Лабораторные. Лабораторные работы. Лабораторная работа 1 Система моделирования Electronics Workbench Структура окна и система меню
 Скачать 1.65 Mb.
|
|
File>Save As записать в файл создаваемую схему, указав его имя в диалоговом окне (расширение имени файла указывать не обязательно, программа сделает это автоматически); командой File>Open загрузить на рабочее поле импортируемую схему стандартным для Windows образом; командой Edit>Select All выделить схему, если импортируется вся схема, или выделить ее нужную; командой Edit>Copy скопировать выделенную схему в буфер обмена; командой Edit>Open загрузить создаваемую схему; командой Edit>Paste вставить содержимое буфера обмена на рабочее поле; после вставки импортируемая схема будет выделена (и отмечена красным цветом) и может оказаться наложенной на создаваемую схему; клавишами управления курсором (или ухватившись мышью за один из компонентов) отбуксируйте импортированную часть в нужное место, после чего можно отменить выделение щелчком мыши по рабочему полю; после подключения импортированной схемы необходимо щелчками мыши пройтись по всем ее компонентам, чтобы исключить их смещения, 26 возникающие при буксировке и приводящие к ступенчатым искажениям проводников. Перемещения отдельных фрагментов схемы при ее компоновке выполняются вышеописанным образом после выделения фрагмента. Если схема состоит из однотипных блоков, то целесообразно скомпоновать один такой блок, а затем путем копирования и вставки размножить его до нужного количества и выполнить необходимые соединения. После подготовки схемы рекомендуется составить ее описание (окно- ярлык вызывается из меню Windows>Description), в котором указывается ее назначение; после проведения моделирования указываются его результаты. Библиотека компонентов Библиотека содержит следующие разделы. 1. Favorites – вспомогательные компоненты . Заполнение раздела моделями, компонентов или подсхем осуществляется программой автоматически одновременно с загрузкой схемного файла и очищается после окончания работы с ним. 2. Sources - источники сигналов (меню для выбора компонентов показано на рис. 1). Заметим, что под источниками сигналов подразумеваются не только источники питания, но и управляемые источники. Рисунок 1 – Меню раздела Sources - Заземление (метка). - Батарея (напряжениие). 27 - Источник постоянного тока (ток). - Источник переменного синусоидального напряжения (действующее значение напряжения, частота, фаза). - Источник переменного синусоидального тока (действующее значение тока, частота, фаза). , - Источники напряжения, управляемые током или напряжением (коэффициент передачи). - Источники тока, управляемые током или напряжением (коэффициент передачи). , - нерегулируемые источники постоянного напряжения +5В и +15В. - Генератор однополярных прямоугольных импульсов (амплитуда, частота, коэффициент заполнения). - Генератор амплитудно-частотных колебаний (напряжение и частота несущей, коэффициент и частота модуляции; на значке графического изображения компонента коэффициент модуляции не указан). - Генератор частотно-модулированных колебаний (напряжение и частота несущей, индекс и частота модуляции; на значке компонента индекс модуляции не указан). - Управляемый напряжением источник синусоидального сигнала. - Управляемый напряжением источник треугольного сигнала. -. Управляемый напряжением источник прямоугольного сигнала. - Широтно-импульсный модулятор с элементами управления. - Генератор линейного сигнала. 28 - Управляемый напряжением источник с кусочно- аппроксимированной характеристикой с возможностью разбиения ее на пять участков. - Управляемый однополярными сигналами источник с двумя фиксированными значениями частоты выходного синусоидального сигнала при наличии импульса в паузе. - Полиномный источник питания (коэффициенты полинома). - Многофункциональный нелинейный зависимый источник. 3. Basic - раздел, в котором собраны все пассивные компоненты, а также коммутационные устройства (рис. 2). Рисунок 2 – Меню раздела Basic - Соединительная точка. - Резистор (сопротивление). - Конденсатор (емкость). - Катушка (индуктивность). - Трансформатор. - Реле с перекидным контактом. 