Использование программы Mathcad Исследование  трёхфазных цепей Исследование сложной электрической цепи постоянного тока Исследование  трёхфазных цепей при соединении сопротивлений нагрузки в треугольник

Расчет электрических цепей на персональном компьютере

Основные приёмы работы с системой схемотехнического моделирования “MC-7”

Пакет программ “MC-7” позволяет осуществлять электронное моделирование аналоговых и цифровых схем в среде операционной системы Windows. Рассматриваемая программа выгодно отличается от других систем электронного моделирования простотой интерфейса, широким набором решаемых задач и возможностью связи с другими системами электронного моделирования.

Система “MC-7” состоит из двух программ:

МС7 - основная программа,

MODEL – программа идентификации параметров математических моделей по паспортным данным.

Запуск программы МС7 производится щелчком мыши на пиктограмме , программы MODEL – на пиктограмме .

Частично содержание меню совпадает со стандартным набором “Windows – приложений”. Это значительно упрощает освоение пакета. После вызова программы МС7, появится основное окно программы, сверху которого помещена строка системного меню: File, Edit, Component, Windows, Options, Analysis, Design, Help.

Загрузка схемы. Выбирается режим File, по команде New предлагается сделать выбор:

Schematic – создание нового чертежа схемы (файл с расширением CIR)

SPICE/Text – файл с описанием схемы или библиотеки математических моделей в формате SPICE (файл с расширением CKT).

Library – создание нового, бинарного файла библиотек (расширение LBR). В этом файле помещаюся модели биполярных транзисторов (BJT), полевых транзисторов (JFET), МОП - транзисторов (MOSFIT) и т.д.

Выбираем тип файлов FileNewSchematic.

С помощью второй и третьей строк панели инструментов начинаем создавать принципиальную электрическую схему устройства. Отмечаем левой кнопкой нужный элемент и помещаем его на рабочий стол (например, резистор). Удерживая ЛКМ, с помощью правой кнопки мыши задаём нужное положение элемента. В открывшемся окне (например Resistor задаём его значение).

В программе МС7 приняты следующие основные единицы. Если значение элемента не имеет размерности (например, PART=R1, VALUE=330), то по умолчанию это будет восприниматься как 330 Ом. Значение 330 кОм необходимо задавать PART=R1, VALUE=330 k. Основные единицы кратных физических величин в программе MC7 имеют вид:

100 Ом -  100, 220 кОм - 220 к, 1,2 МОм - 1.2 Meg,

Ф - 0,1, 0,022 мкФ -0,022 u, 22 нФ - 22 nF, 1000 пФ - 1000 pF, 

Гн - 0,1, 100 мГн - 100 mH, 500 мкГн -  500u,

1 с - 1, 100 мкс - 100u, 500 нс - 500n.

Возможна запись в виде степени числа 10: 1000000 Гц=1Е6

Для удобства редактирования возможно нанесение на поверхность рабочего стола сетки – GRID. Удаление ошибочно нанесенных элементов осуществляется путем их выделения на схеме командой – «стрелка» и нажатием клавиши «Delite» на добавочном поле клавиатуры. После создания схемы (например, см. рис.10 описания к лабораторным работам), необходимо подключить источник сигнала. Для этогов диалоговом окне “Pulse Sourse” нужно выбрать тип источника Model=PULSE и задать его имя PART=E. После этого необходимо задать параметры источника сигнала. Для этого выделяем источник на схеме. После выделения он будет подсвечен зелёным цветом. Двойным щелчком ЛКМ открываем окно задания параметров импульсного сигнала. По умолчанию задаётся импульсный источник со следующими параметрами (рис.1):

VZERO = 0 – минимальное напряжение – 0 В,

VONE = 5 – максимальное напряжение +5 В,

P1 = 100 N – начало переднего фронта импульса – 100 нс,

Р2 = 110 N – окончание переднего фронта импульса,

Р3 = 500 N – начало спада импульса –500 нс,

Р4 = 510 N – окончание спада импульса – 510 нс,

Р5 = 1u – период повторения импульсов 1 мкс.

