Теоретические основы электротехники. Компьютерное моделирование электрических цепей с MICRO-CAP

Фриск В. В., Степанова А. Г., Ганин В. И. 
 
 
 
 
 
 
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ 
ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ 
 
КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ 
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ 
С ПОМОЩЬЮ ПРОГРАММЫ MICRO-CAP 
 
 
 
 
Рекомендовано Ученым советом ордена Трудового Красного Знамени 
федерального государственного бюджетного образовательного учреждения 
высшего образования «Московский технический университет связи и 
информатики» (МТУСИ) в качестве учебного пособия для студентов по 
направлениям подготовки: 
11.03.02௅ Инфокоммуникационные технологии и системы связи; 10.05.02 ௅
Информационная безопасность телекоммуникационных систем; 09.03.01௅ 
Информатика и вычислительная техника; 10.03.01 – Информационная безопасность; 
15.03.04 ௅ Автоматизация технологических процессов и производств; 27.03.04 ௅
Управление в технических системах; 11.03.01௅ Радиотехника; 09.03.02 ௅
Информационные системы и технологии. 
 
 
 
 
 
 
Солон-Пресс 
Москва 
2023 
 

УДК 621.373, 621.3.011.(75) 
ББК 32, 32.88 
Ф89 
 
Рецензенты:  
В.А. Григорьев д.т.н., профессор федерального государственного 
автономного 
образовательного 
учреждения 
высшего 
образования 
«Национальный исследовательский университет ИТМО»  
В. Ф. Войцеховский к.т.н., профессор кафедры Инфокоммуникационных 
технологий и систем связи факультета инженерного ФГБВОУ ВО 
«Академия гражданской защиты МЧС России» 
С.Н. Елисеев д.т.н., профессор МТУСИ 
Д.Ю. Панкратов к.т.н., доцент МТУСИ 
 
Составители:  
В.В. Фриск, к.т.н., доцент 
 
В.И. Ганин, к.т.н., доцент 
 
А.Г. Степанова, ст. преподаватель 
 
Фриск В. В., Степанова А. Г., Ганин В.И. 
Теоретические 
основы 
электротехники. 
Компьютерное 
моделирование электрических цепей с помощью программы 
MICRO-CAP. — М.: СОЛОН-Пресс, 2023. — 220 с. 
 
ISBN 978-5-91359-535-5 
 
В данном учебном пособии представлены описания лабораторных 
работ по курсу «Теоретические основы электротехники». Все 
лабораторные работы выполняются на персональном компьютере с 
помощью системы схемотехнического моделирования Micro-Cap. 
Предварительные расчеты рекомендовано проводить с помощью 
программы Scilab. Приведены примеры таких расчетов. 
Для студентов, бакалавров, магистров и аспирантов высших 
учебных заведений (университетов связи), инженерно-технических 
работников также будет полезна учащимся техникумов и колледжей 
связи всех технических специальностей. 
 
По вопросам приобретения обращаться: 
ООО «СОЛОН-Пресс» 
Тел: (495) 617-39-64, (495) 617-39-65 
E-mail: kniga@solon-press.ru, www.solon-press.ru 
 
ISBN 978-5-91359-535-5 
© «СОЛОН-Пресс», 2023 
 
© Фриск В. В., Степанова А. Г., Ганин В.И., 2023 

ОГЛАВЛЕНИЕ 
Предисловие 
............................................................................................................. 
4 
Краткий справочник по Micro-Cap ..................................................................... 
6 
Примеры программ для использования в предварительных расчетах ..... 
12 
Лабораторная работа № 1   Знакомство с системой схемотехнического 
моделирования Micro-Cap 
................................................................................... 
20 
Лабораторная работа № 2   Исследование на ЭВМ характеристик 
источника постоянного напряжения ................................................................ 
24 
Лабораторная работа № 3   Исследование на ЭВМ характеристик 
источников тока 
.................................................................................................... 
47 
Лабораторная работа № 4   Распределение потенциала вдоль 
неразветвленной электрической цепи .............................................................. 
68 
Лабораторная работа № 5   Исследование входных частотных 
характеристик в RC-цепи 
.................................................................................... 
82 
Лабораторная работа № 6   Исследование на ЭВМ цепей с обратной 
связью с системной точки зрения .................................................................... 
100 
Лабораторная работа № 7   Исследование на ЭВМ резонансных явлений 
в пассивном и активном последовательном колебательном контуре ...... 
114 
Лабораторная работа № 8  Исследование на ЭВМ резонансных явлений 
в пассивном параллельном колебательном контуре ................................... 
141 
Лабораторная работа № 9   Исследование на ЭВМ А-параметров 
четырехполюсников ........................................................................................... 
163 
Лабораторная работа № 10   Исследование активных интегрирующих и 
дифференцирующих цепей 
................................................................................ 
182 
Лабораторная работа № 11  Моделирование на ЭВМ переходных 
процессов в цепях первого порядка ................................................................ 
204 
Заключение .......................................................................................................... 
218 
Приложение ......................................................................................................... 
219 

