16242

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

Книга

Информатика, кибернетика и программирование

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ Методические указания для выполнения лабораторных работ по дисциплинам Автоматизация проектирования Основы автоматизированного проектирования Лабораторная работа № 1 Разработка графических моделей ...

Русский

2013-06-20

462.5 KB

8 чел.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ

Методические указания для выполнения

лабораторных работ  по дисциплинам

«Автоматизация проектирования»

«Основы автоматизированного проектирования»


Лабораторная работа № 1

Разработка графических моделей

Цель: научиться чертить и редактировать электрические схемы, устанавливать и изменять атрибуты компонентов.

Порядок выполнения работы

1 Запустите редактор Schematics из главного меню операционной системы Windows: Пуск | Программы | Orcad Famile Release 9.2. Появится рабочее окно редактора (рисунок 1.1).

Рисунок 1.1

2 Создайте новый рабочий лист с помощью команды File| New либо щелчком по клавише на панели инструментов.

3 Сохраните файл под именем Example1 с помощью команды Save as из меню File. К файлу автоматически добавится расширение *.sch – стандартное для всех файлов в редакторе Schematics. Имена файлов надо задавать на английском языке.

4 Начертите схему последовательной цепи из двух резисторов. Для этого выполните следующие действия:

 откройте меню Draw (Чертить) и выберите команду GetNewPart (Достать новый компонент). На экране откроется диалоговое окно Part Browser Basic (Обычный просмотр компонентов) или Part Browser Advanced (Расширенный просмотр компонентов), рисунок 1.2.

Рисунок 1.2

Перейдите несколько раз от одного окна к другому с помощью кнопок Advanced  и Basic;

 откройте окно Library Drowser, щелкнув по кнопке Libreries. Затем в окне Library выберите библиотеку аналоговых компонентов analog.slb, а затем – элемент с наименованием R – резистор (рисунок 1.3) и нажмите кнопку OK. Снова откроется окно Part Browser Advanced. Нажмите на кнопку Place и затем OK;

Рисунок 1.3

разместите два резистора на свободном поле рабочего окна, щелкнув  последовательно левой клавишей мыши на свободном поле. При необходимости графическое изображение элемента можно повернуть на 900, выполнив команду <Ctrl> <R>, или  зеркально отобразить (команда <Ctrl> <F>).  Для удаления элемента надо выделить его щелчком мыши (он окрасится в красный цвет) и нажать клавишу Del;

 откройте окно Part Browser Advanced через меню Draw или  путем нажатия кнопки    на панели инструментов. Из библиотеки source.slb выберите источник постоянного напряжения VDC и разместите его в поле рабочего окна;

откройте окно Part Browser Advanced и в поле Part Name напишите имя AGND (земля) или выберите эго из библиотеки port.slb. Разместите элемент в поле рабочего окна;

 соедините элементы с помощью инструмента «карандаш», щелкая на концах элементов мышкой (рисунок 1.4). Для увеличения масштаба графического изображения схемы, необходимо нажать на кнопку панели инструментов, и очертить вокруг схемы рамку;

Рисунок 1.4

переместите названия элементов на схеме так, чтобы они были либо сверху, либо справа от соответствующего графического изображения (согласно ГОСТ). Для этого  достаточно щелкнуть  левой кнопкой мыши  на обозначении элемента, при этом вокруг названия появится рамка. Зацепите рамку и переметите в нужное место.  Точно также переместите на свободное поле номинальные значения элементов.

5 Установка атрибутов элементов схемы – значений и других специальных характеристик.

Для того, чтобы задать имена и значения элементам схемы, необходимо выполнить следующие действия:

дважды щелкните мышью по имени верхнего резистора. Откроется диалоговое окно Edit Reference Designator (рисунок 1.5, а). В нем можно изменить при необходимости название резистора;

      а                                                           б

Рисунок 1.5

чтобы изменить значение резистора, необходимо дважды щелкнуть мышью по характеристике 1k и в `поле Value открывшегося окна Set Attribute Value, задать значение 1.5k (рисунок 1.5, б) и нажать кнопку OK;

Внимание! Для записи значения в вещественной форме используйте знак «точка». Между значением и единицей измерения пробела не должно быть.

