделировать не только аналоговые, но цифровые и смешанные аналого-цифровые электронные устройства. Как для аналоговых, так и для цифровых компонентов используются математические модели, принятые в известной программе PSpice.

В режиме моделирования аналоговых электронных схем система Micro-Cap5 позволяет проводить три основных вида анализа:

1. Анализ переходных характеристик (временной анализ).

2. Анализ частотных характеристик.

3. Анализ передаточных характеристик по постоянному току (статический анализ).

Кроме того, система Micro-Cap5 позволяет проводить многовариантный анализ при вариации различных параметров, статистический анализ по методу Монте-Карло, а также анализ внутренних шумов устройства.

Система имеет специальную программу MODEL для расчета параметров математических моделей аналоговых компонентов по справочным или экспериментальным данным.

Запуск программы МС5 осуществляется либо щелчком мыши на специальной пиктограмме, либо обычным способом из командной строки Windows запускается файл МС5. exe.

В системе МС5 используется многооконный интерфейс с ниспадающими и разворачивающимися меню. Главное меню состоит из следующих подменю:

File Edit Component Windows Options Analysis Help

Меню File содержит команды для работы с файлами схем, текстовыми заданиями в формате Spice, файлами библиотек математических моделей и текстовыми документами.

Меню Edit содержит команды редактирования.

Меню Component содержит каталог библиотек аналоговых и цифровых компонентов. Каталог имеет иерархическое меню. Библиотеки Analog Primitives и Digital Primitives содержат модели типовых компонентов без указания значения их параметров. Библиотеки Analog Library и Digital Library содержит модели примерно 7700 коммерческих аналоговых и цифровых компонентов.

Меню Windows содержит команды работы с окнами.

Меню Options содержит команды выбора режима редактирования и задания различных параметров программы МС5.

Меню Analysis содержит перечень режимов моделирования.

Меню Help содержит команды работы со средствами встроенной помощи.

Большинство наиболее часто встречающихся команд снабжено соответствующими пиктограммами.

Процесс работы в системе Micro-Cap5 состоит из следующих этапов:

1. 1. Этап редактирования библиотек компонентов.

2. Этап создания или редактирования чертежа схемы.

1. Этап задания на анализ и вывода результатов анализа.

Предварительное редактирование библиотеки компонентов необходимо в том случае, когда мы создаем новый компонент, отсутствующий в стандартной библиотеке. Редактирование параметров математических моделей существующих компонентов производится в процессе создания чертежа схемы.