Моделирование электронных устройств

 

В электронных устройствах на биполярном транзисторе он часто включается по схеме с общим эмиттером, как показано на рис. 6.13, а.

Сопротивление является коллекторной нагрузкой, а сопротивление включено только для того, чтобы сформировать дополнительный узел для обозначения тока базы транзистора . От него можно отказаться, если в задании на моделирование обозначать ток базы .

Задание на моделирование показано на рис. 6.14.

 

Рис. 6.13

 

Рис. 6.14

 

В задании токи и напряжение заданы через номера узлов. Напряжение коллектора можно обозначить и как , а ток коллектора как ( - символическое обозначение коллектора, - базы, а - самого транзистора).

Результаты моделирование показаны на рис. 6.15. Верхняя кривая отображает зависимость выходного напряжения коллектор-эмиттер от входного напряжения источника в цепи база-эмиттер (в задании обозначено DCINPUT1 – постоянное напряжение DC первого входа INPUT1), его можно заменить на .

Средняя кривая отображает зависимость тока коллектора от того же входного напряжения, а нижняя – тока базы транзистора.

Как видно, с ростом существенно нелинейно падает напряжение коллектора и растут токи коллектора и базы.

 

 

При малых левее точки А ( ) транзистор закрыт, токи коллектора и базы практически равны нулю (транзистор не пропускает ток), а напряжение коллектора равно напряжению источника питания . При больших правее точки B ( ) транзистор полностью открыт (режим насыщения), ток коллектора максимален ( ), а напряжение коллектора практически равно нулю (ток базы 0, 09 мА).

Транзистор работает в активном режиме при напряжении база-эмиттер между точками A и B, . Рабочий режим часто выбирается в окрестности точки РТ (рабочей точки).

Передаточные характеристики по постоянном току можно сделать значительно более линейными, если включить в цепь эмиттера сопротивление , как показано в модели на рис. 6.13, б. При этом часть выходного напряжения подается в промежуток база-эмиттер транзистора, вычитаясь из входного напряжения. Такое схемное решение называют отрицательной обратной связью. Результаты моделирования цепи рис. 6.13, б показаны на рис. 6.16 (сравните их с кривыми на рис. 6.15.

Как видно, положение рабочей точки при токе коллектора 6 мА обеспечивается при входном напряжении 1, 32 В, при этом на эмиттере напряжение равно 0, 6 В, а между базой и эмиттером соответственно 0, 72 В.

Как видно, программа MicroCAP весьма удобна для проектирования электронных устройств и выбора параметров элементов.

Имеется возможность спектрального анализа токов и напряжений в нелинейных цепях (приложение 2).

 

 

ПРОГРАММА WORKBENCH

 

Общее описание программы

 

Программа Electronics Workbench (EWB) предназначена для моделирования электрических схем. Ее возможности эквивалентны возможностям программы MicroCap и позволяют выполнять работы от простейших экспериментов до сложного моделирования. Моделирование можно проводить с использованием моделей измерительных приборов (амперметров, вольтметров, осциллографов и др.).

При создании модели цепи имеется возможность:

- выбирать элементы и приборы из библиотек,

- перемещать и поворачивать элементы и схемы,

- подключать несколько измерительных приборов и наблюдать их показания на экране монитора,

- изменять параметры элементов.

В отличии от MicroCap, перенос выбранного элемента из меню на поле схемы производится при удержании левой кнопки мыши.

На рис. 7.1 показано меню источников, позволяющее выбирать модели источников сигнала. Можно выбрать маркер точки нулевого потенциала (Ground – земля), батарею и другие варианты, в том числе и генераторы сигналов с амплитудной (АМ) и частотной (FM) модуляцией.

 

Рис. 7.1

 

Базовое меню элементов модели показано на рис. 7.2.

Рис. 7.2

 

Как видно, можно выбрать различные линейные элементы цепи (сопротивление, емкость, индуктивность, трансформатор и другие).

