Моделювання пристрою на ЕОМ в САПР «Electronic WorkBench MultiSim 8.0»

3 Моделювання пристрою на ЕОМ

3.1 Вибір моделюючої системи

Проведемо моделювання пристрою на ЕОМ. Для моделювання вибрана САПР «Electronic WorkBench MultiSim 8.0». Дана система підходить для даного приладу, оскільки вона містить у собі базу даних реальних елементів, таких як транзистори, резистори, конденсатори і т.д. Вона дає можливість використовувати моделі реальних генераторів напруги, струму, а також використовувати моделі реальних та віртуальних вимірювальних приладів для відображення різних характеристик пристрою.

Існує багато САПР такого типу. Порівняльна характеристика декількох найвідоміших представлена у таблиці 5. Для порівняння було вибрані такі критерії, як кількість моделей в базі даних, можливості використання реальних моделей радіодеталей, можливість використання моделей вимірювальних пристроїв, новітність моделей. Останній критерії дуже важливий, оскільки в новіших версіях САПР присутні моделі новітніх розробок радіодеталей, врахування сучасних технології зменшення паразитних параметрів деталей, зменшення собівартості.

Таблиця 5 – Порівняння деяких САПР [9,10,11]

Система проектування	MicroCap 6.0	Proteus 6 Proffesional	Electronic WorkBench 5.12	Electronic WorkBench 8.0
Кількість моделей в базі даних	Моделі створюються лише власноруч	12000	Моделі створюються лише власноруч	16000
Можливості використання реальні моделі радіоелементів	—	+	+	+
Можливість використання моделей реальних вимірювальних пристроїв	—	+	—	+
Новітність моделей елементів	до 1998 р	до 2005 р	до 1996 р	до 2005 р

Як бачимо з таблиці доцільно використовувати систему «Electronic WorkBench 8.0», оскільки вона має значно розширену, сучасну базу даних елементів, дає можливість використовувати реальні моделі елементів. Саме тому для моделювання використовується дана САПР.

3.2Вибір моделей компонентів

В даній системі є можливість створення необхідних користувачу моделей, яких немає в базі даних. Так, наприклад, в базі даних не було моделей необхідних нам транзисторів КТ3102А та КТ940А. За допомогою інструментаріїв «Component Wizard» задаємо моделі даних транзисторів відповідно до довідникової літератури [3].

Як джерело напруги використаємо модель AC_POWER, де задамо напругу 0,3В, частоту 1 МГц, що відповідає верхній граничній умові по частоті.

Як резистори, конденсатори і котушки індуктивності вибираємо моделі реальних елементів. Опором навантаження задамо резистор з відповідним опором 3 кОм.

Схема, що введена у систему моделювання представлена на рисунку 4.

Рисунок 4 - Схема моделювання пристрою

Моделі вимірювальних пристроїв: XMM1, XMM2 – моделі вольтметрів, що показують рівень напруги відповідно на вході і на виході; XBP1 - модель аналізатора форми АЧХ; XSC1 – модель осцилографа.

Як модель регулятора підсилення вибираємо змінний резистор з лінійною характеристикою опором 1 МОм. Вибір такого опору пояснюється відсутністю змінного резистора опором 750 кОм в базі даних даної САПР. Встановивши рівень регулятора на 75 % ми отримаємо необхідний опір.

3.3 Моделювання пристрою

1) Дослідимо вихідний сигнал. Подамо на вхід пристрою сигнал амплітудою 0,3В, осцилограма якого показана на рисунку 5.

Рисунок 5 - Осцилограма сигналу на вході пристрою

Отримуємо на виході сигнал (рисунок 6).

Рисунок 6 - Осцилограма сигналу на виході пристрою

Отже, із знятих осцилограм розрахуємо коефіцієнт підсилення по напрузі

 (раз)

2) Дослідимо коефіцієнт нелінійних спотворень. Для цього скористаємось інструментарієм «Fourier Analysis». Спектральний склад побічних гармонік представлено на рисунку 7

Рисунок 7 - Спектр вихідного сигналу. «Voltage (V)» - шкала амплітуд;

«Frequency (Hz)» - шкала частот.

З отриманих результатів обчислимо коефіцієнт нелінійних гармонік, взявши перших три амплітуди гармонік [4]

3) Дослідимо АЧХ пристрою. Для цього скористаємось віртуальним пристроєм під назвою «Bode Plotter». АЧХ пристрою представлено на рисунку 8.

Рисунок 8 - АЧХ пристрою. «Gain (dB)» - шкала коефіцієнта підсилення,

«Frequency (Hz)» - шкала частот.

Розрахуємо коефіцієнти частотних спотворень [4]

=1,02 (дБ)

=1,022 (дБ)

З даного графіка розрахуємо смугу пропускання, враховуючи введену ВЧ корекцію:

 (Гц).

Отримані результати відповідають вимогам, поставленим у ТЗ.

4) Проведемо моделювання регулятора підсилення. Вихідний сигнал при мінімальному опорі регулятора ми зняли в п 3.3.1. Проведемо моделювання при встановленому опорі регулятора 750 кОм. Вихідний сигнал для даного положення регулятора показаний на рисунку 9.

Рисунок 9 – Вихідний сигнал при максимальному опорі

регулятора рівня

З даного графіка маємо  мВ. Розрахуємо глибину регулювання

 (раз) = 67 (дБ).

Це значення глибини регулювання задовольняє поставлену умову ТЗ.

Отже, в результаті моделювання пристрою в САПР «Electronic WorkBench MultiSim 8.0» ми перевірили всі параметри розробленого пристрою. В ході моделювання було виявлено, що коефіцієнт підсилення, смуга пропускання пристрою, лінійні та нелінійні спотворення, глибина регулювання задовольняють поставленим умовам в ТЗ.

Для порівняння результатів, отриманих у даному пункті, занесемо їх у таблицю 6.

 

Таблиця 6 – Таблиця порівняння результатів розрахунків із умовами ТЗ

Параметр чи характеристика	Результати, отримані при моделювання	Параметри та характеристики в ТЗ
, раз/дБ	281/48,9	283,3/49,055
, дБ	1,02	1,8
, дБ	1,022	1,8
, %	1,1	1,8
, МГц	20	6,950
Глибина регулювання, дБ	67	60

Отже, як видно з даної таблиці, розрахований пристрій відповідає поставленим умовам ТЗ, його параметри дають можливість забезпечити  якісне відображення на екрані кінескопу.