Дипломдық ЖҰмыс кварцты автогенератордың сұлбасын қолданбалы бағдарламаның көмегімен талдау
Кварцты автогенератор сұлбасын қолданбалы бағдарламаның көмегімен талдау және оның жұмысын модельдеу
жүктеу/скачать 0,77 Mb.
|
ДЖ Нургазина
| 2 Кварцты автогенератор сұлбасын қолданбалы бағдарламаның көмегімен талдау және оның жұмысын модельдеу
2.1 Electronics Workbench бағдарламасының ерекшеліктері Қазіргі уақытта қолданылатын кварц генераторларында (КГ) болатын процестерді талдаудың аналитикалық әдістері сызықты емес дифференциалдық теңдеулерді шешуге негізделген және қарапайым схемалар үшін де көп уақытты қажет етеді. Сонымен қатар, КГ әзірлеу сапасы мен уақытының көрсеткіштеріне қойылатын талаптарды қатайту жағдайында қазіргі заманғы жобалау міндеттері жоғары дәлдікпен және аз еңбек шығынымен КГ схемаларын талдауды талап етеді. Көп жағдайда бұл мәселені шешудің жалғыз жолы-компьютерлік математикалық модельдеу әдістерін қолдану. КГ схемасы сызықтық емес шектеу режимінде жұмыс істейтіндіктен, оны модельдеу үшін үлкен сигнал режимінде сызықтық емес талдау әдістерін қолдану қажет. Алайда, КГ модельдеуде Электронды схемаларды сызықтық емес талдау үшін қолданылатын дәстүрлі сандық әдістер тиімсіз. Бұл: есептеу үшін Машина уақытының едәуір шығындарына байланысты, өйткені резонатордың жоғары сапалы болуына байланысты өтпелі кезең ондаған және жүздеген мың тербеліс кезеңдеріне жалғасады; өздігінен тербеліс жүйесіндегі тербелістер өздігінен қозғамаған кезде, бұзылған шешімнің болуы және оны болдырмау керек, сонымен қатар басқа да себептер. Мұның бәрі жалпы схемалық модельдеу жүйелерінің ортасында КГ модельдеу мүмкіндігін шектейді. КГ схемаларының ерекшеліктерін ескере отырып оңтайландырылған сандық талдаудың мамандандырылған әдістерін құру бойынша теориялық зерттеулер бар. Осылайша, бүгінгі таңда КГ компьютерлік модельдеу құралдарындағы заманауи дизайн міндеттерінің қажеттіліктері мен мұндай құралдардың нақты болмауы арасындағы қарама-қайшылықта тұрған проблема бар. Қазіргі уақытта қолданылатын КГ-да болатын процестерді талдаудың аналитикалық әдістері сызықты емес дифференциалдық теңдеулерді шешуге негізделген және өте қарапайым схемалар жағдайында да көп уақытты қажет етеді. Сонымен қатар, белсенді элементтің жеңілдетілген модельдерін қолдану қажеттілігі көбінесе талдау нәтижелерінің сенімділігін тек сапалық деңгеймен шектейді. Сонымен бірге, КГ-ны әзірлеу сапасы мен уақытының көрсеткіштеріне қойылатын талаптарды қатайту жағдайында заманауи дизайн міндеттері аз еңбек шығындары үшін схеманы талдаудың ең дәл нәтижелерін талап етеді. Көп жағдайда бұл мәселені шешудің жалғыз жолы-компьютерлік математикалық модельдеу әдістерін қолдану. Компьютерлік модельдеу ұзақ уақыт бойы көптеген мәселелерді шешуде зерттеуші мен әзірлеушінің әдеттегі құралына айналды, алайда кварц авто генераторлары сияқты схемалар класын модельдеу әлі де күрделі ғылыми міндет болып табылады. Сұлбаны талдау келесі ерекшеліктерге байланысты: 1) КГ схемасы сызықтық емес шектеу режимінде жұмыс істейді, сондықтан оны модельдеу үшін үлкен сигнал режимінде сызықтық емес талдау қажет. Шағын сигнал режиміндегі сызықтық талдауды тек өзін-өзі қоздыру жағдайларын талдау үшін қолдануға болады; 2) көптеген схемалық АЖЖ-да қолданылатын сызықтық емес талдау әдістері өтпелі процестер периодты