установите атрибуты  источника постоянного напряжения. Для этого щелкните дважды по графическому изображению источника, при этом откроется диалоговое окно (рисунок 1.6). Установите напряжение DC=10V.

Рисунок 1.6

Нажмите на кнопку Change Display, откроется окно Change Attribute (рисунок 1.7), в котором можно выбрать тип надписи, отображаемый в рабочем окне. Выберите команду Both name and value (Имя и значение), и нажмите кнопку OK. Сохраните атрибуты нажав кнопку Save Attr в окне V1 Part:Name VDC.

Рисунок  1.7

Примечание. При изменении схемы  на рабочем поле могут оставаться «следы» предыдущих наименований и значений. Для очистки рабочего поля используйте клавишу  Redraw.

Сохраните изменения в схеме.

6 Закрепите полученные знания и навыки построения графических моделей. Для этого изобразите схему, приведенную на  рисунке 1.8.

Для этого необходимо знать, что:

элементы R, L, C ` находятся в библиотеке analog.slb, источник переменного напряжения VAC в библиотеке sourсe.slb;

используются следующие единицы измерения

Мили

10-3

1m

Микро

10-6

1u

Нано

10-8

1n

Пико

10-12

1p

Кило

103

1k

Мега

106

1Meg

Рисунок 1.8

Вывод: получили практические навыки черчения и редактирования электрических схем, устанавливания и изменения атрибутов компонентов.

Лабораторная работа № 2

Моделирование цепи постоянного тока

Цель: научиться моделировать церии постоянного тока и определять значения потенциалов, выводить результаты моделирования в выходной файл.

Порядок выполнения работы

1 Загрузите схему последовательной цепи из файла Example1.sch. Выполните команду Simulate из главного меню Analysis, запустив процесс моделирования.

2 Отобразите результаты моделирования на схеме. Для этого выполните следующие действия:

из главного меню Analysis  выберите команду Display Results on Schematics (Показать результаты в Schematics) и выделите опции Enable (Разрешить) и  Enable Voltage Display (Разрешить индикацию напряжений). В узлах схемы появятся результаты моделирования: в месте соединения двух резисторов видим напряжение 8,193V по отношению к земле (рисунок 2.1).

Рисунок 2.1

Поскольку наибольший интерес представляет именно это напряжение, то все остальные значения можно удалить. Для удаления выделите значение щелчком мыши и используйте команду Delete (рисунок 2.2). Если удаленные данные требуется восстановить, то надо выделить соответствующий сегмент проводки и щелкнуть по кнопке  – Show / Hide Voltage on Selected Nets (Показать / Скрыть напряжения для отдельных узлов). Кроме того, индикацию напряжений можно включать и выключать с помощью кнопки (убедитесь в этом сами);

Рисунок 2.2

вызовите на экран индикацию тока, щелкнув по кнопке Enable Current Display (Показать токи). На рисунке 2.3 показаны значения токов в узлах схемы.

Рисунок 2.3

Проверьте полученные значения расчетным путем с использованием закона Ома. Для удаления ненужных значений достаточно щелкнуть мышью по соответствующему полю результата. При этом будет выделен элемент, к которому относится значение тока, а стрелкой – отмечено его направление (рисунок 2.4). Далее используйте команду Delete. Если удаленные данные требуется восстановить, то надо выделить соответствующий сегмент проводки и щелкнуть по кнопке  – Show / Hide Current on Selected Part (Показать / Скрыть токи для отдельных компонентов);

Рисунок 2.4

.3 Изучите структуру выходного файла и проанализируйте содержащуюся в нем информацию. Для этого выполните следующие действия:

 в  схеме последовательного соединения резисторов отключите индикацию токов и напряжений путем нажатия на кнопки    и  ;

