|
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ РОСІЙСЬКОЇ ФЕДЕРАЦІЇ Рибінська державна авіаційна технологічна академія імені П.О. Соловйова |
|
|
МОДЕЛЮВАННЯ ЕЛЕМЕНТІВ І вузлів РЕС |
|
|
Програма навчальної дисципліни та методичні вказівки до виконання контрольної роботи |
|
|
Для студентів спеціальності 210201 Проектування та технологія РЕМ, які навчаються за освітніми програмами з повним та скороченим термінами навчання |
|
|
Рибінськ 2007 |
|
УДК 621.396.6
Моделювання елементів та вузлів РЕМ: Програма навчальної дисципліни та методичні вказівки до виконання контрольної роботи./Упоряд. А.В. Печаткін; РГАТА. - Рибінськ, 2007. - 60 с. – (Заочна форма навчання РДАТА).
СКЛАДНИК
кандидат технічних наук, доцент О.В. Печаткін
ОБГОВОРЕНО
на засіданні кафедри радіоелектронних та телекомунікаційних систем (РТС)
Зав. РІО М.А. Салкова
Комп'ютерна верстка – Є.В. Шлєїна
Ліцензія ВД № 06341 від 26.11.01
Підписано до друку ________
Формат 60´84 1/16 Уч.-вид. л. 4. Тираж ____. Замовлення _____
Множинна лабораторія РДАТА 152934, Рибінськ, вул. Пушкіна, 53
ã А.В. Печаткін, 2007
ã РДАТА, 2007
Передмова. 4
1 Основні організаційні питання.
2.1 Загальні засади. 7
2.1.1 Моделювання сигналів. 8
2.1.2 Підсилювальні пристрої. 9
3 Порядок виконання контрольної роботи.
3.1 Оформлення контрольної роботи.
3.2 Робота з електронними шаблонами та електронними документами. 13
3.2.1 Основні правила роботи з електронними шаблонами: 14
3.2.2 Оформлення та ідентифікація електронних документів. 14
4 Коротка теоретична інформація. 15
4.1 Розрахунок аперіодичного каскаду на біполярному транзисторі. 15
4.1.1 Розрахунок аперіодичного каскаду на польовому транзисторі. 18
4.1.2 Розрахунок резонансних підсилювачів з одиночним та пов'язаними коливальними контурами. 20
Додаток А. 25
Додаток Б. 26
Додаток Ст 27
Додаток Р. 30
Додаток Д.. 32
Додаток Е. 33
Додаток Ж.. 35
Додаток І.. 36
Додаток До.. 37
Додаток Л. 48
Передмова
Дисципліна «Моделювання елементів та вузлів РЕМ» відноситься до циклу загальних математичних та природничих дисциплін спеціальності 210201 «Проектування та технологія РЕМ» і є однією з дисциплін, спрямованих на освоєння інформаційних технологій підтримки наскрізного електронного проектування. Викладені у цьому посібнику програма дисципліни та вимоги до виконання контрольної роботи повністю відповідають Державному освітньому стандарту вищої професійної освіти та вимогам до спеціальності 210101 «Проектування та технологія РЕМ».
КАФЕДРА РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
Реле акустичне на польовому транзисторі
Пояснювальна записка
до курсової роботи з дисципліни:
ФКРЕ 467.740.001.ПЗ
Виконав ст. гр. 220541 Галкін Я.А.
Керівник Овчинніков А.В.
Федеральне агентство з освіти
Тульський державний університет
Кафедра радіоелектроніки
на курсову роботу з курсу
«Основи комп'ютерного проектування та моделювання РЕМ»
студенту гр. 220541 Галкіну Я.А.
1. Тема: Реле акустичне на польовому транзисторі
2. Вихідні дані: Схема електрична важлива.Пристрій призначений для експлуатації в приміщенні за робочих значень температури повітря +10 0+ 40 0 ± 5 0 С, атмосферному тиску 86,6-106,7 кПа та верхньому значенні відносної вологості 80% при температурі 25 0 С.Час напрацювання на відмову – 30 років. Надійність після напрацювання 5000 повинна бути більше 0,8.
3. Перелік питань, що вимагають опрацювання Розробити друковану плату даного пристрою, вибрати матеріали плати та корпусу, розрахунок конструктивних параметрів плати, розрахунок технологічності, розрахунок надійності.
4. Перелік графічного матеріалу: Схема електрична важлива, друкована плата.
5. Основний бібліографічний список: Акімов І.М. «Резистори, Конденсатори. Довідник», Романичова Е.Т. та ін Розробка та оформлення конструкторської документації РЕА: довід., проектування та виробництво друкованих плат: Навч. посібник/Л.П. Семенів.
Завдання прийняв Галкін Я. А.
(Підпис) (Ф. І. Про)
Завдання видав Овчинніков А.В.
(Підпис) (П. І. О.)
Анотація
У даному курсовому проекті я аналізую технічне завдання, на його основі проводжу вибір способу виготовлення друкованої плати, розрахунок конструктивно-технологічних параметрів друкованої плати, вибір елементів та матеріалів, а також розрахунок надійності.
Крім розрахункової частини у курсовому проекті розробляється технологічний процес виготовлення друкованої плати та заповнюються операційні картки процесу виготовлення друкованої плати.
Уся документація має відповідати стандартам ЄСКД.
Пояснювальна записка містить 25 аркушів.
Схема електрична важлива акустичного реле на польовому транзисторі (формат А3);
Список елементів (формат А4).
Вступ…………………………………………………………………….6
- Аналіз технічного завдання……………………………………....7
- Вибір та обґрунтування застосовуваних елементів та матеріалів…..9
- Вибір та обґрунтування конструктивних рішень………………..10
- Вибір та обґрунтування способу виготовлення друкованої плати….11
- Опис конструкції приладу……………………………….....12
- Розрахунок технологічності конструкції………………………..….15
- Розрахунок конструктивних параметрів друкованої платы……….….18
- Розрахунок надійності…………………………………………….….20
- Заключение…………………………………………………….….23
Список використаної литературы……………………………….….24
Вступ
Конструкторською документацією (КД) називають сукупність конструкторських документів, що містять в залежності від їх призначення дані, необхідні для розробки, виготовлення, контролю, приймання, постачання, експлуатації та ремонту виробу. У конструкторській документації вказуються як креслення, але й описуються способи створення окремих деталей, і навіть складання вузлів.
Основне завдання конструювання - вибір оптимальних рішень за певних вимог, що задаються в ТЗ (технічному завданні). Такими вимогами можуть бути: ціна, надійність, поширеність (матеріалів та (або) елементів) тощо.
Конструкція радіоелектронної апаратури (РЕА) відрізняється від інших особливістю формованих внутрішніх зв'язків між частинами: крім просторових та механічних повинні бути встановлені складні електричні, теплові та електромагнітні зв'язки. Ця особливість настільки суттєва, що відокремлює конструювання РЕА в окремий інженерний напрямок.
- Аналіз технічного завдання
У цій роботі потрібно розробити акустичне реле на польовому транзисторі. Для складання електронної частини пристрою використовується одностороння друкована плата, яка закріплюється у пластиковому корпусі.
Дане реле має такі параметри:
Корпус пристрою повинен бути зручним, для того щоб тримати його в руках, а органи управління розташовані так, щоб оператору не складало керувати моделлю.
Пристрій повинен надійно працювати за таких умов:
У даній схемі пристрою використовується мікрофон, а також його підсилювач на основі транзистора VT1 для відкриття реле, потужність посилення регулюється за допомогою підстроювального резистора R6. Також реле можна відкрити за допомогою одноразового натискання на кнопку S1.
Відкриття здійснюється за допомогою заряду накопичуваного на конденсаторі C5. Після відкриття даний конденсатор, а також конденсатор С9 (він регулює час відкриття реле) розріджуються через резистори R10, R11. Також прискорення розрядки використовується транзистор VT4.
Коли відбувається відкриття реле (відкриття транзистора VT5) струм у ланцюзі R12, HL1 припиняється, підсилювач мікрофона знеструмлюється, а також напруга на конденсаторі C4 падає до 0.
