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

54224. Корекція знань, умінь, навичок. Масштаб 291.5 KB
  Організаційний момент Учні вітають гостей. Вчитель повідомляє про те що за роботу на відкритому уроці всі учні отримають оцінку. Учні користуються зошитами для контрольних робіт виставляють оцінки в щоденники. Вправа Мікрофон: учні формулюють основні правила на використання дій з десятковими дробами.
54225. Узагальнюючий урок по темі «Звичайні дроби» 273 KB
  А які знання ми з вами застосували при поділі цих цукерок Знання про звичайні дроби. Я думаю що ви ще раз переконалися що знати все про звичайні дроби корисно а інодіще й смачно Правда Тому на сьогоднішньому уроці ми з вами пригадаємо все що вивчили про звичайні дроби. Але він каже що теж дещо знає про дроби.
54226. Множення і ділення натуральних чисел, їх властивості 231 KB
  Вироблення навиків розв’язування вправ на множення і ділення натуральних чисел. Розв’язування рівнянь на основі залежностей між компонентами дій множення і ділення розв’язувати текстові задачі що потребують використання залежностей між величинами зокрема розв’язувати задачі за допомогою рівнянь Обладнання: Дидактичний матеріал із завданнями для різних етапів уроку. Сьогодні ми повинні повторити всі прийоми множення та ділення переконатися що ми навчилися виконувати вправи на множення та ділення натуральних чисел розв’язувати...
54227. Практичне застосування відсотків 209.5 KB
  Мета: Поглибити знання з теми; Розвивати в учнів пізнавальний інтерес уміння використовувати набуті знання навички й уміння в нових ситуаціях; Формувати навички взаємоконтролю і самоконтролю уміння об’єктивно оцінити результати індивідуальної роботи; Виховувати інтерес до математики почуття колективізму та вміння працювати в групах. Удосконалити практичні вміння та навички розв’язувати задачі на відсотки. Оцінити рівень засвоєння учнями знань та вмінь розв’язувати задачі на відсотки. Ви розв’язували багато задач на відсотки.
54228. Решение задач с помощью уравнений 297 KB
  Оборудование: мультимедийное оборудование, презентация, инидвидуальные карточки с дополнительными, тестовими заданиями, роздаточный матеріал «Алгоритм решения задач с помощью уравнений»
54229. Действия с натуральными числами 148.5 KB
  Цель: обобщить, систематизировать знания и умения учащихся по теме; закрепить навыки решения задач и упражнений на действия с натуральными числами; развивать четкость и логику мышления; воспитывать чувство патриотизма, гордости, любви к Украине, родному городу Луганску.
54230. Розвязування задач на додавання і віднімання натуральних чисел 106.5 KB
  Мета: Навчальна: удосконалити вміння застосовувати правила та властивості додавання і віднімання натуральних чисел до розв’язування задач; Розвивальна: сприяти розвитку логічного мислення обчислювальних навичок учнів культуру математичної мови і записів; формувати інтерес до математики; Виховна: виховувати самостійність наполегливість взаємодовіру навчити працювати за аналогією. Обладнання і наочність: плакати з короткими...
54231. Дії з натуральними числами 3.21 MB
  Мета: узагальнення та систематизація знань, умінь та навичок; розвиток логічного мислення, обчислювальних навичок, інтересу до математики, культури математичного мовлення, самостійності; виховання віри в свої сили, уважності, наполегливості.
54232. Десятичная дробь. Чтение и запись десятичной дроби 194 KB
  Тип урока: урок усвоения знаний и умений Цели урока: повторить учебный материал по теме: Обыкновенные дроби сформировать у учащихся понятие о десятичной дроби; сформировать умение...