Erläuterung der Grundfunktionen, Simulation eines RC- und CR Gliedes

Dieses Kapitel soll in die Grundfunktionen von ToneCirc einweisen. Zusätzlich wird die parallele Verwendung
von Dyna und  LSA sowie zweier Teilschaltungen in einem einzelnen Dokument beschrieben.

Ich werde jetzt erstmal erläutern, wie man eine neue Schaltung erstellt.

Über den Menuepunkt Project/New ein leeres Dokument öffnen. Um nun Elemente ins Dokument hinein
zubekommen gibt es 2 Möglichkeiten: 
1. Das Symbol in der ToolBar anklicken, mit gedrückter Maustaste ins Dokument hineinziehen und an der
gewünschten Stelle loslassen (Drag & Drop).
2. Die gewünschte Stelle im Dokument mit der linken Maustaste kurz anklicken dann das Symbols in der ToolBar 
anklicken.

Wie die Elemente verschoben, rotiert, gespiegelt usw. werden, bitte unten in der Tabelle schauen. 
Die internen Elemente findet man alle in der 2. ToolBar, die Oben eingeblendet ist.

Dann müssen natürlich die Verbindungslinien (Lines) gezogen werden. Also LinePull On/Off in der ToolBar 
drücken um den Strippen-Zieher-Modus einzuschalten. Mit Drücken der linken Maustaste wird nun der Anfangspunkt, 
nach Ziehen und wieder Loslassen der Endpunkt der Strippe festgelegt. Das wiederholt man solange bis alle Strippen
gezogen sind und drückt dann wieder LinePull On/Off, um diesen Modus zuverlassen.
Den LinePull On/Off - Button erkennt man an der Linie mit den 2 Endpunkten.

Zum Abschluss müssen noch die Einstellungen sowie BauElemente-Parameter edidiert werden.
Über Menue:Settings/AnalyserSettings wird der Dialog für die Analyse-Einstellungen aufgerufen.

Der wichtigste Parameter für die Dyna ist die Simulations-Ende-Zeit (TimeRange). Die Anzahl der Schritte (NumofTimeSteps)
kann man meistens bei 100000(100k) belassen. Guter Kompromiss zwischen Genauigkeit und Rechenzeit.
RecordingatTime ist die Zeit ab der aufgenommen wird, was für Einschwingvorgänge wichtig ist.
Schaltet man die Schrittweitensteuerung ein (StepControl On), müssen noch die minimale und maximale Schrittanzahl
eingestellt werden. Der Einsatz der Schrittweitensteuerung ist nur bei analogen Schaltungen zu empfehlen.
Die Einstellungen für die LSA denke ich mal sind selbsterklärend.

alle Funktionen des Graphik-Editors:

linke Maustaste drücken auf ein Element Element kann nun verschoben werden bis zum Loslassen der Maustaste
rechte Maustaste drücken auf ein Element es wird der Parameter-Dialog des Elements aufgerufen
linke Maustaste DoppelKlick auf Element oder Line Element bzw. Line wird gelöscht
linke Maustaste gedrückt auf Element + Leer-Taste Element wird um 90° gedreht
linke Maustaste gedrückt auf Element + Pfeiltaste Element wird horz. bzw. vert. gespiegelt
linke Maustaste gedrückt auf Element + Entf-Taste Element bzw. Line wird gelöscht
Ctrl-Taste gedrückt + linke Maustaste auf Element/Line Element bzw Line wird selektiert (violett umrandet) bzw. deselektiert
Menue Work/Select Rect On Mauszeiger wird zum Rechteck, nun mit der linken Maustaste Bereich auswählen, alle Elemente/Lines im Bereich werden selektiert
Shift + Entf-Taste drücken alle selektierten Elemente werden gelöscht
linke Maustaste auf Dokument drücken und bewegen alle selektierten Elemente werden entsprechend verschoben
DoppelKlick mit linker Maustaste auf Dokument alle Selektierungen werden aufgehoben
Menue Work/CopySelect, Taste Ctrl+C alle selektierten Elemente werden zum Kopieren vorbereitet (ins ClippBoard geschrieben
Menue Work/CutSelect,
Taste Ctrl+X
alle selektierten Elemente werden ins ClippBoard geschrieben und dann gelöscht
Menue Work/Paste,
Taste Ctrl+V
Elemente aus dem ClippBoard werden eingefügt und werden selektiert
LinePull On/Off Button drücken in der ToolBar mit gedrückter linker Maustaste Verbindungslinie ziehen, drücken: Anfangspunkt, loslassen: Endpunkt

 

Kommen wir nun zur Beispielschaltung:

Mittels Menue:Project/Open die Datei DocSamples/rc_cr_glied.circ öffnen.
Es wird nun ein Dokument mit unserer Schaltung erzeugt.

Klickt man ein Element mit der rechten Maustaste an, dann erscheint der Parameter-Dialog dieses
Bauelementes:

Hier z.Bsp. für C1. Um einen Wert zu ändern, muß man auf das gewünschte Value-Feld klicken. Mit der
Enter-Taste gelangt man zum nächsten Feld. Mittels der ESC-Taste schließt man den Dialog wieder.
Für Werte bitte immer die SI-Einheiten-Kürzel verwenden.

