Билеты / САПР

o Copy – копирование выбранного объекта в буфер обмена.

o Paste – копирование содержимого буфера обмена в текущее окно в

место на которое показывает курсор.

o Clear – удаление выбранного объекта без копирования в буфер. o Select all – выделение всех объектов в текущем окне.

3) Меню Component содержит каталоги библиотек аналоговых и

цифровых компонентов. Он имеет систему разворачивающихся иерархических меню, открывающихся при наведении на них курсора мышью.

транзисторы, полевые транзисторы, операционные усилители Основные пассивные и активные примитивы могут быть выбраны с

помощью группы иконок на верхней панели инструментов (рисунок):

o Waveform Sources (источники сигналов)

o источник постоянного напряжения (Battery)

o независимые источники напряжения и тока сложной формы,

зависящие от времени (Voltage source, Current source)

o источник синусоидального напряжения (Sin source) o источник импульсного сигнала (Pulse source)

Чаще всего в работах нужно будет использовать элементы Battery для

источника постоянного напряжения и Sin source для источника

синусоидального сигнала.

91

4) Меню Analysis содержит команды запуска различных режимов моделирования:

o Transient... – режим анализа переходных процессов (временной

анализ).

o AC... – режим анализа частотных характеристик (частотный анализ). o DC ... – режим анализа передаточных функций по постоянному току . o Dynamic DC – расчет режима по постоянному току и его

динамическое отображение на схеме.

o Dynamic AC – расчет по переменному току напряжений, токов и фазового сдвига и динамическое отображение этих значений на схеме. В

диалоговом окне задаются значения частоты и температуры.

o Transfer Function... – расчет передаточных функций по постоянному току, а также входного и выходного сопротивления.

При выборе трех оставшихся режимов анализа –

Probe Transient... , Probe AC... , Probe DC... . – рабочее поле делится на две части: справа размещается окно с изображением схемы, а слева окно построения графиков характеристик. Далее курсором на схеме указывается узел схемы или компонент. При этом в левой части экрана немедленно вычерчивается его характеристика.

Выбор элементов и их настройка

Чтобы собрать любую схему нам необходимо расположить в рабочей области компоненты и соединить их между собой. Процедура напоминает обычный процесс рисования схемы на бумаге.

Чтобы выбрать необходимые компоненты и поместить их на рабочее поле нужно в строке меню выбрать вкладку Component и из открывшегося списка следует выбрать необходимые элементы.

В выпадающем списке можно видеть следующие разделы:

Analog Primitives – базовые модели аналоговых компонентов, без

привязки к конкретной модели или производителю.

92

Analog Library – все аналоговые компоненты, разбитые по функциональному назначению и наименованиям (в алфавитном порядке).

Если вы точно знаете, какой компонент нужен, можно его здесь найти, но это не всегда удобно.

Digital Primitives – базовые модели цифровых микросхем. То же самое,

что и с аналогом – без привязки к конкретным компонентам, стандартная комбинационная логика (И, ИЛИ, НЕ и т.д.), АЦП, ЦАП и прочие.

Digital Library – цифровые компоненты, разбитые по функциональному назначению и наименованиям (в алфавитном порядке).

Animation – анимированные компоненты. При моделировании реальных схем они нужны крайне редко (в основном для наглядности).

Если мы знаем конкретное название нужного компонента (например,

ОУ TL061), проще всего найти его через вкладку Component → Find Component (рисунок).

Галочку Beginning of line справа от поисковой строки лучше снять,

чтобы поиск шел по всей строке. Поиск проводится по имени компонента.

93

Найденные модели отличаются исключительно корпусами и рабочим диапазоном температур (буквы после TL061).

Также самые часто используемые компоненты выведены в отдельное меню в панели инструментов.

В нижнем левом углу обведены инструменты для рисования проводов

(для рисования ломаной линии и прямой соответственно).

Вверхней рамке слева направо отмечены: земля, резистор,

конденсатор, катушка, диод, биполярный транзистор, полевой транзистор (МОП), операционный усилитель, макрос для генерации тактовых импульсов, источник постоянного напряжения, независимые источники тока и напряжения сложной формы, зависящие от времени.

Земля (общий провод) – все напряжения в нашей схеме измеряются относительно земли. Все компоненты в схеме должны иметь связь с землей по постоянному току, иначе симулятор будет выдавать ошибку. Никаких настраиваемых параметров земля не имеет.

Резистор – при установках по умолчанию имеет американское условное графическое обозначение (УГО) – в виде пружинки, а не прямоугольника (как в Европе и России). В его параметрах мы задаем только нужное сопротивление, остальные параметры нас не интересуют.

