Как построить ачх в microcap

Схемотехническое моделирование в системе Micro Cap 9

Амплитудно-частотная и фазо-частотная характеристика схемы. Построение графиков зависимостей. Временные характеристики на входе и выходе схемы. Реакция схемы на единичный скачок (функция Хэвисайда). Шестнадцатибитовое аналогово-цифровое преобразование.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Главным недостатком является недостаточная элементная база, данная в виде зарубежных аналогов, что затрудняет создание схемы.

Программа Micro-Cap 9 очень удобна для первоначального освоения схемотехнического моделирования электронных схем и рекомендуется для исследовательских работ, не предполагающих немедленной конструкторской реализации.

1. Анализ схемы в частотной области

1.1 Амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) и фазо-частотная (ФЧХ) характеристики схемы

Исходные данные для построения АЧХ и ФЧХ схемы:

Частотные характеристики имеют следующий вид:

По результатам частотного анализа определяем следующие параметры:

Воспользовавшись функцией «Глобальный максимум», определяем максимальный коэффициент усиления:

Определение средней частоты

1.2 АЧХ и ФЧХ схемы в зависимости от изменения температуры

Получаем следующие зависимости:

1.3 Построение графиков зависимостей Ku=f(to) и Дf=f(to) исследуемой схемы

Используя значение функции «Width» свойства «Перейти к Performance», для каждого значения температуры определяем коэффициент усиления и полосу пропускания. Результаты расчетов сведены в таблицу 1. Графики приведены на рисунках 8 и 9.

Источник

Синтез аналоговых активных и пассивных фильтров в Micro-Cap 8

Программа Micro-Cap 8 фирмы Spectrum Software очень удобна для первоначального освоения схемотехнического моделирования электронных схем. Наибольшее распространение она может получить при обучении студентов. Но и для инженерно-технических работников, занимающихся проектированием радиоэлектронной аппаратуры, многие из возможностей этой программы имеют большое практическое значение. В данной статье пойдет речь о функции синтеза схемы фильтров.

Программа Micro-Cap 8 (в дальнейшем — MC8) имеет функцию Filter Design, которая позволяет синтезировать схемы фильтров. По командам меню Design синтезируются аналоговые активные и пассивные фильтры. Задание на синтез предусматривает выбор типа фильтра, ввод характерных частот и коэффициента усиления фильтра. В результате синтеза рассчитывается порядок фильтра при аппроксимации его передаточной функции полиномами различного типа и таблица нулей и полюсов отдельных звеньев фильтра. В заключение рассчитываются стандартные реализации схем этих звеньев, которые записываются в отдельные файлы для дальнейшего использования.

Доступны два типа проекта фильтра — проект активного фильтра и проект пассивного фильтра. Оба доступны из меню Design. Меню Design содержит две команды Active Filters и Passive Filters для синтеза активных и пассивных аналоговых фильтров. Обе эти команды имеют однотипные диалоговые окна.

Можно синтезировать следующие типы фильтров:

Первые четыре типа фильтра характеризуются графиками Боде (AЧX — амплитудно-частотная характеристика, ФЧХ — фазочастотная характеристика и зависимость группового времени запаздывания от частоты) и могут быть реализованы в виде активных или пассивных фильтров. Фильтры Delay характеризуются временем задержки и могут быть реализованы только в виде активного фильтра.

В зависимости от типа аппроксимирующего полинома передаточной функции доступны следующие типы фильтра:

Не все эти аппроксимирующие полиномы доступны для каждого типа фильтра. Аппроксимирующий полином Бесселя, например, доступен только для фильтра Delay.

Схемные реализации для активных фильтров могут быть различны для каждого звена и включают:

Синтез активных фильтров

Выбор команды Active Filters в меню Design открывает диалоговое окно, показанное на рис. 1.