Нелинейные электронные элементы выбираются с помощью меню, показанных на рис. 7.3, а элементы аналоговой и цифровой электроники – из меню на рис. 7.4.

 

Рис. 7.3

 

Рис. 7.4

 

Измерительные приборы

 

Особенностью программы Workbench является возможность использования моделей электронных приборов на рис. 7.2 (слева направо мультиметр, генератор сигналов, осциллограф, измеритель частотных характеристик и другие). Примеры применения этих моделей показаны на рис. 7.3.

Меню измерительных приборов показано на рис. 7.5 (слева направо мультиметр – измеритель тока или напряжения, генератор, осциллограф, характериограф – измеритель частотных характеристик и др.). На рис 7.6 показан пример их применения при моделировании двух простых цепей - RL цепи и резистивного делителя.

 

Рис. 7.5

 

Рис. 7.6

 

Пример применения анализатора частотных характеристик для RL цепи показан на рис 7.7. В верхней части цепи

расположен характериограф, а правее цепи – осциллограф.

 

Рис. 7.7

Осциллограф может отображаться в сжатом (рис. 7.8) и развернутом (Expand) виде (в нижней части рис. 7.6).

 

Рис. 7.8

 

Модель двухканального осциллографа позволяет регулировать чувствительность каналов вертикального (каналы A и B) и горизонтального отклонения, как это имеет место в настоящем измерительном приборе. В расширенном варианте выдаются результаты измерения по наблюдаемым временным диаграммам (в нижней части рис. 7.6).

На схеме изображение двухканального осциллографа имеет вид, показанный на рис. 7.9, пример подключения приведен на рис. 7.6.

 

Рис. 7.9

 

Модель измерителя частотных характеристик или характериограф (Bode Plotter) также имеет органы управления изображением частотных характеристик по вертикальной (децибелы или относительные единицы) и горизонтальной (час-

тота) осям в линейном или логарифмическом масштабах (рис. 7.10). Его изображение на схеме показано на рис. 7.7. Входные клеммы (In) подключаются на вход четырехполюсника (к генератору), а выходные (Out) – на выход цепи.

 

Рис. 7.10

 

В меню «Analysis» имеется пункт «Display Graphs», отображающий окно графического вывода результатов моделирования, показанное на рис. 7.7, в котором можно получать осциллограммы, частотные характеристики и др.

 

Построение модели

 

Для формирования модели из меню выбираются элементы цепи и размещаются на экране. При необходимости поворота элемента он выбирается нажатием левой кнопки мыши (при этим он обозначается красным цветом). Двойное нажатие левой кнопки открывает окно задания параметров элемента.

Нажатие правой кнопки мыши выводит меню команд, например, поворота элемента. Поворот элемента на 90⁰ может выполняться командой «Ctrl L».

Соединение элементов осуществляется наведением маркера мыши на конец вывода элемента (при этом появляется жирная точка), после чего нажимается левая кнопка мыши и маркер перемешается к концу вывода другого элемента, с ко-

торым необходимо установить соединение (при этом появляется жирная точка) и левая кнопка мыши отпускается. Соединение удаляется установкой на нем маркера мыши и нажатием левой кнопки (при этом соединительная линия утолщается). Нажатием правой кнопки мыши выводится меню, в котором выбирается команда стирания Delete или можно нажать клавишу Del, после чего появляется запрос на стирание, на который необходимо ответить ДА. Можно изменять цвет соединительной линии двойным нажатием левой кнопки мыши.

Далее устанавливаются необходимые измерительные приборы, устанавливаются необходимые соединения и выбираются режимы работы. Примерами являются цепи на рис. 7.6 и рис. 7.7. При измерении переменных токов и напряжений необходимо учитывать, что вольтметр и амперметр показывают их действующие значения, на осциллограф позволяет определять амплитуды сигналов.

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться: