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 
 

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 .......................................................................................................... 
Приложение ......................................................................................................... 

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. 

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. 
 

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 

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 
 
 
 

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 

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 

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;