Прочти это и завтра утром скажи мне свое мнение…[1]

(Эрнест Хемингуэй, обращаясь к А. Е. Готхнеру, после завершения рассказа «Старик и море» )

Все уроки первой части следует прорабатывать со всей тщательностью и именно в той последовательности, в которой они предлагаются, так как информация каждого урока основывается на материале предыдущего. Вы также непременно должны выполнять упражнения, встречающиеся в тексте. В конце каждого раздела помещены тренировочные задания, которые помогут вам закрепить полученные знания.

За пять уроков первой части учебного курса по программе PSPICE вы научитесь:

• чертить электросхемы, соответствующие промышленным стандартам;

• вычислять значения напряжений и токов в цепях постоянного тока;

• вычислять значения напряжений, токов и угол фазы в цепях переменного тока;

• использовать PSPICE в качестве запоминающего осциллографа;

• использовать PSPICE в качестве свип-генератора для записи частотных характеристик в любых диапазонах частот.

Непременным условием для успешного освоения материала, изложенного в пяти уроках первой части, является наличие знаний об основных характеристиках резисторов, конденсаторов и катушек в цепях постоянного и переменного тока. Это необходимо для того, чтобы вы могли оценить правильность результатов, полученных при моделировании, убедиться в том, что программа работает точно, и раз и навсегда довериться ее расчетам.

Редактор SCHEMATICS и имитатор PSPICE вместе с другими виртуальными инструментами, необходимыми для моделирования электронных схем, объединены под одной пользовательской оболочкой DESIGN LAB.

Прежде чем приступить к работе, вам необходимо запустить редактор автоматизированного проектирования электросхем SCHEMATICS из Windows 95/98/NT. На рис. 1.1 показан стартовый экран Windows 95/98/NT с указанием пути к редактору проектирования электросхем SCHEMATICS.

Рис. 1.1. Стартовый экран Windows 95/98/NT

Шаг 1 Чтобы запустить редактор SCHEMATICS из главного меню операционной системы Windows, достаточно щелкнуть мышью по строке SCHEMATICS (здесь и далее: если в тексте нет других указаний, то при выполнении любых операций с помощью мыши следует пользоваться ее левой кнопкой), после чего на экране появится рабочее окно редактора (рис. 1.2).

Рис. 1.2. Рабочее окно редактора SCHEMATICS

В верхней части рабочего окна редактора SCHEMATICS расположено основное меню редактора. С наиболее важными командами этого меню вы познакомитесь в процессе обучения. Под основным меню находится панель инструментов, включающая кнопки[2], связанные с наиболее часто выполняемыми командами. Если подвести указатель мыши к любой из кнопок, то на экране появится всплывающая подсказка с названием команды. Например, самая крайняя кнопка слева соответствует команде New (Новый) из меню File (Файл), то есть команде, посредством которой создается новый рабочий лист для проектирования схемы.

Шаг 2 Создайте новый рабочий лист, вызвав из меню File опцию New, либо щелкнув на панели инструментов по кнопке .

Шаг 3 Для того чтобы сохранить безымянный файл на жестком диске, выберите команду меню File→Save As (Файл → Сохранить как...) и сохраните ваш пока еще пустой рабочий лист в папке Projects (Проекты) под именем Ex1.sch, как это показано на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Диалоговое окно Save As

В поле ввода Имя файла (File name) введите только Ex1. При сохранении SCHEMATICS автоматически добавит к имени файла расширение *.sch, которое является стандартным для всех файлов, созданных в редакторе SCHEMATICS. Затем щелкните по кнопке Save (Сохранить). Диалоговое окно закроется, а в верхней части рабочего окна появится имя, которое вы присвоили своей схеме (рис. 1.4).

Рис. 1.4. Рабочее окно редактора SCHEMATICS после сохранения под именем Ex1.sch

Внимание! Программа PSPICE, к сожалению, пока не русифицирована, поэтому не воспринимает имен файлов, набранных кириллицей.

Следующее, что вам предстоит сделать, — начертить схему последовательной цепи, содержащей два резистора. Изучив материал следующих страниц, вы постепенно научитесь:

• доставать из библиотек нужные схемные обозначения (компоненты) и размещать их в необходимом месте рабочего листа;

• присваивать отдельным компонентам желаемые характеристики (атрибуты);

• правильно формировать межсоединения схемы, как это сделано на рис. 1.5[3].

Рис. 1.5. Схема последовательной цепи, содержащей резисторы R_V и R_L

Редактор SCHEMATICS хранит схемные обозначения в специальных библиотеках. Так, например, схемные обозначения для резисторов, конденсаторов и катушек находятся в библиотеке ANALOG.slb, а схемные обозначения источников напряжения — в библиотеке SOURCE.slb.

Для проектирования этой схемы вам необходимо достать из библиотеки ANALOG.slb резистор.

Шаг 4 Откройте показанное на рис. 1.6 меню Draw (Чертить) и выберите в нем команду Get New Part… (Достать новый компонент…). На экране появится диалоговое окно Part Browser Basic (Обычный просмотр компонентов) или Part Browser Advanced (Расширенный просмотр компонентов) — см. рис. 1.7 и 1.8.

Рис. 1.6 Меню Draw редактора SCHEMATICS

Рис. 1.7. Окно Part Browser Basic

Рис. 1.8. Диалоговое окно Part Browser Advanced

С помощью кнопок Basic (Обычный (просмотр)) и, соответственно, Advanced (Расширенный (просмотр)) можно переключаться от одного окна к другому.

Шаг 5 Перейдите несколько раз от одного окна просмотра к другому и выясните, чем они различаются.

Шаг 6 Откройте окно Library Browser (Просмотр библиотек), показанное на рис. 1.9, щелкнув по кнопке Libraries… (Библиотеки…) в любом из двух окон просмотра компонентов. Затем в правой части окна Library Browser активизируйте библиотеку ANALOG.slb, щелкнув мышью по ее названию. В левой части окна, которая имеет заголовок Part (Компонент), появится содержимое этой библиотеки. Выберите букву R (Резисторы) и возвратитесь обратно к окну Part Browser, щелкнув по кнопке OK.

Рис. 1.9. Диалоговое окно Library Browser

Шаг 7 Закройте диалоговое окно Library Browser щелчком по кнопке Close (Закрыть). Схемное обозначение резистора появится на вашем рабочем листе. Щелкая мышью в разных местах рабочей поверхности, вы можете позиционировать (разместить) еще несколько символов резисторов, которые будут автоматически пронумерованы (рис. 1.10). Режим позиционирования отключается при нажатии на правую кнопку мыши.

Рис. 1.10. Рабочая поверхность листа редактора SCHEMATICS с девятью установленными резисторами

Резистор, который был установлен последним, выделен красным цветом. Маркировка указывает на то, что все последующие команды будут относиться только к отмеченному компоненту[4].

Шаг 8 Проверьте это сами, удалив маркированный резистор. Для этого нужно просто нажать на клавишу Delete (Удалить) или выбрать команду Cut (Вырезать) из меню Edit (Правка). Если при маркировании удерживать клавишу Shift, можно одновременно выделить несколько элементов (атрибутов, названий и т.д.). Это один из общих принципов операционной системы Windows.

Шаг 9 Маркируйте другой резистор, щелкнув по нему мышью. Убедитесь, что удерживая нажатой левую кнопку мыши, элемент можно перемещать по поверхности рабочего листа.

Шаг 10 Теперь удалите все резисторы и, чтобы поупражняться, загрузите еще раз несколько резисторов (конденсаторов, катушек) из библиотеки ANALOG.slb.

Шаг 11 Загрузите еще один символ резистора и разместите на рабочей поверхности несколько резисторов, но на этот раз при позиционировании иногда нажимайте комбинацию клавиш Ctrl+R. Обратите внимание: в данном случае клавиша R[5] используется для поворота компонента на 90°. Таким же образом установите еще несколько катушек и конденсаторов (рис. 1.11).

Рис. 1.11. Рабочая поверхность листа редактора SCHEMATICS с различными схемными обозначениями

Шаг 12 А теперь разместите на вашем рабочем листе еще и несколько экземпляров транзисторов ВС548В из библиотеки EVAL.slb. Проверьте, как размещаются транзисторы, если при этом нажать комбинацию клавиш Ctrl+F. Вы обнаружите, что здесь с помощью клавиши F[6] выполняется зеркальный разворот компонента (на 180°).

Шаг 13 Теперь очистите рабочую поверхность, удалив с нее все символы.

Иногда редактор SCHEMATICS оставляет на экране следы удаленных компонентов. Для того чтобы стирать их, предусмотрена функция обновления экрана: команда View→Redraw (Вид→Обновить). Тот же эффект можно получить, щелкнув по кнопке с изображением желто-голубой кисточки на панели инструментов .

Маркировки голубого цвета, обрамляющие рабочую поверхность окна редактора SCHEMATICS, предусмотрены для того, чтобы пользователям было проще ориентироваться в больших схемах. Но сейчас они скорее только мешают. Если вы хотите отключить выделения, как это, например, сделано на экране, изображенном на рис. 1.12, выполните следующие шаги:

Рис. 1.12. Схема последовательной цепи, содержащей два резистора, до установки межсоединения

1. Откройте меню Options (Сервис) и выберите опцию Display Preferences… (Настройки экрана…).

2. На экране откроется диалоговое окно Display Preferences. Активизируйте в левой части этого окна строку Page Boundary (Границы страницы), щелкнув по ней мышью.

3. В правой части диалогового окна рядом с опциями Display (Экран) и Print (Печать) установлены два флажка. Сбросьте их, чтобы нежелательные маркировки впредь не появлялись ни на вашем экране, ни на печати.

4. Закройте диалоговое окно Display Preferences, щелкнув по кнопке OK.

Теперь вы можете, наконец, приступать к выполнению задачи, которая была поставлена перед вами в начале этого урока, а именно, к проектированию схемы последовательной цепи, содержащей два резистора.

Шаг 14 Установите на рабочей поверхности вашего листа два резистора с учетом необходимого взаиморасположения и правильной ориентировки (поворота) компонентов. Затем добавьте к чертежу источник напряжения VDC (Voltage Source Direct Current - источник постоянного напряжения) из библиотеки SOURCE.slb.

Для того чтобы провести монтаж схемы (см. рис. 1.12), необходимо выполнить следующие действия.

Шаг 15 В меню выберите команду Draw→Wire (Чертеж→Монтаж) или щелкните по левой из двух кнопок, на которых изображен карандаш.

Шаг 16 Щелкните мышью по верхнему выводу источника напряжения.

Шаг 17 Ведите курсор вверх до того места, где проводка должна свернуть направо, а затем вправо до пересечения с выводом резистора. Щелкните по левому выводу резистора. Первое соединение готово.

Шаг 18 Теперь подведите курсор к правому выводу верхнего резистора и повторите процедуру, описанную в предыдущих шагах, пока не будет начерчено следующее соединение.

Формирование межсоединений завершается нажатием на правую кнопку мыши.

Шаг 19 Начертите последнее соединение. Не бойтесь сделать что-нибудь неправильно, так как любую ошибку можно исправить, выделив неверно установленное соединение и удалив его. (Чтобы выделить соединение, предварительно верните курсору вид стрелки, нажав на правую кнопку мыши.)

Шаг 20 Если требуется установить соединение с большим количеством изгибов, нужно просто щелкнуть (курсор должен иметь вид карандаша) в месте предполагаемого сгиба, а затем продолжить вести проводку в нужном направлении. Попробуйте выполнить это самостоятельно.

После завершения монтажа схема должна выглядеть приблизительно так, как показано на рис. 1.13.

Рис. 1.13. Схема последовательной цепи, содержащей два резистора, без точки соединения с «землей»

Теперь в вашей схеме недостает только обозначения «земли». Вы сможете найти его под именем AGND (Analog Ground — аналоговая «земля») в библиотеке PORT.slb.

Шаг 21 Установите схемное обозначение «земли»[7] и тем самым придайте своему чертежу схемы последовательной цепи, содержащей два резистора, законченный вид (рис. 1.14).

Рис. 1.14. Окончательный вид схемы последовательной цепи с двумя резисторами

Существует очень быстрый способ размещения компонентов в тех случаях, когда заранее известно их точное название:

1. Откройте диалоговое окно Part Browser, щелкнув на панели инструментов по кнопке .

2. Введите с клавиатуры в уже активное (то есть готовое для ввода, на что указывает синяя маркировка) поле Part Name (Имя компонента) название необходимого элемента.

3. Нажмите клавишу Enter.

Шаг 22 Попробуйте загрузить таким способом несколько конструктивных элементов с известными вам названиями (R, BC548B и др.). По окончании приведите рабочий экран в прежнее состояние (как на рис. 1.14).

Для того чтобы ваша схема последовательной цепи точно соответствовала образцу на рис. 1.5, нужно дать сопротивлениям и источнику напряжения необходимые имена и указать их характеристики. При работе с редактором SCHEMATICS имена, значения и другие специальные характеристики компонентов называются атрибутами.

Верхнему резистору следует присвоить имя R_V.

Шаг 23 Дважды щелкните мышью по имени верхнего резистора. Откроется диалоговое окно Edit Reference Designator (Редактировать ориентировочное название), показанное на рис. 1.15, где можно изменять имена элементов. В редакторе SCHEMATICS уникальное имя компонента называется Reference Designator (Ориентировочное название). Введите имя R_V и подтвердите свой выбор, щелкнув по кнопке OK или нажав клавишу Enter.

Рис. 1.15. Окно Edit Reference Designator

Резистор R_V должен иметь значение сопротивления 1.5 кОм.

Шаг 24 Дважды щелкните мышью по характеристике резистора 1k, чтобы открыть окно Set Attribute Value (Установить значение атрибута). Здесь вы сможете отредактировать значение сопротивления резистора (поле VALUE) — см. рис. 1.16. Наберите в поле ввода 1.5k. Как и прежде, подтвердите свой выбор с помощью кнопки OK или клавиши Enter.

Рис. 1.16. Окно Set Attribute Value

Внимание! Между единицей и пятеркой необходимо ставить точку. Кроме того, между 1.5 и k не должно быть пробела.

Шаг 25 Повторите эту процедуру для другого резистора, присвоив ему сначала имя R_L, а затем задав для него значение сопротивления 6.8k.

Согласно стандартам имена компонентов и их характеристики должны находится, по возможности, слева или вверху от схемного обозначения. Щелкните мышью по имени R_L, и оно будет тут же выделено черной рамкой. А теперь щелкните по маркированной области еще раз и, удерживая кнопку мыши нажатой, переместите название в нужное место.

Шаг 26 Потренируйтесь — расставьте остальные атрибуты резисторов.

В завершение необходимо установить источник напряжения на постоянное напряжение 10 В.