 запустите  процесс моделирования, выбрав команду Simulate в главном меню Analysis,  либо щелкнув по кнопке панели инструментов;

 откройте выходной файл, выбрав опцию Examine Output в главном меню  Analysis. В блокноте откроется файл с информацией вида:

**** 05/14/13 10:41:23 ******* PSpice 16.3.0 (June 2009) ****** ID# 0 ********

* C:\Users\seraf007\Documents\Schematic_laba1.sch

****     CIRCUIT DESCRIPTION

******************************************************************************

* Schematics Version 16.3.0

* Tue May 14 10:41:17 2013

** Analysis setup **

* From [PSPICE NETLIST] section of C:\Cadence\SPB_16.3\tools\PSpice\PSpice.ini:

.lib "nom.lib"

.INC "Schematic_laba1.net"

**** INCLUDING Schematic_laba1.net ****

* Schematics Netlist *

R_R3         $N_0002 $N_0001  1.5k  

R_R4         0 $N_0001  6.8k  

V_V3         $N_0002 0 10V

**** RESUMING Schematic_laba1.cir ****

.PROBE V(*) I(*) W(*) D(*) NOISE(*)

.END

**** 05/14/13 10:41:23 ******* PSpice 16.3.0 (June 2009) ****** ID# 0 ********

* C:\Users\seraf007\Documents\Schematic_laba1.sch

****     SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION       TEMPERATURE =   27.000 DEG C

******************************************************************************

NODE   VOLTAGE     NODE   VOLTAGE     NODE   VOLTAGE     NODE   VOLTAGE

($N_0001)    8.1928                   ($N_0002)   10.0000                   

  VOLTAGE SOURCE CURRENTS

   NAME         CURRENT

   V_V3        -1.205E-03

   TOTAL POWER DISSIPATION   1.20E-02  WATTS

         JOB CONCLUDED

**** 05/14/13 10:41:23 ******* PSpice 16.3.0 (June 2009) ****** ID# 0 ********

* C:\Users\seraf007\Documents\Schematic_laba1.sch

****     JOB STATISTICS SUMMARY

******************************************************************************

 Total job time (using Solver 1)   =        0.00

В выходном файле содержится информация о:

– дате проведения моделирования и продолжительности процесса, о внутренних вспомогательных файлах, созданных специальной для анализа;

об условно принятой температуре окружающей среды для установления термозависимых значений  компонентов схемы;

– запуске ** Analysis setup **  и типе анализа .OP – анализ цепи постоянного тока (Operating-Point_Analysis);

– сетевом списке * Schematics Netlist *, куда заносятся данные о схеме для того, чтобы произвести моделирование. При этом узлам схемы автоматически присваиваются условные имена:

R_R2   0 $N_0001  6.8k  (резистор с именем R2 и сопротивлением 6.8k  находится между узлами 0 и $N_0001);  

V_V1    $N_0002 0 10V  (источник напряжения с именем V1 и значением 10V расположен между узлами $N_0002 0);

R_R1    $N_0002 $N_0001  1.5k  (резистор с именем R1 и сопротивлением 1.5k  находится между узлами $N_0002  и $N_0001);

– потенциале узлов относительно «земли»:

($N_0001)    8.1928                   ($N_0002)   10.0000    (8.1928 В и 10 В)

   VOLTAGE SOURCE CURRENTS 

токе, проходящем через источник напряжения в прямом направлении от положительного полюса к отрицательному:

   NAME         CURRENT

   V_V1        -1.205E-03              (-1.205 мА)

и общей потребляемой мощности электрической схемы:

   TOTAL POWER DISSIPATION   1.20E-02  WATTS           (0.012 Вт или 12 мВт).

