З цього номера журналу ми відкриваємо цикл статей під назвою "Комп'ютер
в домашній радіолабораторії ". Адресований він усім нашим читачам
– Власникам домашніх комп'ютерів, а також керівникам радіогуртку, мають можливість проводити свої заняття в шкільному комп'ютерному класі.

Сьогодні наша розмова присвячений дослідженню амплітудно-частотних характеристик (АЧХ) електричних ланцюгів за допомогою системи моделювання Micro-Cap. Ми намалюємо схеми декількох фільтрів і промоделіруем їх роботу, використовуючи спосіб побудови сімейства характеристик і метод Монте-Карло.

    ДЕЩО ПРО МОДЕЛЬ

Часто в радіоаматорського практиці виникає необхідність розрахувати фільтр. Наприклад, в приймачі прямого перетворення між змішувачем і УЗЧ потрібен фільтр, що пропускає спектр мовного сигналу прийнятої станції і затримує перешкоди частотою вище трьох-чотирьох кілогерц. При цьому бажано мати мінімальне затухання корисного сигналу, максимальне загасання перешкоди і можливо різкий перехід від першого стану до другого. Такий фільтр називають фільтром нижніх частот (ФНЧ). Схема одного з можливих його варіантів зображена на рис. 17.

Перед тим, як намалювати схему на комп'ютері за допомогою графічного редактора Micro-Cap, зверніть увагу на новий для нас компонент – джерело змінної напруги синусоїдальної форми, позначений V1. Від компонентів, які ми вже використали, він відрізняється тим, що вимагає визначення параметрів своєї моделі. Якщо характеристики моделі транзистора ми беремо з бібліотеки, а моделі резисторів і конденсаторів в найпростішому вигляді описують їх номінали, то для будь-якого джерела змінної напруги, як і на реальному генераторі, потрібно визначити, принаймні, частоту і вихідна напруга.

Встановимо на полі креслення графічне позначення джерела синусоїдальної напруги. Скористаємося спадаючими меню, пройшовши по дорозі: Component – Analog Primitives – Waveform Sources – Sine Source. У вікні, що визначає властивості компонента (рис. 18), необхідно буде поставити не тільки позиційне позначення, а й ім'я моделі, в нашому випадку – VIN. Виділимо ім'я моделі і натиснемо на кнопку Edit: відкриється нижня частина вікна, де можна вводити числові значення параметрів моделі. Задамо частоту F = 1 кГц, амплітуду A = 1 мкв і внутрішній опір RS = 2 кОм. Приблизно такими ж властивостями володіє змішувач на діодах у зустрічно-паралельному включенні, часто зустрічається в техніці прямого перетворення і службовець джерелом сигналу для ФНЧ.

А тепер подивимося, як Micro-Cap зберігає параметри моделей компонентів схеми. У лівому нижньому кутку вікна графічного редактора є закладка TEXT. Відкрийте її. Перед вами опиниться текстове поле з єдиною рядком: MODEL VIN SIN (F = 1k A = 1u RS = 2k).

Цей текст означає, що визначена модель під ім'ям VIN, що представляє собою джерело напруги синусоїдальної форми (SIN) з введеними раніше параметрами.

    КРОК ЗА КРОКОМ

Отже, схема намальована. Можна приступати до моделювання частотних характеристик фільтру. Знову скористаємося спадаючими меню і пройдемо по шляху Analysis – AC Analysis: відкриється знайоме нам вікно моделювання і з'явиться таблиця. Заповнимо її, як показано на рис. 19. Вона майже не відрізняється від тієї, що ми заповнювали при моделюванні в режимі Analysis. кілька нових числових параметрів:

Maximum Change,% – максимальне збільшення графіка першої функції по частоті.

Noise Input і Noise Output визначають вхідні і вихідні параметри при моделюванні шумових характеристик схеми. Значення параметрів залишимо ті, які система підставляє за замовчуванням.

Завдання на моделювання підготовлено, але все ж не будемо поспішати з побудовою графіків. Скористаємося можливістю системи Micro-Cap будувати сімейство графіків, що ілюструють роботу пристрою при покроковому зміні номіналу будь-якого компоненту. Цей режим, а він називається Stepping, можна використовувати, наприклад, в тому випадку, якщо ви не можете заздалегідь точно визначити необхідний номінал, а хочете підібрати його, визначивши лише верхнє і нижнє значення, а також крок зміни.

Заповнивши таблицю завдання на моделювання, натиснемо на кнопку Stepping, що знаходиться в її верхній частині. Відкриється вікно режиму Stepping (рис. 20). Задамося метою побудувати сімейство амплітудно-частотних характеристик фільтра при значеннях індуктивності L1 від 50 до 250 мгн з кроком в 50 мгн. Як видно, вікно Stepping розділене на дві частини. При цьому можна варіювати дві змінні, але нам буде достатньо всього однієї. Скористаємося лівої половиною таблиці у вікні. Спочатку визначимо позиційне позначення компонента, значення параметра якого буде змінюватися (Step What). Потім введемо нижнє значення (From), потім – верхнє (To) і крок зміни (Step Value). Після цього включимо режим Stepping (Step It – Yes) і визначимо, в якому масштабі, логарифмічному (Log) або лінійному (Linear), буде побудований графік. У праву половину таблиці зміни вносити не будемо. Встановимо лише (Step It – No), відключивши таким чином можливість варіювати дві змінні одночасно.

 

Натиснемо на кнопку "OK", закриємо це вікно і запустимо моделювання натисканням кнопки

Підіб'ємо підсумки. У пристрої з додатковим активним фільтром збільшилася крутизна схилу АЧХ. З'явилася значна, близько 40 дБ, посилення. Однак прийнятий нами двадцяти- допуск на резистори і конденсатори виявився дуже великим. Якщо зібрати 100 таких фільтрів, то в самому гіршому випадку їх посилення на частоті близько 1,5 кГц буде відрізнятися одне від іншого більш ніж на 16 дБ! Забагато … Потрібно застосувати резистори і конденсатори з меншим допуском. Які? Спробуйте визначити самі. Удачи!

От і все, що ми хотіли розглянути на цьому занятті. Наступна наша зустріч буде присвячена моделюванню цифрових пристроїв і можливостям поповнення бібліотеки електронних компонентів через комп'ютерну мережу Інтернет.

(Закінчення буде)

І. Григор 'єв, м. Коломна Московської обл.
Журнал "Радіо", номер 5, 1999р.<

Ключові теги: Виміри