Предисловие 
Предлагаемое пособие имеет цель помочь студентам самостоятельно 
овладеть 
теорией 
и 
методами 
анализа 
электрических 
цепей 
путём 
моделирования их с помощью программы Micro-Cap. Предполагается, что 
студенты уже знакомы с этой программой, и она установлена на их 
персональных компьютерах. 
В соответствии с федеральными государственными образовательными 
стандартами 
изучение 
электротехники 
предусматривает 
практическое 
освоение студентами экспериментальных методов исследования и навыков 
расчета электрических цепей и электронных схем.  
Целями дисциплины «Теоретические основы электротехники» являются 
формирование способностей использовать положения, законы и методы 
естественных наук и математики для решения задач инженерной деятельности, 
самостоятельно проводить экспериментальные исследования и использовать 
основные приемы обработки и представления полученных данных при 
решении задач анализа электрических цепей. В процессе обучения 
формируется способность осваивать методики использования программных 
средств для решения практических задач в области электротехники. Задачи 
дисциплины - изучение базовых понятий электротехники, методов расчёта и 
анализа электрических цепей; изучение основных электротехнических 
устройств; освоение методов подготовки и проведения экспериментальных 
исследований электротехнических устройств; ознакомление с методами 
компьютерного 
моделирования 
электромагнитных 
процессов 
в 
электротехнических устройствах. Излагаются фундаментальные основы, 
посвящённые анализу физических процессов в электрических цепях во 
временной и частотно-спектральной областях. 
Целями дисциплины «Основы компьютерного анализа электрических 
цепей» являются формирование знаний, умений и компетенций для 
формирования способности организовывать и проводить экспериментальные 
испытания с целью оценки качества предоставляемых услуг в области 
телекоммуникации и соответствия требованиям технических регламентов. 
Формируется способность самостоятельно организовывать и проводить 
экспериментальные исследования и использовать основные приёмы обработки 
и представления полученных данных. Формируется способность применять 
современные теоретические и экспериментальные методы исследования с 
целью 
создания 
новых 
перспективных 
средств 
инфокоммуникаций, 
использовать и внедрять результаты исследований.  
Разработка 
любого 
современного 
радиоэлектронного 
устройства 
сопровождается 
физическим 
или 
математическим 
моделированием. 
4 

Предисловие 
Физическое 
моделирование 
связано 
с 
большими 
материальными 
и 
временными затратами. Использование программ моделирования позволяет не 
только изучить работу электронных схем, но приобрести знания, которые 
помогут в наладке электронных устройств. 
Пособие предназначено для выполнения лабораторных работ по ТОЭ и 
ОКАЭЦ для студентов МТУСИ 2-го и 3-го семестров обучения. Порядок 
выполнения лабораторных работ согласован с лекционным материалом. 
Методические указания к каждой работе состоят из разделов: краткая 
теория, 
предварительный 
расчёт 
конкретной 
цепи, 
цель 
работы, 
экспериментальная часть, выводы, вопросы для самопроверки, указания по 
оформлению отчёта по работе. Вопросы и ответы для самопроверки 
расширяют понимание теории. Важно, что студенты письменно отвечают на 
поставленные вопросы. После выполнения работы и оформления отчёта она 
подлежит защите. 
Данное пособие может быть рекомендовано при изучении дисциплин 
теории цепей, например, таких как ТЭЦ, ОТЦ, ТЛЭЦ и другие. 
 
5 

Краткий справочник по Micro-Cap 
Приставки 
F 
Femto 
фемто 
15
10
1E-15 
P 
Pico 
пико 
12
10
1E-12 
n 
Nano 
нано 
9
10
1E-9 
u 
Micro 
микро 
6
10
1E-6 
m 
Milli 
милли 
3
10
1E-3 
K 
Kilo 
кило 
3
10
1E3 
MEG 
Mega 
мега 
6
10
1E6 
G 
Giga 
гига 
9
10
1E9 
T 
Tera 
тера 
12
10
1E12 
 
