Книжная полка Сохранить
Размер шрифта:
А
А
А
|  Шрифт:
Arial
Times
|  Интервал:
Стандартный
Средний
Большой
|  Цвет сайта:
Ц
Ц
Ц
Ц
Ц

Схемотехника аналоговых устройств

Покупка
Артикул: 798569.01.99
Доступ онлайн
600 ₽
В корзину
Лабораторный практикум предназначен для закрепления теоретических знаний и формирования у обучающихся компетенций по анализу и синтезу схем аналоговых электронных устройств и приборов экспериментальной физики, изучения методов измерения их основных показателей и развития навыков практической работы с современными измерительными приборами. В предлагаемом практикуме изучение схем осуществляется с помощью методов расчета схем по формулам, компьютерного моделирования и их натурного макетирования.
Школа, Н. Ф. Схемотехника аналоговых устройств : лабораторный практикум / Н. Ф. Школа ; Мин-во науки и высш. образования РФ. - Екатеринбург : Изд-во Уральского ун-та, 2020. - 192 с. - ISBN 978-5-7996-3092-8. - Текст : электронный. - URL: https://znanium.com/catalog/product/1923144 (дата обращения: 18.04.2024). – Режим доступа: по подписке.
Фрагмент текстового слоя документа размещен для индексирующих роботов. Для полноценной работы с документом, пожалуйста, перейдите в ридер.
Министерство науки и высшего образования 
Российской Федерации
Уральский федеральный университет имени первого Президента 
России Б. Н. Ельцина

Н. Ф. Школа

схемотехника 
аналоговых устройств

Лабораторный практикум

Рекомендовано методическим советом
Уральского федерального университета
для студентов вуза, обучающихся
по направлениям подготовки
12.03.04 — Биотехнические системы и технологии;
14.03.02 — Ядерные физика и технологии;
14.05.04 — Электроника и автоматика физических установок

Екатеринбург
Издательство Уральского университета
2020

УДК 621.3.049.77(076.5)
ББК 32.852я7
          Ш66
Рецензенты:
д‑р физ.‑мат. наук Г. И. Пилипенко (Уральский институт связи и инфор‑
матики (филиал СибГУТИ);
замгенерального директора по РЗиА С. Л. Олин (инженерная компания 
«ООО ПРОСОФТ‑СИСТЕМЫ»)

Научный редактор — д‑р физ.‑мат. наук, проф. И. Н. Огородников

 
Школа, Н. Ф.
Ш66    Схемотехника аналоговых устройств : лабораторный практи‑
кум / Н. Ф. Школа ; Мин‑во науки и высш. образования РФ. — Екате‑
ринбург : Изд‑во Урал. ун‑та, 2020. — 192 с.

ISBN 978‑5‑7996‑3092‑8

Лабораторный практикум предназначен для закрепления теоретических зна‑
ний и формирования у обучающихся компетенций по анализу и синтезу схем ана‑
логовых электронных устройств и приборов экспериментальной физики, изучения 
методов измерения их основных показателей и развития навыков практической 
работы с современными измерительными приборами. В предлагаемом практику‑
ме изучение схем осуществляется с помощью методов расчета схем по формулам, 
компьютерного моделирования и их натурного макетирования.

Библиогр.: 39 назв. Рис. 75. Табл. 9.

