"Electronics Workbench" – алгоритм инструмента моделирования электронных схем

книга

6. Установка параметров компонентов

Для того чтобы установить параметры конкретного элемента нужно его выделить, щелкнув по нему левой клавишей мыши, а затем нажать правую клавишу мыши и в вышедшем контекстном меню выбрать пункт "Component properties…", или нажать кнопку "Component properties…" на панели инструментов (это можно сделать и через меню "Circuit"). Либо можно два раза кликнуть на нем (компоненте) левой клавишей мыши. Рассмотрим установку параметров компонентов на конкретных примерах (вакуумном триоде и резисторе). Выделив компонент и нажав правую клавишу мыши, просмотрим пункты появившегося контекстного меню (рис. 6.1). Самым верхним пунктом будет стоять "Component properties…", туда-то нам и надо, но прежде хотелось бы пояснить назначение других пунктов:

Рис. 6.1. Контекстное меню для компонента

"Cut", "Copy" и "Delete" - соответственно "Вырезать", "Копировать" и "Удалить" компонент (есть и соответствующие этим командам кнопки на панели инструментов и на клавиатуре - [ctrl+x], [ctrl+c] и [del]).

"Rotate", "Flip horizontal" и "Flip vertical" - "Вращать", "Отразить по горизонтали" и "Отразить по вертикали" соответственно (аналогичные им кнопки имеются на панели инструментов, а с клавиатуры сочетание клавиш [ctrl+r] - вращать). "Help" - вызывает справку именно по этому компоненту. Точно также можно выделить компонент левой клавишей мыши и нажать кнопку "help" на панели инструментов.

Контекстное меню свободного от компонентов поля (рис.6.2) отличается от контекстного меню компонента. Все пункты этого меню вам уже знакомы, кроме последнего. Этот пункт позволяет добавлять в схему один из ранее введенных в нее компонентов, в данном случае это ламповый триод (а в общем случае последние пять элементов, которые вводились в схему).

Рис. 6.2. Контекстное меню свободного от компонентов поля (рабочей области)

Вернемся к установке параметров компонентов. После того как вы выбрали из контекстного меню компонента пункт "Component properties…" (или другим способом выбрали "Component properties…") то перед вами появиться окно свойств компонента.

Рис. 6.3. Окно свойств резистора.

Окно открывается всегда на вкладке выбора модели (для сложных компонентов, например для операционного усилителя, транзистора или вакуумной лампы) или установки номинала (для простых элементов типа резисторов, конденсаторов и т.д.).

Рассмотрим для начала установку параметров такого простого элемента как резистор (окно свойств которого приведено на рис. 6.3). Как видно из рисунка в окне свойств компонента содержится несколько вкладок (у резистора их пять), и мы сейчас рассмотрим их более подробно.

Первая вкладка называется "Label" ("Метка"). На ней можно задать компоненту метку (то есть, например, можно резистору, регулирующему коэффициент усиления усилительного каскада присвоить метку "Усиление" (см. рис. 6.4) и т.п.). Метки предназначены в первую очередь для удобства пользования схемой. В поле ввода "Label" нужно задать значение метки.

Рис. 6.4. Метка "Усиление", присвоенная резистору, чтобы не забыть его назначение в схеме (в данном случае это регулятор усиления схемы).

В поле "Reference ID" ("Обозначение элемента") можно установить обозначение элемента, отличающееся от значения которое дает программа каждому элементу по умолчанию (например, это R1, R2 и т.д.). Это может быть полезно при задании обозначений транзисторам (которым программа дает обозначения Q1, Q2, Q3 и т.д. в отличие от принятого у нас обозначения VT1, VT2 …) и другим элементам схемы. А теперь перейдем к следующей вкладке, которая называется "Value" ("Номинал").

На этой вкладке можно установить номинал элемента. Для резистора это его сопротивление. Для этого нужно в поле ввода "Resistance (R)" ("Сопротивление") ввести его значение и выбрать множитель - Щ, kЩ или MЩ (Ом, кОм и МОм соответственно).