4 Выполните задания для закрепления материала. Для этого: 

 начертите электрическую схему, показанную на рисунке 2.5 и сохраните ее под именем R_MIX_2.sch. Выведите значения напряжения и токов. Проверьте расчетным путем значение тока, проходящего через резистор R8. Проанализируйте результаты моделирования, содержащиеся в выходном файле;

Рисунок 2.5

начертите электрическую схему, показанную на рисунке 2.6 и сохраните ее под именем 2_U.sch. Рассчитайте значение напряжения второго источника V2, запустите процесс моделирования и выведите значения напряжений и токов в схеме. Проанализируйте результаты моделирования, содержащиеся в выходном файле;

Рисунок 2.6

начертите электрическую схему, показанную на рисунке 2.7 и сохраните ее под именем BRIDG.sch. Проанализируйте значения напряжений в узлах схемы и токов, проходящих через ее компоненты. Проверьте полученные результаты расчетным путем. Проанализируйте результаты моделирования, содержащиеся в выходном файле;

Рисунок 2.7

Вывод: Получили практические навыки в моделировании церии постоянного тока и определять значения потенциалов, выводить результаты моделирования в выходной файл.

Лабораторная работа № 5

Анализ частотных и фазовых характеристик

цепи переменного напряжения

Цель: научиться представлять частотные и фазовые характеристики цепи переменного напряжения в линейном и логарифмическом масштабе.

Порядок выполнения работы

1 Загрузите в рабочее поле программы схему RC_AC.sch (рисунок 5.1) и уберите все ненужные символы и обозначения. Установите постоянную амплитуду AC = 1V.

Рисунок 5.1

2 Выполните следующие установки:

 выберите в главном меню Analysis команду Setup, установите флажок рядом с кнопкой  AC Sweep и щелкните по ней, Откроется окно AC Sweep and Noise Analysis;

 установите значения параметров для последующего анализа цепи переменного напряжения в частотном диапазоне от 10 Гц (Start Freq) до 999 кГц (End Freq) для :10000 точек (Total Pts) в соответствии с рисунком 5.2. Закройте окна AC Sweep and Noise Analysis и Analysis Setup;

Рисунок 5.2

  установите режим автоматического открытия окна для вывода диаграмм после запуска процесса моделирования. Для этого в главном меню Analysis  выберите команду Probe Setup и в открывшемся окне Probe Setup Options выберите опцию Automatically Run Probe After Simulation. В списке At Probe Startup выберите опцию None. На закладке Data Collection выберите опцию All во всех полях. Закройте все окна.

3 Запустите процесс моделирования. После вычислений откроется окно Probe. Нажмите на кнопку  Add Traces и выведите диаграмму напряжения на конденсаторе V(C1:2) (рисунок 5.3).

Рисунок 5.3

Диаграмма изображена в линейном масштабе по оси X. Данная диаграмма непоказательна. Выберите логарифмическое масштабирование оси X, выполнив команду Axis Settings в главном меню Probe и выбрав опцию Log для оси X в открывшемся окне. Гораздо проще данную установку сделать щелчком по кнопке на панели инструментов. Диаграмма будет иметь вид, показанный на рисунке 5.4.

Рисунок 5.4

Можно изменить масштаб оси Y с линейного на логарифмический,  используя команды  главного меню или кнопку программы Probe.

4 Исследуйте влияние сопротивления R на частотную характеристику          RC-фильтра нижних частот.  С этой целью проведите сначала моделирование схемы при значении сопротивления R = 80 Ом, а затем при R = 1000 Ом. Для решения поставленной задачи выполните следующие действия:

 измените значение сопротивления в схеме последовательного соединения резистора и конденсатора RC_AC.sch и сохраните ее под именем RC_80.sch;

 для проведения AC Sweep анализа выполните установки в окне AC Sweep and Noise Analysis в соответствии с рисунком 5.2 в частотном диапазоне от 10 Гц до 999 кГц для 10000 точек;

 запустите процесс моделирования и создайте диаграмму частотной характеристики напряжения на конденсаторе V(C1:2) с линейным масштабированием координатной  оси Y и логарифмическим масштабированием координатной оси X (рисунок 5.5);

