П3 Моделирование работы схемы и анализ результатов
Вид анализа характеристик схемы указывается в меню «Анализ» (Analysis):
Transient Analysis — анализ переходных процессов
После выбора вида анализа появляется окно режима расчета.
Поле «Время расчета» (Time Range)определяет диапазон времени наблюдения и имеет формат - tmax [, tmin]. Например, «3u, 1u» определяет диапазон от 1 микросекунды до 3 микросекуд. По умолчанию значение tmin равно нулю. Отрицательные значения для tmax или tmin не допускаются. Число выводимых точек определяет число опорных точек графика.
Поле «Максимальный шаг по времени» (Maximum Time Step) определяет максимальный шаг решения при моделировании. Значение по умолчанию для Maximum Time Step= (tmax-tmin) /50.
Поле «Температура» (Temperature) назначает температуру, для которой будет проводиться анализ. Значения определены в градусах Цельсия. Формат Высокая[, Низкая [, Шаг]]. Температура изменяется от «Низкая» до «Высокая» с шагом «Шаг». Если задано одно значение, то анализ будет выполнен для этой температуры. Отсутствие шага изменения температуры даст два решения, одно при значении «Высокая» и одно при «Низкая».
Параметр «Свойства расчета» (Run Options)выбирается в выпадающем списке, где можно выбрать следующее:
Normal:моделирование выполняется без сохранения результатов на диске.
Save:моделирование выполняется и происходит сохранение данных на диске в файле данных -CIRCUITNAME.TSA.
Retrieve:моделирование выполняется при начальных значениях, полученных из файла сохраненных данных - CIRCUITNAME.TSA.
Поле «Начальные условия» (State Variables) определяет набор значений по умолчанию основных переменных, участвующих в анализе цепи.
Zero:устанавливает первоначальные значения фазовых переменных (напряжения узла, токи катушки индуктивности, цифровые параметры) чтобы установить на нуль или 'X' неопределенное состояние.
Read:читает предварительно сохраненный набор фазовых переменных и использует их как первоначальные значения для выполнения из файла сохраненных данных - CIRCUITNAME. TOP. Этот архив создан в Редакторе Фазовых переменных.
Leave:оставляет текущие значения фазовых переменных. Они сохраняют их последние значения. Если это - первое выполнение, они нулевые. Если анализ был выполнен без выхода в Схемный редактор, то эти значения - значения фазовых переменных конца выполнения. Если решение проводилось только для расчета рабочей точки по постоянному току, то эти значения - рабочая точка по постоянному току.
Флаг «Начальный режим» (Operating Point)вычисляет рабочую точку постоянного тока до начала временного анализа. Значения Рабочей точки записывает поверх любых начальных условий, которые, возможно, были установлены ранее.
Флаг «Только начальный режим» (Operating Point Only)вычисляет только рабочую точку постоянного тока. Расчет и моделирование переходных процессов не производится.
Флаг «Автомасштабирование» (Auto Scale Ranges)задает режим, при котором MicroCap сам определяет пределы отображения результатов моделирования на графиках.
В самом низу окна Анализа находится область задания вывода на графики переменных анализа.
Слева находится поле выбора цвета графика.
Отображать на одном графике можно либо одну кривую, либо сразу несколько. Поле «Страница» задает порядковый номер графика, в котором будет отображен тот или иной результат, а поле «Р» - порядковый номер графика в семействе кривых.
Поле «Выражение по оси Х» (X expression)используется для задания переменных, откладываемых по оси X. Обычно это переменная времени Т.
Поле «Выражение по оси Y» (Y expression)используется для задания переменных, откладываемых по оси Y. Обычно содержит простые выражения для напряжения узла подобно V(12,11), или току источника подобно I(V1), но можно использовать более сложные выражения подобно V(VCC)*I(VCC) (мощность VCC источника). Префикс db, например db(I(1)) показывает децибельные результаты расчетов.
Поле «Масштаб по оси Х» (X range)поле устанавливает диапазоны шкалы X. Формат Высокое [, Низкое]. Например, чтобы определить диапазон от микросекунды до 10 микросекунд, можно ввести «10u, 1u». Ключевое слово 'АВТО' автоматически назначает диапазон.
Поле «Масштаб по оси Y» (Y range) устанавливает диапазон шкалы Y по правилам, аналогичным шкале Х.
Выход из анализа осуществляется нажатием клавиши F3.
Кнопка «С шагом…» (Stepping)добавляет способность менять значение параметров элемента схемы и наблюдать результат анализа. Эта особенность не может использоваться одновременно с анализом Монте-Карло, поэтому необходимо убедится, что эта опция отключена.
Нажатие на кнопку приводит к появлению окна для задания варьируемых параметров.
Выбирают варьируемый параметр и конкретный элемент схемы «Что менять» (Step What).Параметр будет меняться в соответствии с заданием минимального Fromи максимального значения To с шагом заданным в окне Step Value.
Частотный анализ (AC Analysis)
Эта разновидность анализа позволяет исследовать амплитудно- и фазочастотные характеристики схем. При выборе этого пункта меню на экран выводится окно настроек.
В окне имеются следующие важные поля.
Поле «Диапазон частот» (Frequency range)поле определяет диапазон частот, в котором будет выводиться результат и имеет формат fmax [, fmin]. Например, чтобы определить диапазон от 10Hz до 100KHz, надо ввести «100 Hz, 10KHz». Для fmin или fmax не допускаются отрицательные значения.
Поле «Число точек» (Number of Points)число опорных точек на графиках. Интерполяции при построении графика нет.
Поле «Максимальное изменение» (Maximum change)определяет предел изменения по частоте. Этот параметр можно использовать для создания плавных кривых.
