Моделирование электрических схем при помощи средств программного пакета Micro-Cap 8 (стр. 2 из 7)

В режиме Transient Analysis на панели инструментов программы MC8 становится доступной кнопка

(команда Animate), которая позволяет замедлить вывод графиков. Режим анимации может быть полезен не только для демонстрации динамики переходных процессов во времени, но и при построении зависимостей различных величин между собой (годографов или «фазовых портретов» схемы).

1.2 Меню режимов расчета переходных процессов

После задания параметров моделирования и щелчка курсором по кнопке Run программа МС переходит в режим расчета переходных процессов. Открывается окно анализа, а в строке заголовка появляется надпись “Transient Analysis”. Меняется и состав меню команд, а в строке инструментов появляются соответствующие им пиктограммы. В частности, появляется новый раздел меню Transient, команды которого приведены в табл. 1.

Таблица 1

Команда		Назначение
	Run (F2)	Выполнение моделирования
	Limits (F9)	Задание параметров моделирования
	Stepping (F11)	Многовариантный анализ
	Optimize (Ctrl+F11)	Параметрическая оптимизация
	Analysis Window (F4)	Открытие графического окна результатов моделирования
	Watch (Ctrl+W)	Одновременный просмотр схемы, результатов моделирования и текстовых выражений в трех окнах
	Breakpoint (Alt+F9)	Введение точек останова моделирования
	3D Windows	Трехмерная графика
	Performance Windows	Окно расширенного анализа (параметрическая зависимость)
	Numeric Output (F5)	Вывод на экран численных результатов моделирования в табличной форме
	State Variables Editor (F12)	Вызов редактора значений переменных
	FFT Windows	Открытие окна спектрального анализа
	Reduce Data Points	Открытие окна сокращения объема информации, выводимой на графиках
	E[it Analysis (F3)	Завершение режима анализа

При выполнении анализа в окне Transient Analysis строятся графики переходных процессов, заданных для анализа величин (напряжений в узлах схемы, падений напряжений на двухполюсных элементах, токов в ветвях схемы и т.п.). На рис. 2 показан результат моделирования переходных процессов в пассивной линейной цепи второго порядка, электрическая схема которой приведена в правом окне.

Рис. 2

В окно анализа выведены следующие графики:

V(1) – импульсный сигнал, вырабатываемый генератором V1;

V(L1) – падение напряжения на индуктивности L1;

V(C1) – падение напряжения на конденсаторе C1.

Следует обратить внимание, что графики V(L1) и V(C1) построены для двух значений сопротивления резистора R1 (0,5 кОм и 1 кОм), для чего использовался режим многовариантного анализа (команда Stepping), рассмотренный в разделе.

На рис. 2 показаны два открытых окна программы МС8, расположенных по горизонтали. Строка заголовка активного окна окрашивается в темно-синий цвет. Для активизации окна достаточно щелкнуть по нему мышью, а для того чтобы развернуть активное окно на весь экран (на рис. 2 это окно Transient Analysis), необходимо щелкнуть курсором по пиктограмме

. Пиктограмма позволяет разместить на экране окно анализа поверх окна схем.

В случае большого количества графиков в окне анализа каждый из них можно выделить щелчком курсора и вывести в отдельное окно для детального просмотра, воспользовавшись кнопкой

на панели инструментов (команда Thumb Nail Plot в меню Scope). Признаком выделенного графика является подчеркивание имени моделируемой функции. На рис. 2 в окне анализа выделен график функции V(1).

При включенной опции Auto Scale Ranges программа МС8 производит автоматическое масштабирование графиков после полного завершения расчетов. Поэтому при анализе медленно протекающих процессов, диапазон изменения которых заранее не известен, текущие результаты могут быть не видны на экране. В этом случае для удобства контроля за процессом моделирования следует воспользоваться командой Print Values (пиктограмма

). При нажатой кнопке в нижней части графиков справа от обозначения каждой переменной выводятся их текущие численные значения. Поскольку моделирование в режиме Print Values значительно замедляется, то после просмотра наиболее интересного фрагмента данных этот режим можно отключить повторным нажатием кнопки . Для ввода пиктограммы в строку инструментов необходимо воспользоваться закладкой Tool Bar в диалоговом окне Properties (см. раздел 1.1).

Если после завершения расчета переходных процессов необходимо изменить параметры моделирования, то с помощью команды Limits (F9) вызывается окно Transient Analysis Limits, рассмотренное в предыдущем разделе, и повторно запускается режим анализа.

Окно редактора State Variables Editor (F12) содержит три колонки, в которых располагаются значения узловых потенциалов (Node Voltages), токов через катушки индуктивности (Inductor Currents) и логических состояний цифровых узлов (Node Levels). В начальный момент времени указанные переменные полагаются равными нулю или состоянию неопределенности (Х) для логических переменных. После окончания моделирования в этом окне указываются конечные значения переменных и момент времени, при котором эти значения рассчитаны. При необходимости значения переменных можно редактировать, обнулять (кнопка Clear), запоминать в файл <имя схемы>.top (Write), в текстовый файл <имя схемы>.svv (Print) или в виде директивы в текстовом окне (.IC), а также считать в окно переменные из файла <имя схемы>.top (Read).

Рис. 3

Команда FFT Windows вызывает диалоговое окно спектрального анализа полученных в результате моделирования периодических процессов (рис. 3). В программе MC8 режим расчета спектров выгодно отличается от режима DSP (Digital Signal Processing) предыдущей версии программы MC7. Прежде всего, режим FFT позволяет рассчитать не только амплитудный (Mag), но и фазовый (Phase) спектр сигналов, а также получить действительную (Real) и мнимую (Imag) части спектра. Программа позволяет вывести в отдельное окно анализа одновременно несколько спектральных функций, определив для них отдельные графические окна (Plot Group) с соответствующим оформлением графиков (закладка Colors, Fonts and Lines).

На рис. 4 показаны одновременно выведенные на экран три рабочих окна: окно схем и два окна анализа (временной и спектральный анализ). Спектры сигналов V(1) и V(L1) представлены в виде набора гармоник, характерном для дискретного преобразования Фурье, а спектр сигнала V(C1) – в виде огибающей гармоник. В качестве модели сигнала V(1) используется меандр, поэтому четные гармоники спектров равны нулю. В спектре сигнала V(L1) отсутствует постоянная составляющая, поскольку функция V(L1) симметрична относительно оси времени.

Закладка FFT окна Properties (рис. 3) позволяет определить границы интервала времени, принимаемого для расчета спектра (Upper Time Limit, Lower Time Limit) и количество отсчетов сигнала (Number of Points), используемых в дискретном преобразовании Фурье. Причем в программе MC8 максимальное количество отсчетов увеличено до 2²⁰.

Рис. 4

Параметрическая оптимизация (команда Optimize) позволяет, изменяя значения компонентов схемы в процессе проведения оптимизации, получить характеристики схемы с параметрами, максимально близкими к заданным значениям. Использование режима параметрической оптимизации рассмотрено в [1].

Для анализа полученных в процессе моделирования графиков характеристик схемы можно воспользоваться различными средствами (инструментами), имеющимися в программе МС. Включение одного из имеющихся режимов измерения (управления электронным курсором) осуществляется нажатием на соответствующую пиктограмму в меню инструментов. Набор инструментов можно менять, если двойным щелчком курсора в поле графиков открыть диалоговое окно Properties и обратиться к закладке Tool Bar. Способы обработки результатов моделирования описаны в разделе 6.

2. Расчет частотных характеристик (AC Analysis)

Для проведения анализа частотных характеристик схемы необходимо к ее входу подключить источник синусоидального (SIN), импульсного (PULSE) сигнала или сигнала USER, параметры которого задаются пользователем (раздел 3.3). В этом случае в режиме AC программа МС8 вместо указанных источников подключает на вход схемы гармоническое возмущение с переменной частотой. В процессе расчета частотных характеристик комплексная амплитуда этого сигнала полагается равной 1 В, начальная фаза – равной нулю, а частота меняется в пределах, заданных в меню AC Analysis Limits.