Рисунок 5.5

 измените значение сопротивления резистора на 1 кОм, сохраните схему под именем RC_1000.sch, запустите снова процесс моделирования с теми же установками, что и для схемы RC_80.sch, и представьте  графически частотную характеристику напряжения конденсатора V(C1:2) с линейным масштабированием координатной  оси Y и логарифмическим масштабированием координатной оси X (рисунок 5.6);

Рисунок 5.6

Из рисунка 5.6 видно, что программа выполнила расчеты неверно, так как частотная характеристика не должна иметь излома на частоте 100 Гц. Данная ошибка объясняется недостаточным количеством расчетных точек, так как  на 100 Гц приходится только одна точка. Для устранения этого недостатка, в программе Probe  предусмотрена  индикация контрольных точек с помощью специальной опции;

 откройте меню Tools (Инструменты) и выполните команду Options. В открывшемся окне Probe Options (рисунок 5.7) выберите опцию Mark Data Point. Данной опции соответствует кнопка на панели инструментов программы Probe. На рисунке 5.8 появятся контрольные точки. Они нерационально распределены  на диаграмме при логарифмическом масштабе оси X;

Рисунок 5.7

Рисунок 5.8

 для более рационального распределения точек, необходимо выполнить последовательность команд Analysis | Setup | AC Sweep и в открывшемся окне AC Sweep and Noise Analysis изменить линейный интервал изменения частоты при расчете  контрольных точек (Linear) (рисунок 5.9)  на декадный (Decade) (рисунок 5.9),\ а в поле Pts/Decade необходимо установить цифру 100, что составит 500 точек на 5 декад;

                                        а                                                               б

Рисунок 5.9

 запустите  процесс моделирования и постройте диаграмму напряжения  V(C1:2) на конденсаторе. Количество точек, для которых рассчитывается значение напряжения в программе PSpice, уменьшилось в 20 раз, а качество диаграммы существенно улучшилось (рисунок 5.10).

Рисунок 5.10

5 Сравните частотные характеристики фильтра нижних частот при R = 80 Ом и R = 1000 Ом. Для этого совместите две диаграммы  в одной системе координат следующим образом:

 запустите процесс моделирования схемы RC_80.sch  при этом откроется окно Probe. Постройте частотную характеристику фильтра нижних частот –диаграмму V(C1:2);

 откройте результат моделирования схемы  RC_1000.sch – файл  RC_1000.dat через команду Append главного меню  File окна Probe (рисунок 5.11). Файл с расширением  *.dat автоматически был сохранен программой PSpice при запуске процесса моделирования схемы RC_1000.sch  в той же папке, что и исходная схема (рисунок 5.12.

Рисунок 5.11

Рисунок 5.12

6 Начертите схему, изображенную на рисунке 5.13, и сохраните ее под именем RLC_MIX1.sch и проведите моделирование частотной характеристики:

.

Рисунок 5.13

 определите граничную частоту, при которой напряжение падает  на 70% от своего максимального значения;

 удалите конденсатор и измените значение L так, чтобы фильтр нижних частот имел ту же граничную частоту. Выведите обе частотные характеристики на одной диаграмме;

 замените источник синусоидального напряжения VSIN на источник импульсного напряжения VPULSE с импульсным напряжением 1  В. Сравните переходные характеристики обоих частотных фильтров. Переходная характеристика какого фильтра лучше?

Вывод: Получили практические навыки в представление частотных и фазовых характеристик цепи переменного напряжения в линейном и логарифмическом масштабе.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