Поле «Входной шум» (Noise Input)используется для определения названия источника входного шума (если, конечно, такой источник имеется, в противном случае задается переменная NONE).
Поле «Выходной шум» (Noise Output) используется, чтобы определить узел, для которого рассчитывается шум выхода. Формат - Node1 [, Node2]. Два узла, отделенные запятой, определяют дифференциальное напряжение шума выхода.
Все настройки, связанные с отображением графиков с результатами анализа на экране в точности соответствуют рассмотренным ранее.
Выход из анализа осуществляется нажатием клавиши F3.
Анализ по постоянному току ( DC Analysis)
С помощью этой разновидности моделирования осуществляется анализ передаточных функций по постоянному току. При выборе его в меню открывается следующее окно настроек.
В группе «Воздействие» задается поле «Переменная 1» (Variable 1), котороеустанавливает имя, диапазон и способ изменения независимого источника (напряжения или тока). В списке «Имя» (Name) выбирается схемное обозначение источника, затем в поле «Диапазон изменения» (Range)вводятся данные в формате Конечное [, Начальное [, MaxStep]]. Значение MaxStep определяет максимальный шаг, возможный в процессе моделирования. Выбранный размер шага зависит от значения «Максимальное изменение, %» (Maximum change %) но - не больший чем MaxStep.
Поле «Переменная 2» (Variable 2)устанавливает имя, диапазон и способ изменения переменной (температура, напряжение или ток). Range- Формат Конечное [, Начальное [, MaxStep]]. Конечное - конечное значение входной переменной.
Все настройки, связанные с отображением графиков с результатами анализа на экране в точности соответствуют рассмотренным ранее.
Выход из анализа осуществляется нажатием клавиши F3.
Анализ спектра сигнала в режиме временного анализа.
Некоторые цепи, типа переключающихся ключевых схем, имеют периодические переходные процессы. Для анализ а спектрального состава необходимо промоделировать их поведение во времени, достаточном, чтобы получить периодическую форму колебания.
Например, периодическое колебание существует 20ms, а его период 10ms. Для анализа необходимо установить Time Range = 20ms, а в выражении для X поместить значение F для частоты, а в значение выражения для Y поместить оператор Обработки сигналов.
| Операторы | Обработка сигналов |
| HARM(u) | Гармоники сигнала u |
| THD(S) | Суммарное значение коэффициента нелинейных искажений спектра S как процент от первой гармоники. |
| FFT(u) | Быстрое преобразование Фурье сигнала u |
| IFT(S) | Обратное преобразование Фурье спектра S |
| CONJ(S) | Свертка спектра S |
| CS(S,S2) | Взаимный спектр S и S2, CONJ(FFT(S)*FFT(S2)) |
| CC(u,v) | Взаимокорреляционная функция u и v, IFT(CS(u,v)) |
| AC(u) | Автокорреляционная функция u, IFT(AS(u)) |
| REAL(S) | Действительная часть спектра S, полученного по FFT |
| IMAG(S) | Мнимая часть спектра S, полученного по FFT |
| MAG(S) | Абсолютное значение спектра S, полученного по FFT |
| PHASE(S) | Спектр фаз S, полученного по FFT |
Просмотр результатов в режиме PROBE
Если анализ проведен, то можно использовать возможность просмотреть результаты на графике, указывая узлы на схеме. Для этого необходимо войти в режим Probe.В этом случае, разделив окна можно щелчком на узле заказать показ его напряжения на графике, добавить другие узлы, или же щелкнуть на компоненте схемы разместить на графике напряжения, на данном элементе, например напряжение на емкости, резисторе или напряжение база эмиттер транзистора.
П4 Обозначение чисел
Действительные числа с плавающим десятичным знаком в математических выражениях могут обозначаться в формате мантисса-ордината, например, емкость 1 мкФ может быть записана как 1Е-6. Кроме того, можно использовать стандартные приставки системы СИ, которые в программе MicroCap кодируются следующим образом.
| Префикс | Обозначение | Множитель |
| f | Фемто- | 10-15 |
| p | Пико- | 10-12 |
| n | Нано- | 10-9 |
| u | Микро- | 10-6 |
| Префикс | Обозначение | Множитель |
| m | Милли- | 10-3 |
| k | Кило- | 103 |
| Meg | Мега- | 106 |
| g | Гига- | 109 |
| t | Тера- | 1012 |
В АС анализе все промежуточные вычисления выполняются с комплексными величинами. Однако при построении графиков указание имени переменной означает построение графика ее модуля. Например, указание имя переменной V(1) эквивалентно использованию функции вычисления моду комплексной величины MAG(V(1)). И более того, спецификация выражения V(1)*V(2) приведет к построению модуля произведения двух комплексных напряжений. Для вывода мнимой части произведения используется запись IM(V(1)*V(2)), действительной части RE(V(1)*V(2)).
При моделировании в режимах АС и DC значение переменной (время) полагается равной нулю. При расчете переходных процессов и в режиме DC равной нулю полагается переменная F (частота).
В выражениях для преобразования Лапласа передаточных функций может использоваться только символ S для обозначения комплексной переменной. При отсутствии в выражении для такой передаточной функции символа выдается сообщение об ошибке. Поэтому преобразования Лапласа нельзя использовать для задания линейных блоков с постоянным коэффициентом.
Комплексные величины можно использовать только в следующих функциях: +, -, *, /, sqrt, pow, In, log, exp, cosh, sinh, tanh, coth.
В функциях другого типа комплексные величины заменяются их действительными частями, например, функция действительного переменного SIN при наличии комплексного аргумента С1 равна sin(c1)=sin(RE(c1)).