Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ПО ВЫСШЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ
Альметьевский нефтяной институт
УСИЛИТЕЛЬНЫЕ И КОММУТАЦИОННЫЕ УСТРОЙСТВА
Методические указания
к выполнению лабораторных работ
Альметьевск
1998
Составители: В.Я. Чаронов
В.С. Генин
Л.Ф. Борисов
С.П. Иванова
А.Н. Котельников
УДК 621.316
Усилительные и коммутационные устройства. Методические указания к выполнению лабораторных работ./ Составители: В.Я. Чаронов, В.С. Генин, Л.Ф. Борисов, С.П. Иванова, А.Н. Котельников. Альметьевский нефтяной институт, Альметьевск, 1998 г.
В лекционной части курса изучаются практические схемы, методы построения, моделирования и анализа усилителей на дискретных полупроводниковых элементах, выпрямителей и сглаживающих фильтров, преобразователей и стабилизаторов напряжения, тока, бесконтактных и гибридных коммутационных устройств на базе управляемых силовых ключей, используемых в электронных устройствах защиты и управления.
Во время лабораторных работ исследуются схемы усилителей, полупроводниковых ключей, выпрямителей, сглаживающих фильтров, преобразователей и стабилизаторов напряжения с моделированием схем на ЭВМ.
Утверждено методическим советом института.
Рецезент доктор технических наук профессор Б.Н.Абрамович.
Лабораторная работа №1
Изучение основных возможностей пакета PSpice для схемотехнического моделирования и анализа электрических цепей
Цель работы: Практическое освоение основных приемов работы с программной средой PSpice на примерах исследования процессов в RL, RC, RLC цепях.
Основные сведения
С системой автоматизированного проектирования печатных плат РСАD совместима программа моделирования электрических цепей PSpice. С ее помощью рассчитываются переходные процессы при действии различных входных сигналов, их спектры, режимы по постоянному току, частотные характеристики, спектральные плотности внутренних шумов и другие характеристики нелинейных и линеаризованных аналоговых устройств.
На рис.1.1 приведена принципиальная схема, на примере которой рассмотрим основные возможности программы PSpiсe.
Рис. .1
Решение
1. Составление задания на моделирование - для программы PSpiсe начинается с присвоения имен узлам принципиальной схемы. Имена узлов могут быть целыми числами от 0 до 9990 или алфавитно-цифровыми символами. В качестве этих символов используются буквы латинского алфавита от A до Z, цифры 0,1, ...., 9 и знаки $, _, * , /, %. Узлу «земля» всегда присваивается номер 0.
После этого составляют задание на моделирование, которое заносится в файл. Имя файла, в качестве расширения имени рекомендуется использовать .CIR.
2. Вызвать программу PSpiсe (файл ps.exe). Появится окно, вид которого показан на рис.1.2
Рис.1.2
3. Загрузить файл filter.cir
Примечание: в начале работы с программой PSpice под управлением оболочки Shell необходимо определить текущий входной файл описания схемы. Это может быть как уже существующий, так и новый файл. Для этого необходимо в меню Files выбрать пункт Current. В появившемся окне нужно задать имя входного файла и нажать клавишу <Enter>. Если вместо ввода имени нажать клавишу <F4>, откроется новое окно, в котором будут указаны имена всех существующих файлов в текущем каталоге с расширением .CIR. В этом случае достаточно отметить требуемый файл с помощью курсора и после нажать клавишу <Enter>. Этот режим отменяется нажатием клавиш <Esc>.
Если при загрузке входного файла не было обнаружено синтаксических ошибок, в поле статуса (в нижней части экрана) появится сообщение «Loaded». Если были обнаружены ошибки, то в поле статуса выводится сообщение «Errors».При нажатии клавиши <F6> появляется окно, содержащее список всех ошибок с указанием соответствующих номеров строк во входном файле. Перемещаться по списку можно с помощью клавиш <PgUp> и <PgDn>. Для выхода необходимо повторное нажатие клавиши <F6>. Заметим, что информацию об ошибках можно также получить в режиме просмотра выходного файла с расширением OUT.
4. Редактирование входного файла
Входной файл редактируется в пункте Edit в меню Files. В окне появится начало текущего файла. По умолчанию редактор находится в режиме Insert (вставка). В верхней строке окна редактора выводится текущее положение курсора (номер строки и столбца) и текущий режим Insert или Delete. Ограничения: максимальная длина строки 132 символа: максимальный размер редактируемого файла 32 Кбайт. При редактировании используются следующие команды:
<Ctrl>-<Z> - сдвиг вверх по тексту;
<Ctrl>-<W> - сдвиг вниз по тексту;
<Esc> - выход из редактора;
<Ctrl>-<PgUP> - переход на начало файла;
<Ctrl>-<PpDn> - переход на конец файла;
<Home> - переход на начало строки;
<End> - переход на конец строки;
<Ctrl>-<Home> - переход на начало страницы;
<Ctrl>-<end> - переход на конец страницы;
<Alt>-<S> - поиск подстроки.
