Jste zde

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

Jan Půhoný, 26. Září 2005 - 0:00

V tomto díle o simulaci obvodů si ukážeme na příkladu s integračním článkem využití střídavé analýzy a vyzkoušíme učebnicové zapojení jednoduchého generátoru.

Na tomto místě bych rád poděkoval panu Zdeňku Biolkovi za upozornění na chyby v tomto článku. Tato verze je již opravena.

Střídavá analýza

Začneme stavbou integračního článku. Vybereme tedy Component – Analog Primitives – Rezistor, hodnotu zvolíme 10k?. Dále umístíme na plochu kondenzátor (Component – Analog Primitives – Passive Components – Capacitor) Hodnotu zvolme 1µF. Nezapomeneme připojit zdroj sigálu, např. Component – Analog Primitives – Waweform Sources – Sine Source, a vybereme model s frekvencí 1MHz. Provedeme zapojení pomocí tlačítka Orthogonal wire mode (obr. 1) .

Obr. 1 a 2

Obr. 3

Pomocí tlačítka (Dispalys Node numer – obr. 2) zobrazíme čísla uzlů obvodu. V našem případě má výstup na kondenzátoru uzel s číslem 2 (obr. 3) Pokud poklepáme na signál (vodič) zobrazí se okno, kde můžeme jednoduše přejmenovat uzly i vodiče, což nám ulehčí práci při zadávání parametrů simulace, kdy nebudeme muset zadávat čísla uzlů, ale přímo jejich názvy. Naznačme nyní, jak funguje střídavá analýza: simulátor nejprve linearizuje obvod kolem pracovního bodu a pak automaticky dosazuje za všechny signálove zdroje nalezené ve schematu sinusove zdroje o amplitudě 1V, tyto prolaďuje s určitým krokem v zadaném frekvenčním rozsahu a pro každou z těchto frekvencí počítá harmonické ustálené stavy. Pro zadaný rozsah frekvencí tak dostávame amplitudy a fáze všech obvodových veličin, které můžeme vynášet do různých frekvenčních charakteristik. Tímto je zaručeno, že máme-li ve schematu pouze jeden signálový zdroj (přitom je jedno, jestli je to zdroj sinusoveho, obdélníkového nebo jiného průběhu), pak napětí na jakémkoli uzlu, který jsem ochoten považovat za výstup, číselně přímo odpovídá zesílení ve směru signal - výstup. Nyní vybereme: Analyssis - AC Analysis, otevře se okno pro nastavení výsledného grafu. V poli Frequency Range nastavíme předpokládaný frekvenční rozsah grafu. První číslo je maximální frekvence grafu, druhé číslo v pořadí je minimální frekvence. Podle předpokládané zlomové frekvence našeho zapojení (15.6Hz=1/(2PI*R1*C1 - viz obr.4), zvolme frekvenční rozsah zobrazení 1Hz - 10kHz, tedy 10k,1, nebo chcete-li 10E4,1. Zaškrtneme "auto scale ranges" a stiskem tlačítka Run vykreslíme dva grafy: pro přenos v dB a pro fázi (obr. 5). Pokud ve sloupci P (Plot – vykreslení) u druhého grafu napíšeme místo 2 číslo 1, získáme pro fázi a přenos graf společný.

Obr. 4

Obr. 5

Simulace NF generátoru s operačními zesilovači

V celé řadě učebnic najdeme zapojení NF generátoru s OZ (obr. 6). Generátor se v tomto případě skládá ze dvou základních částí. Jedná se o komparátor a integrátor. Na výstupu komparátoru je obdélníkový signál a na výstupu integrátoru trojúhelníkový. Jelikož je signál z výstupu integrátoru zaveden na vstup komparátoru, komparátor překlápí podle nastavené úrovně a vytváří obdélníkový signál, který je zase integrátorem integrován (vzniká trojúhelník). Frekvenci kmitů určuje RC člen, v našem případě složený z rezistoru R3 a kondenzátoru C1. K lepšímu pochopení těchto obvodů mohou zájemci využít Micro Cap. Zapojení takového generátoru je na obr. 6, doplnil jsem ho ještě o OZ s nelineární zpětnou vazbou (ZV), kdy diody ve ZV zajistí „ořezání“ trojúhelníkového signálu, který tedy bude přibližně sinusový. V sekci Download pod článkem si můžete stáhnout soubor „GENER.cir“ s tímto zapojením a nastavenými parametry simulace. Po otevření v Micro Capu stačí pouze spustit „Transient Analysis“, doporučuji však zkusit si tento jednoduchý obvod postavit vlastnoručně a experimentovat s nastavením simulace k procvičení základního ovládáni Micro Capu. (Jako OZ jsem v tomto zapojení použil model LM741. Průběhy v různých bodech tohoto generátoru jsou na obr. 7, nastavení parametrů simulace pak na obr.8) .

Obr. 6