При этом сопротивление обозначается следующим образом:

·единицы – десятки – сотни Ом – просто цифра (270 Ом – просто

270),

·тысячи Ом – маленькой латинской буквой k (10 кОм – 10k)

·миллионы Ом, можно обозначать через следующим образом –

1МОм – 1000k или 1Meg

Для конденсатора и индуктивности – та же история, что и с резистором, только настраиваемые параметры меняются на емкость и индуктивность. При этом емкость обозначается следующим образом:

·m – миллифарады (1m = 1 мФ =10-3Ф),

·u - микрофарады (1u = 1 мкФ =10-6Ф),

94

·n - нанофарады (1n = 1 нФ =10-9Ф),

·p - пикофарады (1p = 1 пФ =10-12Ф).

В графе Value указывают номинал резистора.

Важно! «Фарад» в конце добавлять не нужно – в графу вводится только цифра и буква, обозначающая размерность.

С индуктивностями всё то же самое, только вместо Фарад будут Генри.

Для источника питания (батарейка – Battery) единственный параметр,

который необходимо задать – напряжение.

Источник питания Battery стандартно используется в качестве базового источника питания. Напряжение обозначается просто цифрой, если добавить перед цифрой минус – будет отрицательное напряжение. Значение напряжения вводится в окно настройки параметров компонента в графу Value.

Один из выводов батарейки (например, катод должен быть заземлен.

Все значения параметров вводятся на латинице, программа не распознает русские буквы и выдаст ошибку.

9. Программы автоматической трассировки печатных плат.

На практике при проектировании печатных плат огромное значение

имеет их разводка. Разводка (трассировка) печатных плат – один из этапов

проектирования радиоэлектронной аппаратуры, заключающийся в

определении мест расположения проводников на печатной плате

вручную или с использованием одной из САПР.

Важно! Так как цифровая и аналоговая электроника очень сильно различаются между собой, то и принципы разводки аналоговых и цифровых схем будут отличаться.

Разработчики цифровых схем могут скорректировать небольшие ошибки на изготовленной плате, дополняя ее перемычками или, наоборот,

удаляя лишние проводники, внося изменения в работу программируемых

микросхем. Для аналоговой схемы дело обстоит не так.

95

Существует три способа трассировки (нас интересует только автоматическая, так что просто для ознакомления):

ручная трассировка, при которой человек самостоятельно,

используя определённые программные инструменты, наносит рисунок проводников на чертёж платы;

автоматическая трассировка (автотрассировка), при которой программа самостоятельно прокладывает проводники на чертеже платы,

используя ограничения, наложенные разработчиком. Разработчик контролирует результат, при необходимости корректирует исходные параметры задачи и повторяет трассировку. Корректировка включает изменение расположения компонентов, предварительную отрисовку цепей вручную и т. п. На данный момент все современные системы проектирования имеют сложные и эффективные системы автоматической трассировки;

интерактивная трассировка, при которой программа (автоматика)

делает черновую работу по отрисовке цепи и контролю правил трассировки,

а человек указывает программе (роботу) последовательность действий на сложных участках трассировки, контролирует результат её работы шаг за шагом. Интерактивная трассировка печатных плат может использоваться как для полностью ручной трассировки, так и для доработок печатной платы после автоматической трассировки.

Автотрассировщики помогают конструктору в трассировке,

автоматически размещая трассы и переходные отверстия для создания соединений. Автоматическая трассировка – это интенсивный и сложный с точки зрения вычислений процесс, который для своей максимальной пользы должен следовать правилам проектирования, достигать высокой или полной степени завершения трассировки и обеспечивать ее хорошее качество.

96

Что касается конкретных программ, то их сейчас огромное множество.

Прикрепляю ниже ссылочку с длинным списком, каждый может выбрать себе программы на свой вкус и кратко их описать: https://cxem.net/software/soft_PCB.php

Например, от компании Altium (производитель бесплатного САПР

Circuit Maker) программа Altium Designer.

Состав программного пакета Altium Designer включает весь необходимый набор инструментов для создания, редактирования и правки работ на основе электрических и программируемых интегральных схем.

Редактор схем позволяет работать с проектами любого размера и сложности,

преобразовывая их в простейшие подблоки. Редактор печатных плат программы содержит уникальные средства для автоматического (программы

Statistical Placer, Cluster Placer) и интерактивного размещения компонентов.

Топологический трассировщик Situs использует полностью настраиваемый алгоритм для решения задач разводки печатных плат с большой плотностью установки элементов. Он может работать по неортогональным направлениям и с самостоятельным выбором слоев. Он использует технологию топологического анализа для распределения пространства платы, которая, в отличие от распределения на основе геометрии или форм, не зависит от координат и формы препятствий.

