по варианту

Курсовой проект на тему:
«Схемотехническое моделирование и проектирование печатной платы избирательного УНЧ»
Цель: Освоение методики автоматизированного проектирования и схемотехнического моделирования РЭС.
Исходные данные: Схема электрическая принципиальная и перечень элементов избирательного УНЧ.
Содержание
№Наименованиестр
1Анализ современных систем
автоматизированного проектирования РЭС
1.1Схемотехническое моделирование РЭС. Цели и задачи
1.2Автоматизированное проектирование печатных плат
1.2.1Назначение и структура печатных плат. Основные технологические операции и конструктивные параметры
1.2.2Общие понятия о системе PCAD. Назначение и основной состав системы PCAD 2002
2Схемотехническое моделирование избирательного УНЧ
2.1Краткое описание схемы
2.2Моделирование избирательного УНЧ
2.2.1Подготовка исходной информации
2.2.2Порядок ввода электрической принципиальной схемы
2.2.3Ввод схемы УНЧ в рабочее поле MC7 и проведение моделирования в режиме расчёта частотных характеристик
3Проектирование печатной платы УНЧ
3.1Схема электрическая принципиальная
3.2Сборочный чертёж
3.3Чертёж верхнего слоя
3.4Чертёж нижнего слоя

Вызов панели осуществляется нажатием на клавиатуре ПК клавиш «Ctrl номер панели», например для панели 1 ( «Ctrl 1» и т.д. Число панелей равно девяти. Как видно из рис. 2.2, панель представляет собой вертикальную табличку, в которой записаны имена компонентов, например, Resistor (резистор), Capacity (конденсатор) и т.д. В используемой версии MC7 панели уже записаны. В них присутствуют пассивные элементы npn и pnp (транзисторы), Diode (диод), Opamp (операционный усилитель) и т.д..
Параметры моделей этих компонентов находятся в библиотеке моделей, откуда их имена переносятся на панель списка компонентов и при обращении к этому имени при вводе схемы происходит автоматическое подключение модели в процессе анализа характеристик.
2.2.2 Порядок ввода электрической принципиальной схемы
MicroCap 7 является системой программ моделирования, т.е. анализа характеристик спроектированного устройства. Поэтому для ввода схемы и последующего моделирования необходимо иметь чертеж (рисунок) принципиальной схемы с обозначенными на нем компонентами и параметрами компонентов. Проиллюстрируем основные действия, выполняемые при вводе, на примере схемы, представленной на рис. 2.3.
Ввод любого элемента производится следующим образом. С помощью «мыши» нажимается вверху слева кнопка ввода элементов (рис.2.4).
С помощью курсора и «мыши» отыскивается имя элемента в созданной ранее панели имен (Palette Analog), и щелчком левой кнопки «мыши» фиксируется: на имени появляется темная полоса. Курсор переводится в ту точку экрана, где расположен данный элемент, и фиксируется нажатием левой кнопки «мыши» (рис. 2.4).
На экране появляется ещё одно окно (рис. 2.5), позволяющее ввести параметры компонента, в данном случае резистора. В центре окна находится таблица, в которой записаны наименования параметров (но не сами параметры!), основными из которых являются:
Part ( обозначение компонента на схеме;
Value ( номинальное значение;
Model ( тип модели компонента.
Подведем курсор к наименованию Value и фиксируем его щелчком кнопки «мыши». При этом в правом верхнем окне, обозначенном value, появляется приглашение к вводу значения параметра. В нашем случае вводится резистор, для которого Part ( R1 (рис.2.6), Value ( 1 k (рис.2.12), Model ( С6 1% (рис.2.7).
При обращении к наименованию Model (рис.2.8) в правом окне возникает список моделей, в данном случае резисторов, имеющихся в библиотеке. Для выбранной курсором модели, в данном случае С6_1%, ниже в шести окнах отображаются параметры модели. К ним относятся основные:
R ( допуск, в данном случае dev=1% (впереди должны быть 1 и пробел, смысл этого можно найти в специальной литературе);
TC1 ( линейный температурный коэффициент (его смысл обсуждался в разделе 2.1), в данном случае TC1=100 u=104 1/0C, суффикс «u» означает умножение числа на 10-6.
Остальные параметры не существенны для большинства технических приложений.
Следуя порядку ввода резистора R1, как показано на рис. 2.9, вводятся остальные пассивные компоненты, а также источники питания V1, V2 (Battery в панели Analog) и источник сигнала V3 (V в панели Analog).
Используя в панели Analog обозначение транзистора «npn», вводим транзисторы в окно схемы (рис. 2.10).
Рис. 2.11 иллюстрирует порядок выбора транзистора при вводе его в окно схемы.
Для соединения компонентов друг с другом нажимается кнопка ввода проводников , после чего курсор подводится к начальной точке соединения, нажимается и удерживается левая кнопка «мыши», курсор передвигается до конечной точки соединения и левая кнопка отпускается (рис. 2.12). В процессе движения курсора на экране постепенно появляется изображение линии (проводника), которое фиксируется при отпускании левой кнопки.
Редактирование компонентов схемы на чертеже производится включением кнопки выбор режима (Select mode), что позволяет осуществить ряд операций: очистка (Clear, Del), удаление с копированием в буфер и т.д.
Окончательный вариант чертежа схемы с обозначением номеров узлов приведён на рис. 2.13.
Отметим, что при вводе числовых значений параметров компонентов, таких как сопротивление, ёмкость, амплитуда напряжения, частота, время и т.д., используются суффиксы k=103, m=10-3, u=10-6, Meg=106, p=10-12,
n=10-9. Наличие суффикса рядом с числом означает умножение этого числа на суффикс. Использование суффикса облегчает запись числа.
Наряду с этим допускается так называемая инженерная запись: 106=1E6, 10-12=1E-12 и т.п.
MC7 предоставляет возможность проведения следующих видов анализа: расчет частотных характеристик (АС Analysis); расчет характеристик во временной области (Transient Analysis); расчет передаточных функций по постоянному току (DC Analysis); многовариантный анализ (Stepping); статистический анализ методом Монте-Карло; расчет шумов; анализ Фурье, т.е. расчет нелинейных искажений.
2.2.3 Ввод схемы УНЧ в рабочее поле MC7 и проведение моделирования в режиме расчёта частотных характеристик
На рис. 2.14 представлена схема модели УНЧ, введённая на рабочее поле MC7 в соответствии с изложенными правилами. В модели в качестве источников питания введены разнополярные батареи V1, V3 напряжением 5В. Потенциометры R7, R8, R9, представленные на рис 1.1 технического задания, моделированы последовательными соединениями резисторов, соответственно R3 – R4, R9 – R10, R18 – R19 по 50 кОм каждый. Третий вывод потенциометров каждого плеча на схеме рис. 1.1 моделируется выводом точки последовательного соединения резисторов. Изменяя номиналы каждой пары последовательно соединённых резисторов, оставляя сумму сопротивлений резисторов, равной 100 кОм, можно имитировать движение ползунка резистора влево и вправо.
Проведём анализ амплитудно-частотной характеристики УНЧ.
На рис. 2.15 представлена таблица задания исходных данных.

