Лабораторные работы. Основы работы Программа electronics workbench и лабораторные работы

Разработка любого радиоэлектронного устройства сопровождается физическим или математическим моделированием. Физическое моделирование связано с большими материальными затратами, поскольку требуется изготовление макетов и их трудоемкое исследование. Часто физическое моделирование просто невозможно из-за чрезвычайной сложности устройства, например, при разработке больших и сверхбольших интегральных микросхем. В этом случае прибегают к математическому моделированию с использованием средств и методов вычислительной техники.

Например, известный пакет P-CAD содержит блок логического моделирования цифровых устройств, однако для начинающих, в том числе и для студентов, он представляет значительные трудности в освоении. Не меньшие трудности встречаются и при использовании системы DesignLab. Как показал анализ состояния программного обеспечения схемотехнического моделирования, на этапе начального освоения методов автоматизированного проектирования и на этапах проведения поисково-исследовательских работ целесообразно рассмотреть возможность использования следующих программ типа Electronics Workbench - EWB.
Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench предназначена для моделирования и анализа электрических схем рис.1. Правильно говорить: система моделирования и анализа электрических схем Electronics Workbench, но для краткости здесь и далее мы будем называть её программой.
Программа Electronics Workbench позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Есть возможность подключения и создания новых библиотек компонентов.

Параметры компонентов можно изменять в широком диапазоне значений. Простые компоненты описываются набором параметров, значения которых можно изменять непосредственно с клавиатуры, активные элементы - моделью, представляющей собой совокупность параметров и описывающей конкретный элемент или его идеальное представление.
Модель выбирается из списка библиотек компонентов, параметры модели также могут быть изменены пользователем. Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенном к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно.
Результаты моделирования можно вывести на принтер или импортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки. Программа Electronics Workbench совместима с программой P-SPICE, то есть предоставляет возможность экспорта и импорта схем и результатов измерений в различные её версии.

Основные достоинства программы
Экономия времени Работа в реальной лаборатории требует больших временных затрат на подготовку эксперимента. Теперь, с появлением Electronics Workbench, электронная лаборатория всегда будет под рукой, что позволяет сделать изучение электрических схем более доступным. Достоверность измерений
В природе не существует двух совершенно одинаковых элементов, то есть все реальные элементы имеют большой разброс значений, что приводит к погрешностям в ходе проведения эксперимента. В Electronics Workbench все элементы описываются строго установленными параметрам, поэтому каждый раз в ходе эксперимента будет повторяться результат, определяемый только параметрами элементов и алгоритмом расчета.
Удобство проведения измерений Учеба невозможна без ошибок, а ошибки в реальной лаборатории порой очень дорого обходятся экспериментатору. Работая с Electronics Workbench, экспериментатор застрахован от случайного поражения током, а приборы не выйдут из строя из-за неправильно собранной схемы. Благодаря этой программе в распоряжении пользователя имеется такой широкий набор приборов, который вряд ли будет доступен в реальной жизни.
Таким образом, у Вас всегда имеется уникальная возможность для планирования и проведения широкого спектра исследований электронных схем при минимальных затратах времени. Графические возможности Сложные схемы занимают достаточно много места, изображение при этом стараются сделать более плотным, что часто приводит к ошибкам в подключении проводников к элементам цепи. Electronics Workbench позволяет разместить схему таким образом, чтобы были чётко видны все соединения элементов и одновременно вся схема целиком.

Интуитивность и простота интерфейса делают программу доступной любому, кто знаком с основами использования Windows. Совместимость с программой P-SPICE Программа Electronics Workbench базируется на стандартных элементах программы SPICE. Это позволяет экспортировать различные модели элементов и проводить обработку результатов, используя дополнительные возможности различных версий программы Р-SPICE.

Компоненты и проведение экспериментов
В библиотеки компонентов программы входят пассивные элементы, транзисторы, управляемые источники, управляемые ключи, гибридные элементы, индикаторы, логические элементы, триггерные устройства, цифровые и аналоговые элементы, специальные комбинационные и последовательные схемы.
Активные элементы могут быть представлены моделями как идеальных, так и реальных элементов. Возможно также создание своих моделей элементов и добавление их в библиотеки элементов. В программе используется большой набор приборов для проведения измерений: амперметр, вольтметр, осциллограф, мультиметр, Боде-плоттер (графопостроитель частотных характеристик схем), функциональный генератор, генератор слов, логический анализатор и логический преобразователь.
Анализ схем Electronics Workbench может проводить анализ схем на постоянном и переменном токах. При анализе на постоянном токе определяется рабочая точка схемы в установившемся режиме работы. Результаты этого анализа не отражаются на приборах, они используются для дальнейшего анализа схемы. Анализ на переменном токе использует результаты анализа на постоянном токе для получения линеаризованных моделей нелинейных компонентов.
Анализ схем в режиме АС может проводиться как во временной, так и в частотной областях. Программа также позволяет производить анализ цифро-аналоговых и цифровых схем. В Electronics Workbench можно исследовать переходные процессы при воздействии на схемы входных сигналов различной формы.

Операции, выполняемые при анализе:
Electronics Workbench позволяет строить схемы различной степени сложности при помощи следующих операций:
. выбор элементов и приборов из библиотек,
. перемещение элементов и схем в любое место рабочего поля,
. поворот элементов и групп элементов на углы, кратные 90 градусам,
. копирование, вставка или удаление элементов, групп элементов, фрагментов схем и целых схем,
. изменение цвета проводников,
. выделение цветом контуров схем для более удобного восприятия,
. одновременное подключение нескольких измерительных приборов и наблюдение их показаний на экране монитора,
. присваивание элементу условного обозначения,
. изменение параметров элементов в широком диапазоне. Все операции производятся при помощи мыши и клавиатуры. Управление только с клавиатуры невозможно.