Топологическое распределение обеспечивает более высокую гибкость в определении пути трасс и разрешенных направлений трассировки.

Ссылка на подробное описание автотрассировщика Situs, на всякий случай: https://www.altium.com/ru/documentation/altium-designer/topological- autorouting-ad

10. Применение САПР при проектировании и производстве

протезно-ортопедических изделий.

97

Существует множество программных решений для реализации самых разных видов задач. Проектирование и производство протезно-

ортопедических решений в первую очередь подразумевает трехмерное моделирование конструкций сложных и анатомических форм с необходимостью последующего тестирования их свойств и характеристик как минимум в области механики.

Для простого построения макетов будет достаточно относительно дружелюбного программного обеспечения как КОМПАС-3Д, например.

При необходимости более сложного и профессионального моделирования необходимо использовать более сложные и комплексные САПР, такие как SolidWorks, Mathcad и Fusion 360 с возможностью снятия нагрузочных проб и других более сложных и комплексных физических воздействий на конечное проектируемое изделие непосредственно в программной среде.

11. Технологии быстрого прототипирования.

На стадии проектирования разработчики сталкиваются с необходимостью визуальной оценки внешнего вида изделий, правильности их конфигурации, возможности сбыта разрабатываемых изделий и прочими вопросами. Ответы на них требуют наличия реальной модели (прототипа)

изделия, максимально приближенной к его компьютерной модели.

Создание прототипа или прототипирование является обязательным этапом процесса разработки любого нового изделия. Модели-прототипы помогают оценить внешний вид и эргономику разрабатываемого изделия,

проверить функциональность конструкции и внести необходимые изменения ещё до запуска изделия в производство. Создание качественного прототипа,

максимально похожего на будущее изделие, – весьма непростая задача.

Приходится решать проблемы точного повторения геометрической формы и внешнего вида изделия, собираемости изделия и поиска материалов,

максимально похожих на заложенные в конструкторской документации.

98

Традиционные способы изготовления моделей трудоёмки, обладают низкой точностью и плохой повторяемостью при воспроизведении. Поэтому в последнее время всё большую популярность завоевывают технологии быстрого прототипирования (Rapid Prototyping), которое иногда называют 3D

печатью (3D Printing), то есть послойного создания физического объекта,

который соответствует математической модели изделия в формате STL

(Stereolithography Text Language), первоначально разработанного для процесса стереолитографии и в настоящее время являющегося графическим стандартом представления данных о модели для систем быстрого прототипирования. Используя быстрое прототипирование, можно изготавливать корпуса деталей, пробные и тестовые экземпляры, которые позволяют оценить внешний вид, пропорции, эргономичность и совместимость будущих изделий до изготовления дорогостоящих литьевых форм или штампов, то есть, до запуска этих изделий в производство.

Быстрое прототипирование значительно дешевле и удобнее прочих технологий (для установок быстрого прототипирования или 3D принтеров,

как и для привычных бумажных 2D принтеров, характерны:

простота использования

легкость загрузки картриджей

возможность эксплуатации в офисе

автономность

постановка заданий в очередь печати

печать с любого компьютера локальной сети.

В отличие от традиционных методов изготовления прототипов,

быстрое прототипирование изделий не предусматривает удаление материала

(фрезеровка, сверление, стачивание) или изменение его формы (штамповка,

ковка, изгиб, раскатывание), а выполняется посредством послойного наращивания материала, из которого состоит модель, до образования единого

99

целого – готового изделия. Особенность технологии снимает все ограничения на внутреннюю структуру получаемой модели, в процессе создания которой все внутренние компоненты изделия, в том числе и подвижные, оказываются размещёнными согласно заданным координатам.

Технологии быстрого прототипирования относятся к методам,

основанным на добавлении материала (в отличие от классической механообработки). Их принято подразделять по типу расходных материалов на:

жидкие

порошкообразные

листовые твердотельные.

Процессы с жидкими расходными материалами подразделяются, в

свою очередь, на:

процессы отверждения посредством контакта с лазером

отверждения электрозаряженных жидкостей

отверждения предварительно расплавленного материала.

Процессы с порошкообразными материалами осуществляют скрепление частиц:

под воздействием лазера

выборочного нанесения связующих компонентов.

Процессы с твердотельными листовыми материалами могут быть классифицированы по способу их соединения:

лазером

слоем связующего материала.

Быстрое прототипирование включает в себя несколько этапов, первым из которых является разработка математической модели изделия в формате STL. Эта модель разбивается на тонкие поперечные слои с

100