Диалоговое окно синтеза активных фильтров (вкладка Design) (Рис. 1)

Это диалоговое окно имеет три основных вкладки:

Вкладка Design содержит группы:

Различные частотные характеристики обеспечивают различные компромиссные соотношения проекта. Фильтры Баттерворта требуют увеличения числа звеньев для получения заданных технических требований, но имеют постоянную временную задержку в пределах полосы пропускания. Фильтры Чебышева и инверсные фильтры Чебышева требуют меньшего количества звеньев, но имеют более ярко выраженное изменение временной задержки. Эллиптические фильтры требуют наименьшего количества числа звеньев, но имеют самое большое изменение задержки. Фильтры Бесселя являются фильтрами нижних частот с постоянной задержкой и используются в качестве элемента задержки. Число звеньев для реализации текущего проекта показывается в поле Response справа от типа аппроксимирующего полинома.

Графики идеализированы, потому что они основаны на стандартной полиномиальной формуле для выбранной частотной характеристики и вычисленных или отредактированных значениях F0, Q0 и QN. Такие характеристики могут быть достигнуты только с идеальными компонентами. Реальный фильтр, сделанный из реальных компонентов, будет вести себя немного по-другому. В реальности схема может быть создана на основе любого операционного усилителя (идеального или реального) и из резисторов и конденсаторов, которые точно равны расчетным или выбраны из списка стандартных значений. Реальный операционный усилитель и приблизительные значения компонента могут оказывать сильное влияние на графики частотных характеристик.

Обратите внимание, что при редактировании любого параметра в полях Type, Response или Specifications программа повторно вычисляет значения в окне Poles and Zeros, изменяя отредактированные значения.

Точная форма аппроксимирующих полиномов для каждого звена фильтра имеет вид:

Фильтры нижних частот и задержки (Low Pass и Delay):

Фильтр верхних частот (High Pass):

Полосовой фильтр (Bandpass):

Режекторный фильтр (Notch):

Здесь: F — переменная частота; S = JW2WPIWF — комплексная частота; U = S/(2WPIWFC) = JWF/FC — нормализованная комплексная частота; F0 — местоположение полюса в Гц; Q0 — значение добротности; FN — местоположение нуля в Гц (только для эллиптических и фильтров Чебышева); FC — частота Stopband для фильтров нижних частот, частота Passband для фильтров верхних частот или средняя (центральная) частота для полосового и режекторного фильтров (указанная средняя частота может быть изменена немного для создания симметричной полосы пропускания/режекции, например, полосовой фильтр Баттерворта, используя заданную по умолчанию среднюю частоту 1000 и полосу пропускания 100, в действительности будет спроектирован со средней частотой 998,75 Гц); FCI — частота Passband для фильтров нижних частот, частота Stopband для фильтров верхних частот; для полосового и режекторного фильтров FCI = FC; W0 = F0/FC — нормализованная частота полюса; W0I = F0/FCI — нормализованная частота полюса для фильтра Inverse Chebyshev; WN = FN/FC — нормализованная частота нуля; WN = FN/FCI — нормализованная частота нуля для фильтра Inverse Chebyshev.

Вкладка Implementation (реализация) позволяет решать, как осуществить проект фильтра (рис. 2). Она имеет несколько полей и окон.

Диалоговое окно синтеза активных фильтров (вкладка Implementation) (Рис. 2)

Для изменения параметров звена щелкните левой кнопкой мыши в столбце Circuit в нужной строке, открыв список доступных реализаций схемы для выбранного типа фильтра и типа аппроксимации частотной характеристики (рис. 2). Этот список будет иметь максимум восемь типов схем, но может иметь и меньше, например три типа, так как не все типы схем могут реализовать необходимую функцию аппроксимации.

Когда схема фильтра создана, звенья добавляются и нумеруются от первого слева до N-го справа. Вход фильтра — всегда слева, а выход, или последнее звено — всегда справа.

