Создайте профиль анализа Transient с именем ‘SCHEMATIC1-transient’, последовательно выполняя нижеприведенные пункты.

1. Щёлкните по кнопке New Simulation Profile (Новый профиль моделирования) или по: <PSpice>→<New Simulation Profile>. Откроется окно ‘New Simulation’ (‘Новое моделирование’).

2. В поле Name: (Имя:) этого окна введите transient (Переходный процесс) и щёлкните по кнопке Create (Создать), после чего откроется окно ‘Simulation Set­tings – transient’ (‘Настройки моделирования переходного процесса’), имеющее несколько страниц с вкладками.

3. Ознакомьтесь с содержанием окна ‘Simulation Settings – transient’, в котором следует задать необходимые параметры настройки для этого стандартного типа анализа модулем PSpice. На странице с вкладкой Analysis (Анализ) в поле с выпадающим списком Analysis type: (Тип анализа:) автоматически будет выбран тип Time Domain (Transient) (Временная область). Если он автоматически не выбран – выберите его.

В поле Run to time: (Выполнять до времени:) введите верхнюю границу интервала времени анализа переходных процессов – 2 ms. Это значение задается для получения временных зависимостей на двух периодах импульсного напряжения. В поле Start saving data after: (Начало сохранения данных после:) введите 0 s. В поле Maxi-mum step size: (Максимальный шаг:) введите величину на два порядка меньше верхней границы – 0,02 ms. Заметим, что модуль PSpice автоматически определяет временной интервал между контрольными точками (Maximum step size), для которых он проводит анализ схемы. Если напряжения на определенных участках схемы изменяются слишком сильно, то PSpice выбирает меньшие интервалы, при незначительных изменениях – наоборот, большие. Это сокращает время проведения расчетов, не нанося ущерба качеству анализа.

4. Щёлкнув по кнопкам: <Применить>→<OK>, закройте окно ‘Simulation Settings – transient’ и сохраните профиль.

1.3. Моделирование схемы и получение временных диаграмм

Созданный профиль является активным, поэтому сразу можно запустить процесс моделирования щелчком по кнопке . После непродолжительных вычислений на панели задач рабочего стола ОС Windows появится свернутое окно модуля Probe ‘SCHEMATIC1 – transient – PSpice A/D – [transient (active)]’. Разверните его, щёлкнув по нему. Заметьте, что при повторном запуске процесса моделирования это окно может быть развернуто сразу.

Щёлкнув по: <Trace (Диаграмма)>→<Add Traces> или по кнопке  – Add Traces, откройте окно ‘Add Traces’. Для того что-бы легче разбираться с диаграммами, в центральной части окна щёлкая по флажкам у опций Currents, Power и Alias Names уберите их. Щёлкните по V (in), а затем по кнопке ‘OK’, получите диаграмму входного напряжения. Щёлкните по кнопке , откройте окно‘Add Traces’, щёлкнув по V(out), а затем по кнопке ‘OK’, получите диаграмму выходного напряжения. В дополнение к аналоговым напряжениям выведите на экран цифровые состояния midl, для этого в окне ‘Add Traces’ щёлкните по midl, а затем по кнопке ‘OK’. Получите диаграммы, представленные на рисунке 2, и занесите их в отчет.

Вы видите (рис. 2), что экран модуля Probe разделен на две части: в нижней отображаются аналоговые напряжения, в верхней представлены цифровые состояния. При желании вы можете изменять пропорции двух этих частей, щёлкнув по: <Plot>→<Digital Size (Цифровой размер)>, в открывшемся окне ‘Digital Plot Size’ в поле Percentage of Plot to be Digital (Процент чертежа цифровой части) ввести число, например 20, тем самым выделяя 20 % всего экрана для изображения цифровой части.

Чтобы точнее исследовать области перехода между цифровыми состояния­ми, необходимо отображать одну из областей в сильно увеличенном виде. Для этого необходимо щёлкнуть по: <Plot>→<Axis Settings… (Установки оси...)> чтобы открыть окно ‘Axis Settings’. На странице с вкладкой X Axis (Ось Х) в разделе Data Range (Интервал времени) щелчком по радио кнопке с названием User Defined (Определяется пользователем) активизируйте два поля. В первое поле введите нижнюю границу интервала времени: 495us, а во второе – верхнюю границу: 505us и щёлкните по кнопке ‘OK’, закройте это окно. Получите диаграммы, представленные на рисунке 3, и занесите их в отчет.

