POLITECHNIKA ŁÓDZKA

KATEDRA MIKROELEKTRONIKI

I TECHNIK INFORMATYCZNYCH

LABORATORIUM

ELEKTRONIKA PRZEMYSŁOWA

Wprowadzenie

Zapoznanie z programem MicroCap

Opracował: TOMASZ POŹNIAK

Kierunek: ELEKTROTECHNIKA II ROK SEM. IV

Wprowadzenie

ZAPOZNANIE Z PROGRAMEM MicroCap

1. Uruchomienie i zamykanie programu

Program symulatora uruchamia się po wybraniu skrótu z pulpitu lub wybraniu ikony programu w katalogu c:\MC6\ co pokazano na rys.1 (ew. poleceniem RUN z menu START systemu Windows).

Rys.1. Ikona programu uruchamiającego program MicroCap ver.6

Rys.2. Okno programu MicroCap podczas wyboru projektu do otwarcia z listy plików w podkatalogu DATA

Wyboru projektu do edycji dokonuje się poleceniem Open z menu File po którym otwierane jest okno dialogowe umożliwiające wyszukanie i wybór żądanego projektu (rys. 2).

Uruchomienie analizy czasowej (obliczanie przebiegów napięć i prądów w funkcji czasu) następuje po wybraniu polecenia Transient... z menu Analysis (rys. 3).

Rys.3. Okno programu MicroCap otwarte do edycji projektu układu impulsowego (przerzutnika astabilnego 555)

Rys.4. Okno programu MicroCap z wynikami analizy czasowej układu impulsowego (przerzutnika astabilnego 555)

Wyniki analizy (rys. 4) można i należy skopiować do pliku graficznego (nadając mu odpowiednią nazwę) i przesłać go do schowka lub katalogu własnego ep-xx w celu późniejszego wykorzystania w sprawozdaniu. W tym celu należy posłużyć się poleceniem Copy to Clipboard lub Copy the Entire Window to a Picture File... z menu Edit, deklarując odpowiedni format pliku graficznego.

Analizę kończy się poleceniem Exit Analysis wybranym z menu Transient lub skrótem klawiszowym F3.

Na rysunku 5 pokazano model przerzutnika monostabilnego.

Rys.5. Projekt układu impulsowego - przerzutnika monostabilnego 555

Warto tu zwrócić uwagę na źródło V1 sterujące wyzwalaniem tego przerzutnika. Okno dialogowe w którym deklaruje się parametry tego źródła otwiera się podwójnym kliknięciem na jego symbolu graficznym (rys.6). Na rysunku 7, pokazującym wyniki symulacji, przebieg górny to przebieg generowany przez źródło V1 (szczegóły w p. 2.2).

Rys.6 Okno dialogowe w którym deklaruje się parametry źródła impulsowego V1

Rys.7. Wyniki analizy czasowej układu impulsowego (przerzutnika monostabilnego 555)

Zamykanie programu następuje po wybraniu polecenia Exit z menu File (ew. skrótem klawiszowym Alt F4).

2. Badania symulacyjne przy wykorzystaniu analizy czasowej (Transient Analysis)

2.1. Budowa i uruchomienie prostego modelu układu I rzędu

Na rysunku 8 pokazano obwód RC w którym obserwować można ładowanie kondensatora ze źródła napięcia stałego oraz drugi, RL, w którym ustala się prąd cewki wymuszony napięciem stałym.

Rys.8. Model prostego układu zasilanego napięciem stałym: RC – po lewej, RL – po prawej

Przed uruchomieniem analizy wybrać i zadeklarować odpowiednie przebiegi, które powinny być wyświetlane i określić ich zakres oraz skalę w oknie dialogowym Transient Analysis Limits, (rys. 9).

Rys.9. Okno dialogowe do ustalania parametrów analizy

Czas trwania analizy powinien być tak dobrany aby warunki pracy ustaliły się. Przykładowe wyniki badań pokazano na rys. 10 i 11.

Rys.10. Przebiegi napięcia i prądu w układzie RC z rys. 8 (ładowanie kondensatora)

Rys.11. Przebiegi napięcia i prądu w układzie RL, z rys. 8

2.2. Definiowanie parametrów napięciowego źródła impulsowego

Na rysunku 12 pokazano te same obwody w których przebiegi napięć i prądów wymuszane są przez impulsowe źródła energii.