Первая строка файла - строка заглавия, которая затем выводится в виде заголовка в выходном файле (в ней может быть помещен любой текст, не содержащий кириллицу). Строки комментариев содержит символ * в первой позиции (в них допускается использование кириллицы). Конец любой строки после знака <;> воспринимается как комментарий. Последняя строка файла .END. Порядок ввода промежуточных строк значения не имеет. Строка продолжения начинается с символа + в первой позиции. Число пробелов между операторами в строке произвольное. Пробелы и запятые или знаки равенства эквивалентны. Программа PSpiсe не различает большие и малые буквы. В одном файле можно объединить задания на моделирование нескольких цепей; каждое задание начинается со своего заголовка и заканчивается директивой .END.
Предложения входного языка программы PSpiсe делятся на описание компонентов и директивы управления заданием на моделирование.
Описание компонента считается любая строка, не начинающаяся с символа (кроме первой строки и строк комментариев продолжений). Описание компонента имеет следующую структуру:
<имя компонента> <номера двух или более узлов> [<имя модели>]
+<числовые данные>
Имя компонента состоит из последовательности символов латинского алфавита и цифр, общая длина имени не должна превышать 131 символа (рекомендуется не более 8 символов). Первый символ - одна из букв латинского алфавита от А до Z, далее в любом порядке алфавитно-цифровые символы и знаки $, _, , /, %. Первый символ имени компонента определяет его тип, например R12, ROUT, Q12..
Номера узлов перечисляются в определенном порядке, установленном для каждого компонента. Далее указываются численные значения параметров компонента.
С учетом вышеизложенного редактируем входной файл (filter.cir).
* имя задания для расчета:
EXAMPLE
* описание элементов:
R1 1 2 1000
L1 2 0 1MH
C1 2 0 1UF
* независимый источник напряжения: для временного анализа - описание единичного импульса, подаваемого между точками 1 и 0, положительным фронтом в момент времени 0 с длительностью фронта 0,01 нс, длительностью спада 0,01 нс, длительностью 30 с, периодом повторения 300 с. Для расчета частотной характеристики (по переменному току (АС)): для синусоиды единичной амплитуды и 0-фазы
VINCR 1 0 PULSE( 0 1 0S 0.01NS 0.01NS 30S 300S ) AC 1 0
* параметры расчета по переменному току: декада логарифмическая шкала, 10 точек на декаду, начальная частота 300 Гц, конечная частота 30 кГц
.AC DEC 10 300 30.000k
* задание на расчет переходного процесса: шаг расчета 1 мкс, время расчета 10 мс
.TRAN 1US 10MS
* разложение в ряд Фурье сигнала при расчете переходного процесса: в узле 2 (относительно 0) относительно 1-й гармоники частоты 10 кГц
.FOUR 10K V(2)
* задание на построение графиков
.PROBE
.END
При выходе из редактора на соответствующий запрос нажимается клавиша <S>, если необходимо сохранить изменения, или клавиша <D>, если режим редактирования завершается без сохранения внесенных изменений.
5. Анализ характеристик - начинается после выбора пункта Run_PSpice в меню Analysis. В этом случае появляется обычный вид экрана программы PSpice, считывается текущий входной файл и, если не обнаружены ошибки, начинают выполняться все заданные виды анализа. Если перед началом анализа в меню Probe_Run задать параметр Auto-Run и во входном файле задана директива PROBE, графический постпроцессор Probe начнет работу сразу после окончания анализа. После завершения работы с программой Probe управление передается в основное меню управляющей оболочки Shell. Текущий файл при этом остается прежним и доступным для редактирования и просмотра. Программа Probe вызывается не только автоматически, но и вручную, для чего в меню Probe следует выбрать пункт Run-Probe.
5.1. Вызываем программу Probe
После вызова программы Probe на экран выводится меню, вид которого показан на рис.1.3
Circuit - <заголовок задачи>
Date/Time run - <дата и время текущего сеанса>
Temperature - <температура>
Exit_program - завершение работы с постпроцессором Probe;
Ac_sweep - построение графиков частотных характеристик;
Transient_analysis - построение графиков переходных процессов.
Рис.1.3
Примечание: в начальном меню перечислены виды расчетов, выполненных при моделировании рассматриваемой цепи, заголовок которой указывается в верхней левой части экрана. Поэтому состав меню для каждой команды конкретной задачи определяется перечнем директив в задании на моделирование.
Для построения графиков частотных характеристик входим в режим Ac_sweep. При этом на экране выводится окно, вид которого показан на рис.1.4
Рис.1.4
Задание: построить графики частотных характеристик i(c1) , i(l1).
Решение: выбираем пункт Add _Trace, далее выводится запрос - <Enter variables or expression:>. в строке вводим i(c1) и нажима ем клавишу <Enter>. Для построения графика i(l1) снова входим в пункт Add _Trace , в строке вводим i(l1). При этом получаем графики, показанные на рис.1.5
Рис.1.5
Если необходимо размещение на одном экране графиков в отдельных координатных сетках с одинаковым масштабом по оси Х и произвольным по оси Y, то необходимо выбрать пункт Plot_Control / Add_Plot. На рис.1.6 показаны те же графики в отдельных координатных сетках.