Помимо этого можно выбрать температурные коэффициенты изменения сопротивления первого и второго порядка. Это пункты "First-order temperature coefficient (TC1)" ("Температурный коэффициент сопротивления первого порядка") и "Second-order temperature coefficient (TC2)" ("Температурный коэффициент сопротивления второго порядка"). Кроме того, можно задать допуск на номинал резистора в пункте "Resistance tolerance" ("Допуск сопротивления"). Этот пункт станет активным, после того как вы уберете "галочку" в пункте "Use global tolerance" ("Использовать допуск, установленный по умолчанию").

Следующая вкладка имеет название "Fault" ("Дефект"). Само название этой вкладки говорит о том, что тут можно установить некоторый дефект у элемента, для выяснения того, как поведет себя схема при его появлении (например, утечка конденсатора, короткое замыкание или обрыв в резисторе и т.п.).

На вкладке нужно выбрать выводы элементов, между которыми происходит короткое замыкание, обрыв или утечка. После выбрать соответствующий дефект из пунктов:

- "Leakage" ("Утечка"): при выборе этого пункта следует указать сопротивление, соответствующее утечке.

- "Short" ("Короткое замыкание"): короткое замыкание между выводами компонента.

- "Open" ("Обрыв"): обрыв между выбранными выводами компонента.

- "None" ("Нет"): выбор этого пункта означает, что дефектов нет, и элемент работает нормально.

Вкладку "Fault" стоит проверять каждого элемента перед запуском симуляции схемы у, так как неправильная установка этих параметров может привести к срыву сценария симуляции схемы или к выдаче неправильного результата.

Следующая вкладка "Display" ("Дисплей") позволяет отображать элемент на схеме не так как остальные (для всех элементов эти параметры устанавливаются в "Schematic options").

По умолчанию в пункте "Use Schematic Options global setting" ("Использовать опции отображения установленные для всех") стоит "галочка". Если ее убрать, то становятся активными пункты "Show labels" ("Показывать метки"), "Show values" ("Показывать номинал") и "Show reference ID" ("Показывать обозначение"). Пояснять назначение этих пунктов дополнительно я не буду, так как мы с ними уже встречались ранее.

У резистора имеется еще одна вкладка - "Analysis setup" ("Установки анализа"), где можно настроить некоторые опции анализа схемы. Например, у резистора можно установить температуру, при которой производится симуляция и анализ его работы в схеме. Для того чтобы установить эту температуру необходимо снять "галочку" с пункта "Use global temperature" ("Использовать температуру, установленную по умолчанию") и ввести свое значение в поле ввода "Temperature" ("Температура").

С установкой параметров резистора мы закончили. У остальных элементов имеются аналогичные вкладки, и у некоторых компонентов появляются новые, которых нет у резистора, или наоборот - некоторых вкладок у них не будет. Так, например, у некоторых логических элементов (из библиотеки "Logic gates") появляется вкладка "Number of inputs" ("Количество входов") позволяющая выбирать, сколько входов будет у этого компонента. У компонента "red probe" ("Логический пробник") из библиотеки "Indicators" имеется вкладка "Choose Probe" ("Выбор пробника") на которой можно выбрать цвет пробника (их всего три - красный, зеленый и синий).

Вкладка "Analysis setup" имеется только у некоторых компонентов - постоянных резисторов, выпрямительных диодов, стабилитронов, светодиодов, биполярных и полевых транзисторов (у транзисторов из арсенида галлия это вкладки нет) и у источников питания постоянного и переменного тока. Для источников питания эта вкладка отличается от аналогичной вкладки для всех остальных (на ней устанавливаются настройки анализа по переменному току). Установки анализа стоящие по умолчанию вполне подходят для симуляции большинства схем, которые вы будете изучать или собирать сами. Поэтому мы не будем в этой книге останавливаться подробно на настройках анализа схем, так как это затруднит усвоение основного материала (к тому же при этом работа увеличится раза в два, если объяснять назначение этих настроек подробно и доступно). Если вы желаете узнать об этих настройках больше, то рекомендую обратиться к справочной системе программы "Electronics Workbench".