Например, 1 мкФ = 1uF, 1 кОм = 1K. 
Некоторые функции 
Функции комплексной переменной z=x+jy 
SIN(z) 
Синус, z в радианах 
COS(z) 
Косинус, z в радианах 
TAN(z) 
Тангенс, z в радианах 
COT(z) 
Котангенс, z в радианах 
SEC(z) 
Секанс, z в радианах 
CSC(z) 
Косеканс, z в радианах 
ASIN(z) 
Арксинус 
ACOS(z) 
Арккосинус 
ATAN(z) 
Арктангенс 
ATN(z) 
Арктангенс 
ARCTAN(z) 
Арктангенс 
ATAN2(y,x) 
Арктангенс2 = ATN(y/x) 
ACOT(z) 
Арккотангенс 
ASEC(z) 
Арксеканс 
ACSC(z) 
Арккосеканс 
SINH(z) 
Гиперболический синус 
COSH(z) 
Гиперболический косинус 
TANH(z) 
Гиперболический тангенс 
COTH(z) 
Гиперболический котангенс 
SECH(z) 
Гиперболический секанс 
CSCH(z) 
Гиперболический косеканс 
ASINH(z) 
Гиперболический арксинус 
ACOSH(z) 
Гиперболический арккосинус 
6 

Краткий справочник по Micro-Cap 
Функции комплексной переменной z=x+jy 
ATANH(z) 
Гиперболический арктангенс 
ACOTH(z) 
Гиперболический арккотангенс 
ASECH(z) 
Гиперболический арксеканс 
ACSCH(z) 
Гиперболический арккосеканс 
LN(z) 
Натуральный логарифм 
LOG(z) 
Десятичный логарифм 
LOG10(z) 
Десятичный логарифм 
EXP(z) 
Экспонента 
POW(z,x) 
Возведение в степень, z^x 
PWR(y,x) 
Возведение в степень действительного числа, y^x или** или ^^ 
(например; 5**2=25 или 5^2=25) 
PWRS(y,x) 
Возведение в степень действительного числа со знаком: |y|^x, если 
y>0, -|y|^x если y<0 
HARM(u) 
Расчет гармоник сигнала u. 
FFT(u) 
Прямое преобразование Фурье сигнала u(t). 
IFT(S) 
Обратное преобразование Фурье спектра S. 
CONJ(S) 
Сопряженный комплексный спектр S. 
CS(u,v) 
Взаимный спектр сигналов u и v, равный 
CONJ(FFT(v))*FFT(u)*dt*dt. 
AS(u)  
Собственный спектр сигнала u, равный CS(u,u). 
CC(u,v) 
Взаимная корреляция сигналов u и v, равная 
IFT(CONJ(FFT(v))*FFT(u))*dt. 
AC(u) 
Автокорреляционная функция сигнала u, равная 
IFT(CONJ(FFT(u))*FFT(u))*dt. 
COH(u,v) 
Нормированная корреляционная функция сигналов u и v, равная 
CC(u,v)/sqrt(AC(u(0))*AC(v(0))). 
REAL(S) 
Действительная часть спектра S, рассчитываемая с помощью FFT. 
IMAG(S) 
Мнимая часть спектра S, рассчитываемая с помощью FFT. 
MAG(S) 
Модуль спектра S, рассчитываемый с помощью FFT. 
PHASE(S) 
Фаза спектра S, рассчитываемая с помощью FFT. 
 
 
Арифметические операции 
+ 
Сложение 
- 
Вычитание 
* 
Умножение 
/ 
Деление 
МОD 
Остаток после целочисленного деления 
DIV 
Целочисленное деление 
 
 
 
7 

Краткий справочник по Micro-Cap 
Стандартные логические функции 
AND 
И 
NAND 
НЕ-И 
NOR 
ИЛИ 
NOT 
НЕ 
OR 
ИЛИ 
XOR 
Исключающее ИЛИ 
 
 
Операции отношения 
< 
Меньше 
> 
Больше 
<= 
Меньше или равно 
>= 
Больше или равно 
! 
Не равно 
<> 
Не равно 
== 
Равно 
 
 
Специальные функции от комплексной переменной z=x+jy 
ABS(z) 
Абсолютное значение от z 
RMS(u) 
Текущее среднеквадратическое отклонение переменной 
u при интегрировании по времени 
AVG(u) 
Текущее среднее значение переменной u 
CURVEY("имя 
файла","W") 
Импортирует Y компоненту кривой W из файла 
пользователя 
CURVEX("имя 
файла","W") 
Импортирует X компоненту кривой W из файла 
пользователя 
DELAY(x,d) 
Возвращает x с задержкой в d секунд 
DIFA(u,v[,d]) 
Сравнение значений двух аналоговых кривых u и v во 
всех точках анализа. Возвращает 1 если разность во 
всех точках по модулю меньше d, в противном случае 
возвращает 0. Параметр d необязателен, по умолчанию 
d=0 
DIFD(u,v[,d]) 
Сравнение значений двух цифровых кривых u и v во 
всех точках анализа. Возвращает 1, если во всех точках 
анализа функции отличаются друг от друга, в 
противном случае возвращает 0. В течение первых d 
секунд сравнение не проводиться. Параметр d 
необязателен, по умолчанию d=0 
FACT(n) 
Факториал от целого числа n 
u! 
Факториал от целой переменной u 
IMPORT(f,y) 
Импорт функции из файла f 
8 