Закриття реле відбувається після закриття транзистора VT5. Після закриття живлення світлодіода та підсилювача мікрофона відновлюється – прилад переходить у вихідний стан.
Всі елементи є досить надійними у використанні, недорогими і відповідають усім експлуатаційним, електричним вимогам, а також мають допустимі габарити.
- Вибір та обґрунтування елементів та матеріалів.
2.1 Вибір резисторів.
Для виготовлення пристрою виберемо найбільш поширені в промисловому виробництві резистори типу МЛТ, що мають номінальну потужність розсіювання 0,125Вт, ці резистори розраховані на роботу за температури навколишнього середовища -60 год +70°С і відносної вологості до 98% при температурі +35° С, що задовольняє технічним завданням. Деякі резистори з ТЗ вимагають більшої потужності, відповідно до вимог вибираємо більш потужні.
Підстроювальний резистор вибираємо типу СП3 - 19.
Так само для економії місця я використав резистори К1-12 – безкорпусні.
Номінальний опір всіх резисторів вказано у переліку елементів. Вони відповідають стандартному ряду опорів, рекомендованих для даного типу резисторів.
2.2 Вибір конденсаторів.
Електролітичні конденсатори вибираємо типу К50, тому що вони досить дешеві та поширені. По можливості зменшення габаритів вибираємо безкорпусні конденсатори типу К10. Так само потрібні конденсатори високої напруги, вибираємо конденсатори, що задовольняють цій умові - К73. Ми їх вибрали виходячи з того, що вони підходять за номінальною напругою та мають відносно малі розміри, так само вони підходять і за діапазоном робочих температур. Електролітичні конденсатори це оксидно-електролітичні конденсатори, призначені для роботи в ланцюгах постійного та імпульсного струму з температурами навколишнього середовища -20год +70°С і мають мінімальне напрацювання 5000 годин, призначені для монтажу на друкованій платі.
2.3 Вибір світлодіоду.
Як індикатор роботи приладу використовується червоний світлодіод HL1 АЛ307 як найбільш дешевий, простий і надійний.
2.4 Вибір матеріалу.
Виберемо литий пластмасовий корпус, як найлегший, що забезпечує достатню міцність конструкції та малі габарити відповідно до технічного завдання.
2.6 Вибір живлення.
Цей пристрій живиться від мережі ~220В, 50 Гц через навантаження.
2.7 Вибір матеріалу друкованої плати.
У цьому пристрої використовується друкована плата, виконана зі склотекстоліту. Цей матеріал був узятий, як часто використовується на виробництві. Він міцніший механічно, а як і у ньому ослаблені ємнісні зв'язку проти іншими матеріалами (наприклад гетинакс).
3. Вибір та обґрунтування конструкторського рішення.
Друкований монтаж широко використовується у конструкції РЕМ. Він виконується як друкованих плат чи гнучких друкованих кабелів. Як основа для друкованої плати використовується діелектрик або покритий діелектриком метал, а для гнучких друкованих кабелів - діелектрик. Для виконання друкованих провідників діелектрик часто покритий мідною фольгою завтовшки 35…50 мкмабо мідною або нікелевою фольгою товщиною 5…1 0 мкм. Ми не маємо можливості використовувати односторонню друковану плату, через складність пристрою, застосовуємо двосторонню. Друкований монтаж виконується базовим комбінованим позитивним методом (з попереднім свердлінням отворів). Цей спосібзаснований на процесах гальванічного осадження міді.
При визначенні площі плати, габаритів і співвідношення розмірів сторін були враховані такі фактори: площа елементів, що розміщуються на платі, і площа допоміжних зон; допустимість габаритів з погляду технологічних можливостей та умов експлуатації. При визначенні площі плати сумарна площа елементів, що встановлюються на неї, множиться на коефіцієнт дезінтеграції, що дорівнює 1.5…3, і до цієї площі додається площа допоміжних зон. Дезінтеграція здійснюється з метою забезпечення проміжків для розміщення ліній зв'язку, тепловідведення. Надмірне зменшення проміжків між елементами на платі може призвести до збільшення напруженості теплового режиму.
Разом з іншими деталями плату розміщують у корпусі гвинтами кріплення.
Оскільки питома потужність розсіювання мала, застосовується природне охолодження.
4. Вибір та обґрунтування способу виготовлення друкованої плати.
Залежно від кількості нанесених провідних шарів друковані плати (ПП) поділяються на одне - двосторонні та багатошарові. Двосторонні ПП виконуються на рельєфній литій підставі без металізації або з металізацією. Їх застосовують для монтажу побутової радіоапаратури, блоків живлення та пристроїв техніки зв'язку.
Методи виготовлення ПП поділяються на дві групи: субтрактивні та аддітивні, а також комбіновані (змішані). У субтрактивних методах як основа для друкованого монтажу використовують фольговані діелектрики, на яких формується провідний малюнок шляхом видалення фольги з непровідних ділянок. Аддетивні методи засновані на вибірковому осадженні струмопровідного покриття, яке попередньо може наноситися шар клейової композиції.
Незважаючи на переваги застосування аддітивного методу в масовому виробництві ПП обмежено низькою продуктивністю процесу хімічною металізацією, інтенсивним впливом електролітів на діелектрик, труднощами отримання металевих покриттів з хорошою адгезією. Домінуючою в цих умовах є субтрактивна технологія, але найвигіднішим (бо бере плюси з обох методів) є комбінований.
Основними методами, що застосовуються в промисловості для створення малюнка друкованого монтажу, є офсетний друк, сіткографія та фотодрук. Вибір методу визначається конструкцією ПП, необхідною точністю та щільністю монтажу, продуктивністю обладнання та економічністю процесу.
Так як ПП двостороння, щільність монтажу не велика (мінімальна ширина провідників не менше 1 мм) і виробництво визначено як серійне, то в даній роботі плата виготовляється сітково-хімічним способом. Даний спосіб широко використовується при масовому та серійному виробництві друкованих плат зі склотекстоліту. Як правило, виготовлення плат здійснюється на універсальних механізованих лініях, що складаються з окремих автоматів та напівавтоматів, що послідовно виконують операції технологічного процесу.
Весь процес виготовлення друкованих плат складається з таких основних технологічних операцій:
1. Розкрій матеріалу та виготовлення заготовок плат;
2. Нанесення малюнка схеми кислотостійкою фарбою;
3. Травлення;
4. Видалення захисного шару фарби;
5. Крацівка;
6. Нанесення захисної епоксидної маски;
7. Гаряче лудіння місць паяння;
8. Штампування;
9. Маркування;
10.Контроль плати.
З метою максимальної механізації та автоматизації процесу всі друковані плати виготовляються (проходять обробку на лінії) на одній із габаритних технологічних заготовок.
Докладніше технологічний процес описаний у додатку.
5. Опис конструкції приладу.
Прилад виконаний відповідно до технічного завдання, поміщений у корпус, який виготовлений з пластмаси. Габарити корпусу 1359545. Усі радіоелементи розміщені на друкованій платі, розташованій горизонтально. Плата кріпиться до корпусу за допомогою шурупного з'єднання. Кришка корпусу кріпиться до корпусу двома шурупами.
Збоку корпусу вирізано паз для виведення мережного дроту. Зверху в корпусі просвердлено отвір для установки світлодіодного індикатора, також є проріз, який сприяє доступу звукових хвиль до динаміка, розташованого всередині пристрою. Для здешевлення виконання я вибрав червоний світлодіод.
6.Розрахунок технологічності конструкції.
Насправді, внаслідок того, що технологічність є однією з найважливіших характеристик, виникає необхідність її оцінки при виборі найкращого варіанта її виготовлення з кількох можливих.
Існує багато різних показників, на основі яких оцінюється як загальна, так і окремі її складові. Розглянемо деякі з них.
