Использование программы SpectraLAB на практике

Глава 1. Использование программы SpectraLAB на практике

Эта статья — один из фрагментов книги «Проектирование схем на компьютере», подготовленной автором этой статьи К. С. Наседкиным в соавторстве с Е. Васильченко. Книга готовится к выпуску в издатель­стве «СОЛОН-Пресс». Как и эта статья, только в более широком объе­ме, она рассказывает не только о том, как моделировать работу схем, измерить и рассчитать их элементы, но и как заменить компьютером весь комплекс приборов, необходимых при настройке устройств.

1.1. Краткий обзор использования компьютера в радиолюбительской практике

Для моделирования работы схемы в процессе ее разработки в люби­тельской практике часто используются программы Electronics Workbench (EWB, http://www.interactiv.com), Micro-Cap (http://spectrum-soft.com) или OrCAD (http://www.orcad.com) — они наиболее доступны и про­сты для освоения. Имеется еще много других более сложных про­грамм моделирования, в том числе таких, которые включают в себя целый ряд специальных дополнительных функций — проектирова­ние печатных плат, разработка сложных систем программируемой логики, моделирование микропроцессоров и их связи с периферией, разработка электронных компонентов микроволнового и СВЧ-диапазонов и т.д.

Наиболее проста в работе версия 5.12 программы EWB (более поздние версии этой программы уже значительно сложнее). Програм­ма EWB v.5.12 [1] легко осваивается, удобна в работе. После пред­ставления на экране электронной схемы моделирование начинается щелчком обычного выключателя питания, изображенного на интер­фейсе. В отличие от других программ на экран выводятся изображе­ния измерительных приборов, максимально приближенных по внеш­нему виду и характеристикам к их промышленным аналогам.

Пользователю не надо изучать правила составления заданий на Моделирование. Достаточно составить схему из нужных элементов (методом «нажми и тащи»), разместить на ней измерительные приборы, и после щелчка он увидит характеристики своей схемы, все сведе­ния о напряжениях и токах, можно получить много других данных, воспользовавшись программами анализа (Analysis) из меню EWB.

Таким образом, радиолюбитель с помощью этой программы мо­жет получить исходные данные для повторения (часто на схемах от­сутствует указание режима элементов по постоянному току и прак­тически всегда по переменному) или разработки различных схем. Следует иметь в виду, что ни одна из существующих программ мо­делирования схем не может обеспечить необходимой точности для выбора элементов схемы, которые бы обеспечивали «идеальную» ра­боту усилителя. Настройку приходится выполнять уже на собранном усилителе на слух и/или с помощью других программ, например SpectraLAB.

Программы моделирования позволяют выбрать наилучшую (с точ­ки зрения радиолюбителя) схему, понять, какие элементы и их пара­метры влияют на работу каскада или всей схемы. Это крайне необхо­димо знать при определении настроечных элементов в схеме и при «идеальной» отладке устройства. С этой задачей EWB, несмотря на ее простоту, справляется весьма успешно.

К недостаткам программы EWB относится невозможность введе­ния в нее других математических моделей электронных компонентов, кроме заданных в программе, что несколько сказывается на точности моделирования, например, радиоламп. В результате этого низка точ­ность определения при моделировании ламповой схемы коэффициен­та нелинейных искажений (опция Fourier).

Программы Micro-Cap [2] и OrCAD этого недостатка не имеют. В них можно использовать более сложные математические модели радиоламп и других компонентов, которые появились в последнее время и позволяют моделировать схемы с большей точностью (http://www.normankoren.com/Audio; http://www.birotechnology.com/articles; http://www.next-power.net/next-tube/ru; http://www.duncanamps.com; http:// www.intusoft.com и др.).

Как правило, числовые коэффициенты математических моделей компонентов рассчитываются в математических программах Matlab, MatCAD [4] и других по значениям, определенным в ряде точек на ха­рактеристике электронного компонента. В этих же программах можно также разрабатывать отдельные каскады схемы, выбирая наиболее оп­тимальный режим ее работы (http://www.next-power.net/next-tube/ru и т. д.). Некоторые программы моделирования позволяют для отдель­ных электронных компонентов создавать модель по введенным в них характеристикам компонента, например Micro-Cap.

Существует целый ряд программ, предназначенных для моделиро­вания отдельных каскадов электронных устройств, например: PSUD (схемы выпрямителей, http://www.duncanamps.com), TUBECAD (ли­нейные каскады ламповых усилителей, http://www.glass-ware.com), SEAMPCAD (однотактные выходные каскады ламповых УНЧ, http://www.glass-ware.com), фильтров (Filter Wiz PRO) и т. д. Эти программы, как правило, очень удобны для моделирования, очень легки в освоении и работе, но имеют целый ряд ограничений, на­пример в выборе схем или электронных компонентов (они, как пра­вило, жестко заданы). Тем не менее эти программы можно использо­вать при моделировании схем с большой пользой, если их ограниче­ния вам не мешают.

Программы, позволяющие производить измерения в аппаратуре и ее настройку, работают с использованием: приставок с аналого-циф­ровым преобразователем [3], подключаемым к последовательному или параллельному портам компьютера или через звуковую карту.

Примером программы, использующей устройство с аналого-циф­ровым преобразователем, может служить VirtualBench, которая содер­жит 10 готовых виртуальных приборов: осциллограф, динамический анализатор сигналов, генератор сигналов произвольной формы, гене­ратор функций, цифровой мультиметр, таймер, анализатор логики, редактор формы волны, калибратор устройств. Имеется целый ряд других программ разной степени сложности, которые позволяют с по­мощью устройств с аналого-цифровым преобразователем измерять ток, давление, температуру, регистрировать на экране или принтере сигналы с частотой от одного измерения в миллисекунду до одного измерения в несколько дней и т. д.

Примером программ, которые используют звуковую карту компь­ютера, является SpectraLAB. Эта программа также предоставляет очень большие возможности для работы с радиотехническими устрой­ствами. Недостатки программ, работающих со звуковой картой, опре­деляются ее конструкцией: ограничение частотного диапазона (20...22000 Гц) и невозможность измерений на постоянном токе. С помощью программы SpectraLAB можно проводить измерения и отдельных деталей конструкции с неплохой точностью — трансфор­маторов, индуктивностей, конденсаторов.

Существуют и специальные программы для измерения деталей с использованием звуковой карты (индуктивностей, емкостей и сопро­тивлений), например ММ (http://www.i-adrian.home.ro).