Задачи по схемотехнике. Методические указания для лабораторного практикума Новосибирск 2014 удк 681.(076)
 Скачать 6.82 Mb.
|
|
1 ВВЕДЕНИЕ Подготовка грамотных специалистов в области схемотехники телекоммуникационных устройств безусловно предполагает знание теоретических основ анализа и проектирования типовых устройств телекоммуникаций. Вместе с тем, одними из важнейших составляющих подготовки являются: формирование умений практической эксплуатации, включая методику измерений с применением измерительных приборов, планирование эксперимента, обработку результатов измерений; применение типовых программ компьютерного моделирования для анализа параметров и оптимизации характеристик аналоговых и цифровых устройств. Таким образом, оптимальная практическая подготовка должна включать в себя как натурные эксперименты на базе лабораторных макетов, так схемотехническое моделирование с применением персональных компьютеров. Лабораторное оборудование, необходимое для исследования лабораторных макетов, включает лабораторную стойку в виде настольного пульта со сменными макетами и комплект измерительных приборов (рисунок 1.1), к которым относятся: генератор сигналов, осциллограф, два вольтметра для измерения входного и выходного напряжений.    Исследуемый усилитель (сменная панель) Контрольная панель  Панель управления  Осциллограф   Вольтметры  Генератор сигналов Рисунок 1.1 – Комплект лабораторного оборудования Настольный пульт имеет контрольную панель, сменную панель исследуемой схемы и панель управления. Контрольная панель содержит стрелочные измерительные приборы для контроля напряжений источников питания и коллекторных токов исследуемых усилителей, режима работы транзисторов; выключатель «Сеть»; разъёмы «Вход 1», «Вход 2» и «Выход» для подключения к лабораторному стенду генератора синусоидальных; колебаний, осциллографа, а также вольтметров для контроля входного и выходного напряжений. Сменные панели (лабораторные макеты) содержат элементы коммутации схемы исследуемого усилителя. При внедрении компьютерных технологий в рамках учебного плана дисциплины «Схемотехника телекоммуникационных устройств» наиболее оптимальной для проведения лабораторного практикума является программа Electronics Workbench, называемая также виртуальной лабораторией. Эта программа наглядна, проста в использовании и не требует дополнительной подготовки по ее освоению. Интуитивность и простота интерфейса делают программу доступной любому, кто знаком с основами использования Windows. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенному к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно. По сравнению с макетированием компьютерное моделирование имеет ряд серьезных преимуществ: модель помогает быстро и наглядно изучить принцип работы системы; исследовать особенности функционирования в более широком диапазоне условий, чем это возможно на реальном объекте, вплоть до аварийной ситуации; производить документирование результатов измерений; оперативно изменять параметры компонентов и источников сигналов; избежать однообразных, многократно повторяющихся измерений; сократить сроки и стоимость разработки новой техники и т.п. Вместе с тем, программа Electronics Workbench имеет ряд ограничений: - невозможность многовариантного анализа, что не позволяет получить семейство характеристик при изменении одного или нескольких параметров компонентов. - используемой версии программы не предусмотрен многовариантный анализ при изменении температуры. - применяемые в программе версии 5.12 измерительные приборы могут одновременно выводить ограниченное количество графиков, причем осциллограф может построить графики напряжений только в двух точках схемы, а Боде-плоттер (Bode Plotter) производит построение АЧХ и ФЧХ только для одной точки схемы. Более того, программа не позволяет автоматизировать построение зависимостей от токов, напряжений, строить семейство характеристик при изменении параметров компонентов в заданных пределах. Эти зависимости могут быть построены вручную по методикам, применяемым для экспериментальных измерений на макетах. Следует подчеркнуть, что ЭВМ и программы компьютерного моделирования являются лишь инструментом для изучения процессов и явлений. Как любой инструмент, они должны использоваться для решения определенного класса задач с четко оговоренными условиями и ограничениями, характерными для выбранной модели. Обязательным этапом моделирования является анализ адекватности полученных результатов реальным значениям, поскольку модель не отражает в полной мере всех свойств реальных компонентов. 