29 - Переключатель, управляемый нажатием задаваемой клавиши клавиатуры (по умолчанию – клавиша пробела). - Переключатель, автоматически срабатывающий через заданное время на включение и выключение (время включения и выключения, с). , - Выключатель, срабатывающий в заданном диапазоне входных напряжений и токов (напряжение или ток включения и выключения). - Источник произвольного постоянного напряжения и последовательно включенный резистор (напряжение, сопротивление). - Потенциометр, параметры задаются с помощью диалогового окна (Рис. 3), в котором Key определяет символ клавиши клавиатуры (по умолчанию R), нажатием которой сопротивление уменьшается на заданную величину в % (параметр Increment, подвижный контакт двигается влево) или увеличивается на такую же величину нажатием комбинации клавиш Shift+R (подвижный контакт двигается вправо); второй параметр – начальное значение сопротивления, третий – начальная установка сопротивления в % (по умолчанию - 50%). Рисунок 3 – Диалоговое окно задания параметров потенциометра 30 - Сборка из восьми независимых резисторов одинакового номинала (сопротивление). - Управляемый напряжением аналоговый ключ. - Электролитический конденсатор (емкость). - Конденсатор переменной емкости (аналогично потенциометру). - Подстраиваимая катушка индуктивности. - Катушка с сердечником. - Магнитный сердечник. - Нелинейный трансформатор. Особенностью наделена в этом разделе точка соединения, параметры которой можно задавать с помощью диалогового окна на рис. 4. Она может быть наделена такими свойствами, как отсутствие (Open) соединения между проводниками, подключенными к ней с соответствующей стороны (цифры 1, 2, 3 и 4 на рис. 3 определяют количество и направление соединяемых проводников). Например, при включенных опциях 1, 3 и Open между проводниками, подключенными со сторон 1 и 3, не будет электрического соединения. Рисунок 4 – Окно установки параметров точки соединения 31 4. Diodes - диоды (рис. 5). Рисунок 5 – Меню раздела Diodes - Полупроводниковый диод (тип). - Стабилитрон (тип). - Светодиод (тип). - Выпрямительный мост (тип). - Диод Шокли (тип). - Транзистор или динистор (тип). - Симметричный динистор или диак (тип). - Симметичный тринистор или триак (тип). 5. Transistors - транзисторы (рис. 6) Рисунок 6 – Меню раздела Transistors , - биполярные n-p-n и p-n-p транзисторы соответственно (тип). 32 , - полевые транзисторы с управляющим p-n-преходом (тип). , , , - полевые МОП-транзисторы со встроенным каналом, n- канальные и p-канальные, с раздельными и соединенными выводами подложки и истока (тип). - Полевые МОП-транзисторы с индуцированным каналом, n-канальные и p-канальные, с раздельными и соединенными выводами подложки и истока (тип). , - арсенид-галиевые полевые транзисторы. 6. Analog ICs - аналоговые микросхемы (рис. 7). Рисунок 7 – Меню раздела Analog ICs - Линейная модель операционного усилителя (тип). - Нелинейная модель операционного усилителя (тип). - Операционный усилитель с семью выводами (тип). - Операционный усилитель с девятью выводами (тип). - Компаратор. 33 - Микросхема для систем автоматической подстройки частоты. 7. Mixed ICs – микросхемы смешанного типа Рис. 8). Рисунок 8 – Меню раздела Mixed ICs - 8-разрядный АЦП. - 8-разрядный ЦАП с внешними опорными источниками тока и парафазным выходом. - 8-разрядный ЦАП с внешним опорным источником напряжения. - Многостабильный мультивибратор. - Популярная микросхема многофункционального таймера 555, отечественный аналог КР1006ВИ1. 8. Digital ICs – цифровые микросхемы (Рис. 9). Рисунок 9. – Меню раздела Digital ICs 34 В группе IC собраны модели цифровых ИМС серий SN74 и CD4000 (отечественные ИМС серий 155 и 176 соответственно). Для конкретных ИМС вместо символов хх ставятся соответствующие номера, например, SN7407 - 6 буферных элементов с открытым коллектором, CD4081 - 4 элемента 2И и т.д. 9. Logiс Gates – логические цифровые микросхемы (Рис. 10). Группа Logiс Gates состоит из моделей базовых логических элементов и моделей цифровых ИМС ТТЛ и КМОП-серий. Рисунок 10 – Меню раздела Logiс Gates - Логические элементы И, И-НЕ (количество входов). - Логические элементы ИЛИ, ИЛИ-НЕ (количество входов). - Логические элементы ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ (количество входов). - Логические элементы НЕ, тристабильный буфер – элемент с тремя состояниями и буфер. - Цифорвые ИМС ТТЛ- и КМОП-серий (тип микросхемы). 10. DIGITAL – цифровые микросхемы (Рис. 11). В разделе объединены компоненты групп Comb’I и Seg’I. 35 Рисунок 11 – Меню раздела Digital - Полусумматор (тип). - Полный сумматор (тип). - Серийные микросхемы мультиплексоров, декодеров демультимплексоров, кодеров, элементов арифметико-логических устройств (тип микросхемы). - RS-триггер (тип). - JK-триггеры с прямым или инверсным тактовым входом и выходами предустановки (тип). - D-триггеры без предустановки и со входами предустановки (тип). - Серийные микросхемы триггеров, счетчиков и регистров (тип микросхемы). 