Вкладка "Value" для всех компонентов естественно отличается (не будем же мы устанавливать напряжение у резистора, или сопротивление у конденсатора, хотя это можно сделать, если вы вспомните про вкладку "Fault" и для чего она нужна).

И, наконец, у таких компонентов как микросхемы (аналоговые или цифровые), транзисторы, диоды и т.п. вместо вкладки "Value" появляется вкладка "Models", к рассмотрению работы с которой мы с вами сейчас приступим. В качестве примера возьмем вакуумный триод, и попробуем установить его параметры так, как нам требуется.

Откройте окно параметров вакуумного триода двойным щелчком по его изображению на схеме. Перед вами появится окно, внешний вид которого показан на рис.6.5, и как я уже говорил вместо вкладки "Value" появилась вкладка "Models", на которой мы можем выбрать нужную нам лампу и отредактировать при необходимости ее параметры.

Рис. 6.5. Окно свойств вакуумного триода.

На вкладке "Models" можно выбрать одну из библиотек (в списке выбора "Library") в которой хранятся модели компонентов данного типа, а в списке выбора "Model" можно выбрать некоторую конкретную модель из моделей, имеющихся в библиотеке. Справа от списков выбора находятся кнопки, с помощью которых можно выполнять некоторые операции над отдельными моделями и библиотеками (в основном операции с моделями). Рассмотрим, какие именно операции они позволяют выполнять.

С помощью кнопки "New library" вы можете создать новую библиотеку. При нажатии на нее перед вами появиться окно, показанное на рис. 6.6. В этом окне вы должны ввести имя библиотеки. Имя библиотеки должно состоять из латинских букв и не содержать пробелов (количество букв в названии ограничено восьмью знаками). В созданную библиотеку вы можете скопировать модели из других библиотек (но только касающихся данного элемента, то есть вы не можете в библиотеку для транзисторов вложить модель диода и т.д.). Создание новой библиотеки потребуется в случае, если вы захотите создать библиотеку моделей транзисторов, которых нет изначально в программе (или вы можете для удобства создать библиотеку с компонентами, которыми вы пользуетесь чаще всего) и т.п.

Рис. 6.6. Окно для ввода имени создаваемой новой библиотеки

Кнопки "Copy", "Paste", "Delete" и "Rename" (соответственно "Копировать", "Вставить", "Удалить" и "Переименовать") предназначены для выполнения операций только с моделями компонентов. Для того чтобы скопировать, удалить или переименовать модель компонента ее нужно выделить и нажать соответствующую кнопку, а для того чтобы вставить модель в какую-нибудь библиотеку нужно выделить эту библиотеку, и нажать кнопку "Paste". При этом программа вам сразу выдаст предложение переименовать модель (и лучше это сделать). С моделями выполнять операции просто, а вот операции с библиотеками сложней, - вы не можете удалить или переименовать библиотеку непосредственно из программы. Для того чтобы удалить или переименовать библиотеку вам нужно найти папку с моделями и библиотеками. Эта папка находится в папке с программой и называется [MODELS]. Найдя нужную вам библиотеку (или модель) вы можете изменить ее имя или удалить ее.

И, наконец, мы добрались до кнопки "Edit", которую я намеренно вначале пропустил. При ее нажатии на экран выводится окно свойств выбранной модели, которые можно просмотреть или отредактировать.

На рис. 6.7. показано окно параметров лампового триода.

Рис. 6.7. Окно установки параметров компонента

Чтобы установить нужные параметры требуются некоторые знания о них, и о том в каких пределах они находятся. Поэтому, прежде чем устанавливать параметры лампового триода, давайте немного отвлечемся от самой программы и вспомним, какими параметрами он характеризуется.

Анодный ток триода зависит от напряжения на аноде и на управляющей сетке. Характер этой зависимости, определяется его основными параметрами. К таким параметрам триода относятся: крутизна характеристики S, внутреннее сопротивление Ri и коэффициент усиления м. Основные параметры вакуумного триода можно найти в справочниках по электронным лампам или легко определить по его вольтамперным характеристикам.

Итак, рассмотрим, какими же основными параметрами обладает вакуумный триод и как их можно определить.

