Jste zde

Simulace elektronických obvodů s využitím programu Micro Cap 8 - III. díl

Jan Půhoný, 4. Listopad 2005 - 0:00

Tento díl série o simulaci v Micro Capu osvětlí stejnosměrnou analýzu, ukážeme si slíbený generátor s posouvanou fází, vyzkoušíme funkci krokování a pro zájemce je zde odkaz na češtinu k Micro Capu 8.

Čeština k Micro Capu (verze 8)

Na serveru cestiny.cz je dostupný instalační balíček s češtinou pro Micro Cap 8, autorem je Přemysl Lukavský. Tamtéž je podrobně popsána i instalace. Věřím, že díky této češtině se rozšíří počet uživatelů Micro Capu i mezi elektroniky, kterým angličtina nepřirostla k srdci. Odkaz je umístěn pod článkem. V tomto díle jsou všechny screenshoty provedeny z Micro Capu 8 s nainstalovanou češtinou.

Stejnosměrná analýza (DC)

Stejnosměrná analýza vykresluje stejnosměrné charakteristiky nelineárních obvodů. Při stejnosměrné analýze jsou veškeré indukčnosti v obvodu nahrazeny zkratem a kondenzátory nejsou uvažovány. Do vztahů frekvenčních závislostí je dosazována frekvence 0Hz. Zdroje v obvodu jsou v případě baterie zachovány, v případě harmonických a impulsních zdrojů jsou nahrazeny DC zdroji s napětím o velikosti, která je rovna hodnotě signálu v čase 0 (u Pulse Source parametr VZERO v modelu, zdroje V a I jsou nahrazeny DC zdroji o hodnotách rovných parametru DC v jejich modelu SPICE).

Obr. 1 - Schéma zapojení simulovaného obvodu

Vyzkoušejme stejnosměrnou analýzu na příkladu. Použijeme hotové ukázkové zapojení, které je součástí instalace Micro Capu, konkrétně soubor IVBJT.CIR (obr.1), který najdete i v sekci downloads pod článkem. Obvod slouží k analýze stejnosměrných výstupních charakteristik bipolárního tranzistoru (IB=konst, IC = f(UCE)). V zapojení vidíme dva zdroje. Napětí C-E bude určovat zdroj označený VCC, proud báze bude určován proudovým zdrojem IB. V parametrech stejnosměrné analýzy je jako proměnná 1 nastaveno napětí zdroje VCC, které bude nastavováno od 0 do 5V (parametr Auto znamená, že délka kroku bude řízena automaticky s ohledem na položku Maximum Change a krok 10 v položce Range bude ignorován). Proměnná 2 je proud zdroje IB, krokovaný lineárně od 0 do 10mA, s implicitním krokem podle vztahu: (max – min)/50, tedy 0,2mA. Nastavení parametrů vidíme na obr. 2, výsledek analýzy potom na obr. 3.

Obr. 2 - nastavení limitních parametrů

Obr. 3 - Výsledek analýzy

Generátor s posouvanou fází

Na obr. 4 je schéma zapojení generátoru s posouvanou fází. V pravé části schématu si povšimneme obvyklého zapojení tranzistoru s nastaveným pracovním bodem pomocí rezistorů R1, R5 tak, aby na bázi bylo napětí okolo 0,7V. Kondenzátory C1 – C4 a rezistory R1 – R4 spojují kolektor tranzistoru s jeho bází. Jedná se tedy o zpětnou vazbu u tranzistoru zapojeného jako zesilovač. Pokud má obecný generátor kmitat, jednou z podmínek, která musí být splněna je zavedení kladné zpětné vazby. Signál z kolektoru je tedy potřeba fázově posunout, aby se na bázi dostavil se správným průběhem, chcete – li, ve fázi. To zajišťuje právě čtveřice RC členů. Dojde tak k zesílení signálu a celý děj se opakuje. Obvod tedy kmitá. Teoreticky by zapojení mělo fungovat s pouze třemi RC členy, ovšem praxe bývá vlivem malého zesílení tranzistoru jiná. Zvolme tedy Transient Analysys (přechodová analýza). Parametry simulace vidíme na obr. 5, výsledek potom na obr. 6.

Obr. 4 - Schéma simulovaného obvodu

Obr. 5 - nastavení limitních parametrů

Obr. 6 - Výsledek analýzy

Krokování (stepping)

Tuto funkci můžeme využít ve všech třech typech analýz (Transient, DC, AC). Je přístupná přes tlačítko Stepping (krokování) v okně Limits příslušné analýzy nebo přes klávesu F11. Jde zde o to, že můžeme měnit hodnoty součástek v určeném kroku a pro každou změnu vykreslit křivku do jednoho grafu. Můžeme tedy jednoduše simulovat součásti s proměnnou hodnotou a pozorovat výsledek v porovnání s ostatními hodnotami. Nejlepší bude ukázat příklad. Podívejme se ještě jednou na schéma generátoru s posouvanou fází. Nyní vyzkoušíme, jak se projeví změna nastavení pracovního bodu tranzistoru (změna velikosti odporu rezistoru R5) na výsledných oscilacích. Nastavení parametrů krokování vidíme na obr. 7. Vybereme krokování hodnot (Value), součásti R5 od 100kΩ do 400kΩ s krokem 60kΩ. Zapneme krokování a např. pomocí klávesy F2 spustíme znovu analýzu. Výsledek je na obr. 8. Je zřejmé, že pokud je pracovní bod nastaven špatně (jinými slovy: napětí na bázi tranzistoru v tomto zapojení není okolo 0,7V), oscilátor buď vůbec nenasadí oscilace, nebo pracuje s menší amplitudou. Do grafu jsem doplnil popisy hodnot rezistoru R5 pro jednotlivé křivky. Rozsah krokování se zobrazuje i v hlavičce grafu.