Шаг 27 Дважды щелкните мышью по символу источника напряжения, чтобы открылось диалоговое окно, в котором устанавливаются атрибуты источника напряжения (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Диалоговое окно атрибутов источника напряжения VDC после установки атрибута DC=0V

Щелкая мышью в большом белом окне атрибутов, можно выбирать любые фрагменты текста и отправлять их в маленькие верхние поля ввода Name (Имя) и Value (Значение), а затем редактировать.

Шаг 28 Пощелкайте мышью по разным строчкам, обращая внимание на то, какие изменения происходят при этом в верхних полях ввода, и попробуйте отредактировать содержимое верхних полей. Не бойтесь сделать что-нибудь неправильно, так как все изменения вступят в силу только после щелчка по кнопке Save Attr (Сохранить атрибуты). Но даже если вы щелкнули по этой кнопке, можно закрыть диалоговое окно атрибутов с помощью кнопки Cancel (Отменить), оставив его в том состоянии, в котором оно было в момент открытия. Если вы поняли, как редактировать атрибуты в редакторе SCHEMATICS, переходите к следующему шагу.

Шаг 29 Установите для DC (постоянное напряжение) значение 10V[8]. Не забудьте щелкнуть по кнопке Save Attr! Вы сможете убедиться в том, что изменение вступило в силу, увидев в большом белом поле диалогового окна, где расположены уже существующие атрибуты, строку DC=10V. Теперь окно атрибутов элемента VDC должно выглядеть так, как это показано на рис. 1.18.

Рис. 1.18. Диалоговое окно атрибутов источника напряжения VDC после установки атрибута DC=10V

Если вы теперь посмотрите на свой чертеж, то увидите, что, хотя редактор SCHEMATICS и правильно сохранил атрибуты источника напряжения, значение напряжения на схеме все еще не указано. Это потому, что SCHEMATICS отображает или не отображает такие характеристики исключительно по желанию пользователя.

Шаг 30 Для того чтобы в случае необходимости отразить на схеме атрибут 10V, вы должны еще раз открыть диалоговое окно атрибутов источника напряжения VDC (см. выше). В правом верхнем углу окна вы увидите кнопку Change Display (Изменить экран). Щелкнув по ней, откройте диалоговое окно Change Attribute (Изменить атрибуты), — см. рис. 1.19 — где указывается, какие атрибуты следует отражать на чертеже. В этом окне можно откорректировать атрибут, который был выбран (маркирован синим цветом) в центральном окне атрибутов. Атрибуты, помеченные звездочкой (*), не поддаются обработке в окне Change Attribute.

Рис. 1.19. Диалоговое окно Change Attribute

Шаг 31 Выберите в списке What to Display (Что отражать на экране) опцию Value only (Только значение). Закройте окно Change Attribute, щелкнув по кнопке OK. Таким образом вы вернетесь назад к окну атрибутов источника напряжения VDC. Закройте и его, также с помощью кнопки OK, и вернитесь снова к главному окну редактора SCHEMATICS.

Шаг 32 Убедитесь в том, что ваша схема видна на экране, и познакомьтесь с функциями увеличения и уменьшения, которые предоставляет в ваше распоряжение редактор SCHEMATICS: просто щелкните один или несколько раз подряд по кнопкам с изображениями увеличительного стекла. 

Внимание!

Увеличение: View→In (Увеличить) или .

Уменьшение: View→Out (Уменьшить) или .

Заполнение экрана: View→Fit (Общий вид) или .

Увеличение выделенной области: View→Area (Область) или .

Чтобы выделить область рабочей поверхности, нажмите левую кнопку мыши, когда курсор находится в любом углу предполагаемой зоны выделения, и, удерживая ее, заключите нужную область в черную рамку.

Отображение всей рабочей поверхности: View→Entire Page (Весь лист).

Шаг 33 Теперь осталось переместить имя источника напряжения (U1) на место, определенное стандартами, то есть влево от схемного обозначения, и можете еще раз сравнить свою схему с той, которая была дана в качестве образца на рис. 1.5. Все правильно?

Шаг 34 Тогда сохраните свой чертеж (выполните команды File→Save или щелкните по кнопке с символом дискеты красного цвета ).

В следующем уроке эта электросхема вам снова понадобится, так как вы будете учиться «сажать под ток» схему последовательной цепи, то есть, выражаясь языком программы PSPICE, «имитировать» ее работу.

Рис. 1.20. Элементы управления редактора SCHEMATICS

В этом разделе рассказывается о том, какие кнопки есть в редакторе SCHEMATICS. Для каждой кнопки указывается соответствующая ей команда меню (рис. 1.20). В табл. 1.1 приводится русский перевод этих команд. В переводе, где возможно, используются понятия из русскоязычной версии операционной системы Windows.

Таблица 1.1. Команды редактора SCHEMATICS

Программа PSPICE считает, оперируя только числами, а не единицами измерений. Однако при работе с ней допускается употреблять общепринятые размеры единиц измерения:

1k=10³ 1p=10^-12 1u=10^-6

1Meg=10⁶ 1n=10^-9 1m=10^-3

Если вы в конце (без пробела!) добавите к единице измерения еще какое-нибудь обозначение, PSPICE будет рассматривать его как комментарий и игнорировать во время проведения своих расчетов.

Итак: 1k = 1kOhm, 1p = 1pF

Еще одно указание по поводу единиц измерения: PSPICE не делает различий между большими и маленькими буквами.

Итак: 1m = 1M

Приставка M к единицам измерения используется в Европе для обозначения 10⁶ (Mega). При работе в PSPICE приставку Mega следует вводить как 1Meg или 1meg.

PSPICE также не распознает букв греческого алфавита. Для обозначения размера Micro (μ) единиц измерения в программе PSPICE используется буква u.

Итак: 10^-6 = 1u

Уберите руки от клавиши <μ> на вашей клавиатуре. PSPICE ее не понимает!

Задание 1.1. Начертите схему электрической цепи из последовательно соединенных резистора, катушки индуктивности и конденсатора, изображенную на рис. 1.21. Сохраните свой чертеж в папке Projects под именем RLC_MIX1.sch.

Рис. 1.21. Схема цепи из последовательно соединенных резистора, катушки индуктивности и конденсатора

Рецепт 1. Запустить редактор SCHEMATICS

1. Щелкните по кнопке Пуск (Start) на панели задач Windows (рис. 1.1).

2. Выберите в основном меню Windows команду Программы→DESIGNLAB EVAL_8→SCHEMATICS (рис. 1.1).

3. Щелкните левой клавишей мыши по строке SCHEMATICS. (См. раздел 1.1.)

Внимание! Программа PSPICE работает пока еще только под Windows 95/98/2000/NT.

Рецепт 2. Открыть новый рабочий лист

Первый способ:

1. Откройте меню File.

2. Выберите команду New. 

Второй способ: Щелкните по кнопке . 

Рецепт 3. Открыть сохраненный файл SCHEMATICS

Первый способ:

1. Откройте меню File.

2. Выберите команду Open…

3. Найдите нужный файл и щелкните по кнопке Открыть.

Второй способ:

1. Щелкните по кнопке .

2. Найдите нужный файл и щелкните по кнопке Открыть.

Рецепт 4. Сохранить новый, пока еще безымянный чертеж

1. Откройте меню File.

2. Выберите команду Save As…

3. Введите название чертежа.

4. Щелкните по кнопке Сохранить.

Рецепт 5. Сохранить уже существующий чертеж

Первый способ:

Выполните команду File→Save.

Второй способ: Щелкните по кнопке .

Рецепт 6. Добавить к чертежу новый компонент

1. Откройте окно Part Browser, выполнив команду Draw→Get New Part… (Достать новый компонент…) или щелкнув по кнопке .

2. Щелкнув по кнопке Libraries…, откройте окно Library Browser.

3. Откройте библиотеку (выберите из списка Library), в которой находится нужный вам элемент.

4. Найдите в списке Part диалогового окна Library Browser название искомого компонента и щелкните по нему мышью (рис. 1.9).

5. Щелкните по кнопке OK.

6. Установите на чертеже необходимое число экземпляров этого компонента и завершите позиционирование, нажав на правую кнопку мыши.

Когда известно название искомого компонента (R для резисторов, С для конденсаторов, BC548B для определенного типа транзистора и т.д.), процедура вызова элементов на рабочий лист значительно ускоряется:

1. Откройте окно Part Browser, выполнив команду Draw→Get New Part… либо щелкнув по кнопке .

2. Введите название искомого элемента в поле Part Name.

3. Нажмите клавишу Enter.

4. Установите на чертеже необходимое число экземпляров этого компонента и отключите режим позиционирования, нажав на правую кнопку мыши.

Рецепт 7. Маркирование и перемещение

Маркирование компонента: щелкните левой кнопкой мыши по символу нужного вам компонента. Символ окрасится в красный цвет.

Маркирование имени или характеристики компонента: щелкните левой кнопкой мыши по имени или значению компонента. Имя или, соответственно, характеристика будут заключены в черную рамку.

Перемещение:

1. Маркируйте компонент или его атрибут, который нужно передвинуть на другое место чертежа.

2. Подведите курсор к маркированному объекту, нажмите левую кнопку мыши и, удерживая ее, переместите объект на требуемое место.

3. Отпустите кнопку мыши.

Рецепт 8. Поворот и зеркальное отображение компонентов

Поворот на 90°:

1. Маркируйте компонент.

2. Нажмите комбинацию клавиш Ctrl+R.

Зеркальный разворот на 180°:

1. Маркируйте компонент.

2. Нажмите комбинацию клавиш Ctrl+F.

Рецепт 9. Начертить соединение

1. Выберите в меню Draw команду Wire или щелкните по кнопке .

2. Щелкните мышью в месте начала проводки.

3. Ведите курсор к месту завершения проводки и закрепите соединение, нажав на левую клавишу мыши.

4. По окончании монтажных работ нажмите правую клавишу мыши.

Чтобы начертить соединение с несколькими изгибами, надо, устанавливая соединение, щелкнуть мышью по тому месту, где должен быть сгиб, и затем вести проводку в нужном направлении. Если соединение между двумя выводами имеет всего один угол, то щелчок мышью по месту сгиба можно не делать.

(См. раздел 1.2.)

Рецепт 10. Изменение атрибутов

Если атрибут, который необходимо изменить, отображается на чертеже:

1. Дважды щелкните мышью по изменяемому атрибуту, чтобы открыть его диалоговое окно.

2. Задайте атрибуту требуемое значение.

3. Подтвердите внесенные изменения щелчком по кнопке OK.

(См. раздел 1.3.)

Если атрибут, который вы хотите изменить, не отображается на чертеже:

1. С помощью двойного щелчка мыши по схемному обозначению откройте центральное окно атрибутов.

2. Отредактируйте атрибут, следуя указаниям из инструкции 1.11.

(См. раздел 1.3.)

Рецепт 11. Изменение атрибутов в центральном окне атрибутов

1. Дважды щелкните мышью на схемном обозначении, чтобы открыть центральное диалоговое окно атрибутов.

2. Щелкните мышью по строке, которую необходимо изменить, отправив ее содержимое в два верхних поля редактирования Name и Value.

3. Отредактируйте имя (поле Name) и/или значение (поле Value) атрибута.

4. Сохраните внесенные изменения, щелкнув по кнопке Save Attr.

Вы сможете убедиться в том, что редактор SCHEMATICS принял новое значение, увидев в большом белом поле диалогового окна, где расположены уже существующие атрибуты, строку с новым значением. (См. раздел 1.3.)

5. Отредактируйте таким же образом следующий атрибут и сохраните изменения с помощью кнопки Save Attr.

6. По окончании редактирования щелкните по кнопке OK. Диалоговое окно атрибутов закроется.

Рецепт 12. Отображать/не отображать атрибуты на чертеже

1. Дважды щелкните мышью по схемному обозначению, чтобы открыть центральное диалоговое окно атрибутов (см. раздел 1.3).

2. Выделите в большом белом поле атрибут, индикацию которого требуется изменить.

3. Щелкните по кнопке Change Display. Откроется диалоговое окно Change Attribute (см. рис. 1.19).

4. В названном окне установите флажки в списке опций What to Display таким образом, чтобы добиться нужной индикации на экране редактора SCHEMATICS.

5. Щелкнув по кнопке OK, вернитесь назад к центральному окну атрибутов.

6. Снова щелкните по кнопке OK. Центральное диалоговое окно атрибутов закроется.

Рецепт 13. Увеличение и уменьшение изображения

Увеличение: выполните команду View→In или щелкните по кнопке .

Уменьшение: выполните команду View→Out или щелкните по кнопке .

Заполнение экрана: выполните команду View→Fit или щелкните по кнопке .

Увеличение выделенной области: выполните команду View→Area или щелкните по кнопке .

Чтобы выделить область рабочей поверхности, подведите курсор к любому углу предполагаемой зоны выделения, нажмите левую кнопку мыши и, удерживая ее, заключите нужную область в черную рамку.

Отображение всей рабочей поверхности: команда View→Entire Page.

С этого урока вы начинаете работать непосредственно с программой PSPICE, то есть заниматься моделированием электронных схем. Первый опыт в освоении программы вы получите на основе схем, которые и без PSPICE легко оценить и просчитать. Но как иначе проверить, насколько PSPICE можно доверять? И только тогда, когда вы проникнитесь доверием к результатам анализов, проводимых PSPICE (и попутно приобретете навыки, необходимые для работы с программой), вы сможете с ее помощью приступить к исследованию электросхем, поведение и свойства которых перед началом моделирования вам точно не известны. Когда вы до этого дойдете, то очень может быть, испытаете что-то вроде «чувства одержимости», о котором порой рассказывают инженеры-электронщики, поработавшие с программой PSPICE.

Все напряжения, которые вычисляет PSPICE, являются напряжениями между отдельными точками электросхемы и одной опорной точкой, местоположение которой определяете вы сами, размещая на чертеже схемное обозначение «земли». В электронике такие напряжения называются потенциалами. Вы знаете, что напряжение на отдельном конструктивном элементе электросхемы равно разности потенциалов на двух выводах этого элемента. Первым наиболее простым заданием, которое вам предстоит выполнить с помощью программы-имитатора PSPICE, будет определение потенциалов схемы последовательной цепи, содержащей два резистора.

Шаг 1 Для начала загрузите схему последовательной цепи (рис. 2.1), содержащей два резистора, которую вы начертили, изучая первый урок, и сохранили под именем Ex1.sch в папке Projects (как вы помните, цепь содержит резистор R_V сопротивлением 1.5 кОм, резистор R_L сопротивлением 6.8 кОм и источник тока DC с постоянным напряжением 10 В). Для этого выполните следующие действия:

1. Откройте меню File, щелкнув по кнопке .