УДК 621.3.049.77(076.5)
ББК 32.852я7

ISBN 978‑5‑7996‑3092‑8 
© Уральский федеральный 

 
     университет, 2020

Предисловие

Ц

ель практикума — формирование у обучающихся общепро‑
фессиональных и профессиональных компетенций в области 
аналоговой электроники при решении задач анализа элек‑
тронных усилительных и преобразовательных схем различной слож‑
ности, создания электрических и математических моделей схем и их 
расчета, синтеза схемных решений с применением современных схемо‑
технических САПР, освоения методик измерения основных показате‑
лей устройств с применением современных измерительных приборов.
Лабораторный практикум состоит из 8 связанных между собой ме‑
тодически и схемотехнически работ.
Лабораторная работа № 1 посвящена изучению возможностей мо‑
делирования схем в среде схемотехнической САПР Micro‑Cap на при‑
мере дифференциального двухкаскадного усилителя. В работе иссле‑
дуются характеристики схемы, характеристики и параметры моделей 
отдельных компонентов и влияние их производственного разброса 
на параметры схемы. Исследуются нагрузочные характеристики де‑
лителя напряжения, часто используемого в схемотехнике аналоговых 
устройств для задания опорных потенциалов.
Лабораторная работа № 2 знакомит с составом современных изме‑
рительных средств исследования электронных схем на примере циф‑
рового запоминающего осциллографа TDS2002, генератора им пульсов 
произвольной формы AGF3021, цифрового мультиметра MY65, источ‑
ников питания, с методами работы с ними, методами измерения ос‑
новных показателей исследуемых схем.
В лабораторной работе № 3 исследуются характеристики основных 
частотно‑зависимых RC‑ и RLC‑ цепей, являющихся моделями по‑
ведения аналоговых схем в различных областях частот и времени при 
импульсном воздействии; изучаются методы частотной компенсации; 
методы измерения основных параметров.

Предисловие

В работе № 4 изучается статический режим однокаскадного уси‑
лителя ОЭ на биполярном транзисторе, схемные методы его стаби‑
лизации. Исследуется зависимость положения исходной рабочей точ‑
ки активного элемента при номинальном значении параметра и его 
производственном разбросе на примере коэффициента усиления тока 
базы транзистора.
В работе № 5 исследуются динамические свойства однокаскадно‑
го усилителя ОЭ на биполярном транзисторе, влияние отрицательной 
обратной связи на характеристики каскада. Изучается методика ВЧ‑
коррекции каскада ОЭ малой эмиттерной емкостью.
В работе № 6 исследуются характеристики основных усилитель‑
ных схем на интегральных ОУ, схемные методы частотной коррекции 
и компенсации влияния емкостей на устойчивость операционных схем.
В работе № 7 исследуются операционные схемы с частотно‑зависи‑
мыми обратными связями 1‑го и 2‑го порядка. Рассмотрена схема Са‑
лена — Кея фильтра 2‑го порядка и схема спектрометрического филь‑
тра CR‑2RC на основе фильтра Бесселя.
В работе № 8 изучается схемная реализация и характеристики ак‑
тивных фильтров различных типов и порядков. Моделируются схемы 
в режиме автогенератора.
Все исследуемые в лабораторном практикуме схемы моделируют‑
ся в пакете Micro‑Cap по готовым файлам и собираются на макетной 
плате в целях их экспериментального исследования.
Изучение схем может ограничиваться лишь теоретико‑модельными 
этапами в соответствии с домашними заданиями и вопросами к каж‑
дой лабораторной работе, а для более глубокого усвоения может до‑
полняться соответствующими макетными лабораторными экспери‑
ментами в соответствии с рабочими заданиями.
По результатам проведенных исследований оформляется отчет 
по приведенным требованиям. Отчеты составляют студенты индиви‑
дуально, сдают на проверку перед выполнением очередной лаборатор‑
ной работы, а на последнем занятии лабораторного практикума обу‑
чаемые их защищают.

1. система схемотехнического  
проектирования Micro-Cap6  
и ее возможности по анализу электронных схем

Ц

ель работы — ознакомиться с программой установки системы, 
интерфейсом программы и ее основными возможностями; 
выполнить анализ свойств разработанных схем и их элемен‑
тов, создать принципиальные схемы и выполнить их анализ; освоить 
вывод результатов анализа; приобрести навыки по работе с виртуаль‑
ными компонентами и простейшими схемами на их основе.

1.1. общие сведения о системе Micro-Cap

Изучение схемотехнического моделирования электронных устройств 
рекомендуется начать с освоения одной из программ семейства Micro-
Cap (MicrocomputerCircuitAnalysisProgram) фирмы SpectrumSoftware.
Рассмотрим этапы развития программы Micro-Cap.
CircuitDesigner (авг. 1981) — созданы текстовый редактор и програм‑
ма моделирования;
Micro-CapI (сент. 1982) — разработан графический ввод, динамиче‑
ское отображение графиков;
Micro-CapII (нояб. 1984) — создана на языке Бэйсик программа 
с ограничением максимального размера схемы 50–150 узлов;
Micro-CapIII (дек. 1988) — разработан на язык Си удобный графи‑
ческий редактор, но точность моделирования низка;
Micro-CapIV (февр. 1992) — разработаны вычислительные алгорит‑
мы SPICE 2G.6, получена полная совместимость с пакетом программ 
PSpice по принятым моделям компонентов, допустимый объем ана‑
лизируемых схем составил 10 000 узлов;