Рис.1.6
б) Для построения графиков переходных процессов входим в режим Transient_analysis. При этом выводится окно, показанное на рис.1.7
Рис.1.7
На рис.1.8 показаны графики переходных процессов
Рис.1.8
Примечание: часто бывает необходимо повторять лишь некоторые из заданных видов анализа. Тогда, чтобы отменить ненужные, необходимо в главном меню выбрать режим Analysis, затем войти в соответствующий пункт меню и на запрос «Enable» («доступен?») ввести <N>. Если позже потребуется опять включить этот вид анализа, то достаточно будет на вопрос «Enable» ответить <Y> и все параметры анализа будут автоматически восстановлены.
в) Построим только графики переходных процессов, изменив значения L1 (L1=0.5 Гн).
Описания компонентов можно изменить в подрежиме Device режима Circuit. В окне появится перечень всех компонентов данной схемы соответствующих моделей (если они заданы) и значения их параметров. Изменив значения параметров компонентов, можно вернуться в режим анализа и определить, как данное изменение отразилось на характеристике схемы. Все изменения при этом будут занесены в файл описания схемы, причем строки, подвергшиеся изменениям, будут отмечены комментарием вида *ipsp*. Измененные описания компонентов помещаются на место старых, а измененные директивы добавляются в конец файла перед директивой END.
На рис.1.9 показан вновь полученный график переходного процесса при измененном значении индуктивности L1.
Рис.1.9
д) выйти из режима Probe
Просмотреть полученные результаты расчета (выходной файл filter.out). Files \ Browse Output
Выйти из редактора PSpice.
Задание к лабораторной работе
Выполните приведенный выше пример.
Выполните анализ схемы на рис.1.10, соответствующей Вашему варианту, при выбранных Вами параметрах элементов схемы, получив требуемые по Вашему варианту в соответствии с таблицей 1.1 результаты расчетов. Постройте графики.
Создайте файлы с копиями полученных Вами графиков.
Рис.1.10
Таблица 1.1
|
Вари-ант |
№ рис. |
Вид анализа |
Источник |
Вывод ре-зультатов |
|
1 |
10 а |
расчет переходных процессов, спектральный анализ |
независимый источник напряжения синусоидальной формы |
в виде таблиц |
|
2 |
10 б |
расчет переходных процессов, спектральный анализ |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде графиков |
|
3 |
10 в |
расчет переходных процессов, спектральный анализ |
независимый источник напряжения синусоидальной формы |
в виде графиков |
|
4 |
10 г |
расчет переходных процессов, спектральный анализ |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде таблиц |
|
5 |
10 д |
расчет переходных процессов, частотных характеристик |
независимый источник напряжения синусоидальной формы |
в виде таблиц |
|
6 |
10 е |
расчет переходных процессов, частотных характеристик |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде графиков |
|
7 |
10 ж |
расчет частотных характеристик |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде графиков |
|
8 |
10 з |
расчет частотных характеристик |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде таблиц |
|
9 |
10 и |
расчет частотных характеристик |
независимый источник напряжения синусоидальной формы |
в виде графиков |
|
10 |
10 к |
расчет частотных характеристик |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде таблиц |
|
11 |
10 а |
расчет переходных процессов, частотных характеристик |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде графиков |
|
12 |
10 б |
расчет переходных процессов, частотных характеристик |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде графиков |
|
13 |
10 в |
расчет переходных процессов, частотных характеристик |
независимый источник напряжения синусоидальной формы |
в виде графиков |
|
14 |
10 г |
расчет переходных процессов, частотных характеристик |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде таблиц |
продолжение таблицы 1.1
|
Вари-ант |
№ рис. |
Вид анализа |
Источник |
Вывод ре-зультатов |
|
15 |
10 д |
расчет переходных процессов, частотных характеристик |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде графиков |
|
16 |
10 е |
расчет переходных процессов, частотных характеристик |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде таблиц |
|
17 |
10 ж |
расчет переходных процессов, частотных характеристик, спектральный анализ |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде таблиц |
|
18 |
10 з |
расчет переходных процессов, частотных характеристик, спектральный анализ |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде графиков |
|
19 |
10 и |
расчет переходных процессов, частотных характеристик, спектральный анализ |
независимый источник напряжения синусоидальной формы |
в виде таблиц |
|
20 |
10 к |
расчет переходных процессов, частотных характеристик, спектральный анализ |
независимый источник напряжения импульсной формы |
в виде графиков |
РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА
Забродин Ю.С. Промышленная электроника. Учебник для вузов.- М.: Высшая школа, 1982. - 486 с.
Разевиг В.Д. Применение программ P-CAD и PSpice для схемотехнического моделирования на ПЭВМ: в 4-х выпусках. Вып. 3: Моделирование аналоговых устройств- М.: Радио и связь, 1992,- 120 с.