немесе тез өшетін жағдайларда тиімді. Кварц резонаторының жоғары сапалы болуына байланысты КГ-да болатын процестерді модельдеу пайда болатын тербелістердің көптеген кезеңдерін есептеуді қажет етеді. КГ талдау үшін уақыт аймағында дифференциалдық теңдеулерді сандық интегралдау әдістерін қолдану әрекеттері шамадан тыс үлкен есептеу көлемін орындау қажеттілігіне әкеледі. Қазіргі заманғы компьютерлер үшін айтарлықтай Машина уақытының шығындарынан басқа, үлкен есептеу интегралдық қателіктердің жиналуына байланысты қатенің өсуіне әкеледі; 3) өтпелі процесті есептемей, стационарлық режим үшін дереу шешім алуға мүмкіндік беретін жиілік аймағында талдау әдістерін қолдана отырып, КГ-ды модельдеу кезінде проблемалар туындауы мүмкін. Біріншіден, негізгі гармониканың жиілігін білу қажет, ал алдын-ала генерация жиілігі белгісіз болады. Сонымен қатар, резонатордың жоғары сапалы болуына байланысты жиілік аймағындағы сандық талдау алгоритмдері конвергенцияның кіші аймағына ие; 4) нақты КГ қуат беру кезінде ішкі шу мен ауытқулардың әсерінен өзін-өзі қоздырады. КГ модельдеу кезінде мұндай ауытқулар жоқ және тербелістердің пайда болуы үшін арнайы шараларды қабылдау қажет. Кварц автогенераторын модельдеудің сандық-аналитикалық әдісінің алгоритмі дәстүрлі әдістерден айырмашылығы, модельдеу процесі модельдеудің екі деңгейін – схема мен макромодельді қолдану арқылы жүзеге асырылады. Бастапқы кезеңде Кварц автогенератордың толық схемалық моделі қалыптасады, оның негізінде классикалық сандық талдау әдістерін қолдана отырып, оның жоғары деңгейлі моделінің параметрлері есептеледі. Процестерді талдау ол аналитикалық әдістерді қолдана отырып, модельдеудің макромодельдік деңгейінде жүзеге асырылады. Осылайша: 1) сандық әдістер бүкіл КГ схемасын модельдеу үшін қолданылмайды, тек резонаторсыз оның учаскесінің макромодель параметрлерін есептеу үшін қолданылады (қоздыру схемасының макромодель параметрлері), бұл оларды қолдануға шектеулерді алып тастайды. Есептеулер үшін жалпы схемалық модельдеу бағдарламаларын қолдануға болады; 2) талдаудың аналитикалық әдістері схеманың бастапқы толық моделіне қолданылмайды, бірақ олардың тиімділігін қамтамасыз ететін оның кіші өлшемді эквивалентіне қолданылады. КГ-ның жоғары деңгейлі моделі КГ-ның нақты құрылымына тәуелді емес болғандықтан (ол тек екі элементтен тұрады), аналитикалық есептеу өрнектерін бір рет алу жеткілікті, содан кейін олар бойынша есептеулерді толығымен автоматтандыруға болады. Кез-келген электронды құрылғының дамуы физикалық немесе математикалық модельдеумен бірге жүреді. Физикалық модельдеу үлкен материалдық шығындармен байланысты, өйткені макеттер жасау және оларды көп уақытты қажет ететін зерттеулер қажет. Көбінесе физикалық модельдеу өте күрделілікке байланысты мүмкін емес, мысалы, үлкен және өте үлкен интегралды схемаларды жасау кезінде. Бұл жағдайда есептеу техникасы құралдары мен әдістерін пайдалана отырып, математикалық модельдеуге жүгінеді. Мысалы, әйгілі P-CAD пакетінде сандық құрылғыларды логикалық модельдеу блогы бар, бірақ жаңадан бастаушылар үшін, соның ішінде студенттер үшін де бұл үлкен қиындықтарды тудырады. DesignLab жүйесін пайдалану кезінде кездесетін қиындықтар аз емес. Схемалық модельдеудің бағдарламалық жасақтамасының жай - күйін талдау көрсеткендей, автоматтандырылған жобалау әдістерін