2. Найдите файл Ex1.sch и выделите его.

3. Щелкните по кнопке Открыть.

Рис. 2.1. Схема последовательной цепи

Шаг 2 Откройте меню Analysis (Анализ) и запустите процесс моделирования, щелкнув мышью по строке Simulate (Начать моделирование) — рис. 2.2.[9]

Рис. 2.2. Содержание меню Analysis

После непродолжительных вычислений PSPICE завершит моделирование. Возможно, теперь ваш экран будет закрыт другим окном, окном PSPICE (рис. 2.3). Вы можете без всяких колебаний закрыть его, так как для анализа цепи постоянного тока оно не имеет никакого значения (чтобы закрыть окно, щелкните по кнопке с изображением косого крестика, находящейся в правом верхнем углу). 

Рис. 2.3. Окно PSPICE на рабочем листе редактора SCHEMATICS после завершения моделирования цепи постоянного тока

Может быть, что результаты моделирования все еще не отображаются на вашем чертеже. В этом случае потребуйте их индикации.

Шаг 3 Откройте меню Analysis, выберите строку Display Results on Schematics (Показывать результаты в Schematics) и выделите опции Enable (Разрешить) и Enable Voltage Display (Разрешить индикацию напряжений).

Теперь вы видите результат моделирования: напряжение (потенциал) в месте соединения двух резисторов по отношению к «земле» равно 8.193 В (рис. 2.4).

Рис. 2.4. Схема последовательной цепи, где в качестве результата моделирования цепи постоянного тока указаны потенциалы узловых точек

В первый раз, сразу после завершения моделирования, PSPICE показывает результаты проведенных расчетов потенциалов во всех местах электросхемы, представляющих хоть какой-нибудь интерес. Порой это затрудняет чтение чертежа. Вы легко можете удалить ненужные индикации потенциалов, отметив эти данные с помощью мыши и затем нажав на клавишу Delete.

Шаг 4 Удалите с чертежа электросхемы ненужные данные, чтобы ваш экран выглядел так, как это показано на рис. 2.5.

Рис. 2.5. Экран редактора SCHEMATICS с указанием потенциала в месте соединения двух резисторов

При желании вы всегда сможете вернуть на экран удаленные данные, для этого нужно всего лишь отметить соответствующее место (нужный сегмент проводки) и затем щелкнуть по кнопке  — Show/Hide Voltage on Selected Nets (Показать/ скрыть напряжения для отдельных узлов).

Шаг 5 Попробуйте сделать это, вернув на свой чертеж удаленные данные, а кроме того, убедитесь, что индикацию напряжений можно включать и выключать с помощью кнопки .

Разумеется, теперь вы хотели бы узнать и значение силы тока в вашей схеме. Собственно, вы и сами могли бы вычислить его на основании закона Ома, зная напряжение U_RL=8.193 В и сопротивление R_L=6.8 кОм, но ведь программа PSPICE уже произвела расчет. Для того чтобы вызвать на экран индикацию тока, просто щелкните по кнопке  — Enable Current Display (Показать токи).

Шаг 6 Включите индикацию токов, как на рис. 2.6.

Рис. 2.6. Схема последовательной цепи с указанием токов и напряжений

Программа PSPICE произвела расчеты токов, проходящих через компоненты электросхемы. Как правило, вам вовсе не нужно знать все эти значения.

Шаг 7 Удалите ненужные значения токов, отметив их с помощью мыши и затем нажав на клавишу Delete. Обратите внимание, что при маркировании PSPICE не только показывает вам, к каким местам электросхемы относятся значения токов и напряжений, но и даже указывает направление тока. После того как вы познакомитесь со всеми возможностями, предоставляемыми PSPICE, и выясните, как перемещать на экране данные о токах и напряжениях, приведите свой экран в соответствие с рис. 2.7.

Рис. 2.7. Схема последовательной цепи с указанием выбранных токов и напряжений

Если вы захотите вернуть на экран какое-либо удаленное значение тока, то для этого нужно всего лишь отметить соответствующий компонент электросхемы и затем щелкнуть по кнопке  — Show/Hide Currents on Selected Parts (Показать/скрыть токи для отдельных компонентов).

Шаг 8 Потренируйтесь, возвратив на экран удаленные индикации токов и затем снова их удалив.

Задание 2.1. Начертите в редакторе SCHEMATICS смешанную резисторную схему, состоящую из параллельного включения резисторов R₁=3 кОм и R₂=6 кОм, которое последовательно соединено с резистором R₃=4 кОм и источником напряжения 6 В. С помощью программы PSPICE определите все токи и все напряжения этой электросхемы. Сохраните схему в папке Projects под именем R_MIX. Путем собственных подсчетов проверьте правильность результатов анализа, проведенного программой PSPICE.

Задание 2.2.* Начертите схему, показанную на рис. 2.8, электросхему и сохраните ее в папке Projects под именем R_MIX_2. Каково значение тока I_L, проходящего через резистор R_L? Самостоятельно проведите вычисления и выясните, совпадают ли они с результатами моделирования для значения I_L.

Рис. 2.8. Смешанная резисторная электросхема

Задание 2.3.* Начертите электросхему по образцу рис. 2.9 и сохраните ее в папке Projects под именем 2_U. Запустите имитатор PSPICE, чтобы с его помощью вычислить ток, проходящий через резистор R₄, в этой сложной схеме с двумя источниками напряжения.

Рис. 2.9. Смешанная резисторная электросхема с двумя источниками напряжения

Задание 2.4.* Выясните, каким должно быть значение U_B2 в электросхеме из задания 2.3, чтобы ток, проходящий через R₄, был равен нулю. 

Задание 2.5.* Начертите нагруженное соединение по схеме моста, изображенное на рис. 2.10, и сохраните его в папке Projects под именем BRIDG.sch. Проанализируйте эту электросхему с помощью имитатора PSPICE. Если бы вы попытались произвести расчет данной схемы при помощи лишь карандаша и бумаги, на это ушло бы много времени и сил, так как простых способов просчитать нагруженные мосты сопротивлений нет. Однако проконтролировать результаты анализа PSPICE совсем несложно, ведь вам достаточно проверить, выполняются ли при полученных результатах для всех узлов и контуров два «святых» правила электротехники.[10] Выполните эти контрольные подсчеты. 

Рис. 2.10. Нагруженное соединение по схеме моста

Задание 2.6.* Найдите такое значение R₅ из задания 2.5, чтобы мост был уравновешенным. С помощью программы PSPICE проверьте истинность высказывания о том, что в уравновешенном мосте значение тока в контуре с сопротивлением R₁ равно нулю.

Задание 2.7.* Установите в ветви моста из задания 2.5 второй источник напряжения с подходящим значением и выясните, можно ли таким образом привести ток через R₁ неуравновешенного моста (при значениях сопротивлений согласно рис. 2.10) к нулю. Возможно ли добиться этого как путем последовательного подключения источника напряжения к R₁, так и путем параллельного соединения источника напряжения с тем же резистором?

Разработчикам программы PSPICE потребовались годы для того, чтобы создать, наконец, ту исключительно удобную для пользования программу-анализатор, какой она является сегодня. Раньше нельзя было указывать результаты моделирования цепи постоянного напряжения непосредственно на чертеже схемы. Не было даже редактора проектирования схем SCHEMATICS, не говоря уже о возможности графического представления результатов в программе-осциллографе PROBE, с которой вы познакомитесь в одной из следующих глав. Тогда для представления результатов моделирования использовался только выходной файл в ASCII-коде (в PSPICE он называется Output-File). Output-File и теперь еще является составной частью программы PSPICE. Обычно пользователи PSPICE изо всех сил стараются увильнуть от обращения к выходному файлу и от утомительных попыток прояснить с его помощью какие-либо вопросы относительно результатов моделирования. К сожалению, избежать этого не всегда удается. К примеру, если PSPICE обнаруживает, что при проектировании электросхемы вы не придерживались предварительных договоренностей, то на экране появляется сообщение об ошибке, которое, как правило, гласит: ERROR — For Details Examine Output File (Ошибка — за подробностями обращайтесь к выходному файлу)[11]. И тогда вы можете оказаться в весьма затруднительном положении, если не имеете хотя бы минимальных знаний о структуре выходного файла. Настоящие профессионалы узнаются по тому, что они используют выходной файл не только в силу вынужденных обстоятельств, когда на экране появляется сообщение об ошибке, но и умеют извлекать из него ценную для себя информацию. Изучив материал следующего раздела, вы получите необходимые знания о структуре выходного файла и основных принципах его использования.

Прежде всего давайте еще раз проанализируем знакомую вам схему последовательной цепи, содержащей два резистора, но не будем пользоваться теми удобными индикациями результатов, о которых рассказывалось в предыдущем разделе. В этом случае вам придется обратиться за результатами моделирования к выходному файлу.

Шаг 1 Откройте схему последовательной цепи, содержащей два резистора R_V и R_L, которая находится в папке Projects под именем Ex1.sch (рис. 2.11).

Рис. 2.11. Схема последовательной цепи с двумя резисторами, взятая за основу для моделирования цепи постоянного тока

Шаг 10 Теперь намеренно усложните себе жизнь, отключив, эксперимента ради, опцию индикации постоянных токов и постоянных напряжений. (Деактивизируйте обе кнопки с изображениями больших букв V и I так, чтобы они стали обычного серого, а не светло-серого цвета.) 

Шаг 11 Затем запустите моделирование, выбрав команду Simulate в меню Analysis либо щелкнув по соответствующей кнопке (она имеет желтый цвет).

После кратковременных подсчетов на экране появится окно (рис. 2.12), которое вы уже видели в предыдущих имитациях и которое до этих пор сразу же закрывали, не обращая на него никакого внимания.[12]

Рис. 2.12. Окно PSPICE после завершения анализа цепи постоянного тока

К сожалению, желаемых результатов анализа в этом окне вы не найдете. Имитатор PSPICE записал результаты проведенного моделирования в специально созданный файл с именем Ex1.out.

При каждом сеансе моделирования в PSPICE автоматически создается выходной файл. В нем содержатся результаты моделирования и еще много другой информации. Выходные файлы имеют такие же названия, как и лежащие в их основе чертежи электросхем, но имеют расширение .out.

Шаг 12 Откройте выходной файл, выбрав в окне PSPICE последовательность команд File→Examine Output (Файл→Открыть выходной файл для просмотра). На вашем экране появится выходной файл PSPICE, в котором представлены результаты анализа постоянного тока схемы последовательной цепи, изображенной на рис. 2.11:

**** 01/31/98 11:16:50 ********* NT Evaluation PSpice (July 1997)

* С:\MSimEv_8\Projects\UEB.sch

**** CIRCUIT DESCRIPTION

************************************

* Schematics Version 8.0 - July 1997

* Sat Jan 31 11:07:37 1998

** Analysis setup **

.OP

* From [SCHEMATICS NETLIST] section of msim.ini:

.lib "nom.lib"

.INC "UEB.net"

**** INCLUDING UEB.net ****

* Schematics Netlist *

V_U1 $N_0001 0 10V

R_RL 0 $N_0002 6.8k

R_RV $N_0001 $N_0002 1.5k

**** RESUMING UEB.cir ****

.INC "UEB.als"

**** INCLUDING UEB.als ****

* Schematics Aliases *

.ALIASES

V_U1 U1(+=$N_0001 -=0 )

R_RL RL(1=0 2=$N_0002 )

R_RvV RV(1=$N_0001 2=$N_0002 )

.ENDALIASES

**** RESUMING UEB.cir ****

.probe

.END

**** 01/31/98 11:16:50 ******** NT Evaluation PSpice (July 1997)

* C:\MSimEv_8\Projects\UEB.sch

**** SMALL SIGNAL BIAS SOLUTION TEMPERATURE = 27.000 DEG C

NODE      VOLTAGE NODE      VOLTAGE NODE VOLTAGE NODE VOLTAGE

($N_0001) 10.0000 ($N_0002) 8.1928

VOLTAGE SOURCE CURRENTS

NAME  CURRENT

V_U1 -1.205E-03

TOTAL POWER DISSIPATION 1.20E-02 WATTS

**** 01/31/98 11:16:50 ******** NT Evaluation PSpice (July 1997)

************

* E:\MSimEv_8\Projects\UEB.sch

**** OPERATING POINT INFORMATION TEMPERATURE = 27.000 DEG С

****************************************************************************

JOB CONCLUDED

TOTAL JOB TIME .12

В выходном файле вы найдете сведения о дате проведения моделирования и продолжительности процесса, о внутренних вспомогательных файлах, созданных специально для анализа; а также об условно принятой температуре окружающей среды для установления термозависимых значений компонентов схемы. Но не будем пока обращать внимания на эти указания. Сейчас гораздо больший интерес для нас будут представлять следующие данные выходного файла.

Информация о запуске. Под строкой

**Analysis setup**

.ОР

Сетевой список. Под строкой

*SCHEMATICS Netlist*

• первая строка сетевого списка[14] содержит запись

V_U1 $N_0001 0 10V

• во второй строке сетевого списка помещена запись

R_RL 0 $N_0002 6.8k

• в третьей строке вы видите запись

R_RV $N_0001 $N_0002 1.5k

Список альтернативных обозначений. Под заголовком

*SCHEMATICS Aliases*

• первая строка списка альтернативных имен —

V_U1 U1(+=$N_0001 -=0 )

• вторая строка списка содержит запись

R_RL RL(1=0 2=$N_0002 )

• в третьей строке имеется запись

R_RV RV(1=$N_0001 2=$N_0002 )

Потенциалы узлов. После списка альтернативных обозначений в выходном файле даются результаты моделирования. Под заголовком NODE VOLTAGE помещена информация о потенциалах узловых точек:

• узел 1 по отношению к «земле» имеет потенциал 10 В;

• узел 2 по отношению к «земле» имеет потенциал 8.1928 В.

Ток, проходящий через источник напряжения (при расчете в прямом направлении, то есть от положительного полюса к отрицательному) равен -1.205 мА. Общая потребляемая мощность электросхемы равна 12 мВт.

Задание 2.8. Сравните сведения о результатах моделирования из выходного файла (Output-File) Ex1.out с результатами, которые вы получили при первом моделировании и вызвали их индикацию непосредственно на чертеж своей электросхемы. Сходятся ли они?

Ознакомьтесь с содержимым окна Bias Point Data Display Options (Опции вывода на экран данных рабочей точки), которое вы можете открыть, выбрав команду Analysis Display Results on Schematics→Display Options… Попробуйте вывести на экран более точные результаты анализа. Какова максимальная точность?