Рис. 2. Диаграммы аналоговых напряжений и цифровых состояний

Как вам известно, микросхема 7404 (российский аналог ЛИ1) содержит шесть инверторов (на рис. 1 используется только два), принадлежит серии транзисторно-транзисторной логики, сокращенно именуемой серией ТТЛ. В идеальном случае для 7404 ТТЛ – уровень низкого сигнала (логический 0) L=0 В, а уровень высокого сигнала (логическая 1) H=5 В. Напряжения имеющие значения от 0,8 В до 2 В считаются неопределенными.

Рис. 3. Увеличенный фрагмент диаграмм

При запуске процесса моделирования модуль PSpice наряду с расчетом электрических величин проводит расчет логических состояний электронной схемы, т. е. реализует логический анализ. На рисунке 3 видно, как модулем Probe показываются неопределенные состояния инвертора U1A в области от 1,3 В до 2 В:

– в цифровой части экрана эта область обозначается с помощью параллелограмма;

– в аналоговой части – постоянным напряжением от 1,3 В до 2 В.

Щёлкнув по кнопке  – Toggle cursor, активизируйте курсор. Проведите точное измерение длительности интервала времени неопределенного состояния инвертора U1 A и постоянных напряжений 1,3 В и 2 В. Результаты измерений занесите в отчет.

Задание 2. В схеме, приведенной на рисунке 1, задайте: значение сопротивления резистора R1=10 KOm; измените длительности переднего и заднего фронтов: TR=5 us, TF=5 us, и ширину импульса PW=490 us источника импульсного напряжения. Измените верхнюю границу интервала времени анализа переходных процессов на 5 ms. Для этого щёлкните по кнопке ‘Edit Simulation Profile’ (‘Отредактировать профиль моделирования’), в открывшемся окне ‘Simulation Settings-transient’ на странице с вкладкой Analysis в поле Run to time введите 5 ms, а в поле Maximum step size – 0,05 ms. Щёлкнув по кнопкам: <Применить>→<OK>, закройте окно ‘Simulation Settings-transient’ и сохраните отредактированный профиль. Получите диаграммы напряжений V(in), V(out) и цифрового состояния midl. Сравните полученные диаграммы с диаграммами, приведенными на рисунке 2.

Исследование области перехода проведите, изменив нижнюю границу интервала времени на 490 us, а верхнюю – на 510 us. Получите диаграммы и занесите их в отчет. Активизируйте курсор, проведите измерение длительности интервала времени неопределенного состояния U1A и его значения нижнего и верхнего уровней напряжения. Результаты измерений занесите в отчет.

Выполнение работы

1. Включить ПК и запустить редактор OrCad Capture.

2. Выполните задания 1 и 2.

Форма отчетности

Отчет должен содержать:

1. Цель работы и основные положения по пункту 1.

2. При выполнении задания 1 приведите:

– аналого-цифровую схему (рис. 1);

– основные свойства компонента VPULSE;

– диаграммы V(in), V(out), V(midl) и измеренные V(in), V(out).

3. При выполнении задания 2 приведите:

– увеличенный фрагмент диаграммы, измеренные уровни напряжений неопределенного состояния инвертора и длительности его интервала времени.

4. Контрольные вопросы

1. Представьте временную диаграмму (на интервале времени от 0s до 2ms) импульсного напряжения источника, имеющего следующие свойства:

V1=5 V, V2=–5 V, TD=0 s, TR=0,1 us, TF=0,1 us, PW=498 us, PER=1 ms.

2. Поясните временную диаграмму, приведенную на рисунке 3. Каковы уровни выходного напряжения инвертора U1A, определяющие его неопределенное состояние?

3. Поясните временную диаграмму, полученную при исследовании области перехода на интервале времени от 490 us до 510 us. Чем определяется увеличение интервала времени неопределенного состояния инвертора U1 A?

4. Почему в задании 2 увеличился уровень напряжения на выходе инвертора U1 B?

Литература

1. Хайнеман Р. Визуальное моделирование электронных схем в PSPICE: Пер. с нем. М.: ДМК Пресс, 2008. 336 с.: ил.

2. Новиков Ю. В. Введение в цифровую схемотехнику. Издательство: Интернет-Университет Информационных Технологий; БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. 344 с.: ил., табл. («Основы информационных технологий»).

ЛАБОРАТОРНАЯ  РАБОТА  № 3