Rys.12. Model prostego układu zasilanego napięciem z generatora fali prostokątnej: RC – po lewej, RL – po prawej

Sposób definiowania parametrów źródła impulsowego, pełniącego rolę generatora fali prostokątnej, pokazano na rysunku 13.

Rys.13. Okno dialogowe do definiowania parametrów napięciowego źródła impulsów

Poszczególne parametry źródła oznaczają:

• VZERO - wartość napięcia odpowiadającą poziomowi ZERO,

• VONE - wartość napięcia odpowiadającą poziomowi JEDEN,

• P1 - czas opóźnienia do rozpoczęcia zbocza narastającego,

• P2 - czas opóźnienia do zakończenia narastania zbocza (do osiągnięcia poziomu JEDEN),

• P3 - czas opóźnienia do zakończenia grzbietu impulsu (do rozpoczęcia opadania zbocza),

• P4 - czas opóźnienia do zakończenia opadania zbocza (osiągnięcia poziomu ZERO),

• P5 - okres powtarzania przebiegu.

Uwaga: Wszystkie czasy liczone są od tego samego momentu, inaczej niż w symulatorze PSpice!

2.3. Budowa i uruchomienie prostego modelu układu II rzędu

Na rysunku 14 pokazano model układu pozwalającego badać właściwości obwodu II rzędu pobudzanego skokiem napięcia. Pulsacja drgań własnych nietłumionych obwodu RLC określona jest wzorem

$$\omega_{o} = \sqrt{\frac{1}{\text{LC}}}$$

Jednak rzeczywista pulsacja jest mniejsza, co wynika z tłumienia obwodu w którym obecna jest rezystancja. Wzór określający pulsację drgań tłumionych obwodu RLC ma postać

$$\omega = \sqrt{\frac{1}{\text{LC}} - \frac{R^{2}}{{4L}^{2}}} < \ \omega_{o}$$

Rys.14. Model zasilanego napięciem stałym układu RLC

W badanym obwodzie ω_o= 10⁵ s^-1, zatem na podstawie wzoru

ω₀ = 2πf₀

częstotliwość drgań nietłumionych wynosi f₀=16 kHz. Analizowany obwód może mieć charakter drgający lub aperiodyczny. Zależy to od wartości występującej w obwodzie rezystancji tłumiącej. Wartość krytyczną tej rezystancji określa wzór

$$R = 2\ \sqrt{\frac{L}{C}}$$

W badanym układzie wartość ta to: R = 2 Ω.

Wyniki obrazujące wpływ tłumienia (wpływ rezystancji R1) na właściwości układu pokazano na rysunku 15.

Rys.15. Przebiegi napięć i prądów w układzie RLC z rys. 14 – uzyskane przy wykorzystaniu funkcji Stepping

Na rysunkach 16 i 17 pokazano trójwymiarową prezentację uzyskanych wyników (z rys. 15).

Rys.16. Powierzchnia obrazująca napięcie na kondensatorze w funkcji czasu i rezystancji tłumiącej R1

Rys.17. Powierzchnia obrazująca prąd obwodu w funkcji czasu i rezystancji tłumiącej R1

3. Opracowanie wyników

W sprawozdaniu należy podać:

• schemat zbudowanego modelu prostego układu (z pkt. 2.1, 2.2, 2.3) wraz z danymi jego elementów składowych,

• wyniki badań symulacyjnych w postaci uzyskanych przebiegów czasowych napięć i prądów w badanym układzie,

• badania powinny ilustrować wpływ przynajmniej jednego wybranego parametru w układzie na zachowanie układu.

4. Kryteria oceniania

• Zbadanie jednego układu z pkt. 2.1, 2.2 lub 2.3 – ocena 3.

• Zbadanie dwóch układów z pkt. 2.1 i 2.2 lub 2.1 i 2.3 lub 2.2 i 2.3 – ocena 4.

• Zbadanie trzech układów z pkt. 2.1, 2.2 i 2.3 – ocena 5.