1. Система схемотехнического проектирования Micro-Cap6 и ее возможности по анализу электронных схем  

Micro-CapV версия 1 (авг. 1995) — программа переведена на плат‑
форму Windows, обеспечена поддержка кириллицы, выполнено со‑
вместное моделирование аналого‑цифровых устройств, обеспечена 
полная совместимость с пакетом программ PSpice;
Micro-CapV версия 2 (авг. 1997) — программа обеспечила развитый 
многовариантный анализ;
Micro-Cap6 (дек. 1999) — программа дополнена редактором плат 
и дизайнером фильтров;
Micro-Cap7 (2001) — разработана сетевая версия программы Micro-
Cap;
Micro-Cap8 (июль 2004) — расширены библиотеки компонентов, 
расширены возможности меню и окон программы Micro-Cap;
Micro-Cap9 (янв. 2007), Micro-Cap10 — используют более совершен‑
ные модели компонентов и алгоритмы расчетов;
Micro-Cap11 (дек. 2013) — обеспечена разрядность 32bit и 64bit, изо‑
бражения всех элементов соответствуют нормам ЕСКД; добавлены би‑
блиотеки, исправлен ряд ошибок.
Micro-Cap12 (июль 2018) — выпущена ознакомительная версия.
По своим функциональным возможностям Micro-Cap находится 
между профессиональной программой моделирования аналого‑циф‑
ровых устройств PspiceA/D, входящей в состав пакета DesidnLab 8.0, 
и более дешевым базовым вариантом с ограниченными возможностя‑
ми PspiceA/DBasics+ (табл. 1.1). Основное ее отличие от DesignLab — 
работа под управлением одной управляющей оболочки, в которой при 
смене режима лишь частично изменяется состав меню команд. В си‑
стеме DesignLab, при смене режима, один экран полностью заменяет‑
ся другим, выполненным иначе, что затрудняет ее освоение начина‑
ющими пользователями.
Таблица 1.1
Наличие характеристик программ моделирования

Характеристика
Pspice
A/D
Pspice A/D 
Basics+
Micro‑
Cap5
Micro‑
Cap6
Графический ввод схем
Да
Да
Да
Да
Интерфейс с программами разработки 
печатных плат
Да
Да
Нет
Да

Расчет режимов DC, AC, Transient
Да
Да
Да
Да
Расчет шумов, спектров, вариация темпе‑
ратуры
Да
Да
Да
Да

1.1. Общие сведения о системе Micro-Cap

Характеристика
Pspice
A/D
Pspice A/D 
Basics+
Micro‑
Cap5
Micro‑
Cap6
Статистический анализ по методу Мон‑
те‑Карло и расчет наихудшего случая
Да
Нет
Да
Да

Применение функциональных зависи‑
мых источников
Да
Да
Да
Да

Учет задержек распространения сигналов 
в цифровых компонентах
Да
Нет
Да
Да

Наличие программы идентификации па‑
раметров моделей
Да
Нет
Да
Да

Наличие модуля параметрической опти‑
мизации
Да
Нет
Да
Да

Расчет целостности сигналов
Да
Нет
Нет
Нет

1.1.1. основные возможности системы Micro-Cap6

Система Micro-Cap6 включает в себя:
§ многостраничный графический редактор принципиальных схем, 
поддерживающий иерархические структуры;
§ интерактивный имитатор, не требующий загрузки дополнитель‑
ных программ;
§ интегрированный разработчик активных и пассивных фильтров;
§ интерфейс, обеспечивающий передачу задания для последую‑
щей разработки печатных плат;
§ совместимое цифровое моделирование;
§ большую библиотеку компонентов, состоящую из наиболее по‑
пулярных цифровых интегральных схем дискретной логики 
и ПЛИС и аналоговых компонентов типа диодов, биполярных, 
полевых и МОП‑транзисторов, магнитных сердечников, линий 
передачи с потерями, макромоделей операционных усилителей, 
кварцевых резонаторов, датчиков Холла и т. п. Все эти модели 
написаны в стандартном формате SPICE и могут быть использо‑
ваны программами моделирования MicroSim, IntoSoft и др.; ма‑
кромодели компонентов могут быть представлены в виде прин‑
ципиальных электрических схем или в текстовом виде;
§ функциональное моделирование аналоговых и цифровых компо‑
нентов, возможность описания цифровых компонентов с помо‑