Задание 2.9. Установите для источника напряжения заведомо ошибочный атрибут, указав вместо характеристики напряжения не 10V, а 10 V (с пробелом). Запустите процесс моделирования и прочитайте сообщение об ошибке, которое появится как в окне Message Viewer[15], так и в выходном файле. Обратите внимание, что, хотя текст сообщений об ошибке в обоих сообщениях одинаковый, в выходном файле определяется точное место, содержащее ошибку, — оно отмечено расположенным прямо под ним значком $. В завершение откорректируйте ошибочно заданный атрибут источника напряжения.

Задание 2.10. Удалите с чертежа схемы Ex1.sch схемное обозначение «земли». Запустите процесс моделирования и ознакомьтесь с сообщением в окне Message Viewer. Теперь найдите соответствующую информацию об ошибке в выходном файле. Хорошо запомните текст этого сообщения, так как оно еще не раз будет встречаться вам при работе с программой PSPICE. Но тогда вы уже будете знать, что надо делать. Теперь установите схемное обозначение «земли» на прежнее место, чтобы ваша электросхема оставалась «в рабочем состоянии».

Задание 2.11.* С помощью выходного файла определите, какие имена имитатор PSPICE присвоил узлам начерченного вами нагруженного соединения по схеме моста BRIDG.sch (см. рис. 2.10).

Рецепт 1. Запустить процесс моделирования

Первый способ:

1. Откройте меню Analysis.

2. Щелкните левой кнопкой мыши по строке Simulate.

(См. раздел 2.1 и рис. 2.2.)

Второй способ:

Щелкните по кнопке .

Рецепт 2. Указать на схеме постоянные напряжения

Первый способ:

1. Откройте меню Analysis, выберите строку Display Results on Schematics и маркируйте опцию Enable. Вам нужно будет сделать это всего один раз, так как программа PSPICE сохранит данную установку для последующих сеансов работы с имитатором.

2. Откройте меню Analysis, выберите строку Display Results on Schematics и выберите опцию Enable Voltage Display.

Второй способ:

1. Откройте меню Analysis, выберите строку Display Results on Schematics и маркируйте опцию Enable. Это достаточно сделать один раз, так как установка будет сохранена и для последующих сеансов работы с имитатором.

2. Щелкните по кнопке .

(См. раздел 2.1 и рис. 2.5)

Рецепт 3. Указать на схеме постоянные токи

Первый способ:

1. Откройте меню Analysis, выберите строку Display Results on Schematics и маркируйте опцию Enable. Вам нужно будет сделать это всего один раз.

2. Откройте меню Analysis, выберите строку Display Results on Schematics и маркируйте опцию Enable Current Display.

Второй способ:

1. Откройте меню Analysis, выберите строку Display Results on Schematics и маркируйте опцию Enable. Это также достаточно сделать единожды.

2. Щелкните по кнопке .

(См. раздел 2.1.)

Рецепт 4. Удалить с экрана отдельные индикации токов и напряжений

Удаление индикатора напряжения:

1. Маркируйте индикатор напряжения, который следует удалить, щелкнув по нему левой кнопкой мыши.

2. Нажмите клавишу Delete.

(См. раздел 2.1.)

Удаление индикатора тока:

1. Маркируйте индикатор тока, который следует удалить, щелкнув по нему левой кнопкой мыши.

2. Нажмите клавишу Delete.

(См. раздел 2.1.)

Рецепт 5. Снова вызвать на экран удаленные индикации токов/напряжений

Вызов на экран индикатора напряжения:

1. Позаботьтесь о том, чтобы кнопка с изображением большой буквы V была активизирована (имела светло-серый цвет) — см. рецепт 2.

2. Маркируйте тот участок цепи, индикацию потенциала которого вы хотели бы снова иметь на экране, щелкнув по нему левой кнопкой мыши. Нужный участок проводки будет выделен красным цветом.

3. Щелкните по кнопке .

(См. раздел 2.1.)

Вызов на экран индикатора тока:

1. Позаботьтесь о том, чтобы кнопка с изображением большой буквы I была активизирована (имела светло-серый цвет) — см. рецепт 2 к главе 3.

2. Маркируйте тот компонент электросхемы, индикатор значения тока которого следует вернуть на экран, щелкнув по нему левой кнопкой мыши. Компонент будет выделен красным цветом.

3. Щелкните по кнопке .

(См. раздел 2.1.)

Рецепт 6. Открыть выходной файл

Первый способ — из меню редактора SCHEMATICS:

1. Войдите в меню Analysis.

2. Выберите команду Examine Output.

Второй способ — из главного окна PSPICE:

1. Войдите в меню File.

2. Выберите команду Examine Output.

Рецепт 7. Как разобраться в обозначениях выводов

У всех резисторов, конденсаторов и катушек левый или, соответственно, нижний вывод программа PSPICE обозначает как 1, другому выводу того же компонента всегда присваивается обозначение 2.

Внимание! При повороте и зеркальном развороте компонентов обозначения узлов тоже перемещаются. Если повернуть какой-либо компонент на 90°, то его вывод 2, находившийся до этого справа, теперь будет повернут вверх.

Расчет цепи переменного тока, состоящей из последовательно соединенных резистора, катушки индуктивности и конденсатора, после завершения переходных процессов (в стационарном состоянии) можно произвести и без компьютера, однако PSPICE сделает это во много раз быстрее, чем вы, и к тому же не допустит ошибок. В этом уроке вы познакомитесь с инструментом, предназначенным для выполнения таких расчетов, который называется АС-анализ (анализ переменного тока).

Анализ временной характеристики электросхемы в отличие от АС-анализа даже для PSPICE не такая уж простая задача. Иногда для ее решения требуется несколько больше времени, чем обычно. Инструмент для исследования временных характеристик электронных схем называется Transient-анализ (анализ переходных процессов). В этом режиме PSPICE работает как чрезвычайно удобный для пользования запоминающий осциллограф. С анализом переходных процессов вы познакомитесь в следующем уроке.

Чтобы вы поняли, насколько перспективно для вас изучение PSPICE, следует упомянуть о том, что наряду с АС-анализом и Transient-анализом эта программа осуществляет амплитудно-частотный и фазочастотный анализ цепей переменного тока (Fourier-анализ, или Фурье-анализ). Это мощный инструмент, позволяющий определять частотные спектры указанных сигналов. С тех пор как энергетики стали усиленно заниматься высокочастотными помехами, которые создают системы импульсно-фазового управления, Фурье-анализ занимает почетное место даже в энерготехнике.

3.1. Анализ AC Sweep[16] в одной точке

Для начала исследуем схему, состоящую из резистора R=100 Ом, конденсатора С=2 мкФ и источника переменного напряжения с амплитудой U=1 B и f=2 кГц.

Шаг 1 Начертите эту электросхему с помощью редактора проектирования SCHEMATICS. В качестве источника напряжения выберите VSIN (Transient Sine Voltage Source) из библиотеки SOURCE.slb. Атрибуты источника напряжения вы зададите несколько позднее. Готовая схема, вплоть до указания значения переменного напряжения AC=1V, должна выглядеть так, как это показано на рис. 3.1.

Рис. 3.1. Схема последовательного включения сопротивления и конденсатора

Шаг 2 Откройте окно атрибутов источника напряжения (рис. 3.2), дважды щелкнув мышью по его схемному обозначению, и установите все атрибуты источника напряжения на 0 за исключением AC=1V, SIMULATIONONLY[17] и PKGREF=U[18]. Атрибуты, обозначенные символом «*» изменить нельзя.

Рис. 3.2. Окно атрибутов источника переменного напряжения VSIN

Источник напряжения VSIN подходит как для АС-анализа, так и для анализа переходных процессов. Значение напряжения, которое вы вводите для АС, нужно только при проведении анализа переменного напряжения. Значения напряжений, указываемые для VAMPL и VOFF (амплитуда и среднее значение), напротив, действительны только при анализе переходных процессов и игнорируются во время анализа переменного напряжения. То же самое относится и к частоте FREQ, и ко времени задержки распространения сигнала TD, и к коэффициенту затухания DF. Тем не менее, вы в любом случае должны указывать какие-нибудь значения для VAMPL, VOFF, FREQ, TD и DF (например, 0), даже если не собираетесь проводить анализ переходных процессов. В противном случае на экране появится сообщение об ошибке. 

Шаг 3 Теперь вам предстоит вспомнить, как вызывается на экран редактора SCHEMATICS индикатор отличительных характеристик источника напряжения, то есть как сделать, чтобы атрибут AC=1V отображался непосредственно на чертеже вашей схемы (см. рис. 3.1 и раздел 1.2). Если вы достигли желаемого результата, тогда сохраните свою схему в папке Projects под именем RC_AC.sch.

Перед началом моделирования вам нужно еще выполнить предварительную установку предстоящего анализа.

Шаг 4 Для этого выберите в меню команды Analysis→Setup…. Откроется окно Analysis Setup (рис. 3.3).

Рис. 3.3. Окно Analysis Setup, где выбран анализ AC Sweep

Шаг 5 Подготовьте запуск анализа AC Sweep, установив флажок рядом с кнопкой АС Sweep…, и настройте параметры в окне Analysis Setup согласно образцу на рис. 3.3. Затем щелкните по кнопке AC Sweep…. Откроется окно AC Sweep and Noise Analysis (Анализ цепи переменного тока и шумов), с помощью которого задаются установки для конкретного анализа AC Sweep — рис. 3.4.

Рис. 3.4. Окно AC Sweep and Noise Analysis

Когда вы ознакомитесь с содержанием этого окна, у вас наверняка возникнут вполне обоснованные предположения о том, что с его помощью можно сделать гораздо больше, чем вам на данный момент необходимо. PSPICE позволяет анализировать схему не только для одной постоянной частоты. С помощью анализа AC Sweep вы сможете исследовать целую серию частот. При работе с настоящей книгой вы еще не раз воспользуетесь этой удивительной опцией. Кроме того, как вы уже заметили, схемы можно анализировать на предмет их шумовых свойств (Noise Analysis), что, однако, не рассматривается в данном учебнике.

Пока же для решения поставленной перед вами задачи не требуется проводить полный анализ частотных характеристик (AC Sweep), вам нужно исследовать схему только для одной единственной частоты, а именно для частоты f равной 2 кГц. Для этого придется провести анализ переменного напряжения в одной точке, начинающийся при f=2 кГц (поле Start Freq. — Начальная частота) и заканчивающийся при f=2 кГц (поле End Freq. — Конечная частота) для общего количества точек — 1 (поле Total Pts. — Общее количество точек).

Шаг 6 Выполните необходимые установки для анализа AC Sweep в одной точке, заполнив поля ввода в окне AC Sweep and Noise Analysis так, как это изображено на рис. 3.5, а затем подтвердите ввод щелчком по кнопке OK. Таким образом вы возвратитесь к окну Analysis Setup. Щелкните по кнопке Close, чтобы оказаться в главном окне редактора SCHEMATICS.

Рис 3.5. Окно AC Sweep and Noise Analysis с установками для анализа переменного напряжения при f=2 кГц

Для графического представления результатов анализов, например для изображения частотных характеристик, в PSPICE предусмотрена графическая программа- осциллограф, которая называется PROBE. Вам еще предстоит немало поработать с ней и познакомиться с ее удивительными возможностями. В настоящий же момент PROBE едва ли может чем-то вам помочь. Да и как можно было бы графически представить результаты моделирования электросхемы для одной постоянной частоты? Поэтому пока вам придется отключить программу-осциллограф, разумеется, если в окне ее предварительной установки еще активизирована опция автоматического запуска PROBE по завершении моделирования.

Шаг 7 Для того чтобы деактивизировать запуск программы PROBE, откройте меню Analysis и щелкните в нем по строке Probe Setup…. После этого откроется окно Probe Setup Options (Опции предварительной установки PROBE) с тремя вкладками. Выполните необходимые настройки на этих вкладках по образцу на рис. 3.6 и подтвердите свой выбор, щелкнув в каждом из них по кнопке OK. В результате программа PROBE не будет автоматически запускаться после завершения моделирования схемы.

а)

б)

в)

Рис. 3.6. Вкладки окна предварительной установки графической программы PROBE (а, б, в)

Шаг 8 Теперь запустите процесс моделирования (выберите команду Analysis→Simulate или щелкните по соответствующей ей кнопке, находящейся вверху справа на панели инструментов редактора SCHEMATICS). Во время выполнения моделирования на экране появится окно PSPICE (рис. 3.7), где можно наблюдать за ходом выполнения непродолжительных расчетов.

Рис. 3.7. Окно PSPICE после завершения анализа AC Sweep при f=2 кГц

Результаты анализа PSPICE записывает в выходной файл.

Шаг 9 Откройте выходной файл либо из редактора SCHEMATICS, выбрав команду Analysis→Examine Output, либо из окна PSPICE (команда File→Examine Output). Поищите в выходном файле результаты моделирования.

Ваши поиски не будут увенчаны успехом. Для того чтобы программа PSPICE занесла в выходной файл те результаты анализа, которые вам необходимы, перед моделированием схемы нужно сделать особый запрос. Запрос осуществляется в окне редактора SCHEMATICS путем установки специального символа на чертеже вашей схемы в том месте, данные о котором вы собираете и информация о котором должна быть записана в выходной файл. В PSPICE предусмотрены такие символы для потенциалов (VPRINT1), для разности потенциалов, то есть для напряжений между двумя точками (VPRINT2), и для токов (IPRINT). Все они находятся в библиотеке SPECIAL.slb.

Шаг 10 Установите символ VPRINT1 из библиотеки SPECIAL.slb на вашей схеме между резистором и конденсатором (рис. 3.8).

Рис. 3.8. Схема последовательного включения резистора и емкости с измерителем переменного напряжения VPRINT1

Разместив на чертеже символ VPRINT1, вы тем самым «попросили» PSPICE записать в выходной файл данные анализа обозначенного вами места. Теперь остается указать, какие именно сведения вас интересуют. Для этого надо открыть окно атрибутов символа VPRINT1.

Шаг 11 Дважды щелкните по символу VPRINT1, чтобы открыть окно его атрибутов (рис. 3.9).

Введите yes (да) в поле атрибута АС, указав тем самым, что речь идет о данных АС-анализа, а также введите yes в поле атрибутов MAG (Амплитуда) и PHASE (Фаза), чтобы определить, что вас интересует положение по фазе и амплитуда (MAGnitude). Не забывайте каждый раз щелкать по кнопке Save Attr. В заключение дайте установку вывести на чертеж индикаторы введенных атрибутов (последовательность команд Change Display→Both Name and Value).

Рис. 3.9. Окно атрибутов элемента VPRINT1

Шаг 12 Посмотрите на окно атрибутов VPRINT1 и выясните, какие еще результаты анализов можно отправлять в выходной файл с его помощью. Знатоки наверняка придут в восторг от таких возможностей.

