Лабораторные работы САПР

Лабораторные работы САПРУфимский государственный авиационный

технический университет

Кафедра промышленной электроники

Лабораторная работа №1 по курсу «САПР»

«Моделирование электронных схем,

изучение директивы .DC»

Выполнили: Пономарев Е.

Тарханов А.

Падуков А.

Проверил: Ахмеджанов Ф.М.

Уфа 2003

Лабораторная работа №1

Цель работы: Ознакомиться с принципами моделирования электронных схем в среде PSpice. Изучить директиву управления заданием .DC. С помощью этой директивы провести анализ по постоянному току предложенных электронных схем.

Задание №1. Провести анализ по постоянному току делителя напряжения (рисунок 1) с коэффициентом передачи .

; .

Рисунок 1 Примем значение . Тогда .

Обозначим узлы схемы так, как это показано на рисунке 1.

Составляем программу на языке PSpice:

LIS_work_1_1

V1 1 0

R1 1 2 4k

R2 2 0 5k

.DC V1 0 5 2

На рисунке 2 представлены графики входного (верхний) и выходного (нижний) сигналов.

Как видно из рисунка 2, при значении входного напряжения курсор, установленный на график выходного напряжения, показывает значение .

При заданном коэффициенте передачи делителя на напряжении выходное напряжение должно равняться .

Рисунок 2

Таким образом, выбранные элементы схемы обеспечивают ее работу в рамках задания.

Задание №2. Провести анализ по постоянному току схемы усилителя на ОУ (рисунок 3) с коэффициентом усиления .

Рисунок 3

Обозначим узлы схемы так, как это показано на рисунке 3.

Зададимся значением .

. Тогда .

Составляем программу на языке PSpice:

LIS_work_1_2

V1 1 0

V10 10 0 DC 15v

V11 0 11 DC 15v

R1 1 2 10k

R2 2 3 20k

.lib K140UD17.mod

X1 0 2 10 11 3 K140UD17

.DC V1 0 20 0.5

На рисунке 4 представлены графики значений входного (верхний) и выходного (нижний) напряжения.

Как видно из рисунка 4, при значении входного напряжения (метка на верхнем графике), значение выходного напряжения (метка на нижнем графике). Т.е. усилитель действительно работает с коэффициентом усиления . Как видно далее, операционный усилитель входит в режим насыщения (участок выходного напряжения, параллельный оси абсцисс).

Таким образом, выбранные элементы схемы обеспечивают ее работу в рамках задания.

Рисунок 4

Задание №3 . Провести анализ по постоянному току схемы, изображенной на рисунке 5 (тип транзистора - Q2T616B из библиотеки QNOM).

В данном задании предлагается построить семейство выходных характеристик биполярного транзистора , включенного по схеме с общим эмиттером.

Построение статических вольт-амперных характеристик полупроводниковых приборов про- Рисунок 5 изводится посредством многовариантного анализа по постоянному току.

Обозначим узлы схемы так, как это показано на рисунке 5.

Составляем программу PSpice:

LIS_work_1_3

Vc 4 0 DC 1v

Vb 1 0

Q1 3 2 0 Q2T616B

.lib c:workpspice51libQNOM.LIB

RC 4 3 100

RB 1 2 100k

.DC lin Vc -2v 6v 0.05v Vb 0v 10v 2v

На рисунке 6 представлено семейство выходных характеристик данного транзистора.

Рисунок 6

Уфимский государственный авиационный

технический университет

Кафедра промышленной электроники

Лабораторная работа №2 по курсу «САПР»

«Частотный анализ электронных схем,

моделирование температурного режима»

Выполнили: Пономарев Е.

Тарханов А.

Падуков А.

Проверил: Ахмеджанов Ф.М.

Уфа 2003

Лабораторная работа №2

Цель работы: Ознакомиться с принципами моделирования в программе PSpice частотных характеристик электронных схем. Провести частотный анализ предложенной схемы. Произвести расчет температурного режима схемы.