При редактировании параметров импульсного источника необходимо выполнение условия: P5>P4>P3>P2>P1.

Соединение осуществляется при нажатии клавиши ^. Схема должна содержать точку нулевого потенциала. Нажатием кнопки наносим на схему контрольные точки . Полученная схема должна быть сохранена в папке DATA под именем 523 4 2.CIR

Рис.1 Задание параметров импульсного сигнала в программе МС7


Первые три цифры – номер группы, вторая – номер бригады, третья – номер лабораторной работы. Файл должен иметь расширение .CIR.

Для выполнения анализа работы схемы во временной области запускаем режим Analisis ® Transient. В диалоговом окне «Time Range» задаем время анализа. По умолчанию задается время анализа 1 u . В окне “Auto Scale Ranges” установите знак «включено» –автоматический выбор масштабов по оси x и по y. В окне Y Expression выбираем контрольные точки для анализа временных соотношений, например V(4). Кроме напряжения имеется возможность производить измерения ряда других физических величин. Приведем примеры:

V(2,3) - разность потенциалов между точками 2 и 3;

I(V1) – ток через источник сигнала V1;

I(V1)*V(V1) – мгновенная мощность источника сигнала;

Q(C1) – заряд конденсатора С1;

FFT(V7) – спектр напряжения в узле 7.

Более подробное описание системы МС-7 и основных приемов работы в ней можно найти в [7].

Приложение № 2

Аппаратно-программный комплекс PClab – 2000

 

В состав комплекса входят: IBM – совместный компьютер, имеющий LPT- порт, PCS500 – двухканальный цифровой осциллограф, PCG10 – функциональный генератор. Для исследования используется экспериментальный макет для проведения лабораторных работ по дисциплине «Теоретические основы электротехники».

ОБЩИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ

  Цифровые запоминающие осциллографы PCS500 позволят вам увидеть на мониторе компьютера различные виды измеряемых сигналов. В прилагаемых к приборам программах Windows для пользователя доступны все стандартные функции осциллографа. Данные приборы действуют как обычные осциллографы, позволяя при этом выполнять большинство операций с помощью мыши. Маркеры, указывающие напряже­ние и частоту, также значительно упрощают работу приборов и могут быть настроены с помощью мыши. Кроме того, приборы могут быть использованы в качестве анализатора спектра, а также для воспроизведения переходных сигналов, для записи вариаций напряжения или сравнения двух напряжений в течение более длительного периода (более 1 года!). Связь осуществляется через параллельный порт компьютера; осциллографы оптически изолирова­ны от порта компьютера. Любая форма колебания, показанная на мониторе, может быть сохранена для дальнейшего использования в документации или для сравнения форм сигналов. Вместе с генератором функций PCG10 прибо­ры можно использовать в качестве построителя АЧХ. В PCS500 осциллографах записывающее устройство переменных сигналов имеет два полностью раз­дельных канала.

Характеристики цифрового осциллографа PCS500:

Входы: 2 канала, 1 внешний вход синхроимпульса

Входной импеданс: 1 МОм / 30 пФ

АЧХ  +/- 3 дБ: 0 Гц - 50 МГц

Макс. погрешность: 2,5 %

Низкие шумы

Функция преждевременного срабатывания

 Макс. входное напряжение: не более 100 В (АС + DC) (пост. + перем.)

Связь по постоянному и переменному току: DC, AC и GND (пост., перемен.,
и земля)

Оптически изолирован от компьютера.

Временная развёртка: 20 нс - 100 мс на деление

Запуск: СН1 (канал 1), СН2 (канал 2), ЕХТ (внешний) или автоматический запуск

Уровень срабатывания синхронизации: регулируемый на весь экран

Входная чувствительность: 5 мВ -15 В на деление

Количество отсчетов: 4096 точек на канал

Частота дискретизации (в режиме реального времени): 1,25 кГц - 50 МГц

Частота дискретизации (повторяющийся сигнал): 1 ГГц (эквивалентная
частота дискретизации).