Шаг 13 Закройте окно атрибутов, щелкнув по кнопке OK. Теперь индикаторы атрибутов измерителя переменного напряжения VPRINT1 должны появиться на вашем чертеже (рис. 3.10).

Рис. 3.10. Схема последовательного включения резистора и емкости с индикаторами предварительной настройки для АС-анализа при f=2 кГц

Шаг 14 Сохраните изменения (команда Save), запустите заново процесс моделирования и после его завершения откройте выходной файл. В этот раз вы найдете то, что вас интересует. В нижней части выходного файла будут приведены следующие данные:

FREQ      VM($N_0002) VP($N_0001)

2.000Е+03 3.697Е-01  -6.830Е+01

В узле $N_0002 программа PSPICE установила значение амплитуды (VM) 0.3697 В и угол фазы (VP) равный -68.3°.

Шаг 15 Теперь добавьте к своему чертежу символ VPRINT2 для измерения напряжения, проходящего через резистор, а также символ IPRINT для измерения тока (рис. 3.11).

Рис. 3.11. Схема последовательного включения резистора и емкости с индикаторами предварительных настроек для вычисления тока и всех частичных напряжений

Шаг 16 Выполните необходимые настройки атрибутов для символов VPRINT2 и IPRINT согласно образцу на рис. 3.11. Сохраните свой чертеж в папке Projects под именем RC_PRINT.sch. Запустите процесс моделирования и найдите затем в выходном файле интересующие вас данные:

FREQ      IM(V_PRINT3)        IP(V_PRINT3)

2.000Е+03 9.292Е-03           2.170Е+01

FREQ      VM($N_0001)         VP($N_0001)

2.000Е+03 3.697Е-01          -6.830Е+01

FREQ      VM($N_0003,$N_0001) VP($N_0003,$N_0001)

2.000E+03 9.292E-01           2.170E+01

Задание 3.1. Подумайте, к чему относится угол фазы конденсатора -68.3°, установленный программой PSPICE: к общему напряжению или, как это часто бывает в электротехнике, к току в цепи последовательного включения конденсатора и сопротивления?

Задание 3.2. Выполнив собственные расчеты, проверьте результаты анализа схемы последовательного включения резистора и емкости, проведенного PSPICE для U_R, U_C, I и угла фазы между U_общ и I.

Рецепт 1. Провести анализ цепи переменного тока (для одной частоты)

1. Разместите в требуемых местах схемного чертежа символ(ы) VPRINT и/или IPRINT (см рис. 3.11).

2. Установите необходимые атрибуты для символов VPRINT и IPRINT (MAG, PHASE, АС и др.).

3. Запустите в окне Analysis Setup анализ AC Sweep, установив флажок рядом с кнопкой AC Sweep…, а затем щелкнув по ней. Откроется окно АС Sweep and Noise Analysis.

4. В окне AC Sweep and Noise Analysis укажите начальную (поле Start Freq.) и конечную (поле End Freq.) частоты. В поле Total Points введите 1.

5. Запустите процесс моделирования.

6. Найдите результаты анализа в выходном файле.

Для исследования временной зависимости электрических процессов программа PSPICE использует Transient-анализ. Графическое отображение результатов анализа переходных процессов осуществляется с помощью программы-осциллографа PROBE. Свой первый опыт в проведении компьютерного анализа переходных процессов вы приобретете на примере уже знакомой вам схемы, которую без особого труда могли бы просчитать и без моделирования: схемы последовательного включения с резистивно-емкостной связью.

Шаг 1 Загрузите схему последовательного включения резистора и емкости, изображенную на рис. 3.1, которую вы сохранили в папке Projects под именем RC_AC.sch. Если на чертеже присутствуют символы VPRINT и IPRINT, удалите их.

Шаг 2 Двойным щелчком по символу источника напряжения VSIN откройте окно его атрибутов (рис. 4.1).

Рис. 4.1. Окно атрибутов источника напряжения VSIN с установками для анализа переходных процессов

Шаг 3 Установите значения всех атрибутов как 0, за исключением VAMPL=1 В и FREQ=2 кГц; атрибуты SIMULATIONONLY, PKGREF, а также все атрибуты с пометкой «*» оставьте без изменения.

Шаг 4 Вызовите на экран SCHEMATICS индикаторы атрибутов VAMPL=1В и FREQ=2 кГц (рис. 4.2) и сохраните свой чертеж со всеми внесенными изменениями в папке Projects под именем RC_TRANS.sch.

Рис. 4.2. Экран редактора SCHEMATICS с чертежом схемы с последовательным включением сопротивления и конденсатора

Шаг 5 Для установки параметров моделирования откройте окно Analysis Setup, выбрав из меню Analysis опцию Setup… или щелкнув по кнопке .

Шаг 6 Установите флажок рядом с кнопкой Transient… (рис. 4.3) и затем щелкните по ней, чтобы открыть окно анализа переходных процессов.

Рис. 4.3. Окно Analysis Setup с заданным Transient-анализом

Шаг 7 Настройте это окно по образцу на рис. 4.4. Оставьте значение в поле Print Step (Печатный шаг) как есть, так как этот атрибут не имеет для проводимых нами анализов никакого значения. В поле Step Ceiling (Ширина шага)[19] вы можете изменять ширину шага вычислений, если вас не устраивают значения, автоматически выбранные PSPICE. Доверимся на первый раз программе и не будем пока ничего вводить в этом поле. Теперь закройте окно Transient с помощью кнопки OK, а затем и окно Analysis Setup, щелкнув по кнопке Close.

Рис. 4.4. Окно Transient

В предварительных настройках (окно Transient) вы указали в поле Final Time (Конечное время) 4 мс — см. рис. 4.4. Это означает, что PSPICE будет исследовать схему во временном интервале от 0 до 4 мс, то есть проанализирует ровно восемь периодов входного напряжения.

Шаг 8 Теперь запустите моделирование, щелкнув по желтой кнопке. На экране появится окно PSPICE с индикаторами процесса моделирования[20]. По окончании анализа это окно должно выглядеть так, как на рис. 4.5.

Рис. 4.5. Окно PSPICE после завершения анализа переходных процессов во временном интервале от 0 до 4 мс

Теперь поговорим о том, какие имеются поля ввода в окне предварительной установки анализа переходных процессов и какие значения в этих полях являются оптимальными (раздел Transient Analysis):

• Step Ceiling (Ширина шага) — PSPICE автоматически определяет временной интервал между пунктами (то есть между контрольными точками), для которых он проводит анализ схемы. Если токи и напряжения на определенных участках цепи изменяются слишком сильно, то PSPICE автоматически выбирает меньшие интервалы, при незначительных изменениях - наоборот, большие. Это сокращает время проведения расчетов, не нанося ущерба качеству анализа. Однако максимально возможный интервал между контрольными точками задается значением, которое вы вводите в поле Step Ceiling. Если вы оставляете поле пустым, PSPICE устанавливает максимальную ширину шага равную 2% от заданного значения в поле Final Time, то есть просчитывает как минимум 50 контрольных точек. Это значение по умолчанию использовалось еще во времена низкоскоростных компьютеров и зачастую слишком мало для того, чтобы получить высококачественное графическое изображение. Как правило, хороших результатов (за приемлемое время) вы сможете добиться при расчете 1000-2000 точек. Если волновые фронты на диаграмме получаются чересчур крутые, нужно увеличить количество контрольных точек;

• Final Time (Конечное время) — конечная временная точка анализа;

• Print Step (Печатный шаг) — вводимое в поле значение определяет, с какими интервалами следует записывать в выходной файл результаты анализа. Этот параметр имел значение раньше, когда графическая программа PROBE не была интегрирована в PSPICE. Сегодня же данная опция едва ли может оказаться полезной. Практически во всех случаях удобнее использовать значение 20 нс, устанавливаемое по умолчанию;

• No Print Delay (Задержка печати) — в этом поле можно определить момент, с которого следует начать запись данных в выходной файл. С тех пор как существует программа-осциллограф PROBE, выходной файл в таких случаях уже практически не используется. Поэтому можно оставить это поле пустым.

Внимание! Следуя логике, значение в поле Print Step не может быть равно 0 и должно быть меньше значения, указанного в поле Final Time. Если вы когда-нибудь забудете об этом, PSPICE выдаст вам сообщение об ошибке.

Индикаторы времени в окне PSPICE:

• Time Step (Ширина шага) — ширина шагов при моделировании. Этот индикатор во время моделирования показывает расстояния, которые PSPICE в данный момент выбирает для контрольных точек анализа. В процессе моделирования они могут меняться;

• Time (Время) — состояние моделирования на данный момент;

• End (Конечное время) — конечное время, заданное в ходе предварительной установки в поле Final Time.

Для графического отображения результатов моделирования, например для представления временной диаграммы напряжения, PSPICE, как уже говорилось, использует графическую программу PROBE. Эта программа обладает гораздо большими возможностями, чем просто программа-осциллограф. С помощью PROBE вы можете не только графически отображать результаты моделирования в виде диаграмм, но и математически связывать друг с другом различные результаты моделирования. Например, если вам нужно создать временную диаграмму мощности в конденсаторе, то PROBE вычислит точка за точкой произведение u_c(t)*i_c(t) и представит результат в виде диаграммы.

На своей первой диаграмме PROBE вы сейчас попробуете отобразить напряжение на конденсаторе u_c(t) вместе с общим напряжением u₁(t) для электросхемы последовательного включения с резистивно-емкостной связью. Однако сначала надо произвести предварительную установку графической программы PROBE.

Шаг 9 Откройте меню Analysis (рис. 4.6).

Рис. 4.6. Меню Analysis

Шаг 10 Щелкните мышью по строке Probe Setup… и откройте окно Probe Setup Options (рис. 4.7) с тремя вкладками.

а)

б)

в)

Рис. 4.7. Три вкладки окна Probe Setup Options с установками для автоматического запуска программы PROBE сразу после завершения моделирования (а, б, в)

Шаг 11 Выберите в окне Probe Setup Options на вкладке Probe Startup (Запуск PROBE) опцию Automatically Run Probe After Simulation (Автоматически запускать PROBE после моделирования), для того чтобы экран PROBE автоматически открывался после завершения моделирования, и опцию None (Ничего), чтобы при запуске PROBE не выполнялись какие-либо специальные предварительные установки. Вам нужны данные для всех узлов вашей схемы, поэтому на вкладке Data Collection (Сбор данных) маркируйте опцию All (Все). Оставьте опции на вкладке Checkpoint (Контрольная точка) так, как есть. Подтвердите свой выбор, щелкнув во вкладках, где были внесены изменения, по кнопке OK, и заново запустите процесс моделирования.

После завершения моделирования на экране автоматически появится окно PROBE (рис. 4.8)[21], как и было условлено в ходе предварительной настройки, но, к сожалению, пока без желанной диаграммы. Для этого вам еще нужно определить, какая именно диаграмма вас интересует.

Рис. 4.8. Пока еще пустое окно PROBE

Шаг 12 Откройте в программе PROBE меню Trace (Диаграмма) — см. рис. 4.9.

Рис. 4.9. Меню Trace для выбора графика

Шаг 13 Выберите в нем подменю Add… (Добавить…), после чего откроется окно Add Traces (Добавить диаграммы), показанное на рис. 4.10.

Рис. 4.10. Список диаграмм электросхемы последовательного включения

Открыть окно Add Traces можно также, щелкнув по кнопке с изображением стилизованной диаграммы .

В левой части окна Add Traces перечислены все токи и потенциалы узлов вашей схемы. В правой части вы видите список математических функций и связующих, которые программа PROBE по вашему требованию готова применить к отдельным диаграммам. В данном учебном курсе вам доведется поработать лишь с очень скромным набором этих функций, но даже при таком ограниченном знакомстве вы успеете прочувствовать, какие фантастические возможности открывает перед вами программа PROBE.

В центральной части окна вы можете указать, какие данные хотели бы видеть в списке диаграмм. Допустим, вы провели анализ, в котором были собраны как аналоговые, так и цифровые данные, тогда, отметив опции Analog (Аналоговые) или Digital (Цифровые), вы можете выбрать, какие именно данные должен содержать список диаграмм. С помощью опций Voltages (Напряжения) и Currents (Токи) вы определяете, какие данные следует отразить в окне Add Traces: только напряжения, только токи, либо и напряжения, и токи одновременно. Отметив опцию Alias Names (Альтернативные имена), вы даете PROBE установку показывать в списке диаграмм все альтернативные имена для вычисленных токов и напряжений. В вашей схеме последовательного включения резистора и емкости имеется только два узла, и ток, проходящий через нее, одинаков на всех участках цепи, то есть программа PSPICE в общей сложности просчитала всего три величины. Если же в списке диаграмм содержится большее количество имен, то это просто потому, что одни и те же величины могут иметь несколько имен, одни из которых даны вами, а другие, альтернативные — программой PSPICE. Опция Subcircuits Nodes (Узлы подсхем) обозначает узловые пункты в подсхемах (Subcircuits). К примеру, программа PSPICE описывает характеристики операционных усилителей с помощью подсхем, состоящих из различных транзисторов, диодов, резисторов и т.д. Внутренняя структура подсхемы, с помощью которой, например, описываются характеристики операционного усилителя mA741, как правило, не нужна, и многочисленные значения внутренних токов и напряжения будут только загромождать список диаграмм. Опция Subcircuits Nodes позволяет их отключить.

Шаг 14 Рассмотрите внимательно окно Add Traces и поэкспериментируйте, выбирая в его центральной части различные данные для занесения в список диаграмм.

После этого краткого экскурса пора приступать к созданию диаграммы на основе данных о напряжении на конденсаторе и общем напряжении, полученных при моделировании электросхемы последовательного включения с резистивно-емкостной связью. И вот здесь вы сможете похвалить себя за то, что внимательно изучили раздел урока 2 о выходном файле PSPICE и разбираетесь в именах, присвоенных программой PSPICE токам и напряжениям, ведь именно под этими именами они и находятся в списке диаграмм. Теперь вы сразу сможете определить, как здесь называются диаграммы общего напряжения и потенциала на верхнем выводе конденсатора: имя V(U1:+) обозначает общее напряжение, а (С1:2) — напряжение на выводе 2, то есть на верхнем конце конденсатора С1.[22]

Шаг 15 Щелкните в левой части окна Add Traces поочередно по именам V(U1:+) и V(C1:2) и отправьте их таким образом в нижнюю строку Trace Expression (Trace-содержимое) — см. рис. 4.10. Добавьте к ним также потенциал точки «земли» V(0) для указания нулевой линии. Если вы ошиблись при заполнении строки Trace Expression или в ней содержатся данные, введенные вами в ходе предыдущих экспериментов и которые вы теперь хотели бы удалить, то вы легко можете это сделать. Строка Trace Expression ведет себя как обычный текстовый редактор: курсор можно перемещать и устанавливать в любое место по вашему желанию. Если все получилось так, как вам требовалось, то подтвердите свой выбор, щелкнув по кнопке OK.