2 КРАТКИЕ ПРАВИЛА ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ Занятия в лаборатории разрешаются только в присутствии преподавателя после прохождения инструктажа по технике безопасности. Перед включением приборов следует убедиться в надежности заземлений учебной стойки и измерительных приборов. В процессе выполнения лабораторных работ при обнаружении каких-либо неисправностей измерительных приборов, учебной стойки и лабораторного макета необходимо об этом немедленно сообщить преподавателю. Все работы, связанные с ремонтом аппаратуры, производятся только обслуживающим персоналом. После окончания работы немедленно выключить учебную стойку и привести в порядок рабочее место. Запрещается: - без разрешения преподавателя включать учебную стойку и измерительные приборы; - производить замену блоков исследуемых лабораторных макетов; - переносить измерительные приборы с одной стойки к другой; - одновременно касаться токоведущих и заземленных частей электрической схемы, аппаратуры и оборудования. При проведении занятий в вычислительном классе разрешается пользоваться только теми программами, которые предусмотрены методикой выполнения лабораторных работ. Без разрешения преподавателя запрещается: - открывать, просматривать, редактировать и удалять другие программы; - производить настройку параметров системы. 3 ПРАВИЛА ПРОВЕДЕНИЯ ЗАНЯТИЙ В ЛАБОРАТОРИИ 3.1. Подготовка к работе Перед выполнением работы необходимо: - ознакомиться с описанием учебной стойки и лабораторной работы; - изучить вопросы курса, указанные в описании, по рекомендованной литературе; - выполнить предусмотренные описанием предварительные расчеты; - ознакомиться с применяемыми в работе измерительными приборами. 3.2. Выполнение работы - лабораторные работы выполняются фронтально всей группой в часы, предусмотренные расписанием, бригадами в соответствии с имеющейся комплектацией рабочих мест; - каждый студент перед выполнением следующей лабораторной работы должен защитить отчет по предыдущей работе, предоставить предварительный расчет и пройти собеседование по предстоящей работе; - по окончании работы студент должен представить преподавателю рабочий листок с результатами измерений, после чего выключить стойку и приборы (при работе на ЭВМ закрыть программы и выключить компьютер) и привести в порядок рабочее место. 3.3. Оформление отчета Отчет по каждой лабораторной работе оформляется в соответствии с разделом «Содержание отчета» в описании работы. В отчете должны быть приведены принципиальные схемы исследуемых устройств, изображенные в соответствии с требованием ГОСТ. На схеме необходимо привести обозначение всех элементов и указать значение номинальных величин всех деталей. При выполнении расчетов следует привести формулу, подстановку численных значений и результат (без промежуточных вычислений). Если расчеты однотипные, то подстановка величин производится один раз, а остальные результаты приводятся в таблице. Экспериментальные результаты приводятся в виде таблиц, графиков и расчетов с указанием единиц измерения и соответствующего этапа измерений, например, «Измерение сквозной амплитудной характеристики» и т.п. На графиках обязательно необходимо указывать обозначение по осям. При построении частотных характеристик по оси абсцисс откладывается частота в логарифмическом масштабе (lgf), а по оси ординат - относительное усиление  при Uвх = const (1)или  при Uист = const, (2)где Kf, K*f иUвых f – соответственно коэффициент усиления по напряжению, сквозной коэффициент усиления по напряжению и выходное напряжение усилителя на текущей частоте, а Kf ср, K*f ср иUвых f ср – те же параметры на средней частоте. В качестве средней частоты обычно берут частоту 1000 Гц (для усилителя звукового диапазона) или частоту  .Отчет должен содержать краткие выводы по работе, под которыми понимается: анализ и объяснение полученных результатов, сопоставление экспериментальных данных с теоретически ожидаемыми или расчетными. |