Рис. 2.14 Схема модели УНЧ

Рис. 2.15 Таблица задания на расчёт АЧХ
В таблице установлен диапазон частот (10Гц, 100кГц), в котором будет производиться расчёт амплитудно-частотных характеристик, соответствующих различным крайним положениям движков потенциометров в схеме УНЧ на рис. 1.1. Ниже приведены результаты моделирования
Рис. 2.16 АЧХ УНЧ при нейтральном положении регуляторов (потенциометров)
Амплитудно-частотная характеристика, представленная на рис. 2.16, свидетельствует о том, что предложенное для анализа устройство является резонансным (полосовым) усилителем нижних частот с центральной частотой 1000 Гц , с усилением на этой частоте 27,8 дБ и полосой частот на уровне 3 дБ в пределах от 18Гц до 18 кГц.
Рис. 2.17 a. Первый потенциометр находится в левом крайнем положении
Рис. 2.17 б. Первый потенциометр находится в правом крайнем положении
Амплитудно-частотная характеристика, представленная на рис. 2.17 а,б, свидетельствует о том, что перемещение движка первого потенциометра из крайнего левого в крайнее правое положение практически не сказывается на поведении АЧХ.
Рис. 2.17 в. Второй потенциометр находится в левом крайнем положении
Рис. 2.17 г. Второй потенциометр находится в правом крайнем положении
Амплитудно-частотная характеристика, представленная на рис. 2.17 в,г, свидетельствует о том, что перемещение движка второго потенциометра в крайнее левое положение приводит к смещению частоты максимума со значения 1000 Гц к значению 600 Гц и к изменению усиления со значения 27,8 дБ к 31,7 дБ, полоса частот по уровню 3 дБ в пределах от 82 Гц до
9,7 кГц. При крайне правом положении движка частота максимума становится равной 6,9 кГц, усиление на этой частоте равно 28,5 дБ, а полоса частот по уровню 3 дБ в пределах от 1,4 кГц до 23 кГц.
Рис. 2.17 д. Третий потенциометр находится в левом крайнем положении
Рис. 2.17 е. Третий потенциометр находится в правом крайнем положении.
Амплитудно-частотная характеристика, представленная на рис. 2.17 д,е, свидетельствует о том, что перемещение движка третьего потенциометра в крайнее левое положение сохраняет частоту максимума, изменяет усиление со значения 27,8 дБ к 31,7 дБ, полоса частот по уровню 3 дБ в пределах от 125 Гц до 19 кГц. При крайне правом положении движка частота максимума становится равной 100Гц, усиление на этой частоте равно 18,5 дБ, а полоса частот по уровню 3 дБ в пределах от 41 Гц до 8,7 кГц.
На рис. 2.18 представлены результаты моделирования схемы по постоянному току в режиме DC (Direct Current)

Рис. 2.18 Результаты моделирования режима постоянного тока
Проектирование печатной платы УНЧ
Разработка печатной платы проводилась в системе PCAD 2002, с использованием библиотеки компонентов, имевшейся в системе в момент поставки и дополнительно разработанных недостающих библиотечных элементов для некоторых компонентов. Ниже приведены результаты проектирования. Трассировка печатной платы проведена в режиме автоматической разводки с использованием пакета PCAD 2002 PCB и подпрограммы Quick Route.
3.1 Схема электрическая принципиальная
3.2 Сборочный чертёж
3.3 Чертёж верхнего слоя
3.3 Чертёж нижнего слоя

1
Рис. 2.1. Рабочее поле МС7
Рис. 2.2. Панель списка компонентов
Рис. 2.3. Схема дифференциального усилителя
Рис. 2.4. Ввод резистора
Рис. 2.5. Окно ввода параметров
Рис. 2.6. Ввод в окно обозначения компонента R1
Рис. 2.7. Ввод в окно значения компонента R1
Рис. 2.8. Ввод в окно имени модели
Рис. 2.9. Ввод в окно схемы пассивных компонентов
и источников
Рис. 2.10. Ввод транзисторов в окно схемы
Рис. 2.11. Выбор транзисторов
Рис. 2.12. Порядок ввода проводников в окно схемы
Рис. 2.13. Схема усилителя, введённая в рабочее поле MC7