Научные публикации (журналы ВАК)

Micro-Cap 8 – это универсальная программа схемотехнического анализа, предназначенная для решения широкого круга задач. Характерной  особенностью этой программы, впрочем как и всего семейства Micro-Cap [1-4], является наличие удобного и дружественного графического интерфейса, что делает его особенно привлекательным для непрофессиональной студенческой аудитории. Программа схемотехнического анализа Micro-Cap пользуется достаточно большой популярностью. Это связано с тем, что она имеет удобный, дружественный интерфейс и предъявляет достаточно скромные требования к программно-аппаратным средствам персонального компьютера. Однако предоставляемые при этом возможности достаточно велики. Micro-Cap позволяет анализировать не только аналоговые, но и цифровые устройства. В  последних версиях программы возможно также и смешанное моделирование аналого-цифровых электронных устройств. Опытные пользователи могут также в нестандартной ситуации создавать собственные макромодели, облегчающие имитационное моделирование без потери существенной информации о поведении системы. В процессе использования программ этого семейства при обучении студентов Евразийского национального университета имени Л.Н.Гумилева накоплен достаточно большой практический опыт и выявлены характерные особенности этой  программы, один из которых отражен в этой статье.

Micro-Cap 8 отличается от младших представителей своего семейства более совершенными моделями электронных компонентов. Это приближает его по возможностям схемотехнического моделирования к интегрированным пакетам DESIGNLAB, ORCAD, PCAD2002 - достаточно сложным в освоении средствам анализа и проектирования электронных устройств, подразумевающим в первую очередь профессиональное использование.

Micro-Cap 8 - весьма привлекательной для моделирования электронных устройств средней степени сложности [4]. Удобство в работе, нетребовательность к ресурсам компьютера и возможность анализировать электронные устройства с достаточно большим количеством компонентов позволяют успешно использовать ее как  начинающим радиолюбителям, студентам, так и инженерам-разработчикам. Кроме того, программы семейства MicroCap активно применяются в научно-исследовательской деятельности.

В статье рассказывается о моделировании однокаскадного   усилителя напряжения в  среде Micro-Cap 8. Для  моделирования при выполнении работы предлагается однокаскадный усилитель напряжения (рис. 1).   

Рис.1. Схема усилителя напряжения

Схема представляет собой усилительный каскад переменного напряжения на биполярном транзисторе, включённом по схеме с общим эмиттером  (БТ с ОЭ).

R1, R2 – обеспечивают  рабочую точку каскада в классе «A».

R4 – коллекторная  нагрузка  транзистора;

R3, C3 – элементы температурной стабилизации коэффициента  усиления  (Ku) усилителя;

R3 – обеспечивает отрицательную обратную связь (ООС) по постоянному току коллектора;

С3 –  блокирует ООС по переменной составляющей тока коллектора;

C1, C2 – разделительные конденсаторы. Препятствуют прохождению постоянной  составляющей  из схемы усилителя во внешние цепи и наоборот;

R5 – нагрузка каскада;

R7, R8 – делитель входного напряжения;

V1 – источник питания 12V;

V2 – источник сигнала.

Чтобы исследовать амплитудную характеристику усилителя напряжения выбираем

Analysis,  затем  Transient Analysis (анализ переходных процессов), в открывшемся окне установим значения.

После задания всех параметров для выполнения моделирования нажимаем на кнопку RUN или клавишу F2. Получаем график, показанный на рис. 2:

Рис. 2. График выполнения анализа однокаскадного усилителя

На экране должны появиться две синусоиды. Первая – сигнал на входе схемы в точке in, вторая,  «обрезанная» сверху и снизу, – сигнал на выходе схемы в точке out.

Нами построены  амплитудно-частотная и амплитудно-фазовые характеристики усилителя напряжения. На практике, чтобы получить данные для  построения амплитудно-частотной характеристики (АЧХ) усилителя, необходимо иметь генератор синусоидальных сигналов, осциллограф и вольтметр переменного напряжения.  К входу усилителя подключается выход генератора  синусоидальных сигналов, а к выходу усилителя – осциллограф и вольтметр (схема на рис. 3).

На выходе генератора устанавливают напряжение сигнала с частотой первой точки частотного диапазона АЧХ и с помощью вольтметра измеряют выходное напряжение, а по осциллографу контролируют форму выходного напряжения, которая при этом не должна искажаться.  Затем переходят к следующей точке частотного диапазона и т. д. При проведении измерений напряжение на выходе генератора поддерживают неизменным. Данные заносятся в таблицу, по которой затем строится АЧХ.

Рис. 3. Схема подключения приборов для снятия АЧХ и АХ

Частота откладывается по горизонтальной оси, как правило, в логарифмическом масштабе, а  по вертикальной оси – расчётное значение коэффициента усиления (Кu) в безразмерных единицах или децибелах.

Фазочастотная характеристика (ФЧХ)  снимается как фазовый сдвиг между входным и выходным сигналом. Это делается либо с помощью двухлучевого осциллографа, либо с помощью с помощью фазометра.

Использование программы Micro-Cap 8 [4] позволяет не только изучать работу электронных схем, но и приобретать навыки наладки электронных устройств. Основные приемы получения рабочей модели ничем не отличаются от методик введения в рабочий режим реальных электронных устройств. Именно эти свойства и позволяют рекомендовать его в первую очередь студентам.