32607. Особенности организации учёта и исчисления себестоимости продукции основных видов промышленных производств 52 KB
  Для первичных документов по учету сырья и выхода готовой продукции предусмотрен отчёт о переработке продукции форма № 180АПК. В первом разделе отчёта учитывается количество израсходованного сырья во втором количество полученной продукции. Схема учета затрат на производство и выхода продукции животноводства представлена на рисунке 6. По дебету счета собираются затраты а по кредиту учитывается выход продукции в течении года по плановой себестоимости с доведением в конце года или месяца до фактической в зависимости от вида производств.
32609. Докладно описати вантажні станції, розташовані на під’їзних коліях, виділивши: 1) умови розміщення станцій; 2) характеристика портових станцій і станцій паромних переправ; 3) характеристика перевантажувальних станцій 146 KB
  Докладно описати вантажні станції розташовані на під’їзних коліях виділивши: 1 умови розміщення станцій; 2 характеристика портових станцій і станцій паромних переправ; 3 характеристика перевантажувальних станцій. 1 В пунктах стикування залізниць різної колії залізничних доріг з іншими видами транспорту і на п к підприємств споруджуються спеціальні вантажні станції. На основній станції виконується передача вагонів від УЗ на п к розформування поїздів і підбір вагонів по окремим пунктам подавання вагонів на вантажні станції або...
32610. Основні норми проектування плану і поздовжнього профілю дільничних станцій 311.5 KB
  Розміщення колій на горизонтальному майданчику полегшує умови рушення поїздів в обох напрямках знижує небезпеку уходу вагонів від товчка при маневрах або під впливом вітру. Станція окремі парки і витяжні колії повинні розташовуватися в плані на прямих дільницях що поліпшує умови видимості під час руху поїзда і маневрової роботи рушенні поїздів з місця. Головні колії на підходах до станції слід проектувати на прямих або кривих можливо більшого радіусу що створює умови для забезпечення безпечності і плавності руху поїздів....
32612. Докладно описати такі питання: – призначення і класифікація сортувальних станцій; – класифікація сортувальних станцій; – основні операції, що виконуються на сортувальних станціях; - основні пристрої, які проектуються на сортувальних станціях 841 KB
  Сортировочные станции СС предназначены главным образом для массовой сортировки вагонов по назначениям плана формирования и организации новых составов сквозных участковых сборных вывозных передаточных и других поездов. Основные операции которые выполняются на СС: операции по формированиюрасформированию поездов передаче вагонов на подъездные пути предприятий промышленного транспорта и приему вагонов с подъездных путей подборке группировке вагонов передач на грузовые станции узла и поездов на портовые и паромные станции а...
32613. Докладно описати такі питання: визначення вантажної станції; класифікація вантажних станцій; основні операц 304.5 KB
  Для ГММ расчетная высота горки по условию докатывания вагонов расчетной весовой категории плохого или очень плохого бегуна до расчетной точки трудного по сопротивлению пути сортировочного парка в зимних неблагоприятных условиях при встречном ветре определяется по формуле: где h0энергетическая высота соответствующая расчетной скорости роспуска состава V0 кДж кН. ; где g ускорение свободного падения 98 м с2; γкоэффициент учитывающий инерцию вращения вращающихся масс бегуна. ; где n число осей бегуна 4; q вес бегуна Потерянная...
32614. Вариант 1 Схема двусторонней сортировочной станции с последовательным расположением основных парков и с об. 613.5 KB
  Вариант 1 Схема двусторонней сортировочной станции с последовательным расположением основных парков и с объемлющим расположением главных путей для пропуска пассажирских поездов рисунок 1. Вариант 2 Комбинированная схема двусторонней сортировочной станции с объемлющим расположением главных путей для пропуска пассажирских поездов рисунок 2. Вариант 3 Схема двусторонней сортировочной станции с параллельным расположением парков и с боковым расположением главных путей для пропуска пассажирских поездов рисунок 3. Вариант 1 Схема двусторонней...
32615. Докладно описати такі питання: призначення та класифікація дільничних станцій; основні операції що викону. 407 KB
  На УС выполняются следующие операции: посадка и высадка пассажиров; прием хранение и выдача багажа почты и грузов пассажирской скорости; технические операции с пассажирскими поездами; технические операции с грузовыми поездами; прием хранение и выдача грузов подача уборка вагонов на грузовой двор и др. погрузочноразгрузочные пункты; погрузкавыгрузка грузов взвешивание грузов вагонов и проверка габаритности у мест погрузки а в необходимых случаях сортировка и перегрузка грузов; подача неисправных вагонов к месту...