Общие характеристики для PCS500:

Запускающий перепад сигнала: передний или задний фронт

Пошаговые маркеры для напряжения, времени и частоты

Интерполяция: линейная или усредняющая

Вертикальное разрешение: 8 бит

Функция автоматической настройки

Среднеквадратичные значения (только для переменных составляющих).

Анализатор спектра:

Частотный диапазон для PCS500: 0,.. 1,2 кГц - 25 МГц

Линейная или логарифмическая временная шкала

Принцип работы: БПФ (быстрое преобразование Фурье)

БПФ разрешение: 2048 линий

Входной канал БПФ: СН1 или СН2

Функция «ZOOM» (масштаба)

Маркеры для частоты и амплитуды.

ЦИФРОВОЙ ЗАПОМИНАЮЩИЙ ОСЦИЛЛОГРАФ.

 Осциллограф является незаменимым прибором для наблюдения и измерения электрических сигналов. Преимуществом цифрового осциллографа являет­ся возможность фиксирования сигнала для последующего его изучения или сравнения с другими сигналами. Представление сигнала в цифровом виде дает дополнительное преимущество - возможность проведения его научного анализа. Таким образом, вычисление среднеквадратичного значения не пред­ставляет проблемы, хотя следует помнить, что выведенное на экран средне­квадратичное значение определяется только для переменной составляющей измеряемого сигнала. Частота сигнала может быть определена с помощью маркеров (путем измерения времени одного периода), а также можно измерить напряжение между двумя маркерами.

АНАЛИЗАТОР СПЕКТРА БПФ

 С помощью осциллографа можно измерить надлежащим образом только ча­стоту основной гармоники сигнала, гораздо труднее одновременно измерить уровни других частот. Эту проблему поможет решить анализатор спектра.

Так как сигнал представлен в цифровом виде, его можно разложить на частот­ный спектр (с помощью быстрого преобразования Фурье).

 С помощью прилагаемой программы анализатора спектра сигнал может быть показан в виде его частотного спектра. Таким образом, можно проанализиро­вать любой несинусоидальный сигнал (например, меандр).

GND: нет входного сигнала, и входной усилитель/аттенюатор соединен с землей. Используйте это положение для определения нулевого уровня на дисплее.

DC: входной сигнал напрямую соединен с входным усилителем/аттенюатором. Возможность измерения как постоянного, так и переменного напряжения.

TIME/DIV (Время/деление).

Возможность изменения масштаба основного деления по оси времени путем установки различных временных значений. С помощью выбора различных значений TIME/DIV возможно увеличить зафиксированный сигнал на экране.

Синхронизация On/Off (вкл./выкл.).

Можно выбрать режим синхронизации или автоколебаний.

Уровень синхронизации

Выбирается уровень синхроимпульса, достаточный для синхронизации. Уста­новочная метка синхронизации показана горизонтальной линией с левой стороны экрана.

Канал синхронизации

Выбирает источник синхроимпульса СН1 (канал 1), СН2 (канал 2) или ЕХТ (внешний источник синхронизирующего сигнала).

Полярность режима синхронизации

Выбирает полярность режима синхронизации.

Стрелка вверх: Синхронизация происходит при возрастании величины уровня синхроимпульса.

Стрелка вниз: Синхронизация происходит при уменьшении величины уровня синхроимпульса.

 >/< Переустанавливает отправную точку начала синхронизации по оси X. Устано­вочная метка показана вертикальной линией внизу экрана.

Переустанавливает осциллограмму относительно момента синхронизации.

RUN (перемещение)

Выбирает функцию постоянного обновления изображения (RUN). Повторное нажатие кнопки фиксирует изображение.

SINGLE (однократный)

Когда кнопка отжата и достигнут уровень начала синхронизации, обновление изображения происходит только один раз.

"Прокрутка" по оси X

Устанавливает осциллограмму по горизонтали. Установочная метка показана вертикальной линией внизу экрана.