Задание №1 . Построить фильтр верхних частот с резонансной частотой и провести его анализ по переменному току.

Для реализации выберем схему ФВЧ с многоконтурной обратной связью.

Принципиальная схема фильтра приведена на рисунке 1.

Для данной схемы имеем:

,

,

Рисунок 1 .

Приняв , получим:

, , .

Зададимся значением и значением сопротивления .

Тогда: ,

.

Обозначим узлы схемы так, как это показано на рисунке 1.

Составляем программу на языке PSpice:

LIS_work_2_1

V1 1 0 AC 1v

V10 10 0 DC 15v

V11 0 11 DC 15v

R1 2 0 10k

R2 3 4 45k

C1 1 2 .93e-9

C2 2 4 .93e-9

C3 2 3 .93e-9

.lib K140UD17.MOD

X1 0 3 10 11 4 K140UD17

.AC DEC 10 1 50000

На рисунке 2 показан график выходного напряжения фильтра.

Рисунок 2

Резонансная частота ФВЧ определяется на уровне 0,7. Как видно из рисунка 2, курсор указывает на точку, в которой выходное напряжение примерно равно 700 мВ. При этом частота - примерно 8 кГц, что и требовалось получить.

Задание №2 . Для разработанной схемы фильтра провести анализ зависимости выходного напряжения от температуры.

При различной температуре окружающей среды меняются номинальные значения элементов электронной техники. Учет этих изменений можно вести, воспользовавшись справочными значениями ТКС (для резисторов) и ТКЕ (для конденсаторов). Для этого в программу анализа фильтра необходимо ввести модели элементов, которые учитывали бы температурные коэффициенты.

Выберем ТКС порядка . Такой наихудший ТКС имеют большинство резисторов общего назначения. Выберем для схемы конденсаторы с группой ТКЕ П120 ( ) для того, чтобы было проще анализировать результат (ТКЕ и ТКС - одного знака, т.е. температурное зависимость для элементов не будет взаимно уравновешиваться).

Составляем программу на языке PSpice:

LIS_work_2_2

V1 1 0 AC 1v

V10 10 0 DC 15v

V11 0 11 DC 15v

.TEMP -100 27 100

.MODEL R_REMP RES (R=1 TC1=500e-6)

.MODEL C_TEMP CAP (C=1 TC1=120e-6)

R1 2 0 R_TEMP 10k

R2 3 4 R_TEMP 45k

C1 1 2 C_TEMP .93e-9

C2 2 4 C_TEMP .93e-9

C3 2 3 C_TEMP .93e-9

.lib K140UD17.MOD

X1 0 3 10 11 4 K140UD17

.AC DEC 10 1 50000

Исследование проводим для номинальной (+270С) температуры и для температур ±1000С. Эти параметры задаются директивой .TEMP.

Полученные графики изображены на рисунке 3.

Рисунок 3

Центральная кривая изображает работу схемы в нормальном температурном режиме.

Согласно формуле , при повышенной температуре резонансная частота должна уменьшиться, т.к. увеличатся значения параметров. Этот факт иллюстрирует кривая слева. При пониженной температуре резонансная частота увеличится (кривая справа).

Как видно из рисунка 3, при температуре +1000С, резонансная частота отклонится влево на 340 Гц, а при температуре -1000С - вправо на 720 Гц от номинального значения, указанного в задании.

Реальные значения параметров элементов при действии температуры рассчитываются по формуле

,

где - нормальная температура (+270С),

- действующая температура,

- номиналы элементов при нормальной температуре.

Применив это выражение к выбранным элементам схемы, при повышенной температуре получим следующие значения параметров элементов:

,

,

.

Тогда .

При пониженной температуре .

Вывод. В процессе работы был спроектирован ФВЧ с резонансной частотой 8 кГц. При помощи программы PSpice была построена АЧХ фильтра и проведен расчет температурного режима. Полученный график АЧХ показывает