11. Indicatuons - индикаторные устройства (Рис. 12). Рисунок 12 –Меню раздела Indicatuons 36 - Вольтметр (внутреннее сопротивление, режим измерения постоянного и пременного тока). - Амперметр (внутреннее сопротивление, режим измерения постоянного или переменного тока). - Лампа накаливания (напряжение, мощность). - Светоиндикатор (цвет свечения). - Семисегментный индикатор (тип). - Семисегментный индикатор с дешифраторм (тип). - Звуковой индикатор (зуммер) (частота звукового сигнала, напряжение и ток срабатывания). - Линейка из десяти независимых светодиодов (напряжение, номинальный и минимальный ток). - Линейка из десяти светодиодов со встроенным АЦП (минимальное и максимальное напряжение). 12. Controls - аналоговые вычислительные устройства (Рис. 13). Рисунок 13 – Меню раздела Controls 37 - Дифференциатор. - Интегратор. - Масштабирующее звено. - Формирователь передаточных функций. -. Аналоговый умножитель (коэффициент передачи). - Аналоговое устройство деления (коэффициент передачи). - Трехвходовой сумматор - Управляемый ограничитель напряжения. - Неуправляемый ограничитель напряжения. - Ограничитель тока - Блок с гистерезисной характеристикой. - Селектор сигналов , неуправляемый ограничитель напряжения, ограничитель тока, блок с гистерезисной характеристикой и селектор сигналов. 13. Miscellaneous - компоненты смешанного типа (Рис. 14). 38 Рисунок 14 – Меню раздела Miscellaneous - Предохранитель (ток срабатывания). - 8-разрядное устройство записи данных в текстовом режиме. - Линия передачи с потерями, характеризуемая параметрами (длина линии, сопротивление на единицу длины, индуктивность на единицу длины, емкость на единицу длины, проводимость на единицу длины, количество последовательно включенных элементарных сегментов). - Линия передач без потерь с возможностью редактирования: волнового сопротивления, времни задержки распространения сигнала в линии, количество последовательно включенных элементарных сегментов. - Кварцевый резонатор - Электровакуумный триод - Коллекторный электродвигатель постоянного тока - Фильтры-накопители на переключаемых индуктивностях - Для подготовки текстового блока. - Для подготовки штампа к чертежу. При создании схем в EWB удобно пользоваться динамическим меню (Рис. 15,), которое вызывается нажатием правой кнопки мыши. Меню содержит 39 Не1р, Paste, Zoom In, Zoom Out, Schematic Options… а также команду Add<название компонента>. Эта команда позволяет добавить на рабочем поле компоненты, не обращаясь к каталогу соответствующей библиотеки. Количество команд Add<название> в списке меню определяется количеством типов компонентов (резисторов, значка заземления и т.д.), уже имеющихся на рабочем поле. Рисунок 15 – Динамическое меню Задание 1. Изучить теоретические сведения. 2. Сделать подробный конспект теоретической части. 3. Ответить на контрольные вопросы (письменно). 4. Выполнить задания 5, 6,7 в среде EWB. Собранные схемы зарисуйте в отчет по лабораторной работе, предварительно предъявив их преподавателю. Контрольные вопросы и задания 1. Каким образом можно подключить вывод компонента к проводнику? 2. Какие компоненты располагаются в каталогах библиотек Custom Favorites? 40 3. Назовите элемент для образования в схеме узла соединений? Какие дополнительные функции может он выполнять? 4. Составьте схему цепи, состоящей из последовательно включенных батареи напряжением 5 В и переменного резистора сопротивлением 10 кОм, включенного потенциометром. Между подвижным контактом потенциометра и одним из зажимов батареи включите вольтметр. Изменяя положение подвижного контакта нажатием назначенной Вами клавишей клавиатуры, по показаниям вольтметра определите направление его перемещения. 5. Подготовьте схему цепи, состоящей из источника переменного синусоидального напряжения и вольтметра. Установите напряжение источника 10 В. Полагая, что вольтметр измеряет эффективное значение напряжения, выясните, какому значению соответствует установленное напряжение источника - эффективному или амплитудному. 6. Почему в опыте по п. 4 вольтметр имеет нулевые показания в режиме измерения постоянного тока? 7. Составьте схему цепи, состоящей из последовательно включенных источника постоянного тока, амперметра и потенциометра 10 кОм, включенного в режиме переменного сопротивления (к схеме подключается вывод подвижного контакта и одного из неподвижных). Изменяя сопротивление резистора назначенной клавишей, убедитесь, что ток в цепи не меняется. Объясните - почему? 41 Лабораторная работа №3 Контрольно – измерительные приборы (Instruments) Цель работы: Изучить контрольно-измерительные приборы EWB 5.