S/L (сглаживающая или линейная интерполяция)

Кнопка выбирает линейную (L) или сглаживающую (S) интерполяцию. В линей­ной интерполяции точки соединяются прямой линией. В сглаживающей ин­терполяции точки соединяются кривыми. Сглаживающая интерполяция лучше показывает форму сигнала в области высших частот. Линейная интерполяция лучше для ступенчатых сигналов. Выбор S/L действует только при установке TIME/DIV 0,2 мкс и 0,1 мкс (и в функции 1 гегавыборка/с для PSC500).

INV. CH2 (инверсия сигнала канала СН2)

Эта кнопка появляется только в математическом режиме.

. Переключает из математического режима в обычный режим (только для PCS500).

Автоустановка

Автоматическая установка для функций Volts/div, Time/div и уровня синхро­низации для получения устойчивой осциллограммы с размером, удобным в использовании. Синхронизация срабатывает, если амплитуда сигнала на экране более 0,5 деления.

Для правильной работы режима автоустановки сигнал должен быть повторя­ющимся: амплитуда 5 мВ -100 В, частота 50 Гц и рабочий цикл более 10 %.

Функции анализатора спектра (БПФ)

Частотный диапазон

Устанавливает частотный диапазон изображения. Необходимо "прокручивать" экран по оси X, для того чтобы просмотреть диапазон полностью.

LOG/LIN (логическая и логарифмическая шкала)

Позволяет показывать частоту в линейной или логарифмической шкале.

ZOOM (увеличение) х1, х2, х4, х8 . Для расширения экрана в 1, 2, 4 и 8 раз.

Меню Опций

FFT Window (Окно БПФ)

Спектральный анализ обеспечивается различными окнами БПФ.

Обычно полученный сигнал сглаживают перед вычислением БПФ, что умень­шает скачки по краям сигнала. Это можно сделать путем мультипликации сигнала с помощью следующих функций:

Прямоугольник

Метод Бартлетта

Хемминг

Ганнирование (сглаживание)

"Blackman"

По умолчанию установлено окно Хемминг.

Функциональный генератор.

 Основные характеристики генератора PCG10,

• Выход испытательного сигнала

  • Выход синхронизирующего сигнала

• Выходной импеданс - 50 Ом

•  Диапазон вырабатываемых частот - 0,01 Гц – 1 МГц

• Нелинейные искажения в режиме генерации сигнала гармонической формы < 0,08 %

• Максимальная амплитуда выходного сигнала - 10 В

• Возможность вводить в сигнал постоянное смещение (offset)

• Большая библиотека сигналов сложной формы.

 Работа с генератором PCG10,

 Управление генератором осуществляется при помощи компьютерной мыши. Вызов управляющей программы осуществляется из диалогового окна управления цифровым осциллографом путем нажатия клавиши «Function Generator». Выбор типа сигнала –синус-меандр-напряжение треугольной формы-прочие формы сигнала, осуществляется путем нажатия соответствующей кнопки на панели управления генератором. Перестройка по частоте осуществляется либо ступенчато – путем нажатия клавиш - 0,1- 1-10-...1М, либо плавно, путем перемещения движка потенциометра  Frequency.

Библиографический список

 Нейман Л. Р., Демирчян К. С. Теоретические основы электротехники. Л.: Энергоиздат, 1981. 533 с.

  Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. -М.: Гардарики, 2002. 638 с.

 Баскаков С. И. Радиотехнические цепи и сигналы. М.: Высшая школа, 2003. 762 с.

 Ханзел Г. Справочник по расчету фильтров: Пер. с англ.  М.: Сов. радио, 1974. 287 с.

 Атабеков Г. И. Теоретические основы электротехники. М.: Энергия, 1970. 592 с.

 Атабеков Г. И. Основы теории цепей. М.: «Энергия», 1969, 424 с.

 Разевиг В. Д. Схемотехническое моделирование с помощью Micro-Cap -7. М.: Горячая линия-Телеком, 2003. 366 с.


Курсовая по ТОЭ Примеры выполнения заданий