Нужные вам диаграммы появились на экране (рис. 4.11), однако такое изображение может удовлетворить разве что очень непритязательного электронщика. Вас, разумеется, оно не устраивает. Все дело в том, что ширина шага, которую программа PSPICE автоматически выбрала для вычисления своих значений, оказалась слишком велика, поэтому на диаграмме появились углы и вершины.

Рис. 4.11. Диаграмма общего напряжения и напряжения на конденсаторе с автоматически выбранной шириной шага

Шаг 16 Откройте еще раз окно предварительной установки для анализа переходных процессов Transient (см. раздел 4.1) и введите в поле Step Ceiling значение 4 мкс (не забывайте о том, что PSPICE не понимает греческих букв, поэтому следует ввести 4us, а не 4μs) — см. рис. 4.12. При такой ширине шага PSPICE вычислит 1000 значений в интервале от 0 до 4 мс.

Рис. 4.12. Окно Transient с заданной шириной шага вычислений 4 мкс

Шаг 17 Заново запустите процесс моделирования, на этот раз с уменьшенной шириной шага, и выведите на экран желаемую диаграмму (теперь уже в удовлетворяющем вас виде) — см. рис. 4.13.

Рис. 4.13. Диаграмма общего напряжения и напряжения на конденсаторе с шириной шага при моделировании 4 мкс

Изучив начальную область вашей диаграммы, вы сможете убедиться в том, что анализ переходных процессов программы PSPICE имеет одно замечательное качество: он представляет собой комбинацию анализа переходного процесса и стационарного состояния, то есть показывает характеристики схемы в момент, когда переключение из закрытого состояния в открытое уже завершилось. Однако при отображении переходного процесса необходима бдительность: PSPICE практически всегда выполняет свою работу безупречно, но иногда (очень редко) возникают проблемы со сходимостью. И тогда даже PSPICE может допустить ошибку. Поэтому никогда не помешает лишний раз проконтролировать результаты.

При работе с программой PSPICE надо четко понимать: она не заменяет лабораторию. Только лабораторный эксперимент может окончательно решить, удовлетворяет ли проект какой-либо схемы необходимым требованиям. Но! С помощью PSPICE можно сократить затраты на лабораторные эксперименты до минимума. Опытные разработчики уже отказываются от лабораторной сборки с использованием гибких проводов и проводят сборку первого прототипа новой модели сразу на печатной плате. Именно такой путь развития интерактивного моделирования предложила фирма OrCAD[23], когда объединяла все инструменты, необходимые для проектирования электронных схем, под одной пользовательской оболочкой. К уже знакомым вам инструментам SCHEMATICS, PSPICE и PROBE добавились компоновщик и автотрассировщик. В результате стало возможным осуществлять весь процесс проектирования схемы за компьютером, включая проектирование печатных плат и получение данных для, например, сверлильного станка ЧПУ типа CNC для автоматического изготовления пластин. На рис. 4.14 изображена структура программного пакета, названного изготовителями From Start to Finish (От начала до конца).

Рис. 4.14. Единая пользовательская оболочка для разработки электронных схем From Start to Finish

К сожалению, почти с каждым большим (и не менее заслуженным) шагом в области автоматизации проектирования фирма MicroSim изменяла название пользовательской оболочки, под которой объединены в гармоничное целое отдельные программы. Первоначально этот программный пакет назывался PSPICE (то есть программа-имитатор PSPICE наряду с редактором SCHEMATICS и программой-осциллографом PROBE и т.д. являлась составной частью программного пакета с таким же названием). Позднее он стал называться DESIGN CENTER, затем DESIGN LAB. Сегодня этот пакет известен под именем CADENCE-PSPICE. Проектировщики не успевают запоминать новые названия. Они и сегодня, говоря о PSPICE, имеют в виду весь программный пакет. Этой традиции придерживается и автор этой книги.

Если вы хотите отразить на временной диаграмме электросхемы последовательного включения с резистивно-емкостной связью, состоящей из R и С, не только напряжение на конденсаторе U_C(t), но и ток через конденсатор I_C(t), то вам нужно добавить вторую ось координат Y, так как для одновременного изображения U_C(t) и I_C(t) у вас нет сколько-нибудь приемлемой шкалы[24].

Шаг 18 Для того чтобы добавить в диаграмму PROBE вторую координатную ось Y, действуйте следующим образом:

1. Проведите моделирование работы вашей схемы в желаемом временном интервале, например от 0 до 2 мс, и запустите по его окончании программу PROBE.

2. Откройте окно Add Traces и выведите на экран диаграмму напряжения на конденсаторе и нулевую линию так же, как вы делали это раньше (команда Trace→Add).

3. Откройте в PROBE меню Plot (Система координат).

4. Выберите команду Add Y Axis (Добавить ось Y), чтобы создать новую координатную ось Y.

5. Откройте окно Add Traces и отправьте данные тока I(С1) в строку Trace Expression.

6. Установите перед током I(С1) в строке Trace Expression отрицательный знак «-», так как PROBE считает токи в прямом направлении, то есть от вывода 1 к выводу 2. Вас же интересует обратный ток, который проходит в схеме сверху вниз, то есть от вывода 2 к выводу 1.

В результате вы получите диаграмму, изображенную на рис. 4.15.

Рис. 4.15. Диаграмма тока и напряжения на конденсаторе

График тока опережает график напряжения на 90°, как и полагается у конденсаторов, но только после завершения переходного процесса, продолжительность которого в данном случае составляет примерно два периода.

Первая встреча любого начинающего электронщика с зависимыми от времени процессами происходит, как правило, при изучении особенностей зарядки и разрядки конденсаторов. Сейчас вы будете создавать уже знакомую вам временную диаграмму тока и напряжения на конденсаторе, чтобы закрепить знания об анализе переходных процессов PSPICE. При этом вы также познакомитесь с новым компонентом, а именно с источником импульсного напряжения VPULSE.

Шаг 19 Загрузите на экран схему последовательного включения резистора и емкости RC_TRANS.sch и замените установленный в ней источник напряжения VSIN на генератор импульсного напряжения типа VPULSE из библиотеки SOURCE.slb (рис. 4.16). Сохраните измененную схему в папке Projects под именем RC_PULS.sch.

Рис. 4.16. Схема последовательного включения резистора и емкости с генератором импульсного напряжения типа VPULSE 

При заданных значениях для резистора R и конденсатора С значение временной константы равно t=0.2 мс. Как известно, процессы зарядки и разрядки конденсаторов после 5 t практически завершаются. То есть, если установить длину импульса 1.5 мс и время моделирования 4 мс, этого будет вполне достаточно, чтобы полностью отобразить процесс зарядки и разрядки в виде одной общей диаграммы.

Шаг 20  Для того чтобы установить атрибуты нового источника напряжения, дважды щелкните мышью по его схемному обозначению и тем самым откройте окно атрибутов VPULSE (рис. 4.17).

Рис. 4.17. Окно атрибутов генератора импульсов VPULSE

Шаг 21 Заполните окно атрибутов генератора импульсов VPULSE следующим образом:

• DC=0 (приложенное постоянное напряжение);

• АС=0 (приложенное переменное напряжение);

• V1=0 (напряжение при начале импульса);

• V2=1V (высота импульса);

• TD=0 (время задержки начала импульса) — поле Delay Time;

• TR=1ns (время нарастания импульса) — поле Rise Time. Значение TR может быть сколь угодно малым, но не должно равняться 0;

• TF=1ns (время затухания импульса) — поле Fall Time. Значение TF может быть сколь угодно малым, но не должно равняться 0;

• PW=1.5ms (ширина импульса);

• PER=5ms (период повторения импульсов). После завершения периода источник напряжения посылает следующий импульс. Если требуется всего один импульс, нужно ввести для PER такое значение, чтобы оно было больше значения, указанного для длительности процесса моделирования в поле Final Time;

• SIMULATIONONLY. Здесь от вас не требуется никаких дополнительных указаний. Этот атрибут означает, что данный компонент не будет учитываться ни в одной из топологий печатных плат;

• PKGREF=U1. Оставьте это ориентировочное название (PacKaGe REFerence Designator) таким, какое оно есть.

Шаг 22 Проведите соответствующую предварительную установку для анализа переходных процессов, запустите процесс моделирования вашей схемы и создайте на его основе диаграмму, приведенную на рис. 4.18.

Рис. 4.18. Напряжение и ток при зарядке и разрядке конденсатора электросхемы RC_PULS.sch

Для того чтобы вам было легче разобраться в диаграмме на рис. 4.18, представленной здесь в черно-белом изображении, мы для удобства снабдили отдельные кривые особыми символами, позволяющими отличать графики друг от друга. Эти символы можно активизировать в программе PROBE, выполнив команды Tools→Options…→Use Symbols→Always (Инструменты→Установки…→Использовать символы→Всегда).

Шаг 23 Уменьшите вдвое значение сопротивления для резистора R и убедитесь в том, что процесс зарядки и разрядки конденсатора теперь протекает за вдвое меньшее время, а токи достигают вдвое больших пиковых значений (рис. 4.19).

Рис. 4.19. Напряжение и ток при зарядке и разрядке конденсатора при вдвое уменьшенном значении сопротивления резистора

Задание 4.1. Создайте диаграмму входного и выходного напряжения для электросхемы RC_TRANS.sch в сокращенном временном интервале от 0 с до 1 мс. 

Задание 4.2. Уменьшите ширину шага вычислений (поле Step Ceiling) для моделирования электросхемы RC_TRANS.sch с 4 до 1 мкс. Повлекло ли за собой это изменение сколько-нибудь заметное улучшение качества графического изображения или привело, главным образом, к увеличению времени на выполнение расчетов?

Задание 4.3.* Последовательное соединение резистора и емкости состоит из резистора сопротивлением R=10 кОм и конденсатора емкостью С=10 пФ. К выводам цепи подведено переменное напряжение с амплитудой 1 В и частотой колебаний f=1 мГц. Вычислите самостоятельно напряжения U_R и U_C, а также сдвиг фазы j между током и общим напряжением в стационарном состоянии (после завершения переходных процессов). Затем с помощью PSPICE запустите процесс моделирования этой схемы и проверьте правильность своих расчетов.

Задание 4.4.* Начертите схему электрической цепи из последовательно соединенных резистора, катушки индуктивности и конденсатора, изображенной на рис. 4.20, выясните для нее сдвиг фазы (в стационарном состоянии) между током и общим напряжением и сравните полученные результаты с теорией.

Рис. 4.20. Электрическая цепь, включающая резистор, катушку индуктивности и конденсатор

Рецепт 1. Провести анализ переходных процессов

1. Откройте окно Analysis Setup (см. рис. 4.3), щелкнув по кнопке .

2. В этом окне установите флажок рядом с кнопкой Transient…, чтобы активизировать режим анализа переходных процессов.

3. Щелкните по кнопке Transient…, откроется одноименное окно.

4. Проведите в нем необходимые настройки для анализа переходных процессов (см. рис. 4.4):

 • в поле Final Time введите время окончания анализа переходных процессов;

 • в поле Step Ceiling установите максимальную ширину шага для проведения расчетов;

 • поле Print Step не оказывает никакого влияния на работу с имитатором PSPICE, однако указанное в нем значение должно быть больше 0 и меньше, чем значение в поле Final Time;

 • остальные поля ввода можно оставить пустыми.

5. Щелкните по кнопке OK, чтобы подтвердить введенные значения и вернуться к окну Analysis Setup.

6. Щелкните по кнопке Close, чтобы снова вернуться к главному окну редактора SCHEMATICS.

7. Запустите процесс моделирования.

(См. раздел 4.1.)

Рецепт 2. Представить результаты моделирования в программе-осциллографе PROBE 

1. После того как, в зависимости от предварительных установок программы, экран PROBE либо автоматически открылся по завершении моделирования, либо вы сами открыли его, выбрав в меню Analysis команду Run Probe, вы должны открыть окно Add Traces (см. рис. 4.10). Для этого выберите в меню Trace опцию Add…, или щелкните по кнопке .

2. Щелкните в левой части окна Add Traces (см. рис. 4.10) поочередно по величинам, которые вы хотели бы представить в виде диаграммы и отправьте их таким образом в строку Trace Expression. В случае необходимости вы всегда сможете отредактировать введенные в ней значения.

3. Подтвердите свой выбор щелчком по кнопке OK и возвратитесь обратно к экрану PROBE. Теперь нужные вам диаграммы появятся на экране.

(См. раздел 4.2.)

Рецепт 3. Расчет значений токов и напряжений в прямом направлении

Знак перед напряжениями — PSPICE производит расчет напряжений в прямом направлении от соответствующего узла по направлению к «земле».

Знак перед токами — для резисторов, катушек и конденсаторов расчет тока проводится в прямом направлении от вывода 1 к выводу 2, для биполярных транзисторов, полевых транзисторов, тиристоров и т.п. расчет тока проводится в прямом направлении, если он является входящим в данный компонент схемы.

Рецепт 4. Редактирование строки Trace Expression

Величины, перечисленные в левой части окна Add Traces (см. рис. 4.10), в строке Trace Expression можно связывать друг с другом с помощью различных математических операций. Например, ввод

V(C1:2) - V(C1:1) * (-IC1)

дает временную диаграмму реактивной мощности на конденсаторе С₁.

Список всех имеющихся в PROBE математических операций и их назначений вы найдете в приложении.

Рецепт 5. Добавить вторую координатную ось Y

1. Откройте в программе PROBE меню Plot и выберите в нем опцию Add Y Axis, чтобы создать на диаграмме вторую ось Y.

2. К следующей диаграмме, которую вы выберите из списка диаграмм и отправите в строку Trace Expression, будет автоматически добавлена новая координатная ось Y.

(См. раздел 4.3.)

При работе с этой главой вам пригодятся навыки проведения АС-анализа в одной точке, приобретенные при изучении урока 3. AC Sweep производит один за другим целую серию одноточечных АС-анализов для различных частот, а затем представляет полученные результаты в виде одной общей диаграммы частотной характеристики. Вы можете провести линейное или логарифмическое форматирование обеих координатных осей диаграммы.

Шаг 1 Вновь загрузите на экран знакомую вам еще по уроку 3 схему последовательного включения резистора и емкости, которую вы сохранили в папке Projects под именем RC_AC.sch (рис. 5.1).

Рис. 5.1. Схема последовательного включения резистора и емкости

Шаг 2 Удалите все символы VPRINT и IPRINT, если таковые присутствуют на чертеже, поскольку они не нужны при проведении анализа AC Sweep.