6.1 Розподіл деталей за наступністю
На основі таблиці 1 визначаються такі коефіцієнти:
|
Показники |
||||||
|
Спеціально виготовлені |
Нормальні |
Покупні |
||||
|
Для цього |
Запозичення з ін. виробів, |
кріпильні, |
Кріпильні, |
Нестанда-ртні |
Стандарт |
|
|
кількість найменувань, D |
||||||
|
кількість деталей, Ш |
||||||
Nш.н.- Кількість некріпильних деталей;
Nш.п.с.- Кількість стандартних деталей;
Nш.к.- кількість кріпильних деталей;
Nш.в.- Кількість всіх деталей.
Nш.з.- Кількість деталей, запозичених з інших виробів;
Nш.к.- Кількість кріпильних деталей.
Nш.с.- кількість деталей, виготовлених спеціально для цього виробу;
Nд.с.- кількість різновидів деталей, виготовлених спеціально для цього виробу.
Nш.п.- Кількість нестандартних деталей.
- Коефіцієнт нормалізації
2. Коефіцієнт запозичення:
3. Коефіцієнт повторюваності:
4. Коефіцієнт наступності:
6.2 Розподіл вузлів за складністю та взаємозамінністю всередині вузла
Тут на основі таблиці 2 визначаються такі коефіцієнти:
1. Коефіцієнт складності складання:
2. Коефіцієнт взаємозамінності усередині вузлів:
7 . Розрахунок конструктивних властивостей друкованої плати.
Як вихідні дані необхідно мати: конструкцію друкованої плати, спосіб отримання малюнка, мінімальну відстань між отворами, крок координатної сітки, форму контактних майданчиків, щільність монтажу. В результаті розраховується діаметр контактного майданчика, ширина провідника, відстань між провідними елементами.
Плата виготовляється сітково-хімічним методом за другим класом точності. Основні її конструктивні параметри:
Мінімальне значення номінальної ширини провідника t H = 1 мм;
Номінальна відстань між провідниками S H =0,5 мм;
Відношення діаметра отвору до товщини плати 0,33;
Допуск на отвір ∆d=±0,05 мм;
Допуск на ширину провідника мм;
Допуск на розташування отворів мм;
Допуск на розташування контактних майданчиків мм;
Допуск на розташування провідників мм;
Значення ширини провідника визначається за такою формулою:
де – нижнє граничне відхилення ширини провідника. І тут t=1,05 мм.
Діаметр монтажних отворів розраховується таким чином:
де - Діаметр виведення встановлюваного елемента; - нижнє граничне відхилення від номінального діаметра монтажного отвору; - різниця між мінімальним діаметром отвору та
максимальним діаметром виводу, що встановлюється.
Тоді d 1 = 0,5 мм, d 2 = 0,8 мм, d 3 = 1 мм, d 2 = 1,1 мм.
Визначимо діаметр контактних майданчиків:
де – верхнє граничне відхилення діаметра отвору; - Верхнє граничне відхилення ширини провідника.
Тоді D 1 = 1,8 мм, D 2 = 2 мм, D 3 = 2,2 мм, D 2 = 2,3 мм.
Знайдемо значення мінімальної відстані між сусідніми елементами малюнку, що проводить:
Підставивши значення отримаємо, що
Розраховані параметри відповідають кресленню друкованої плати. Вибраний метод виготовлення друкованої плати дозволяє виконати плату з параметрами.
8. Розрахунок надійності.
Розрахунок надійності полягає у визначенні кількісних показників надійності системи за значеннями характеристик надійності елементів.
Залежно від повноти обліку факторів, що впливають на надійність системи, можуть проводитися прикидковий розрахунок надійності, орієнтовний розрахунок та уточнений розрахунок.
Прикидковий розрахунок проводиться на етапі проектування, коли важливих схем блоків системи ще немає. Кількість елементів у блоках визначається шляхом порівняння проектованої системи з аналогічними раніше розробленими системами.
Розрахунок надійності при доборі типів елементів проводиться після розробки важливих електричних схем. Метою розрахунку є визначення оптимального складу елементів.
Розрахунок надійності при уточненні режимів роботи елементів проводиться, коли основні конструктивні проблеми вирішені, але можна змінити режими роботи елементів.
Результати орієнтовного розрахунку надійності оформлені як таблиці.
|
Найменування та тип елементів |
Позначення |
Інтенсивність відмови |
|||
|
Діодний міст |
|||||
|
Діоди імпульсні сплавні |
|||||
|
Кнопка дуб. |
|||||
|
Конденсатори безкорпусні |
|||||
|
Конденсатори керамічні |
|||||
|
Конденсатори плівкові |
|||||
|
Конденсатори електролітичні |
|||||
|
Мікрофон |
|||||
|
Провід з'єднувальний |
|||||
|
Резистори МЛТ-0.25 |
R2, R3, R10, R13-R15, R17 |
||||
|
Резистори МЛТ-1.0 |
|||||
|
Резистори безкорпусні |
R1, R4, R5, R7-R9, R11, R12, R16, R18 |
||||
|
Резистор підстроювальний |
|||||
|
Світлодіод |
|||||
|
Стабілітрон |
|||||
|
Транзистори польові |
|||||
|
Транзистори біполярні |
|||||
|
Роз'єм Вилка РС4ТВ |
Середнє напрацювання на відмову дорівнює:
Графік надійності будується за експонентним законом
Цей графік зображено на рис.1.
Рис.1. Графік надійності пристрою.
Ці результати задовольняють умові ТЗ.
9. Висновок.
При виконанні курсової роботи на тему «Реле акустичне на польовому транзисторі» було виконано розрахунки конструктивно-технологічних параметрів друкованої плати та надійності схеми. Було проведено вибір та обґрунтування способу виготовлення друкованої плати та елементів.
В результаті роботи розроблено пристрій, що повністю відповідає технічному завданню.
Грунтуючись на результати розрахунку можна дійти невтішного висновку у тому, що пристрій може випускатися як серійно, і штучно без будь-яких обмежень.
Список використаної литературы.
1. Стислий довідник конструктора радіоелектронної апаратури. За ред. Р. Г. Варламова. М., «Рад. радіо», 1973, 856с.
2. Павловський В. В., Васильєв В. П., Гутман Т. Н., Проектування ехнологічних процесів виготовлення РЕА. Посібник з курсового проектування: Навч. посібник для вузів. - М: Радіо і зв'язок, 1982.-160с.
3. Розробка та оформлення конструкторської документації радіоелектронної апаратури: Довідник/Е.Т. Романичева, А. К. Іванова, А. С. Куликов та ін; за ред. е.т. Романичів. -2-е вид., перероб. та дод. - М: Радіо і зв'язок, 1989. - 448с.
4. Збірник завдань та вправ за технологією РЕА: С32 Навчальний посібник/ За ред. Е. М. Парфьонова. - М: Вища. школа, 1982. - 255с.
5. Резистори: (довідник) / Ю. Н. Андрєєв, А. І. Антонян, та ін; За ред. І.І Четвертакова. - М: Енерговидав, 1981. - 352с.
6. Збірник задач з теорії надійності. За ред. А. М. Половко та І. М. Малікова. М., Вид-во «Радянське радіо», 1972, 408 стор.
7. Технологія та автоматизація виробництва радіоелектронної апаратури: Підручник для вузів/І. П. Бушмінський, О.Ш. Даутов, А. П. Достанко та ін; За ред. А.П. Достанко, Ш.М. Чабдарова. - М: Радіо і зв'язок, 1989. - 624с.
8. Інтегральні мікросхеми: Довідник/Б.В. Тарабрін, Л.Ф. Лунін та ін; За ред. Б.В. Тарабріна. - М: Радіо і зв'язок. 1984 – 528 с.
Питання до іспиту «Моделювання елементів та вузлів РЕМ»
Режими моделювання.
Поясніть такі режими моделювання у САПР Electronic WorkBench (EWB):
6. Parameter Sweep
7. Temperature Sweep
9. Transfer Function
14. DC sweep
Елементи РЕМ
1. Незалежні джерела. Види незалежних джерел. Порівняння джерел EWB та OrCAD.
V^@REFDES %+ %-?DC|DC @DC| ?AC|AC @AC| ?TRAN|@TRAN|
I^@REFDES %+ %-?DC|DC @DC| ?AC|AC @AC| ?TRAN|@TRAN|
2. Пасивні компоненти RLC. Моделі та параметри моделей у САПР EWB. Взаємна індуктивність та магнітний сердечник.