Х и использование их для анализа схем. Теоретические сведения Панель контрольно-измерительных приборов находится под полем меню рабочего окна программы EWB (рис. 1.1) и содержит цифровой мультиметр, функциональный генератор, двухканальный осциллограф, измеритель амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик, генератор слов (кодовый генератор), 8-канальный логический анализатор и логический преобразователь. Общий порядок работы с приборами такой: иконка прибора курсором переносится на рабочее поле и подключается проводниками к исследуемой схеме. Для приведения прибора в рабочее (развернутое) состояние необходимо дважды щелкнуть курсором по его иконке. Рассмотрим каждый прибор подробно. Рисунок 1.1 – Меню раздела Instruments 1. Мультиметр (Multimeter) На лицевой панели мультиметра (рис. 1.2, а) расположен дисплей для отображения результатов измерения, клеммы для подключения к схеме и кнопки управления: - выбор режима измерения тока, напряжения, сопротивления и ослабления (затухания); 42 - выбор режима измерения переменного или постоянного тока; - режим установки параметров мультиметра. После нажатия на эту кнопку открывается диалоговое окно (рис. 1.2, б), на котором обозначены: Ammeter resistance – внутреннее сопротивление амперметра; Voltmeter resistance – входное сопротивление вольтметра; Ohmmeter current – ток через контролируемый объект; Decibel standart – установка эталонного напряжения V1 при измерении ослабления или усиления в децибелах (по умолчанию V1 = 1 В). При этом для коэффициента передачи используется формула: К[дБ] = 201оgV2/V1), где V2 – напряжение в контролируемой точке. Внимание! Мультиметр измеряет эффективное (действующее) значение переменного тока. Рисунок 1.2 - Лицевая панель мультиметра (а); окно установки его режимов (б) 2. Функциональный генератор (Function Generator) Лицевая панель генератора показана на рис. 2.1. Управление генератором осуществляется следующими органами управления: 43 Рис. 2.1 - Лицевая панель функционального генератора - выбор формы выходного сигнала: синусоидальной (выбрана по умолчанию), треугольной и прямоугольной; - установка частоты выходного сигнала; - установка коэффициента заполнения в %: для импульсных сигналов это отношение длительности импульса к периоду повторения - величина, обратная скважности, для треугольных сигналов - соотношение между длительностями переднего и заднего фронтов; - установка амплитуды выходного сигнала; - установка смещения (постоянной составляющей) выходного сигнала; - выходные зажимы; при заземлении клеммы СОМ (общий) на клеммах " - " и "+" получаем парафазный сигнал. 3. Осциллограф (Oscilloscope) Лицевая панель осциллографа показана на рис. 3.1 Осциллограф имеет два канала (CHANNEL) А и В с раздельной регулировкой чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел (mV/Div) до 5 кВ/дел (kV/Div) и регулировкой смещения по вертикали (Y РOS). Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок . Режим АС предназначен для наблюдения 44 только сигналов переменного тока (его еще называют режимом "закрытого входа", поскольку в этом режиме на входе усилителя включается разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую). В режиме 0 входной зажим замыкается на землю. В режиме DС (включен по умолчанию) можно проводить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока. Этот режим еще называют режимом "открытого входа", поскольку входной сигнал поступает на вход вертикального усилителя непосредственно. С правой стороны от кнопки DС расположен входной зажим. Рисунок 3.1 - Лицевая панель осциллографа Режим развертки выбирается кнопками . В режиме Y/Т (обычный режим, включен по умолчанию) реализуются следующие режимы развертки: по вертикали - напряжение сигнала, по горизонтали - время; в режиме В/А: по вертикали - сигнал канала В, по горизонтали - сигнал канала А; в режиме А/В: по вертикали - сигнал канала А, по горизонтали - сигнал канала B. В режиме Y/Т длительность развертки (ТIМЕ ВАSЕ) может быть задана в диапазоне от 0,1 нc/дел (ns/div) до 1 с/дел (s/div) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, т. е. по оси X (X РОS). В режиме Y/Т предусмотрен также ждущий режим (TRIGGER) с запуском развертки (EDGE) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала (выбирается нажатием кнопок при регулируемом уровне 45 (LEVEL) запуска, а также в режиме AUTO (от канала А или В), от канала А, от канала В или от внешнего источника (ЕХТ), подключаемого к зажиму в блоке управления TRIGGER. Названия режимы запуска развертки выбираются кнопками Рисунок 3.2 - Лицевая панель осциллографа в режиме Expand Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы GROUND в правом верхнем углу прибора. При нажатии на кнопку Expand лицевая панель осциллографа существенно меняется (Рис. 3.2) - увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за треугольные ушки (они обозначены цифрами 1 и 2) могут быть курсором установлены в любое место экрана. При этом в индикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линиями. Изображение можно инвертировать нажатием кнопки REVERSE и записать данные в файл нажатием кнопки SAVE. Возврат к исходному состоянию осциллографа производится нажатием кнопки REDUCE. |