Анализ моделей электронных схем

Основное преимущество EWB и других подобных программ состоит в том, что наиболее трудоемкая часть, связанная с расчетами процессов, происходящих в реальных электронных устройствах, заменяется компьютерным моделированием.

Вместе с тем, смоделировать можно все, кроме реальности, так как смоделированная реальность таковой уже не является. Поэтому во всех модельных экспериментах доверять полученным результатам нужно с определенной долей осторожности, так как это всего лишь результат расчетов компьютера и не более того.

Неабсолютная достоверность результатов при моделировании связана как с объективными, так и с субъективными причинами. К объективным причинам могут быть отнесены: неадекватность моделей элементов реальным элементам; погрешности вычислительных методов; погрешности вычислений. Основной субъективной причиной являются человеческие ошибки на всех этапах (создание программы, создание моделей элементов, создание моделей схем и т.д.) процесса общения с компьютером. То есть, если «человеку свойственно ошибаться, то все запутать окончательно может только компьютер».

Поэтому, для получения достоверных результатов моделирования даже для простых электронных устройств необходимы знания о физической природе электронных компонентов, правилах их включения, правилах использования реальных измерительных приборов, общих законах физики и электротехники.

Иными словами: компьютер должен работать, а человек – думать и использовать предоставленный ему инструмент.

Выбор вида анализа в программе EWB осуществляется автоматически в зависимости от того, какие приборы подключены к схеме моделируемого устройства.

Анализ по постоянному току (DC Operating Point) выполняется при подключении амперметров, вольтметров и мультиметра, если все они работают в режиме измерения по постоянному току.

Расчет частотных характеристик (AC frequency) выполняется при подключении анализатора частотных характеристик, а также измерительных приборов в режиме измерения по переменному току.

Переходные процессы (Transient) автоматически рассчитываются при подключении осциллографа.

Активизация названных режимов осуществляется выключателем или командами Activate (Ctrl+G)/Stop (Ctrl+T).

Дополнительно для любой схемы можно реализовать все три вида анализа путем использования соответствующих команд меню Analysis. Результаты расчетов в этом случае выводятся в переключаемое окно Analysis Graphs. Требуемые параметры анализа настраиваются в диалоговых окнах, аналогичных окнам настройки параметров измерительных приборов.

Особое внимание необходимо уделить настройкам параметров численного интегрирования, так как параметры, установленные по умолчанию, не всегда позволяют корректно завершить процесс моделирования.

При появлении сообщений «Time step too small» (слишком маленький шаг интегрирования) или «No convergence in the transient analysis» (нет сходимости при анализе переходного процесса) необходимо воспользоваться пунктом меню Analysis\Analysis Options\Transient и изменить значения следующих параметров:

ITL4 - Transient time point iterations (количество итераций) в сторону увеличения до 50 … 1000. Увеличение шага ведет к увеличению времени расчета.

TRTOL - Transient error tolerance factor (фактор допустимой ошибки) в сторону уменьшения до 1 … 0,1.

Остальные параметры для большинства случаев можно оставить без изменения.

EWB позволяет выполнять и другие виды анализа, которые в реальной практике встречаются значительно реже. К ним относятся: спектральный анализ (Fourier), анализ собственных шумов (Noise) анализ нелинейных искажений (Distortion), анализ влияния параметров элементов схемы (Parameter sweep), анализ влияния температуры (Temperature sweep). Программой также могут быть рассчитаны: нули и полюса передаточной функции (Pole-Zero), передаточная функция (Transfer Function), чувствительность (Sensitivity), наихудший вариант влияния разброса параметров элементов (Worst Case) и статистический анализ методом Монте Карло (Monte Carlo), когда параметры элементов изменяются по случайному закону (в программе принято распределение Гаусса).

Для проведения спектрального анализа (Fourier) необходимо выполнить настройки в диалоговом окне, которое появляется после выполнения команды Analisis\Fourier (рис.1.7).

Рис.1.7. Диалоговое окно Analisis\Fourier

Настройки заключаются в задании номера узла (output node) схемы; частоты первой (основной) гармоники (fundamental frequency) спектрального анализа. Эта частота может, например, совпадать с частотой анализируемого периодического сигнала или с частотой основной гармоники модулированного сигнала. Также указывается количество рассчитываемых гармоник. На рис.1.8 показаны амплитуды 1-й, 3-й, 5-й и 7-й гармоник прямоугольного симметричного периодического сигнала с частотой 1 кГц, полученные с помощью EWB. Форма отображения может быть и иной, например в виде линейного графа (line graph), если в соответствующей позиции окна настройки установлен флажок. Точное измерение амплитуды гармоник осуществляется с помощью двух перемещаемых вертикальных визиров, активизируемых пунктом (Toglle Cursors) меню окна Analysis graphs.

Рис.1.8. Результат спектрального анализа

Параметрический анализ (Parameter Sweep) удобен для построения различных зависимостей, например, передаточных характеристик. В меню настройки (рис.1.9) выбирается компонент и варьируемый параметр (пункты Component и Parameter). Устанавливается диапазон изменения выбранного параметра (Start value и End value), приращение (Increment step size) для выбранного диапазона, способ изменения параметра (линейный, через декаду или октаву), а также номер узла, где анализируется напряжение. Дополнительно указывается для какого из основных видов анализа (по постоянному току, переменному току или для переходных процессов) будет выполняться параметрический анализ.

Рис.1.9. Окно настройки для параметрического анализа

Результаты параметрического анализа отображаются в окне Analysis Graphs. Для получения точных значений величин предназначены два вертикальных визира. На рис. 1.10 приведены результаты параметрического анализа для схемы инвертирующего усилителя. Изменяемым параметром является входное постоянное напряжение. Зависимость выходного напряжения от входного представлена в виде графика.

Рис.1.10. Результаты параметрического анализа

Дата добавления: 2015-06-04