Вкладка Options (рис. 3) позволяет выбрать формат представления численных значений номиналов компонентов и параметров передаточных функций и имеет несколько групп:

Диалоговое окно синтеза активных фильтров (вкладка Options) (Рис. 3)

Результат синтеза принципиальной схемы активного фильтра (Рис. 4)

Результат синтеза активного фильтра в виде макромодели (Рис. 5)

В нижней части диалогового окна имеется несколько кнопок:

Графики Боде (Рис. 6)

Переходная характеристика фильтра (Рис. 7)

Импульсная функция (Рис. 8)

Программа синтеза фильтров использует файл FILTER.BIN, который находится в том же самом каталоге, что и программный файл MC8.EXE. Его нельзя удалять, поскольку он содержит универсальные звенья схемы для каждой реализации схемы, используемые для построения полной схемы фильтра. Без этого файла программа способна выполнить только математическую часть проекта фильтра. То есть без FILTER.BIN программа не будет способна создать реальные схемы фильтра.

MC8 также сохраняет последние использованные установки в файле ACTIVE.FLT. Кнопка Default в нижней части диалогового окна позволяет восстановить значения по умолчанию для всех установок.

Программа синтеза активного фильтра использует два режима для определения технических требований к фильтру — Mode 1 и Mode 2.

Технические требования к фильтру Low Pass (ФНЧ) определяются в соответствии с рис. 9.

Технические требования к ФНЧ (Рис. 9)

Для эллиптических и фильтров Чебышева Passband Gain изменяется с порядком фильтра в соответствии с таблицей 2.

Для фильтров Баттерворта и инверсных Чебышева Passband Gain изменяется в соответствии с таблицей 3.

Инверсные фильтры Чебышева выполняют технические требования к полосе пропускания с запасом и технические требования к полосе задерживания точно, без запаса. Идеальная реализация других фильтров выполняется противоположным образом. Они выполняют технические требования к полосе задерживания с запасом и выполняют технические требования к полосе пропускания точно, без запаса.

Технические требования к фильтру High Pass (ФВЧ) очень похожи на технические требования к ФНЧ и определяются в соответствии с рис. 10.

Технические требования к ФВЧ (Рис. 10)

Технические требования к фильтру Bandpass (полосовому) определены на рис. 11.

Технические требования к полосовому фильтру (Рис. 11)

Для эллиптических и фильтров Чебышева максимальное усиление в полосе пропускания изменяется с порядком фильтра в соответствии с таблицей 2.

Максимальное усиление в полосе пропускания для фильтров Баттерворта и инверсного изменяется в соответствии с таблицей 3.

Инверсные фильтры Чебышева соответствуют техническим требованиям к полосе пропускания с запасом, а к полосе задерживания — точно, без запаса. Идеальная реализация других фильтров выполняется противоположным образом. Они выполняют технические требования к полосе задерживания с запасом и к полосе пропускания — точно, без запаса.

Технические требования к фильтру Notch (режекторному) определяются в соответствии с рис. 12.

Технические требования к режекторному фильтру (Рис. 12)

Для эллиптических и фильтров Чебышева максимальное усиление в полосе пропускания изменяется с порядком фильтра в соответствии с таблицей 2.

Максимальное усиление в полосе пропускания для фильтров Баттерворта и инверсного Чебышева изменяются в соответствии с таблицей 4.

Инверсные фильтры Чебышева выполняют технические требования к полосе пропускания с запасом, а к полосе задерживания — точно, без запаса. Идеальная реализация других фильтров выполняется противоположным образом. Они выполняют технические требования к полосе задерживания с запасом, а к полосе пропускания — точно, без запаса.

Технические требования к фильтрам в режиме Mode 2:

Для фильтров Low (High) Pass (ФНЧ иФВЧ):

Для фильтров Bandpass и Notch (полосового и режекторного):

Для фильтров Delay (задержки):

Синтез пассивных фильтров

Команда Passive Filters из меню Design открывает диалоговое окно, показанное на рис. 13. Подобно диалоговому окну команды Active Filters, оно позволяет выбирать тип фильтра, технические требования, частотную характеристику и вариант реализации схемы. Затем с его помощью создается требуемая схема фильтра.

Диалоговое окно синтеза пассивных фильтров (вкладка Design) (Рис. 13)

Это диалоговое окно имеет три вкладки:

Вкладка Design содержит группы:

Specification и Poles and Zeros аналогичны соответствующим полю и окну диалогового окна синтеза активных фильтров.