C^@REFDES %1 %2 ?TOLERANCE|C^@REFDES| @VALUE ?IC/ [email protected]/ ?TOLERANCE|\n.model C^@REFDES CAP C=1 [email protected]%|
R^@REFDES %1 %2 ?TOLERANCE|R^@REFDES| @VALUE ?TOLERANCE|\n.model R^@REFDES RES R=1 [email protected]%|
L^@REFDES %1 %2 ?TOLERANCE|L^@REFDES| @VALUE ?IC/ [email protected]/ ?TOLERANCE|\n.model L^@REFDES IND L=1 [email protected]%|
Kn^@REFDES L^@L1 ?L2|L^@L2| ?L3|\n+ L^@L3| ?L4|L^@L4| ?L5|\n+ L^@L5| ? L6 | L ^ @ L6 | @COUPLING
Біполярні транзистори
Q^@REFDES %c %b %e @MODEL
3. Схема вимірювання залежності граничної частоти передачі струму fT(Ic) від струму колектора ( Gain Bandwidth).
4. Схема вимірювання залежності часу розсмоктування заряду ts(Ic) від струму колектора ( Storage Time).
5. Схема вимірювання залежності бар'єрної ємності переходу колектор-база Cobo(Vcb) ( C-B Capacitance) та емітер-база Cibo(Veb) ( E-B Capacitance).
Вузли РЕМ.
6. Аперіодичний підсилювач на біполярному транзисторі. Схема із загальним емітером. Призначення компонентів. Вибір робочої точки на прохідній (перехідній) та вихідних характеристиках. Призначення елементів. Забезпечення режиму по постійному струму. Як забезпечити лінійність роботи аперіодичного підсилювача. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвих. Порівняння коїться з іншими схемами. Еквівалентна схема підсилювача.
7. Негативний зворотний зв'язок за струмом та напругою. Схема із загальним емітером із негативною зворотним зв'язкомза напругою. Призначення компонентів. Вибір робочої точки на прохідній (перехідній) та вихідних характеристиках. Призначення елементів. Забезпечення режиму постійного струму. Як забезпечити лінійність роботи аперіодичного підсилювача. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвих. Порівняння коїться з іншими схемами. Еквівалентна схема підсилювача.
8. Аперіодичний підсилювач на біполярному транзисторі. Схема із загальною базою. Призначення компонентів. Вибір робочої точки на прохідній (перехідній) та вихідних характеристиках. Призначення елементів. Забезпечення режиму постійного струму. Як забезпечити лінійність роботи аперіодичного підсилювача. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвих. Порівняння коїться з іншими схемами. Еквівалентна схема підсилювача.
9. Аперіодичний підсилювач на біполярному транзисторі. Схема із загальним колектором. Призначення компонентів. Вибір робочої точки на прохідній (перехідній) та вихідних характеристиках. Призначення елементів. Забезпечення режиму постійного струму. Як забезпечити лінійність роботи аперіодичного підсилювача. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвих. Порівняння коїться з іншими схемами. Еквівалентна схема підсилювача.
10. Аперіодичний підсилювач на польовому транзисторі. Схема із загальним джерелом. Призначення компонентів. Вибір робочої точки на стокозатворній та вихідних характеристиках. Призначення елементів. Як забезпечити лінійність роботи аперіодичного підсилювача. Характеристики Ku, Ki, Rвх, Rвих. Порівняння коїться з іншими схемами. Еквівалентна схема підсилювача.
Навчальний посібник розроблено для студентів факультету МРМ СібГУТІ, які вивчають дисципліну « Основи комп'ютерного проектування та моделювання РЕМ»
Вступ 8
Глава 1. Основні поняття, визначення, класифікація 9
1.1 Поняття системи, моделі та моделювання 9
1.2 Класифікація радіотехнічних пристроїв 10
1.3 Основні типи завдань у радіотехніці 12
1.4 Розвиток поняття моделі 14
1.4.2 Моделювання – найважливіший етап цілеспрямованої діяльності 15
1.4.3 Пізнавальні та прагматичні моделі 15
1.4.4 Статичні та динамічні моделі 16
1.5 Методи здійснення моделей 17
1.5.1 Абстрактні моделі та роль мов 17
1.5.2 Матеріальні моделі та види подоби 17
1.5.3 Умови реалізації властивостей моделей 18
1.6 Відповідність між моделлю та дійсністю в аспекті відмінності 19
1.6.1 Кінцевість моделей 19
1.6.2 Спрощеність моделей 19
1.6.3 Наближеність моделей 20
1.7 Відповідність між моделлю та дійсністю в аспекті подібності 21
1.7.1 Істинність моделей 21
1.7.2 Про поєднання істинного та помилкового в моделі 21
1.7.3 Складності алгоритмізації моделювання 22
1.8 Основні типи моделей 23
1.8.1 Поняття проблемної ситуації під час створення системи 23
1.8.2 Основні типи формальних моделей 24
1.8.3 Математичне представлення моделі «чорної скриньки» 28
1.9 Взаємозв'язки моделювання та проектування 32
1.10 Точність моделювання 33
Розділ 2. Класифікація методів моделювання 37
2.1 Реальне моделювання 37
2.2 Думкове моделювання 38
Глава 3. МАТЕМАТИЧНЕ МОДЕЛЮВАННЯ 40
3.1 Етапи створення математичних моделей 43
З.2 Компонентні та топологічні рівняння об'єкта, що моделюється 46
3.3 Компонентні та топологічні рівняння електричного ланцюга 46
Глава 4. Особливості комп'ютерних моделей 50
4.1 Комп'ютерне моделювання та обчислювальний експеримент 51
4.2 Програмні засоби комп'ютерного моделювання 52
Глава 5. ОСОБЛИВОСТІ РАДІОСИСТЕМИ ЯК ОБ'ЄКТА ВИВЧЕННЯ МЕТОДАМИ МОДЕЛЮВАННЯ НА ЕОМ 57
5.1 Класи радіосистем 57
5.2 Формальний опис радіосистем 58
Глава 6. ЗАСТОСУВАННЯ ПАКЕТУ ПРИКЛАДНИХ ПРОГРАМ MATHCAD ДЛЯ МОДЕЛЮВАННЯ ТЕЛЕКОМУНІКАЦІЙНИХ ПРИСТРІЙ 64
6.1 Основні відомості про універсальний математичний пакет програм MathCAD 64
6.2 Основи мови MathCAD 65
6.2.1 Тип вхідної мовиMathCAD 66
6.2.2 Опис текстового вікна MathCAD 67
6.2.3 Курсор введення 68
6.2.5 Керування елементами інтерфейсу 70
6.2.6 Виділення областей 71
6.2.7 Зміна масштабу документа 71
6.2.8 Оновлення екрана 72
6.3 Основні правила роботи у середовищі «MathCAD» 79
6.3.1 Видалення математичних виразів 79
6.3.2 Копіювання математичних виразів 80
6.3.3 Перенесення математичних виразів 80
6.3.4 Вписування у програму текстових коментарів 80
6.4 Побудова графіків 81
6.4.1 Побудова графіків у декартовій системі координат 81
6.4.2 Побудова графіків у полярній системі координат 83
6.4.3 Зміна формату графіків 85
6.4.4 Правила трасування графіків 85
6.4.5 Правила перегляду ділянок двовимірних графіків 86
6.5 Правила обчислень у середовищі «MathCAD» 87
6.6 Аналіз лінійних пристроїв 93
6.6.1 Передатна функція, коефіцієнт передачі, часові та частотні характеристики 94
6.6.2 Коефіцієнт передачі K(jω) 95
6.6.3 Амплітудно-частотна характеристика (АЧХ) 96
6.6.4 Визначення перехідної та імпульсної характеристик 98
6.7 Методи розв'язання в середовищі «MathCAD» алгебраїчних та трансцендентних рівнянь та організація обчислень за циклом 101
6.7.1 Визначення коренів рівнянь алгебри 101
6.7.2 Визначення коренів трансцендентних рівнянь 103
6.7.3 Обчислення за циклом 106
6.8 Обробка даних 108
6.8.1 Шматково-лінійна інтерполяція 108
6.8.2 Сплайн-інтерполяція 110
6.8.3 Екстраполяція 112
6.9 Символьні обчислення 115
6.10 Оптимізація у розрахунках РЕА 124
6.10.1 Стратегії одновимірної оптимізації 124
6.10.2 Локальні та глобальні екстремуми 126
6.10.3 Методи включення інтервалів невизначеності 127
6.10.4 Критерії оптимізації 135
6.10.6 Приклад запису цільової функції при синтезі фільтрів 141
6.11 Анімація графічного матеріалу серед MathCAD 148
6.11.1 Підготовка до анімації 149
6.11.2 Приклад анімації графіка 149
6.11.3 Виклик програвача анімації графіків та відео файлів 151
6.12 Встановлення зв'язку MathCAD з іншими програмними середовищами 153
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru/
Розміщено на http://www.allbest.ru/
Воронезький інститут МВС Росії
Кафедра позавідомчої охорони
КОНТРОЛЬНА РОБОТА
з дисципліни «Основи комп'ютерного проектування та моделювання радіоелектронних засобів»
Тема: «Схемотехнічне моделювання радіоелектронного засобу»
Розробив: курсант 41 навчального взводу рядової поліції Р.Г. Востриків
Воронеж 2015
Вступ
1. Вступ до САПР
2.3 Моделювання динамічних характеристик
2.4 Моделювання частотних показників
Висновок
Список літератури
Вступ
Система автоматизованого проектування (САПР) - це організаційно-технічна система, що складається з сукупності комплексу засобів автоматизації проектування та колективу фахівців підрозділів проектної організації, що виконує автоматизоване проектування об'єкта, що є результатом діяльності проектної організації.