бастапқы игеру кезеңінде және іздеу-зерттеу жұмыстарын жүргізу кезеңдерінде Electronics Workbench-EWB сияқты келесі бағдарламаларды пайдалану мүмкіндігін қарастырған жөн. Схемалық модельдеу жүйесіelectronics Workbench электр тізбектерін модельдеуге және талдауға арналған. Electronics Workbench электр тізбектерін модельдеу және талдау жүйесі, бірақ қысқа мерзімде біз оны бағдарлама деп атаймыз. Electronics Workbench бағдарламасы үлкен күрделілік дәрежесіндегі аналогтық, цифрлық және цифрлық-аналогтық тізбектерді модельдеуге мүмкіндік береді. Бағдарламадағы кітапханаларға кең таралған Электронды компоненттердің үлкен жиынтығы кіреді. Жаңа құрамдас кітапханаларды қосу және құру мүмкіндігі бар. Схемалық модельдеудің басқа бағдарламаларынан айырмашылығы, ол шындыққа мүмкіндігінше жақын басқару элементтері бар өлшеу құралдарын көрсетеді. Пайдаланушыға модельдеу тапсырмаларын құрастырудың өте дерексіз (өте күрделі болмаса да) ережелерін үйренудің қажеті жоқ. Схемаға екі арналы осциллограф пен сигнал генераторын енгізу жеткілікті-және бағдарламаның өзі өтпелі процестерді талдау қажет екенін түсінеді. Егер сіз схемада жиілік сипаттамаларын талдаушыны орналастырсаңыз, онда тұрақты ток режимі есептеледі, сызықты емес компоненттерді сызады, содан кейін жиілік аймағындағы тізбектің сипаттамалары есептеледі. Талданған жиіліктердің ауқымы, пайда және деректерді цифрлау сипаты (сызықтық немесе логарифмдік масштабта) тінтуірдің көмегімен алдыңғы панельде орнатылады. Electronics Workbench бағдарламасының жұмыс терезесінің интерфейсы бірнеше шартты бөліктерге бөлінген. Төменгі жақта орналасқан үлкен, жұмыстық терезеде қажет болатын іс-әрекеттерді жасалынады, яғни электрлк сұлбалар жиналады. Дәл осы терезеде қажет болатын сұлбаны құрастыруға, оларды талдауға және сұлбаға кіретін параметрлерді өзгертуге болады. Осы терезеден сәл жоғарыда «өлшеу құралдарының тақтасы» берілген. Бұл тақтада барлық радиоэлектрондық элементтер орналасқан. Electronics Workbench бағдарламасының «элементтер кітапханасында» электрлік принципиалды сұлбаға қажет болатын «ток көздері» немесе «сигнал көздері» бар. Бұл жерде қандай да тұрақты токты беретін қарапайым «батареялардан» бастап «сызықтық емес сигналдың күрделі генераторлары» орналастырылған. Electronics Workbench бағдарламасында сигналдар көзі ретінде «тоқ көздері» ғана емес, сонымен қатар «басқарылатын көздер кіретін сигналдар көзін» беретін кітапхана тақта 10-суретте берілген [11]. 10-сурет – Басқарылатын сигналдардың кітапханасы Басқарылатын сигналдардың кітапханасында 10-суретке сәйкес көрсетілген элементтер: 1) электр тізбегінің бір ұшын жерге қосу элементі; 2) батарея; 3) тұрақты ток көзі; 4) айнымалы синусоидалды кернеудің көзі; 5) айнымалы синусоидалды ток көзі; 6) кернеумен басқарылатын кернеу көзі; 7) токпен басқарылатын ток көзі; 8) кернеумен басқарылатын ток көзі; 9) токпен басқарылатын ток көзі; 10) +5 В кернеумен берілген тұрақты ток көзі; 11) +15 В кернеумен берілгентұрақты ток көзі; 12) бір полярлы тікбұрышты импульстердің генерторы; 13) амплитудалық модцляцияланған тербелістердің генераторы; 14) фазалық модуляцияланған тербелістердің генераторы; 15) полиномиалды ток көзі. «Пассивті элементтер» кітапханасы 11-суретте берілген. жүктеу/скачать 0,77 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|