Klickt man auf ein Signal-Gen-Element erschein der spezielle Signal-Gen-Dialog:

Oben links wählt man die Funktion aus, während man darunter die speziellen Parameter dieser Funktion festlegen
kann. Es gilt das Selbe wie beim Standard-Parameter-Dialog. Rechts in der Graphik wird das Signal immer
aktuell angezeigt. Für den X-Achsen-Bereich wird der Wert TimeRange (wurde festgelegt im AnalyserSetting-Dialog)
verwendet. Also den Parameter TimeRange immer zuerst festlegen. Mittels der SetDefault-Taste kann man sich
einen Standard-Vorschlag für die Funktions-Parameter einladen lassen.

Klickt man auf ein Scope-Element erschein der spezielle Scope-Dialog:

Bei Description gibt man die Bezeichnung ein, die dann im AutoComment und in der Überschrift des
Scope-Charts erscheint. Mit Rmess legt man den Messwiderstand, der parallel zu den Scope-Pins
geschaltet ist, fest. Der MessureMode legt fest ob, die Spannung (Voltage) am Scope oder der Strom (Ampere)
durch den Scope dargestellt werden soll. Zur X-Axis-Auswahl kommen wir später noch (standardmäßig nur Time).
Mit den Color-Parametern kann man die Farben des Charts verändern.
Für Parameter X/Y-Axis gibt es verschiedene Einstellungen: Ist AutoOn angehakt, wird der Achsenbereich
automatisch bestimmt,  wenn nicht muß bei Min/Max der gewünschte Bereich festgelegt werden. Mittels LogOn
schaltet man die logarithmische Einteilung ein/aus.
Mit ScopeMode legt man fest, ob die Y-Größe als Zeitfunktion (Oszilloscop) oder als Spektrum (Spectrum Abs,
Spectrum Pow, Spectrum Log
) dargestellt werden soll. Bei Spectrum wird natürlich eine FFT der Zeitfunktion
durchgeführt. Wie üblich muß/kann dafür noch eine Fensterfunktion (Windowing) sowie die Anzahl der Samples
(NumSamples) festgelegt werden. Die FFT ist ohne StepControl und mit der Auto-Einstellung am genauesten.
Bleiben nur noch die TriggerParams: hier kann festgelegt werden, wann die Aufzeichnung starten soll. Wenn
der Treshold überschritten (Rising Edge) bzw. unterschritten (Falling Edge) wird, beginnt die Aufzeichnung für den Chart.
Angabe eines Wertes von > 0 im Feld DelayTime führt zum Start der Aufzeichnung erst ab diesem X-Wert.
Es gibt auch noch ein Dual-Scope-Element, welches 2 Mess-Eingangs-Paare besitzt. Dessen Dialog ist ähnlich und
muß hier nicht nochmal erklärt werden.

So, nun haben wir alle Einstellungen durchgeführt und schreiten zur Simulation.
Für die Dynamische Analyse drücken wir einfach den ToolBar-Button Dyna.
In Verbindung mit den Scope-Elementen werden nach erfolgreicher Berechnung die korrespondierenden Chart-Fenster
auf den Desktop geworfen:

Zu jedem Scope-Element wird also ein Chart-Fenster geöffnet. 
Mit Klick der linken Maustaste auf die gewünschte Position erscheinen oben links der X und Y Wert der Kurve.
Wenn man mittels gedrückter linker Maustaste einen Rechteck-Bereich auswählt und die Taste losläßt, wird Dieser aufgezoomt.
Das sieht danach z. Bsp. so aus:



Man kann nun durch den Gesamt-Bereich scrollen. Mittels DoppelKlick der linken Maustaste kommt man zur Normal- 
Darstellung zurück. Wiederholtes DoppelKlick führt wieder zur letzten Zoom-Darstellung.

Der Druck mit der rechten Maustaste auf das Chart-Fenster läßt ein Kontext-Menue aufklappen:

Funktionen des Kontext-Menues:

Edit Propertys es erscheint der oben besprochene Scope-Dialog
copy to Clipboard Inhalt des Chart-Fensters ins ClipBoard, für Bearbeitung in anderen Programmen
copy to Clipboard for Print wie zuvor, nur in Schwarz/Weiss-Farben
save to Img-File schreibt den Inhalt des Chart-Fensters in eine PNG-Datei
save to XLS-File schreibt eine Tabelle aus den X/Y-Werte-Paaren in eine Text-Datei für Excel-Bearbeitung
save to Coff-File schreibt eine Text-Datei mit Koeffizienten für FIR-Filter, dazu später
make a SnapShot dupliziert die aktuelle Kurve und stellt sie violett dar, für Vergleiche
release SnapShot löscht die duplizierte Kurve wieder
release ShowPoint löscht die X/Y-Werte-Anzeige im Ober-Balken
Chart Analysing On blendet ein Fenster ein, daß Kurvenparameter anzeigt
Chart Analysing Off schaltet Kurvenparameter-Anzeige wieder aus