Використання засобів систем автоматизованого проектування (САПР) дозволяє перейти від традиційного макетування апаратури, що розробляється, до її моделювання за допомогою ЕОМ. При цьому, як правило, здійснюється цикл наскрізного проектування, який включає:
Синтез структури та принципової схемирадіоелектронного засобу (РЕМ);
Аналіз його характеристик у різних режимах з урахуванням розкиду параметрів компонентів та наявності факторів, що дестабілізують, проведення параметричної оптимізації;
Синтез топології, включаючи розміщення елементів на друкованій платі та розведення міжз'єднань;
Верифікацію (перевірку) топології друкованої плати;
Випуск конструкторської документації.
Завдання структурного синтезу вирішуються за допомогою вузькоспеціалізованих програм, орієнтованих на пристрої певного типу, створено, наприклад, велика кількість програм синтезу ланцюгів, що узгоджують, аналогових і цифрових фільтрів. Найбільші досягнення у побудові програм структурного синтезу та синтезу принципових схем є в галузі проектування цифрових пристроїв. Структура і важлива схема більшості механізмів значною мірою залежать від області застосування та вихідних даних на проектування, що створює великі проблеми при синтезі принципової схеми за допомогою ЕОМ. Тому зазвичай початковий варіант схеми складається інженером "вручну" з подальшим моделюванням і оптимізацією на ЕОМ.
Сучасні програми САПР працюють у діалоговому режимі та мають великий набір сервісних модулів. Пакети програм САПР здатні вирішувати найскладніші завдання моделювання РЕМ, таких як джерела живлення, підсилювачі, перетворювачі сигналів та інші. Результатами моделювання є режими постійного струму, осцилограми сигналів, частотні і спектральні характеристики і навіть температури елементів. За своїми можливостями програми моделювання можуть навіть перевершувати вимірювальні прилади, наприклад, дозволяють спостерігати осцилограми струмів і потужностей в елементах без внесення в пристрій вимірювальних резисторів. Отримані результати можуть допомогти виявити причини можливих або реальних несправностей у пристрої, знайти шляхи покращення його якості. Використання програм моделювання дозволяє проаналізувати велику кількість різних варіантів схемотехнічного рішення та вибрати з них найкращий, не витративши на це жодного радіоелемента.
Топологія друкованої плати розробляється після завершення схемотехнічного моделювання. На цьому етапі проектування здійснюється розміщення елементів на друкованій платі та трасування з'єднань. Найбільш успішно розробляються друковані плати цифрових пристроїв, де втручання людини у процес синтезу топології порівняно невелике. Розробка аналогових пристроїв вимагає набагато більшої участі людини у процесі проектування, корекції та при необхідності в частковій переробці результатів автоматизованого проектування. Основна складність при розробці аналогової апаратури полягає в автоматизації синтезу топології та забезпеченні взаємодії програм моделювання схем та синтезу топології. Крім того, досить складно формалізувати численні додаткові вимоги до аналогових пристроїв, наприклад вимога електромагнітної сумісності компонентів.
Основна мета виконання контрольної роботи – це освоєння методики автоматизованого проектування та схемотехнічного моделювання вузлів та блоків РЕМ з використанням засобів САПР.
Досягнення цієї мети служать такі:
1) вивчення можливостей сучасних пакетів прикладних програмСАПР РЕМ;
2) формування теоретичних знань та практичних навичок використання засобів САПР при схемотехнічному моделюванні вузлів та блоків РЕМ.
У ході виконання контрольної роботи потрібно:
1) проаналізувати основні можливості пакета схемотехнічного моделювання, що використовується в контрольній роботі;
2) виконати моделювання статичних, динамічних та частотних характеристик вузлів та блоків РЕМ;
3) зробити оптимізацію параметрів та характеристик РЕМ.
1. Вступ до САПР
Автоматизація проектування посідає особливе місце серед інформаційних технологій. По-перше, автоматизація проектування - синтетична дисципліна, її складовими частинами є багато інших сучасних інформаційні технології. Так, технічне забезпечення систем автоматизованого проектування (САПР) ґрунтується на використанні обчислювальних мережта телекомунікаційних технологій, у САПР використовуються персональні комп'ютери та робочі станції.
Математичне забезпечення САПР відрізняється багатством і різноманітністю використовуваних методів обчислювальної математики, статистики, математичного програмування, дискретної математики, штучного інтелекту По-друге, знання основ автоматизації проектування та вміння працювати із засобами САПР потрібно практично будь-якому інженеру-розробнику. Комп'ютерами насичені проектні підрозділи, конструкторські бюро та офіси. Робота конструктора за звичайним кульманом, розрахунки за допомогою логарифмічної лінійки або оформлення звіту на машинці, що пише, стали анахронізмом. Підприємства, провідні розробки без САПР або лише з мінімальним ступенем їх використання, виявляються неконкурентоспроможними, як через великі матеріальні і тимчасові витрати на проектування, так і через невисоку якість проектів. Поява перших програм для автоматизації проектування там і у СРСР належить до початку 60-х гг. Тоді було створено програми для вирішення завдань будівельної механіки, аналізу електронних схем, проектування друкованих плат
Подальший розвиток САПР йшов шляхом створення апаратних та програмних засобівмашинної графіки, підвищення обчислювальної ефективності програм моделювання та аналізу, розширення областей застосування САПР, спрощення інтерфейсу користувача, впровадження в САПР елементів штучного інтелекту.
На сьогодні створено велике числопрограмно - методичних комплексів для САПР з різними ступенем спеціалізації та прикладною орієнтацією. В результаті, автоматизація проектування стала необхідною складовоюпідготовки інженерів різних спеціальностей; інженер, який володіє знаннями і вміє працювати у САПР, неспроможна вважатися повноцінним спеціалістом.
Підготовка інженерів різних спеціальностей у галузі САПР включає базову та спеціальну компоненти. Найбільш загальні положення, моделі та методики автоматизованого проектування входять до програми курсу, присвяченого основам САПР, більш детальне вивчення тих методів та програм, які специфічні для конкретних спеціальностей, передбачається у профільних дисциплінах.
1.1 Основні засади побудови САПР
Розробка САПР є великою науково-технічною проблемою, та її використання вимагає значних капіталовкладень. Накопичений досвід дозволяє виділити такі основні принципи побудови САПР.