Шаг 3 Задайте для источника напряжения значение АС=1 В, если вы не сделали этого при изучении урока 3, и вызовите индикацию указанного атрибута на экран SCHEMATICS.

Шаг 4 Выберите в меню Analysis команду Setup… и убедитесь, что в окне Analysis Setup рядом с кнопкой AC Sweep… установлен флажок. Затем, щелкнув по этой кнопке, откройте окно AC Sweep and Noise Analysis (рис. 5.2).

Рис. 5.2. Окно AC Sweep and Noise Analysis с установками для анализа в диапазоне частот от 10 Гц до 999 кГц

Шаг 5 Подготовьте в окне AC Sweep and Noise Analysis все для проведения анализа цепи переменного напряжения в частотном диапазоне от 10 Гц до 999 кГц[25] для 10000 точек (поле Total Pts.). Поля в разделе Noise Analysis вы можете оставить незаполненными, так как в данный момент не собираетесь проводить анализ шумовых характеристик. Если все было сделано вами правильно, то вид окна AC Sweep and Noise Analysis должен соответствовать образцу на рис. 5.2.

Шаг 6 Закройте окно AC Sweep and Noise Analysis, щелкнув по кнопке OK, а затем закройте окно Analysis Setup щелчком по кнопке Close.

Теперь, чтобы подготовить и графическую программу PROBE к выполнению поставленной задачи, проведите предварительную установку ее параметров.

Шаг 7 Откройте меню Analysis и щелкните в нем по строке Probe Setup…. Откроется окно Probe Setup Options с тремя вкладками.

Шаг 8 Выполните необходимые настройки этих вкладок так, как показано на рис. 5.3. В закладке Probe Startup отметьте опцию Automatically Run Probe After Simulation для того, чтобы экран PROBE автоматически открывался после завершения моделирования. В списке At Probe Startup выберите опцию None, чтобы при запуске PROBE на экран не выводилась никакая диаграмма. На вкладке Data Collection маркируйте опцию All, так как вам нужны данные для всех узлов схемы.

а)

б)

в)

Рис. 5.3. Три вкладки окна Probe Setup Options с установками для автоматического запуска PROBE после окончания моделирования (а, б, в)

Шаг 9 Подтвердите свой выбор, щелкнув во вкладках, где были изменены настройки, по кнопке OK, и затем запустите процесс моделирования.

После непродолжительных расчетов на экране автоматически появится окно PROBE (рис. 5.4). В данный момент оно пустое, так как вы еще не выбрали, какую диаграмму хотели бы увидеть.

Рис. 5.4. Пустой экран после автоматического запуска PROBE

Шаг 10 Откройте окно Add Traces, щелкнув в меню Trace по строке Add… или по кнопке.

Шаг 11 Выберите в списке диаграмм напряжение на конденсаторе V(C1:2), закройте окно Add Traces с помощью кнопки OK и убедитесь, насколько безупречно программа PROBE представила на диаграмме частотную характеристику интересующей вас величины (рис. 5.5).

Рис. 5.5. Частотная характеристика RC-фильтра нижних частот при R=100 Ом и С=2 мкФ; логарифмическое масштабирование оси частоты

Для графического изображения указанной вами величины программа PROBE автоматически выбрала наиболее подходящее форматирование оси частоты — логарифмическое. Разумеется, что для диаграммы этой же частотной характеристики вы можете задать и линейное форматирование.

Шаг 12 Вызовите из меню Plot окно X Axis Settings и отметьте в этом окне под заголовком Scale (Масштаб) опцию Linear (Линейный) — см. рис. 5.6.

Рис. 5.6. Окно X Axis Settings с установками для линейного масштабирования оси координат X

Шаг 13 Подтвердите выбор линейного масштабирования оси X, щелкнув по кнопке OK, и посмотрите, как теперь выглядит на диаграмме частотная характеристика (рис. 5.7).

Рис. 5.7. Частотная характеристика фильтра нижних частот; линейное масштабирование координатной оси X

Если посмотреть на рис. 5.7, сразу становится понятно, почему графическое изображение с линейным форматированием оси частоты не используется в электронике: интересующая нас полоса пропускания фильтра практически не видна.

Для быстрой замены логарифмического форматирования оси частоты на линейное и наоборот в PROBE предусмотрена специальная кнопка .

Шаг 14 Проверьте, как с помощью кнопки, на которой изображена стилизованная логарифмическая ось координат X, можно переключаться от линейного масштабирования оси X к логарифмическому и обратно.

Прежде чем приступать к логарифмическому форматированию оси координат Y, вспомните еще и о том, что логарифм от нуля есть минус бесконечность. Если в ходе предварительной установки параметров анализа вы решили бы начать моделирование при начальной частоте (поле Start Freq.) не 10 Гц, а 0 Гц, то при логарифмическом масштабировании оси программа PROBE «зависла» бы, вычисляя логарифм от нуля, и вывела на экран сообщение об ошибке. К счастью, эту ошибку легко исправить. Достаточно, не проводя заново моделирование, просто удалить частоту 0 из изображенного частотного диапазона. Для того чтобы это сделать, вы можете в окне X Axis Settings (рис. 5.6) в разделе Data Range (Диапазон данных) отметить опцию User Defined (Определяемый пользователем) и затем ввести для частоты, с которой следует начать построение диаграммы, значение выше нуля (например, 1 Гц).

Шаг 15 Хорошенько рассмотрите окно X Axis Settings (рис. 5.6) и подумайте, какие шаги вы должны будете предпринять, если возникнет вышеописанная ситуация.

Для графического изображения частотных характеристик часто используют двойное логарифмическое масштабирование осей координат, при котором ось Y также форматируется логарифмически. Чтобы провести такое форматирование для диаграммы частотной характеристики фильтра нижних частот, действуйте следующим образом.

Шаг 16 Установите на диаграмме, если вы этого еще не сделали, логарифмическую ось 16 координат частоты, щелкнув по кнопке .

Шаг 17 Выберите логарифмическую координатную ось Y, щелкнув в меню Plot по строке Y Axis Settings…, а затем маркировав в окне Y Axis Settings опцию Log (Логарифмический (масштаб)). Посмотрите, как изменилась диаграмма. Переформатирование оси Y можно провести быстрее, если просто щелкнуть по соответствующей этой команде кнопке, на которой изображена стилизованная логарифмическая ось Y.

В этом и следующем разделах мы будем исследовать влияние сопротивления R на частотную характеристику RC-фильтра нижних частот. Вам потребуется провести моделирование схемы сначала при значении сопротивления R=80 Ом, а затем при R=1000 Ом и графически представить полученные результаты в программе PROBE. При этом выяснится, что бывает рациональное и нерациональное распределение рассчитываемых контрольных (опорных) точек.

Для решения поставленной задачи выполните следующие следующие шаги.

Шаг 18 Откройте схему последовательного включения резистора и емкости RC_AC.sch (если она еще не открыта), измените значение сопротивления резистора на R=80 Ом и сохраните схему в папке Projects под именем RC_80.sch.

Шаг 19 Проведите предварительную установку для проведения анализа AC Sweep в частотном диапазоне от 10 Гц до 999 кГц для 10000 точек (см. рис. 5.2).

Шаг 20 Запустите процесс моделирования, а затем создайте в PROBE диаграмму частотной характеристики напряжения конденсатора V(C1:2) с линейным масштабированием координатной оси Y и логарифмическим масштабированием координатной оси X (рис. 5.8).

Рис. 5.8. Частотная характеристика RC-фильтра нижних частот с конденсатором емкостью С=2 мкФ и резистором сопротивлением R=80 Ом

Шаг 21 Измените в RC-фильтре нижних частот значение сопротивления резистора на R=1 кОм и сохраните измененную схему в папке Projects под именем RC_1000.sch.

Шаг 22 Запустите процесс моделирования, используя те же предварительные установки, что и для схемы RC_80.sch (см. рис. 5.2).

Шаг 23 Представьте графически частотную характеристику напряжения конденсатора V(C1:2) с линейным масштабированием координатной оси Y и логарифмическим масштабированием координатной оси частоты, как показано на рис. 5.9.

Рис. 5.9. Частотная характеристика RC-фильтра нижних частот, где R=1000 Ом и С=2мкФ

Тот, кто хоть немного знаком с фильтрами нижних частот, сразу увидит, что эта диаграмма частотной характеристики неверна. Излом не может начинаться при частоте около 100 Гц. И вы наверняка уже догадываетесь, почему произошла ошибка: PSPICE просчитал слишком мало точек. В ходе предварительной установки вы равномерно распределили 1000 точек в частотном диапазоне от 10 Гц до 999 кГц, то есть на каждые 100 Гц приходится по одной точке. Программа PSPICE произвела расчет первой точки при частоте 10 Гц, а следующей точки — при частоте 110 Гц. Затем программа PROBE соединила обе эти точки линейной связью. Ничего хорошего из этого получиться, разумеется, не могло.

Для того чтобы вам было легче разобраться в таких ситуациях, в PROBE предусмотрена опция, с помощью которой вы можете вызвать индикацию контрольных точек.

Шаг 24 Откройте меню Tools (Инструменты) и щелкните по строке Options…, чтобы вызвать на экран окно Probe Options (рис. 5.10).

Рис. 5.10. Окно Probe Options

Среди прочих в этом окне находится опция Mark Data Point (Отметить контрольные точки), при выборе которой маркируются информационные точки (рис. 5.11).

Рис. 5.11. Диаграмма частотной характеристики RC-фильтра нижних частот с маркированными контрольными точками

Шаг 25 Выберите эту опцию, а затем убедитесь в том, что включать и выключать маркировку контрольных точек можно также с помощью кнопки , соответствующей этой команде.

Теперь стало очевидно, что рассчитанные программой PSPICE контрольные точки нерационально распределены для создания диаграммы с логарифмическим масштабированием оси X. Было бы разумно логарифмически распределить и контрольные точки, например рассчитать равное количество точек для каждой декады. И программа PSPICE предоставляет вам эту возможность. 

Шаг 26 Откройте еще раз окно AC Sweep and Noise Analysis (рис. 5.12).

Рис. 5.12. Окно AC Sweep and Noise Analysis с установками для равномерного (линейного) распределения точек в частотном диапазоне от 10 Гц до 999 кГц

В разделе AC Sweep Туре (Тип AC Sweep) маркирована опция Linear (Линейный), следовательно, в ходе анализа контрольные точки рассчитываются линейно, то есть с равными интервалами частоты на координатной оси X с линейным масштабированием. Это было бы рационально при линейном масштабировании координатной оси X, но при логарифмическом масштабировании совершенно не нужно. 

Шаг 27 Задайте для предстоящего анализа декадное распределение контрольных точек, выбрав опцию Decade (Декадный). Сразу вслед за этим правая часть окна изменится таким образом, чтобы вы имели возможность указать, какое количество точек следует рассчитать в каждой декаде (рис. 5.13). Введите в поле Pts/Decade (Точки/декады) цифру 100, что составит в целом 500 точек на 5 декад.

Рис. 5.13. Окно AC Sweep and Noise Analysis, где задано равномерное распределение контрольных точек по отдельным декадам

Раньше PSPICE приходилось просчитывать 10000 точек, то есть в двадцать раз больше. И, соответственно, на вычисления уходило в двадцать раз больше времени, а результат при этом, как вы сами видели, был крайне неубедительным. 

Шаг 28 Запустите процесс моделирования с новыми установками и затем выведите на экран PROBE диаграмму напряжения на конденсаторе V(C1:2) — см. рис. 5.14. 

Рис. 5.14. Частотная характеристика RC-фильтра нижних частот, где R=1000 Ом и С=2 мкФ; контрольные точки логарифмически распределены по 100 точек на декаду

В таком виде эта диаграмма выглядит вполне удовлетворительно.

Конечно, и при линейном распределении контрольных точек можно было бы получить графическое изображение без «углов», просто-напросто произведя расчет большего количества информационных точек. Но чтобы у вас отпали всякие сомнения в необходимости разумного распределения контрольных точек, хотя бы раз сравните время, затрачиваемое PSPICE на моделирование с линейным распределением контрольных точек и с логарифмическим. Если при линейном распределении расчетных точек вы захотите получить на диаграмме частотной характеристики схемы RC_1000.sch в самой нижней декаде (от 10 Гц до 100 Гц) 100 контрольных точек, вам потребуется рассчитать 100 контрольных точек для частотного интервала в 90 Гц, то есть немного больше одной точки на герц. И тогда в диапазоне от 10 Гц до 1000 кГц количество контрольных точек будет составлять около миллиона. Какое время PSPICE затратит на одно такое моделирование, вы сможете узнать в выходном файле под заголовком Total Job Time (Полное время работы). Процессору Pentium 133, с помощью которого было проведено моделирование всех схем, упоминающихся в этом учебнике, на вычисление 1000 контрольных точек, изображенных на рис. 5.11, понадобилось 22.86 с. Следовательно, на расчет миллиона точек уйдет около 40 мин. Моделирование этой же схемы с логарифмическим распределением расчетных точек при вычислении 100 точек на декаду, то есть с той же точностью, занимает у того же процессора 2.52 с. Как видите, числа говорят сами за себя.

Шаг 29 Загрузите еще раз электросхему последовательного включения с резистивно-емкостной связью, где R=80 Ом (RC_80.sch).

Шаг 30 Повторите моделирование этой схемы со старой предварительной установкой анализа, то есть с линейным распределением расчетных точек (см. рис. 5.2). Посмотрите внимательно на диаграмму частотной характеристики напряжения на конденсаторе при логарифмическом масштабировании оси частоты (см. рис. 5.8.) и вы увидите, что даже эта диаграмма в области низких частот слегка угловата.

Шаг 31 Включите маркирование контрольных точек и посмотрите, как теперь выглядит та же схема.

Шаг 32 Определите для себя, какого количества контрольных точек при их логарифмическом распределении было бы достаточно, чтобы графическое изображение удовлетворяло вашим требованиям.

Шаг 33 В завершение проведите моделирование схемы с логарифмическим распределением 100 расчетных точек на каждую декаду, так как эти данные еще раз понадобятся вам при чтении следующего раздела.

5.3. Объединение диаграмм, созданных на основе результатов моделирования разных схем[26]

Для того чтобы лучше сравнить друг с другом частотные характеристики фильтров нижних частот с R=80 Ом и R=1000 Ом, вы наверняка хотели бы увидеть обе диаграммы в одной системе координат. Для PROBE это не проблема. Программа автоматически сохраняет данные последнего моделирования каждой схемы:

Шаг 34 Щелкните по самой крайней кнопке слева на панели инструментов PROBE (на ней изображена желтая папка). Эта кнопка соответствует команде меню File→Open. Откройте в появившемся окне папку Projects (рис. 5.15).