Вкладка Implementation (реализация) позволяет решать, как осуществить проект пассивного фильтра (рис. 14). Она имеет несколько групп и полей:

Диалоговое окно синтеза пассивных фильтров (вкладка Implementation) (Рис. 14)

Вкладка Options диалогового окна синтеза пассивных фильтров ничем не отличается от вкладки Options диалогового окна синтеза активных фильтров.

Результаты синтеза пассивного фильтра в виде принципиальной схемы показаны на рис. 15.

Результаты синтеза пассивного фильтра в виде принципиальной схемы (Рис. 15)

Источник

MICROCAP

Программа Микро-Кап

1) На генераторе по умолчанию стоит параметр VAC, его не трогаем.

2) Для дросселя возьмём, например, индуктивность 22 м.

3) Для конденсатора параметр ёмкости пусть будет 10 мкФ.

4) Построим график. Для этого жмём в командной строке Transient, дальше Run, или просто клавишу Alt+2.

5) В сплывающем окне выбираем Run.

А давайте попробуем изменить параметры элементов на такие, которые имеются у нас. Проставляем опять же параметры, смотрим на график и видим, что его форма поменялась автоматически. Зададим параметр ёмкости конденсатора 100, построим график.

Видим, что теперь волна синусоиды имеет значительно меньшую амплитуду, чем до этого.

Давайте теперь поекспериментируем со схемой всем знакомого фильтра Буттерворта. Она есть среди готовых схем, как выбрать написано выше.

Итак, приступим. При моделировании сразу видно графики двух синусоид. Теперь вместо долгих и нудных розщетов просто вбиваем нужные значения параметров элементов и получаем ту же АЧХ, ФЧХ, и ещё много всяких полезностей.

Это пока не большие мои познания в этой программе. Но для расчётов простейших цепей переменного и постоянного тока их хватит с лишком.
Далее будет. С вами был Колонщик.

Форум по обсуждению материала MICROCAP

Варианты выполнения гальванической развязки USB порта. Современные микросхемы для емкостной, оптической и электромагнитной развязки.

Принципиальная схема усилителя наушников с микросхемой MAX4410 и искажениями всего 0,003%.

Источник

Инструменты пользователя

Инструменты сайта

Боковая панель

Содержание

Особенности схемотехнического моделирования УHЧ, с помощью программы Microcap 7.

В последнее время широкое распространение получили программы-симуляторы электронных схем. Я решил остановиться на программе Микрокап 7, как на довольно распространенной. Программа может быть интересна как специалистам, так и начинающим, желающим получить опыт в искусстве построения электронных схем и закрепить свои теоретические знания.

Достаточно хорошо программа описана в [1]. Мне хотелось остановиться на некоторых особенностях работы программы, недостаточно полно раскрытых в [1], особенно в плоскости проектирования усилителей низкой частоты, на конкретном примере полного анализа работы схемы. В качестве примера возьмём классическую схему УНЧ с ОООС (файл проекта в архиве).

1. Основное окно

В нём рисуем схему. Тут всё просто, но хочется остановиться на некоторых моментах, связанных в основном с удобством дальнейшей работы. Схему следует рисовать аккуратно, так чтобы выводы элементов не наползали друг на друга, чтобы потом не искать в схеме обрывы и КЗ. Контрольные точки схемы лучше обозначать текстом (например, OUT), а не номерами узлов схемы, которые автоматически проставляет программа. При добавлении в схему элементов номера узлов меняются. Поэтому в окнах анализа вам придётся постоянно это отслеживать. Параметры некоторых элементов лучше задавать как величину параметра другого, например симметричного, элемента, как это сделано с резистором R10. Для этого в окне элемента для R10 вместо 30 Ом, пишем R(R7). Теперь при изменении величины R7 будет синхронно изменяться и величина R10. Это очень удобно для анализа схемы.

2. Окно анализа по постоянному току.

Для перехода к нему щёлкаем на Analysis>Dynamic DC. Напряжения в узлах будут выведены сразу. На панели инструментов можно вывести токи в ветвях, мощность на элементах, соответствующей кнопкой.