1.САПР - людино-машинна система. Усі створені і створювані системи проектування з допомогою ЕОМ є автоматизованими, значної ролі у яких грає людина -- інженер, який розробляє проект технічного засобу.
В даний час і принаймні найближчими роками створення систем автоматичного проектування не передбачається, і ніщо не загрожує монополії людини при прийнятті вузлових рішень у процесі проектування. Людина в САПР повинна вирішувати, по-перше, всі завдання, які не формалізовані, по-друге, завдання, вирішення яких людина здійснює на основі своїх евристичних здібностей ефективніше, ніж сучасна ЕОМ на основі своїх обчислювальних можливостей. Тісна взаємодія людини та ЕОМ у процесі проектування - один із принципів побудови та експлуатації САПР.
2.САПР - ієрархічна система, що реалізує комплексний підхід до автоматизації всіх рівнів проектування. Ієрархія рівнів проектування відбивається у структурі спеціального програмного забезпечення САПР як ієрархії підсистем.
Слід особливо наголосити на доцільності забезпечення комплексного характеру САПР, тому що автоматизація проектування лише на одному з рівнів виявляється значно менш ефективною, ніж повна автоматизація всіх рівнів. Ієрархічна побудова відноситься не тільки до спеціального програмного забезпечення, але й до технічних засобів САПР, що поділяються на центральний обчислювальний комплекс та автоматизовані робочі місця проектувальників.
3.САПР - сукупність інформаційно-узгоджених підсистем. Цей дуже важливий принцип повинен відноситися не тільки до зв'язків між великими підсистемами, але й до зв'язків між дрібнішими частинами підсистем. Інформаційна узгодженість означає, що всі чи більшість можливих послідовностей завдань проектування обслуговуються інформаційно узгодженими програмами. Дві програми є інформаційно узгодженими, якщо всі ті дані, які є об'єктом переробки в обох програмах, входять у числові масиви, що не потребують змін при переході від однієї програми до іншої. Так, інформаційні зв'язки можуть виявлятися в тому, що результати вирішення одного завдання будуть вихідними для іншого завдання. Якщо для узгодження програм потрібна істотна переробка загального масиву за участю людини, яка додає параметри, що бракують, вручну перекомпоновує масив або змінює числові значення окремих параметрів, то програми інформаційно не узгоджені. Ручне перекомпонування масиву веде до істотних тимчасових затримок, зростання кількості помилок і тому зменшує попит на послуги САПР. Інформаційна неузгодженість перетворює САПР на сукупність автономних програм, у своїй через неврахування у підсистемах багатьох чинників, оцінюваних інших підсистемах, знижується якість проектних рішень.
4.САПР - відкрита і розвивається. Існує, принаймні, дві вагомі причини, з яких САПР має бути системою, що змінюється в часі. По-перше, розробка настільки складного об'єкта, як САПР, займає тривалий час, і економічно вигідно вводити в експлуатацію частини системи в міру їхньої готовності. Введений в експлуатацію базовий варіант системи надалі розширюється. По-друге, постійний прогрес техніки, проектованих об'єктів, обчислювальної технікиі обчислювальної математики призводить до появи нових, досконаліших математичних моделей і програм, які мають замінювати старі, менш вдалі аналоги. Тому САПР повинна бути відкритою системою, тобто мати властивість зручності використання нових методів і засобів.
5.САПР - спеціалізована система з максимальним використанням уніфікованих модулів. Вимоги високої ефективності та універсальності, як правило, суперечливі. Щодо САПР це положення зберігає свою силу. Високу ефективність САПР, що виражається передусім малими тимчасовими і матеріальними витратами під час вирішення проектних завдань, домагаються з допомогою спеціалізації систем. Очевидно, що при цьому зростає кількість різних САПР. Щоб знизити витрати на розробку багатьох спеціалізованих САПР доцільно будувати їх на основі максимального використання уніфікованих складових частин. Необхідною умовою уніфікації є пошук спільних рис та положень у моделюванні, аналізі та синтезі різнорідних технічних об'єктів. Безумовно, може бути сформульовано й інших принципів, що підкреслює багатосторонність і складність проблеми САПР.
1.2 Системний підхід до проектування
Основні ідеї та принципи проектування складних систем виражені у системному підході. Для спеціаліста в галузі системотехніки вони є очевидними і природними, однак їх дотримання та реалізація часто пов'язані з певними труднощами, що обумовлюються особливостями проектування. Як і більшість дорослих освічених людей, які правильно використовують рідну мову без залучення правил граматики, інженери використовують системний підхід без звернення до посібників із системного аналізу. Проте інтуїтивний підхід без застосування правил системного аналізу може виявитися недостатнім для вирішення завдань інженерної діяльності, що дедалі більше ускладнюються.
Основний загальний принцип системного підходу полягає у розгляді частин явища чи складної системи з урахуванням їхньої взаємодії. Системний підхід виявляє структуру системи її внутрішні та зовнішні зв'язки.
1.3 Структура САПР
Як і будь-яка складна система, САПР складається із підсистем. Розрізняють підсистеми проектують та обслуговуючі.
Підсистеми, що проектують, безпосередньо виконують проектні процедури. Прикладами проектують підсистем можуть бути підсистеми геометричного тривимірного моделювання механічних об'єктів, виготовлення конструкторської документації, схемотехнічного аналізу, трасування з'єднань у друкованих платах.
Обслуговуючі підсистеми забезпечують функціонування проектованих підсистем, їхня сукупність часто називають системним середовищем (або оболонкою) САПР. Типовими підсистемами, що обслуговують, є підсистеми управління проектними даними, підсистеми розробки та супроводу програмного забезпечення CASE (Computer Aided Software Engineering), що навчають підсистеми для освоєння користувачами технологій, реалізованих в САПР.
1.4 Види забезпечення САПР
Структурування САПР з різних аспектів зумовлює появу видів забезпечення САПР. Прийнято виділяти сім видів забезпечення САПР:
· Технічне (ТО), що включає різні апаратні засоби (ЕОМ, периферійні пристрої, мережеве комутаційне обладнання, лінії зв'язку, вимірювальні засоби);
· Математичне (МО), що поєднує математичні методи, моделі та алгоритми для виконання проектування;
· Програмне (ПЗ), що представляється комп'ютерними програмамиСАПР;
· Інформаційне (ІВ), що складається з бази даних, СУБД, а також включає інші дані, що використовуються при проектуванні; відзначимо, що вся сукупність використовуваних при проектуванні даних називається інформаційним фондом САПР, база даних разом із СУБД зветься банку даних;
· лінгвістичне (ЛО), що виражається мовами спілкування між проектувальниками та ЕОМ, мовами програмування та мовами обміну даними між технічними засобами САПР;
· Методичне (МетО), що включає різні методики проектування; іноді до нього відносять також математичне забезпечення;
· Організаційне (ГО), що представляється штатними розкладами, посадовими інструкціями та іншими документами, що регламентують роботу проектного підприємства.
1.5 Різновиди САПР
Класифікацію САПР здійснюють за низкою ознак, наприклад за додатком, цільовим призначенням, масштабами (комплексності розв'язуваних завдань), характером базової підсистеми- Ядра САПР.
За додатками найбільш представницькими і широко використовуються такі групи САПР:
· САПР для застосування у галузях загального машинобудування. Їх часто називають машинобудівними САПР чи системами MCAD (Mechanical CAD);
· САПР для радіоелектроніки: системи ECAD (Electronic CAD) або EDA (Electronic Design Automation);
· САПР у галузі архітектури та будівництва.
Крім того, відомо велике число спеціалізованих САПР, що виділяються у зазначених групах, або що представляють самостійну гілка класифікації. Прикладами таких систем є САПР великих інтегральних схем (ВІС); САПР літальних апаратів; САПР електричних машин тощо.