 

Kommen wir nun zur Kleinsignal-Analyse LSA

Klickt man auf ein Analyser-Element, erscheint der spezielle Low-Signal-Analyser-Dialog:

Die LSA reduziert temporär die Schaltung zwischen dem Ein- und Ausgangspin des Analysers zu
einem VierPol-Y-Element (eigentlich 2-Tor). Aus der sogenannten Vierpol-Therorie geht hervor, dass
man aus den Vierpol-Y-Parametern alle möglichen Eigenschaften (z.Bsp. Spannungs-Übertragung,
Eingangswiderstand) bei gegebener Frequenz errechnen kann. Einem Elektrotechniker muß das
hier nicht weiter erklärt werden. Die einzelnen Spannungen und Ströme sind oben rechts in der
Messanordnung gezeigt.
In der Tabelle hakt man die gewünschten Eigenschaften an, die dann als Bode-Plot oder Nyquist-Diagramm
(Ortskurve) im Chart-Fenster als Funktion der Frequenz dargestellt werden.
Festgelegt werden müssen natürlich noch der Quell- sowie der Lastwiderstand, da die Eigenschaften von
Diesen abhängen.
DoppelKlick auf einen Zeile in der Tabelle läßt den Scope-Dialog aufklappen:

Genauso wie beim Scope-Dialog können hier die Darstellungs-Parameter geändert werden.

Die Low-Signal-Analyse startet man mittels Druck auf den LSA-Button in der ToolBar.
Nach der Berechnung werden zu jedem Analyser die korrespondierenden Chart-Fenster erzeugt:

Bode-Plots

Nyquist-Plots

Für diese Chart-Fenster gilt im wesentlichen das Selbe wie bei den Scope-Charts.
Einige Besonderheiten der Nyquist-Plots muß ich hier noch erwähnen. Oben rechts ist ein Balken mit grünen und
roten Markierungen zu sehen. Mittels Klick der linken Maustaste rechts neben der grünen Markierung wird die
untere angezeigte Frequenz nach oben verschoben, mittels Klick der rechten Maustaste links neben der roten
Markierung wird die obere angezeigte Frequenz nach unten verschoben. Für verschlungene Ortskurven kann so
also der Frequenzbereich eingeschränkt werden, um die Übersicht zu erhöhen.

Wichtig zu erwähnen ist noch, dass auch die Scope-Elemente mit ihrem Messwiderstand als auch die Signal-Elemente
mit ihrem Innenwiderstand zur Schaltung gehören, und damit die Vierpol-Parameter beinflussen. Um auf Nummer
sicher zu gehen, sollte man vor der LSA solche Elemente einfach komplett herausziehen. Elemente deren Pins in
der Luft hängen werden nämlich von ToneCirc einfach deaktiviert.
 

Zuletzt werde ich noch verraten wie man die Kommentare an die Elemente bekommt.
Die sogenannten AutoComments fügt man für alle Elemente (die noch keinen haben) mit Hilfe von
Menue:Work/Add AutoComments ein. AutoComments stellen eine Kurzbescheibung des Bauelementes (z.Bsp. 100k,
47uF) dar.
Die sogenannten AutoTokens fügt man für alle Elemente (die noch keinen haben) mit Hilfe von
Menue:Work/Add AutoTokens ein. AutoTokens stellen ein Kürzel zur eindeutigen Referenzierung des Bauelementes 
(z.Bsp. R1, C2) dar. Sie werden für einige Funktionen, vor allem bei Modul-Scripten benötigt.
AutoComments und AutoTokens sind immer mit ihrem Element verlinkt, das heißt beim Verschieben eines Elements
werden sie mit verschoben, beim Löschen eines Elements werden sie mit gelöscht.
Man kann sie natürlich einzeln verschieben und löschen.
Autarke Comments, die keine Verbindung zu einem Element haben,  fügt man mit dem ToolBar-Button Text ein.

Mit Klick der rechten Maustaste auf ein AutoComment/AutoToken kann man in einem speziellen Dialog das Aussehen
(Font, Größe, Farbe) des Textes ändern, bei einem autarken Comment zusätzlich noch den Text selber.

Das standardmäßige Aussehen (beim Einfügen) dieser 3 Text-Typen kann über Menue: Settings/DocumentSettings
festgelegt werden.

Weiterhin kann man hier noch Dokument-Größe, Hintergrund- und Gridfarbe, Grid-Auflösung einstellen, sowie den Grid
ein/aus-schalten.

So, wer sich durch dieses Mega-Kapitel durchgewurstelt und parallel dazu ein wenig herumprobiert hat, sollte doch die
wichtigsten Funktionen beherrschen. Vieles ist, wie ich glaube, selbsterklärend und wenn man vom Fach kommt intuitiv bedienbar.

Aber das ist noch nicht alles, ToneCirc kann noch vielmehr !

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