Рис. 5.15. Окно Open с файлами *.dat

Здесь вы найдете данные о результатах последнего моделирования любой из исследованных вами схем, которые сохранены в едином для файлов PROBE формате (в файлах с расширением .dat). Среди прочих здесь находятся файлы RC_80.dat и RC_1000.dat, то есть файлы, созданные программой при моделировании каждого из двух фильтров нижних частот с резисторами сопротивлением 80 Ом и 1000 Ом. Теперь вы понимаете, почему программа PSPICE перед началом моделирования требует, чтобы вы сначала сохранили новую схему. При сохранении схеме присваивается имя, что является предпосылкой для создания файла с точно таким же именем, но с расширением .dat, в который PROBE сможет потом записать свои данные.

Шаг 35 Вызовите из окна PROBE Open файл RC_80.dat. Откроется пустой экран. Взглянув на верхнюю строку с заголовком, вы сможете убедиться в том, что открылось действительно рабочее окно PROBE RC_80.dat. Теперь откройте окно Add Traces и выведите на экран диаграмму частотной характеристики напряжения на конденсаторе V(C1:2) — см. рис. 5.16.

Рис. 5.16. Диаграмма частотной характеристики электросхемы RC_80.sch, выведенная на экран после вызова файла RC_80.dat

Итак, теперь вы знаете, как можно снова «вытащить на свет божий» диаграммы, созданные по результатам когда-то давным-давно проведенного моделирования[27]. Остается по-прежнему неразрешенным вопрос, как к одной диаграмме можно добавлять диаграммы, созданные на основе данных моделирования других схем. На этот случай в программе PROBE имеется в меню File специальная команда Append. 

Шаг 36 Щелкнув по второй слева кнопке с желтой папкой и знаком плюса , откройте окно Append (рис. 5.17).

Рис. 5.17. Окно Append

Оно отличается от окна Open, изображенного на рис. 5.15, только заголовком.

Шаг 37 Вызовите из окна Append файл RC_1000.dat, то есть диаграмму RC- фильтра нижних частот с резистором сопротивлением R=1000 Ом. На этот раз вам уже не нужно будет открывать окно Add Traces, так как PROBE автоматически выбирает для графического отображения те же кривые, которые были запрошены для первой схемы (рис. 5.18).

Рис. 5.18. Диаграмма, созданная программой-осциллографом PROBE по результатам моделирования двух разных фильтров нижних частот RC_80.sch и RC_1000.sch

Задание 5.1. Поэкспериментируйте с различными вариантами линейного и логарифмического форматирования координатных осей диаграммы частотной характеристики электросхемы последовательного включения с резистивно-емкостной связью. Обратите внимание на линейный спад кривой частотной характеристики, что является отличительной особенностью диаграмм с логарифмическим масштабированием обеих осей.

Задание 5.2. Загрузите на экран PSPICE электросхему RLC_MIX1.sch (см. рис. 1.21), находящуюся в папке Projects. Проведите для нее анализ AC Sweep в диапазоне от 1 Гц до 10 кГц и выведите на экран PROBE диаграмму частотной характеристики тока через конденсатор. 

Задание 5.3.* Начертите изображенную на рис. 5.19 схему фильтра нижних частот с крутизной фронта 12 дБ на октаву. Сохраните ее под именем RLC_MIX1.sch.

Рис. 5.19. Фильтр нижних частот для динамика сопротивлением 8 Ом

• проведите моделирование частотной характеристики этой схемы и определите граничную частоту, то есть частоту, при которой напряжение падает до 70% от своего максимального значения;

• удалите конденсатор и измените значение L₁ так, чтобы получился фильтр нижних частот с такой же граничной частотой. Представьте обе частотные характеристики на одной общей диаграмме. Какой из двух фильтров нижних частот лучше?

• замените U₁ на источник импульсного напряжения VPULSE с импульсным напряжением 1 В. Сравните переходные характеристики обоих частотных фильтров. Переходная характеристика какого фильтра лучше?

Рецепт 1. Провести анализ AC Sweep

1. Начертите в редакторе SCHEMATICS нужную вам схему. Следите за тем, чтобы выбранный источник напряжения допускал анализ AC Sweep (это может быть источник напряжения VSIN), и не забудьте установить подходящие для анализа AC Sweep значение напряжения, например АС — 1 В.

2. Откройте окно Analysis Setup и поставьте флажок рядом с кнопкой АС Sweep… (см. рис. 3.3).

3. Щелкните по ней, чтобы открыть окно AC Sweep and Noise Analysis:

 • в списке AC Sweep Type (Тип AC Sweep) — см. рис. 5.2 и 5.13 — укажите, как вы хотите распределить контрольные точки в выбранном частотном интервале: равномерно (опция Linear) или логарифмически (опция Decade). Если вы намереваетесь логарифмически отформатировать координатную ось частоты на диаграмме в PROBE, то разумнее выбрать логарифмическое распределение;

 • в случае линейного распределения контрольных точек (см. рис. 5.2) в разделе Sweep Parameters задайте в поле Total Pts. общее количество точек, которые необходимо рассчитать в ходе анализа. При логарифмическом распределении (см. рис. 5.13) в поле Pts/Decade (Точки/декада) укажите количество точек, которое должно быть рассчитано для каждой декады;

 • выберите в разделе Sweep Parameters частотный диапазон;

 • закройте окно AC Sweep and Noise Analysis, щелкнув по кнопке OK.

4. Закройте окно Analysis Setup щелчком по кнопке Close.

5. Запустите процесс моделирования с помощью кнопки .

6. Вызовите результаты моделирования на экран PROBE.

Рецепт 2. Переформатировать координатную ось X линейно или логарифмически

Первый вариант:

1. Щелкните в меню Plot по строке X Axis Settings. Откроется одноименное окно (см. рис. 5.6).

2. Отметьте в разделе Scale (Масштаб) опцию Linear (Линейный) или Log (Логарифмический) — см. рис. 3.3.

3. Щелкните по кнопке OK.

Второй вариант:

Для быстрой замены логарифмически масштабированной оси координат X на линейную и наоборот пользуйтесь кнопкой с изображением стилизованной логарифмической оси X .

Рецепт 3. Переформатировать координатную ось Y линейно или логарифмически

Первый вариант:

1. Щелкните в меню Plot по строке Y Axis Settings, чтобы открыть одноименное окно.

2. Отметьте в разделе Scale опцию Linear или Log.

3. Щелкните по OK.

Второй вариант:

Для быстрой замены логарифмически масштабированной координатной оси Y на линейную и наоборот пользуйтесь кнопкой с изображением стилизованной логарифмической оси Y .

Рецепт 4. Вызвать на диаграмму PROBE индикацию контрольных точек

Первый вариант:

1. Выберите в меню программы PROBE Tools строку Options…. Откроется окно Probe Options (см. рис. 5.10).

2. Отметьте опцию Mark Data Point.

3. Щелкните по OK.

Второй вариант:

Пользуйтесь для включения и выключения маркировки контрольных точек кнопкой .

Рецепт 5. Вызвать на экран PROBE сохраненные ранее диаграммы

1. Откройте в программе PROBE окно Open, либо выбрав в меню File команду Open, либо щелкнув по кнопке с изображением желтой папки ).

2. Найдите в окне Open требующийся файл. Он должен иметь такое же имя, как и соответствующая ему схема, но расширение .dat.

3. Двойным щелчком мыши по имени файла выведите на экран соответствующее рабочее окно PROBE.

4. Вызовите на экран PROBE нужную вам диаграмму (см. рецепт 3 в главе 4).

Рецепт 6. Объединить диаграммы, созданные на основе результатов моделирования разных схем

1. Вызовите на экран PROBE первую диаграмму (см. рецепт 5).

2. Откройте в PROBE окно Append (см. рис. 5.17), выбрав в меню File команду Append, либо щелкнув по кнопке с изображением желтой папки и знаком «плюс» .

3. Отыщите второй файл с нужной вам схемой (с расширением .dat), щелкните по его имени и затем по кнопке Открыть.

4. Повторите шаги 2–3, если надо продолжить объединение диаграмм.

Примечания:

1

Автор и издательство заранее признательны за любые отклики, комментарии, предложения и критику по этой книге.

2

Расположение кнопок зависит от разрешения экрана вашего монитора. Не исключено, что на вашем экране кнопки могут быть размещены в один ряд.

3

На рисунке в качестве образца изображена готовая электросхема. Но не вздумайте, полагаясь только на себя, тут же пытаться скопировать ее. Только шаг за шагом изучив все последующие действия, вы сможете в точности повторить на своем рабочем листе изображенную схему. При этом вы освоите все те приемы, без которых просто невозможна успешная работа с редактором проектирования схем SCHEMATICS.

4

Любой компонент можно изменить (переместить, удалить, скопировать, изменить его характеристики и т.п.), только если он выделен. Чтобы маркировать элемент, надо щелкнуть по нему мышью. Выделенные компоненты редактор SCHEMATICS помечает красным цветом, причем названия компонентов и их характеристики (атрибуты) заключаются в черную рамку.

5

От англ. rotate — вращать. – Прим. пер.

6

От англ. flip — переворачивать. — Прим. пер.

7

Одной из наиболее частых ошибок при работе с программой PSPICE является то, что пользователи забывают установить символ «земли». А между тем от точки соединения с «землей» зависят все вычисления. Без схемного обозначения «земли» обойтись никак нельзя!

8

Размер единицы измерения, например k для kilo или m для milli, следует ставить непосредственно за числовым значением и без всяких пробелов. В противном случае при моделировании PSPICE просто откажется правильно работать. И порой поиск подобной ошибки может стоить электронщику нескольких седых волос. То же самое относится и к единицам измерения. Указывать их совсем необязательно, ведь имитатор PSPICE все равно автоматически считает все напряжения в вольтах, все сопротивления в омах и т.д. Но программа позволяет в качестве комментария указывать единицы измерения сразу (без пробела) за числовым значением или, при необходимости, за размером единицы измерения (ввод 1kOhm в качестве атрибута резистора означает для PSPICE то же самое, что и 1k). Подробнее о единицах измерения и их размерах рассказано в разделе 1.4.

9

Имитатор можно запустить также, щелкнув по соответствующей этой команде желтой кнопке .

10

Правила Кирхгофа. — Прим. ред.

11

Если в процессе моделирования возникает ошибка, PSPICE автоматически открывает окно Message Viewer (Окно просмотра сообщений) с общей информацией о характере ошибки. Сведения, содержащиеся в выходном файле, зачастую более подробны.

12

Может быть, главное окно PSPICE по окончании моделирования не появляется на вашем экране. Тогда оно находится в уменьшенном до размеров иконки виде на панели объектов в нижней части экрана редактора SCHEMATICS. В этом случае вам нужно щелкнуть по иконке мышью, чтобы окно PSPICE раскрылось.

13

Узлу аналоговой «земли» неизменно присваивается имя 0. Остальные узлы нумеруются согласно порядку их расположения на схеме, причем нумерация всегда начинается с $N_0001.

14

Программа PSPICE автоматически определяет порядок следования строк сетевого списка в зависимости от порядка расположения компонентов схемы. Изменение порядка расположения компонентов повлияет и на условные имена узлов, и на порядок следования строк в сетевом списке.

15

После прочтения сообщения, содержащегося в окне Message Viewer, вы можете его закрыть (Двойным щелчком мыши на символе с изображением креста, находящемся в правом верхнем углу этого окна).

16

Sweep-анализ — это анализ схемы переменного тока в заданном частотном диапазоне. — Прим. ред.

17

Если в окне атрибутов находится указание SIMULATIONONLY, это означает, что данный компонент применяется только при моделировании электросхем, для проектирования печатных плат он не используется. У атрибута SIMULATIONONLY поле Value не заполняется.

18

Атрибутом PKGREF (Package Reference) задается однозначное имя (Reference Designator — англ. «ориентировочное название») для компонента, благодаря чему этот компонент отличается от других, ему подобных. PSPICE автоматически присваивает имена всем схемным обозначениям, давая, например, источникам напряжения имя U, за ним следует порядковый номер, который после каждого позиционирования автоматически увеличивается на единицу. Эти имена вы также можете изменять. Однако если для двух компонентов схемы будут выбраны одинаковые имена, при запуске процесса моделирования на экране появится сообщение об ошибке.

19

Подробнее о полях ввода в окне Transient вы сможете прочитать на следующих страницах.

20

Подробнее об индикаторах времени в окне PSPICE рассказано на следующей странице.

21

Ваше окно PROBE имеет черный фон. Для печати это неудобно, поэтому в книге черный фон был изменен на белый. О том, как можно настроить цвета экрана таким образом, чтобы они были похожи на иллюстрации книги, вы сможете узнать из приложения.

22

В том случае, если обозначения токов и напряжений вызывают у вас какие-либо трудности, вам следует еще раз перечитать раздел 2.2, где говорится о сетевом списке и об альтернативных обозначениях.

23

В январе 1988 года произошло объединение компаний MicroSim (моделирование) и OrCAD (проектирование) под именем OrCAD. В свою очередь фирма OrCAD в июне 1999 года вошла в компанию CADENCE, предложившую автотрассировщик SPECCTRA. Таким образом, CADENCE сейчас обладает комплексным пакетом, содержащим все составные части (каждая из которых является лидером на рынке электронных цифровых анализаторов (EDA)), необходимые для автоматизированного проектирования электронных схем.

24

В PSPICE не предусмотрено использование единиц измерения. Программа автоматически воспринимает все напряжения в вольтах и все токи в амперах, поэтому отображение значений тока и напряжения на диаграмме с одним общим масштабированием оси Y, в принципе, возможно. Однако в этом случае диаграмма тока оказалась бы такой маломасштабной, что ее практически не было бы видно.

25

Наверняка у вас возник вполне резонный вопрос, почему бы сразу не задать в качестве верхней границы значение 1 МГц. Объяснение следующее: если вы масштабируете координатную ось X логарифмически, то PROBE чертит на диаграмме целые декады. При заданном значении 1 МГц как раз начинается новая декада, для которой вы рассчитали бы всего одну единственную точку. Однако вся декада была бы расположена на оси X, несмотря на то что в ней практически нечего изображать. Иными словами, это привело бы к пустой трате места.

26

Если сейчас у вас есть более срочные дела, можете пока пропустить раздел 5.3. Однако помните о его существовании и впоследствии, когда возникнет такая необходимость, прочитайте.

27

Файлы с расширением .dat, в которых содержатся диаграммы PROBE, занимают чрезвычайно много места на жестком диске компьютера. Поэтому время от времени стоит удалять ненужные вам dat-файлы.