Electronics Workbench - це лідер міжнародного ринку з розробки найбільш широко використовуваного у світі програмного забезпечення для проектування схем. Компанія має більш ніж 15-ти річний досвід з автоматизації проектування електронних приладів та пристроїв і була одним з піонерів комп'ютерної розробки електроніки. В даний час обладнання Electronics Workbench використовується більш ніж на 180 тисяч робочих місць. У комплект продуктів Electronics Workbench входять засоби для опису електричних схем, їх емуляції (SPICE, VHDL та patented co-simulation), а також для розробки та автоматичного трасування друкованих плат. Користувачі отримують по-справжньому унікальний продукт, найпростіші в галузі засоби використання, інтегровані між собою в єдине ціле. Майстер підтримки та оновлень (SUU – Support and Upgrade Utility) автоматично перевіряє наявність та встановлює по мережі необхідні оновлення, забезпечуючи постійно найвищий рівень роботи вашого ПЗ. Продукція Electronics Workbench та National Instruments - це найтісніша інтеграція між засобами розробки, перевірки та тестування САПР електронних засобів, що є в даний час.
Multicap 9 - це найбільш інтуїтивно зрозумілий та потужний засіб опису схем. Нові засоби Multicap значно економлять ваш час, вони включають безрежимне редагування, зручне з'єднання і всебічну базу даних, розбиту на логічні частини прямо на вашому робочому столі. Ці засоби дозволяють вам програмно описати схему практично відразу після того, як у вас з'явилося її загальне уявлення. Однакові послідовності дій виконуються автоматично, не забираю час від створення, перевірки та вдосконалення схеми, завдяки цьому на виході виходять ідеальні продукти з мінімальним часом розробки.
Рисунок 1 - Взаємозв'язок програмного забезпечення Electronics Workbench
Multisim - це єдиний у світі інтерактивний емулятор схем, що дозволяє вам створювати кращі продукти за мінімальний час. Multisim включає версію Multicap, що робить його ідеальним засобом для програмного опису і негайного подальшого тестування схем. Multisim 9 також підтримує взаємодію з LabVIEW та SignalExpress виробництва National Instruments для тісної інтеграції засобів розробки та тестування.
Переваги інтегрованого опису та емуляції Multisim – це унікальна можливість розробки схеми та її тестування/емуляції з одного середовища розробки. Такий підхід має безліч переваг. Початківцям у Multisim не потрібно турбуватися про складний синтаксис SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis - програма емуляції з вбудованим обробником схем) та його команди, а у просунутих користувачів є можливість налаштування всіх параметрів SPICE. Завдяки Multisim опис схеми став як ніколи простим та інтуїтивно зрозумілим. Подання як електронної таблиці дозволяє одночасно змінювати характеристики будь-якої кількості елементів: від схеми друкованої плати до моделі SPICE. Безрежимне редагування - це найефективніший спосіб розміщення та з'єднання компонентів.
Працювати з аналоговими та цифровими складовими елементами інтуїтивно просто та зрозуміло. Крім традиційного аналізу SPICE, Multisim дозволять користувачам підключати до схеми віртуальні прилади. Концепція віртуальних інструментів – це простий та швидкий спосіб побачити результат за допомогою імітації реальних подій. Також Multisim є спеціальні компоненти під назвою "інтерактивні елементи" (interactive parts), ви можете змінювати їх під час емуляції. До інтерактивних елементів відносяться перемикачі, потенціометри, щонайменші зміни елемента відразу відображаються в імітації. При необхідності складнішого аналізу Multisim пропонує більше 15 різних функцій аналізу. Деякі приклади включають використання змінного струму, Монте-Карло, аналіз найбільш несприятливих умов і Фур'є. У Multisim входить Grapher - потужний засіб перегляду та аналізу даних емуляції. Функції опису та тестування схеми, представлені в Multisim, допоможуть будь-якому розробнику схем, заощадять його час і врятують від помилок на всьому шляху розробки схеми.
Micro-Cap - це універсальна програма схемотехнічного аналізу, призначена на вирішення кола завдань. Характерною особливістю цієї програми, втім, як і всього сімейства Micro-Cap є наявність зручного і дружнього графічного інтерфейсу, що робить його особливо привабливим для непрофесійної аудиторії. Незважаючи на досить скромні вимоги до програмно-апаратних засобів ПК (процесор не нижче Pentium II, ОС Windows 95/98/МЕ або Windows NT4/2000/XP, пам'ять не менше 64 Мб, монітор не гірший за SVGA), його можливості досить великі. З його допомогою можна аналізувати як аналогові, а й цифрові схеми. Можливе також змішане моделювання аналого-цифрових електронних пристроїв, а також синтез фільтрів.
Почати працювати у Micro-Cap можна навіть без глибокого освоєння програми. Досить ознайомитись із вбудованим демонстраційним роликом та подивитися базові приклади (їх у комплекті близько 300). Досвідчені користувачі, використовуючи велику бібліотеку компонентів та власні макромоделі, можуть аналізувати складні електронні системи. Грамотне використання спрощених припущень дозволяє проводити розрахунки режимів роботи складних пристроїв із досить високим ступенем точності.
Micro-Cap 9, 10 відрізняються від молодших представників свого сімейства досконалішими моделями електронних компонентів та алгоритмами розрахунків. За можливостями схемотехнічного моделювання він знаходиться на одному рівні з інтегрованими пакетами ORCAD і PCAD2002 - досить складними з осоеніі засобами аналізу та проектування електронних пристроїв, що передбачають в першу чергу професійне використання. Повна сумісність із SPICE-моделями та SPICE-схемами у поєднанні з розвиненими можливостями конвертування дозволяє використовувати у Micro-Cap всі розробки та моделі, призначені для цих пакетів, а отримані навички моделювання дозволять у разі потреби швидко освоїти професійні пакети моделювання.
Micro-Cap 9, 10 надають великі можливості аналізу силових перетворювальних пристроїв. Програма має налаштування, включення яких оптимізує алгоритми розрахунку силових схем, бібліотека компонентів містить велику кількість узагальнених ШІМ-контролерів і безперервних моделей основних типів перетворювачів напруги для аналізу стійкості стабілізованих джерел живлення на їх основі.
Перелічені переваги роблять програму Micro-Cap дуже привабливою для моделювання електронних пристроїв середнього ступеня складності. Зручність у роботі, невибагливість до ресурсів комп'ютера та можливість аналізувати електронні пристрої з достатньою кількістю компонентів дозволяють успішно використовувати її як радіоаматорам і студентам, так і інженерам-розробникам. Крім того, програми сімейства Micro-Cap активно використовуються у науково-дослідній діяльності.
Перші версії Micro-Cap, дійсно, були досить примітивними та малопридатними для вирішення реальних інженерних завданьсхемотехнічного проектування Вони дозволяли розраховувати лише прості аналогові схеми. Для розрахунку цифрових пристроїв використовувалася інша програма тієї ж фірми – MicroLogic (пізніше вона була інтегрована у Micro-Cap). Але навіть цього вистачало для навчання студентів основ електроніки.
Особливо хочеться відзначити інтерфейс програми. Розробники дуже серйозно підходять до цього питання починаючи з молодших версій. Досить сказати, що до повсюдного поширення Windows, версія Micro- Cap IV, випущена 1992 року, вже мала дуже зручний віконний графічний інтерфейс, який був не характерний програм того часу. Цей інтерфейс дозволяв під DOS отримувати практично всі зручності, які мають користувачі Windows.
Використання програми Micro-Cap дозволяє не лише вивчати роботу електронних схем, але й набувати навичок налагодження електронних пристроїв. Основні прийоми отримання робочої моделі нічим не відрізняються від методик уведення в робочий режим реальних електронних пристроїв. Саме ці властивості і дозволяють рекомендувати його насамперед студентам та радіоаматорам.
автоматизований програма радіоелектронний частотний
2. Схемотехнічне моделювання РЕМ
2.1 Опис процесу підготовки РЕМ до моделювання
Схема електрична важлива модельованого РЕМ представлена малюнку.
Це РЕМ представляє вибірковий підсилювач (підсилювач звукової частоти). Моделювання проводилося у програмі Micro-Cap 9, SPICE-подібній програмі для аналогового та цифрового моделювання електричних та електронних ланцюгів з інтегрованим візуальним редактором.