Краткий справочник по Micro-Cap 
Специальные функции от комплексной переменной z=x+jy 
IMPULSE(y) 
Функция импульса от амплитуды y в пределах от 1 до 
0. 
JN(n,z[,m]) 
Функция Бесселя первого рода n-порядка (m-членов 
ряда по умолчания m=10) 
J0(z) 
Функция Бесселя нулевого рода первого порядка 
J1(z) 
Функция Бесселя первого рода первого порядка 
LAST(z,n) 
Кривая z приостанавливается на n временных точках 
MAXR(x) 
Возвращает наибольшее текущее значение х при 
временном или DC- анализе 
MINR(x) 
Возвращает наименьшее текущее значение х при 
временном или DC- анализе 
NORM(z,x0) 
Кривая z нормализуется по переменной z, где 
выражение Х равно х0. Оператор в ДБ нормализован к 
0. 
NORMMAX(z) 
Кривая z нормализуется по максимуму переменной z 
NORMMIN(z) 
Кривая z нормализуется по минимуму переменной z 
PROD(n,n1,n2,z) 
Вычисление сложного комплексного выражения z=z(n), 
для n=n1 до n=n2. Например PROD(n,1,3,j+n) = 
(j+1)*(j+2)*(j+3) = 0 +10j 
SERIES(n,n1,n2,z) 
Вычисление суммирования комплексного выражения 
z=z(n), для n=n1 до n=n2. Например SERIES(n,1,3,n+j) = 
(j+1) + (j+2) + (j+3) = 6 + 3j 
SGN(y) 
Знак, Возвращает1 если y>0, -1 если y<0, 0 если y=0 
SQRT(z) 
Корень из комплексного числа z 
STP(x) 
Ступенчатая функция амплитудой 1. Возвращает 0 при 
T >= x 
YN(n,z[,m]) 
Функция Бесселя второго рода n-порядка (m-членов 
ряда по умолчания m=10) 
Y0(z) 
Функция Бесселя нулевого рода второго порядка 
Y1(z) 
Функция Бесселя второго рода второго порядка 
 
 
Функции от комплексной переменной z=x+jy 
DB(z) 
Децибел от z ( 20lg(|z|) ) 
RE(z) 
Действительная часть от z 
IM(z) 
Мнимая часть от z 
IMAG(z) 
Мнимая часть от z 
IMG(z) 
Мнимая часть от z 
MAG(z) 
Модуль z 
M(z) 
Модуль z 
PH(z) 
Фаза z в градусах 
P(z) 
Фаза z в градусах 
9 

Краткий справочник по Micro-Cap 
Функции от комплексной переменной z=x+jy 
PHASE(z) 
Фаза z в градусах 
GD(z) 
Групповое время запаздывания, Delta(фаза от z)/Delta (частота) 
MIN(z1,z2) 
Минимум из действительной и мнимой частей z1 b z2 
MAX(z1,z2) 
Максимум из действительной и мнимой частей z1 b z2 
LIMIT(z,z1,z2) 
Возвращает z,  
IF(b,z1,z2) 
Если b истинна, функция возвращает z1, иначе возвращается z2 
 
 
Операции с логическими (цифровыми) переменными 
D(A) 
Логическое состояние цифрового узла А 
HEX(A,B,C,D) Значение состояний цифровых узлов A,B,C и D в 16-ричной 
системе 
BIN(A,B,C,D) Значение состояний цифровых узлов A,B,C и D в 2-ичной системе 
DEC(A,B,C,D) Значение состояний цифровых узлов A,B,C и D в 10-тичной системе
OCT(A,B,C,D) Значение состояний цифровых узлов A,B,C и D в 8-ричной системе 
+ 
Сумма двух 2-, 8-, 16-, 10-десятичных чисел. 
- 
Разность двух 2-, 8-, 16-, 10-десятичных чисел 
MOD 
Остаток после целочисленного деления двух 2-, 8-, 16-, 10десятичных чисел 
DIV 
Целочисленное деление двух 2-, 8-, 16-, 10-десятичных чисел 
& 
Операция И от состояний двух цифровых узлов 
| 
Операция ИЛИ от состояний двух цифровых узлов 
^ 
Операция поразрядного исключающего ИЛИ от состояний двух 
цифровых узлов 
~ 
Операция поразрядного исключающего НЕ от состояний двух 
цифровых узлов 
Некоторые функциональные клавиши 
Для окна редактора схем: 
F1 - вызов справки; 
F3- вызов окна Search; 
F10 – вывод окна настроек. 
 
Для окна Analysis: 
F2 – возврат к графикам; 
F3 – возврат к схеме; 
F4 – переход к окну графиков. 
 
Для окна графиков: 
F2 – Run 
F3 – возврат к схеме; 
F5 – просмотр файла с числовыми данными; 
10