Рядом с каждым резистором появляется движок. При выделении его мышкой можно стрелками на клавиатуре менять его величину, наблюдая за токами и напряжениями в схеме. Таким способом балансируем схему по постоянному току. Устанавливаем токи покоя.

3. АС анализ.

В нём проводим анализ АФЧХ петлевого усиления, измеряем глубину ООС.

Далее смотрим АФЧХ без ОООС, для этого надо исключить ОООС по переменному току, оставив по постоянному. Для этого с базы Q8 на землю ставим конденсатор большой емкости, например 1ф. Смотрим графики.

Усиление без ОООС 68 дБ. Глубина ОООС 68-24=44дб. Первый полюс на частоте 7кГц. Находим из графиков сдвиг фаз при 24дб, он составляет 109гр. Следовательно, запас по фазе нашей схемы составляет 180-109=71гр.Т.е. схема вполне устойчива при таком усилении и элементах коррекции. Удобно выбрать оптимальное расположение полюса и величину элементов коррекции (С3,в данном случае) с помощью режима Stepping.На экран будут выводиться несколько графиков, для каждого значения С3. В АС анализе следует помнить о том, что измерения происходят в малосигнальном режиме.

4. DC анализ.

В этом режиме можно посмотреть статические характеристики схемы, а так же температурные зависимости. Этот режим удобен также для снятия статических характеристик активных элементов (входной, выходной характеристик, зависимостей бэты, крутизны от тока, температурных параметров) и сравнения с даташитными. Очень рекомендую проделывать эту процедуру перед установкой прибора в схему. Прграмма располагает множеством функций. Про них можно почитать в Help-е программы. Данные на график можно выводит в качестве функции измеряемой величины. Например, при измерении бэты (крутизны) очень удобна функция DD(производная, по изменяемому параметру).

Часто ругают симуляторы за несоответствие с реальными измерениями, но иногда виноваты не симуляторы, а неадекватные модели элементов. Особенно часто они попадаются среди моделей отечественных приборов.

Вернёмся к DC анализу нашей схемы.

Посмотрим температурные зависимости. Для этого делаем соответствующие установки в окне анализа. Вместо температуры в окне можно установит любой источник напряжения или тока, а так же параметры моделей элементов. Можно смотреть и сразу по двум величинам. Остановимся на температурных зависимостях тока покоя выходных транзисторов и дрейфе постоянного напряжения на выходе. Получаем:

На самом деле анализ не совсем корректный, т.к. я «грел» все активные элементы одновременно. Можно греть и несколько элементов, оставляя остальные при постоянной температуре. Для этого вернёмся в текстовое окно. Сделаем копию текстовых описаний активных элементов и добавим их том же окне. В тексте копии элемента добавим к каждому элементу, скажем букву Т (см. рис. 2)

Меняем, в схеме, активные элементы, температуру которых желаем оставить постоянной на элементы с буквой Т, одновременно с этим в окне элемента устанавливаем параметр T-ABC на нужную нам температуру (см. рис 8). Теперь температура этого элемента, при анализе, изменяться не будет.

Конечно, тепловой анализ в симуляторе не учитывает тепловое сопротивление, инерционность процесса. Но грубо работу схемы при прогреве, источники тепловых дрейфов, оценить можно.

5. Transient.

Предназначен для анализа переходных процессов в схеме, а так же анализа спектра гармоник выходного сигнала с помощью БПФ. На анализе переходных процессов останавливаться не буду, там всё очевидно.

Спектр гармоник можно посмотреть с помощью нескольких операторов. Наиболее удобным, на мой взгляд, является оператор IHD (HARM (измеряемая величина)). IHD-Individual Harmonic Distortion, т.е. из спектра выделяются гармоники только основной частоты. В большинстве случаев этого достаточно, для оценки нелинейности схемы. По сравнению с режимом HARM анализ идёт значительно быстрее, и что важно показания читать значительно удобнее. Они выводятся в процентах от основной гармоники, в отличие от режима HARM, где показания выводятся в абсолютных величинах. Это не удобно, особенно при измерении при разных уровнях входного сигнала. При правильном задании параметров анализа, показания практически не отличаются.

Источник