Для моделювання РЕМ мною були зроблені такі дії:
1) Як джерело вхідного сигналу був використаний генератор синусоїдальної напруги з амплітудою напруги 0,5 і частотою коливань 5 кГц;
2) Кінцевий пристрій був представлений резистором навантаження величиною 4 Ома, що еквівалентно величині кінцевих пристроїв подібних підсилювачів, таких як динамік колонки;
3) У бібліотеці програми Micro-Cap не виявилося операційного підсилювача К140УД8. Аналогом цього підсилювача вважатимемо операційний підсилювач МС1558, найбільш близький за своїми параметрами до К140УД8;
4) Були підібрані аналоги до транзисторів КТ310В, КТ3107В, КТ815В, КТ814В. Пара компліментарних транзисторів КТ310В – КТ3107В була замінена парою компліментарних транзисторів bc107BP – bc178AP.
У процесі аналізу схеми було з'ясовано, що у цьому РЕМ відбувається посилення вхідного сигналу з допомогою його проходження через ОУ, підключеного за схемою инвертирующего підсилювача. Заключний каскад складається з дільника напруги та двох пар компліментарних транзисторів, підключених за схемою із загальним колектором. Необхідність введення пар компліментарних транзисторів обумовлена неприпустимістю спотворення вхідного сигналу, тому нам потрібно отримати однакове посилення і позитивної, і негативної напівхвиль вхідного сигналу. Підключення за схемою із загальним колектором дозволяє отримати посилення по струму, а отже, і за потужністю.
2.2 Моделювання статичних показників
Статична характеристика РЕМ представлена малюнку.
За графіком видно, що вхідний сигнал посилюється негативної області. Це пояснюється тим, що використовується підключення ОУ за схемою підсилювача, що інвертує.
2.2 Моделювання динамічних характеристик
Динамічна характеристика РЕМ представлена малюнку.
За графіком видно, що незначне спотворення вхідного сигналу. Фаза сигнал не змінилася на протилежну, оскільки використовувалося підключення ОУ за схемою підсилювача, що не інвертує. Сигнал на виході є масштабною копією вхідного сигналу.
Виходячи з вищевикладеного можна зробити висновок, що схема підсилювача виконує свою функцію, підсилюючи вхідний сигнал і не вносячи до нього спотворень.
2.3 Моделювання частотних показників
Частотна характеристика підсилювача представлена малюнку.
З частотних показників першого каскаду видно, що ОУ забезпечує посилення сигналу частотах від 5 Гц. Можна зробити висновок, що смуга частот, що пропускаються підсилювачем, приблизно дорівнює типовій для підсилювача звукової частоти і лежить в діапазоні від 1 кГц до 30 кГц. Оскільки використовувалося підключення ОУ за схемою інвертуючого підсилювача, бачимо зміну фази сигналу протилежну.
Висновок
За підсумками виконання контрольної було досягнуто наступних результатів:
Освоєно методики автоматизованого проектування та схемотехнічного моделювання вузлів та блоків РЕМ з використанням засобів САПР.
Вивчено можливості сучасних пакетів прикладних програм САПР РЕМ;
Сформування теоретичних знань та практичних навичок використання засобів САПР при схемотехнічному моделюванні вузлів та блоків РЕМ.
Проаналізовано основні можливості пакета схемотехнічного моделювання, що використовується в контрольній роботі;
Виконано моделювання статичних, динамічних та частотних характеристик вузлів та блоків РЕМ;
Проведено оптимізацію параметрів та характеристик РЕМ.
Досягши спочатку поставлених завдань, вважаю контрольну роботу закінченою, а досліджене РЕМ придатним до використання у практичній діяльності.
Список літератури
1. Разевіг В.Д. Схемотехнічне моделювання за допомогою Micro-CAP 7. – М.: Гаряча лінія-Телеком, 2003. – 368 с., іл.
2. Разевіг В.Д. Наскрізне проектування електронних пристроїв Design Lab 8.0. - Москва, "Солон", 2003.
3. Амеліна М.А., Амелін С.А. Програма схемотехнічного моделювання Micro-Cap 8. - М: Гаряча лінія-Телеком, 2007. - 464 с. іл.
4. Горбатенко С.А., Горбатенко В.В., Середа О.М. Основи комп'ютерного проектування та моделювання радіоелектронних засобів: методичні вказівки щодо курсового проектування. Воронеж: Воронезький інститут МВС Росії, 2012. ? 27 с.
5. Автоматизація проектування радіоелектронних засобів: Навч. посібник для вузів/О.В. Алексєєв, А.А. Головков, І.Ю. Пивоварів та ін; За ред. О.В. Алексєєва. - Рекоменд. МО РФ. - М: Вищ.шк., 2000. - 479 с.
6. Антипенський Р.В. Схемотехнічне проектування та моделювання радіоелектронних пристроїв / Р.В. Антипенський, А.Г. Фадін. – М.: Техносфера, 2007. – 127 с.
7. Кардашев Г.А. Цифрова електроніка на персональному комп'ютері/ Г.А. Кардашів. – М.: Гаряча лінія – Телеком, 2003. – 311 с.
8. Петраков О.М. Створення аналогових PSPICE – моделей радіоелементів / О.М. Петраків. - М: РадіоСофт, 2004. - 205 с.
Розміщено на Allbest.ru
Подібні документи
Характеристика пакетів прикладних програм САПР. Вивчення особливостей роботи SCADA-систем, які дозволяють значно прискорити процес створення ПЗ верхнього рівня. Аналіз інструментального середовища розробки додатків збору даних та управління Genie.
реферат, доданий 11.06.2010
Розрахунок параметрів радіоелектронних засобів різних сторін радіоелектронного конфлікту. Переваги та недоліки тих чи інших методів радіоелектронного придушення та захисту РЕМ. Аналіз ефективності застосування засобів перешкод зупинки та перешкодозахисту.
курсова робота , доданий 19.03.2011
Створення системи захисту мовної інформації на об'єкті інформатизації. Шляхи блокування акустичного, акусто-радіоелектронного, акустооптичного, радіоелектронного каналів витоку даних. Технічні засоби захисту інформації від підслуховування та запису.
курсова робота , доданий 06.08.2013
Огляд схемотехнічних рішень пристроїв частотної селекції діапазону надвисоких частот. Системи автоматизованого проектування об'ємних моделей. Математична модель конструктивних реалізацій частотних фільтрів, комп'ютерне моделювання.
дипломна робота , доданий 09.07.2012
Розрахунок коефіцієнта посилення САУ та властивості зовнішніх статичних характеристик. Побудова частотних характеристик САУ та характеристичного коріння. Моделювання перехідних характеристик та перевірка САУ на стійкість. Синтез коригуючого пристрою.
курсова робота , доданий 08.04.2010
Ідентифікація параметрів електромеханічної системи Моделювання нелінійних об'єктів. Оптимізація параметрів під-регуляторів для об'єктів керування з нелінійностями із застосуванням пакета прикладних програм Nonlinear Control Design (NCD) Blockset.
лабораторна робота , доданий 25.05.2010
Характеристики та параметри підсилювача низьких частот, що розробляється. Огляд та аналіз пристроїв аналогічного призначення. Розробка багатофункціональної схеми. Розрахунок вхідного, проміжного, вихідного каскаду, похибок. Схемотехнічне моделювання.
курсова робота , доданий 10.06.2013
Місце проблеми надійності радіоелектронних систем теорії конструювання. Оцінка надійності та показників безвідмовності електронного блоку радіоелектронного пристрою – підсилювача потужності короткохвильового діапазону, загальні рекомендації щодо їх підвищення.
курсова робота , доданий 14.12.2010
Методика проектування багатокаскадного підсилювача змінного струму із зворотним зв'язком. Розрахунок статичних та динамічних параметрів підсилювача, його моделювання на ЕОМ з використанням програмного продукту MicroCap III, коригування параметрів.
курсова робота , доданий 13.06.2010
Визначення та моделювання оптимального управління об'єктом, заданим системою рівнянь за квадратичним функціоналом якості, за точністю, за критерієм Красовського та за швидкодією. Результати роботи математичних пакетів MathCAD та Matlab.