Крутизна характеристики S показывает, на сколько миллиампер изменяется анодный ток при изменении сеточного напряжения на 1В при неизменном напряжении на аноде, ее размерность - [mA/B]. Этот параметр легко определяется из семейства анодно-сеточных характеристик лампового триода (см. рис.6.8) на прямолинейных участках этих характеристик

при .

Крутизна характеристики часто указывается в справочниках, и нет необходимости ее вычислять (конечно, если только параметры лампы не устанавливаются экспериментальным путем). Перейдем теперь к рассмотрению следующего параметра триода - внутреннего сопротивления Ri.

Рис. 6.8. Семейство анодно-сеточных характеристик лампового триода

Внутренним сопротивлением триода Ri называют отношение изменения анодного напряжения к соответствующему изменению анодного тока при неизменном напряжении на сетке

, при

Величину Ri можно легко определить из семейства анодных характеристик (см. рис. 6.9). Ri имеет размерность [кОм] или [МОм].

Рис. 6.9. Семейство анодных характеристик лампового триода

Коэффициентом усиления м называют отношение изменения анодного напряжения к изменению сеточного напряжения, вызывающего одинаковое изменение анодного тока. Коэффициент усиления безразмерная величина. Его можно определить из анодно-сеточных или анодных характеристик:

при ;

Коэффициент усиления зависит от конструктивных особенностей лампы. Чем ближе сетка расположена к катоду (и чем она гуще), тем более сильное влияние оказывает сеточное напряжение на анодный ток, и соответственно, тем большим будет коэффициент усиления триода. Величина, обратная коэффициенту усиления, называется проницаемостью D

.

Соотношение, связывающее между собой параметры триода S, м и Ri называют основным уравнением триода

, или просто .

Важными параметрами триода являются также максимально допустимые напряжения на его электродах и ток через него (напряжение анод-катод, напряжение катод-сетка, максимальный анодный ток и т.д.). Эти параметры всегда указывают в справочниках на все лампы (независимо от типа лампы).

На частотный диапазон лампы влияют паразитные межэлектродные емкости (например, емкость между сеткой и катодом лампы). Величина этих емкостей определяет максимальную частоту, на которой эту лампу можно использовать. Межэлектродные емкости обычно указываются в справочниках. Если этих данных нет, то этот триод, скорее всего низкочастотный, и межэлектродные емкости не так важны, поэтому вы можете установить их приблизительное (т.е. типовое) значение. Теперь, когда мы немного вспомнили параметры вакуумного триода, можно устанавливать их для моделей триодов имеющихся в программе. Сначала переведем обозначения параметров вакуумного триода, которые используются в программе EWB:

- "Plate-cathode voltage": "Напряжение анод-катод";

- "Grid-cathode voltage": "Напряжение катод-сетка";

- "Plate current": "Анодный ток";

- "Amplification factor": "Коэффициент усиления";

- "Grid-cathode capacitance": "Емкость сетка-катод";

- "Plate-cathode capacitance": "Емкость анод-катод";

- "Grid-plate capacitance": "Емкость сетка-анод".

Справа от поля ввода значения параметра указана его размерность. Размерность нужно учитывать при вводе числового значения параметра (например, если величина емкости равна 47 мкФ, то не следует записывать в поле ввода с размерностью "F" ("Фарад") значение "47", это будет ошибкой; вместо этого вы должны записать в него значение "0.000047").

Теперь, когда вы сможете установить параметры вакуумного триода, попробуйте установить такие параметры, какие показаны на рис. 6.7. и нажмите кнопку "OK". Не получается, и ни чего удивительного в этом нет …

У вас, наверное, возник вопрос - "А почему не получается, ведь все сделано правильно?". На этот вопрос отвечает следующий параграф книги, который специально выделен отдельно, хотя, в сущности, является продолжением текущего параграфа. Этому разделу необходимо выделить особое внимание, так как от правильной установки параметров компонентов во многом зависит и достоверность полученных результатов анализа схемы. Из-за того, что установка параметров некоторых компонентов невозможна непосредственно из программы, приходится описывать ее отдельно.

Делись добром ;)