Окончание табл. 1.1

1. Система схемотехнического проектирования Micro-Cap6 и ее возможности по анализу электронных схем  

щью логических выражений. В сочетании с библиотекой графи‑
ческих символов типовых операций это позволяет моделировать 
динамические системы, заданные не только принципиальными, 
но и функциональными схемами;
§ вывод графиков результатов в процессе моделирования или по‑
сле его окончания по выбору пользователя;
§ мощные средства обработки графиков;
§ многомерное варьирование параметров;
§ трехмерную графику представления результатов моделирования;
§  статистический анализ по методу Монте‑Карло;
§ динамическое представление на схеме узловых потенциалов, то‑
ков ветвей, рассеиваемых мощностей и состояний р-п переходов 
активных элементов;
§ анимационные устройства (семисегментный дисплей, светоди‑
оды, переключатели);
§ специальную программу MODEL для расчета параметров мате‑
матических моделей по справочным или экспериментальным 
данным;
§ сетевую версию для выполнения совместных проектов;
§ встроенные средства помощи; при наличии ошибок информа‑
ция о них мгновенно появляется на экране;
§ электронную документацию и контекстно ориентированные 
средства помощи.
Для системы Micro-Cap имеется ознакомительная версия, кото‑
рая предназначена для моделирования схем, содержащих не более 
50 компонентов или 100 связей; в ней отсутствует программа MODEL. 
Эта версия распространяется бесплатно и рекомендуется для учеб‑
ных целей.
Следующие наиболее интересные системы схемотехнического мо‑
делирования также представлены своими демоверсиями:
§ DesignLab 8.0 (80dlabe.exe, 15.7 Mb);
§ Pspice 9.1 (91pspstu, 27.2 Mb);
§ DrSpice 2000 (drdemo82.exe, 10.0 Mb);
§ Electronics Workbench 5.0 (ewbdemo.exe, 4.42 Mb);
§ Electronics Workbench 6.0 (msmdemo.exe, 28.6 Mb).
Подробное описание системы приведено в литературе [1–4].

1.1. Общие сведения о системе Micro-Cap

1.1.2. установка системы

Система Micro-Cap состоит из двух программ:
§ МС6 — основная программа;
§ MODEL — программа идентификации параметров математиче‑
ских моделей компонентов по паспортным данным.
Ознакомительная версия системы распространяется бесплатно 
в виде архивного файла DEMO.ZIP размером 1.73 Mb и устанавли‑
вается обычным образом из среды Windows с указанием имени диска.
После установки в каталоге МС6 располагаются следующие файлы:
МСAP.DAT — файл конфигурации программы МС6;
MC6.EXE (MC5DEMO.EXE) — программа МС6;
MC6.HLP — встроенная помощь;
COMP.MC6 — библиотека описаний компонентов;
MODEL.DAT — файл конфигурации программы;
MODEL.EXE — программа;
MODEL.HLP — встроенная помощь;
STANDARD.CMP — библиотека компонентов;
STANDARD.SHP — библиотека условных графических обозначе‑
ний (символов) компонентов (могут быть выполнены по ЕСКД);
STANDARD.PKG‑ библиотека упаковки компонентов.
В подкаталог MC6\DATA заносят файлы схем, библиотек матема‑
тических моделей компонентов и результатов их моделирования. При‑
няты следующие соглашения о расширениях имен файлов:

.AMC
Текстовый файл статистической обработки расчетов частотных харак‑
теристик при разбросе параметров по методу Монте‑Карло

.ANO
Текстовый файл результатов расчетов частотных характеристик, отме‑
ченных в меню AC analysis Limits
.ASA
Бинарный файл результатов расчетов частотных характеристик
.CIR
Файл описания схем в формате МС6
.CKT
Файл описания схем и задания на моделирование в формате SPICE

.DMC
Текстовый файл статистической обработки расчетов передаточных 
функций по постоянному току при разбросе параметров по методу 
Монте‑Карло

.DNO
Текстовый файл результатов расчета передаточных характеристик 
по постоянному току, отмеченных в меню DC analysis Limits
.DSA
Бинарный файл результатов расчетов передаточных характеристик

Доступ онлайн
600 ₽
В корзину