Путем настройки приборов можно:
. изменять шкалы приборов в зависимости от диапазона измерений,
. задавать режим работы прибора,
. задавать вид входных воздействий на схему (постоянные и гармонические токи и напряжения, треугольные и прямоугольные импульсы).
Графические возможности программы позволяют:
. одновременно наблюдать несколько кривых на графике,
. отображать кривые на графиках различными цветами,
. измерять координаты точек на графике,
. импортировать данные в графический редактор, что позволяет произвести необходимые преобразования рисунка и вывод его на принтер.
Electronics Workbench позволяет использовать результаты, полученные в программах Р-SPICE, РСВ, а также передавать результаты из Electronics Workbench в эти программы. Можно вставить схему или её фрагмент в текстовый редактор и напечатать в нем пояснения или замечания по работе схемы.

Работа с Electronics Workbench
Программа Electronics Workbench предназначена для моделирования и анализа электронных схем. Возможности программы Electronics Workbench v.5 примерно эквивалентны возможностям программы MicroCap и позволяют выполнять работы от простейших экспериментов до экспериментов по статистическому моделированию.
При создании схемы Electronics Workbench позволяет:
-выбирать элементы и приборы из библиотек,

Перемещать элементы и схемы в любое место рабочего поля,

Поворачивать элементы и их группы на углы, кратные 90 градусам,

Копировать, вставлять или удалять элементы, фрагменты схем,

Изменять цвета проводников,

Выделять цветом контура схем,

Одновременно подключать несколько измерительных приборов и наблюдать их показания на экране монитора,
-присваивать элементам условные обозначения,

Изменять параметры элементов.

Изменяя настройки приборов можно:
-изменять шкалы приборов в зависимости от диапазона измерений,

Задавать режим работы прибора,

Задавать вид входных воздействий на схему (постоянные или гармонические токи или напряжения, треугольные или прямоугольные импульсы).

Вставлять схему или ее фрагмент в текстовый редактор, в котором печатается пояснение по работе схемы.

Компоненты Electronics Workbench
После запуска WEWB32 на экране появляются строка меню и панель компонентов.
Панель компонентов состоит из пиктограмм полей компонентов, а поле компонентов - из условных изображений компонентов.
Щелчком мыши на пиктограмме компонентов открывается поле соответствующее этой пиктограмме.
Ниже приведены некоторые элементы из полей компонентов:

Basic (базовые компоненты)

Соединяющий узел

Узел служит для соединения проводников и создания контрольных точек.

Резистор

Сопротивление резистора может быть задано числом в Ом, кОм, МОм

Конденсатор

ёмкость конденсатора задается числом с указанием размерности (пФ, нФ, мкФ, мФ, Ф).

Ключ

Ключ, управляемый клавишей. Такие ключи могут быть замкнуты или разомкнуты при помощи управляемых клавиш на клавиатуре. (Имя управляющей клавиши можно ввести с клавиатуры в диалоговом окне, появляющемся после двойного щелчка мышью на изображении ключа.)

Sources (Источники)

Земля

Компонент "Заземление" имеет нулевое напряжение и служит точкой для отсчета потенциалов.

Источник постоянного напряжения 12В

ЭДС источника постоянного напряжения указывается числом с указанием размерности (от мкВ до кВ)

Источник постоянного тока 1А

Ток источника постоянного тока задается числом с указанием размерности (от мкА до кА)

Источник переменного напряжения 220 В / 50 Гц

Действующее значение (root-mean-sguare-RMS) напряжения источника задается числом с указанием размерности (от мкВ до кВ). Имеется возможность установки частоты и начальной фазы.

Источник переменного тока 1 А/1 Гц

Действующее значение тока источника задается числом с указанием размерности (от мкА до кА). Имеется возможность установки частоты и начальной фазы.

Генератор тактов 1000 Гц / 50%

Генератор вырабатывает периодическую последовательность прямоугольных импульсов. Можно регулировать амплитуду импульсов, скважность и частоту следования импульсов.

Indicators (Приборы из библиотеки индикаторов)

Простейшими приборами являются вольтметр и амперметр. Они автоматически изменяют диапазон измерений. В одной схеме можно применять несколько таких приборов одновременно.

Вольтметр

Вольтметр используется для измерения переменного или постоянного напряжения. Выделенная толстой линией сторона прямоугольника соответствует отрицательной клемме.
Двойным щелчком на изображении вольтметра открывается диалоговое окно для изменения параметров вольтметра:
-величины внутреннего сопротивления {по умолчанию 1МОм),
-вида измеряемого напряжения (DC-постоянное, АС-переменное).
При измерении переменного синусоидального напряжения (АС) вольтметр показывает действующее значение

Амперметр

Амперметр используется для измерения переменного или постоянного тока. Выделенная толстой линией сторона прямоугольника соответствует отрицательной клемме.
Двойным щелчком на изображении амперметра открывается диалоговое окно для изменения параметров амперметра
Овеличины внутреннего сопротивления {по умолчанию 1мОм),
Овида измеряемого напряжения (DC-постоянное, АС-переменное).
При измерении переменного синусоидального напряжения (АС) амперметр показывает действующее значение

Instruments

1 .Функциональный генератор

Генератор является идеальным источником напряжения, вырабатывающего сигналы синусоидальной, либо треугольной, либо прямоугольной формы. Средний вывод генератора при подключении к схеме обеспечивает общую точку для отсчета амплитуды переменного напряжения. Для отсчета напряжения относительно нуля этот вывод заземляют. Крайний левый и правый выводы служат для подачи сигнала на схему. Напряжение на правом выводе изменяется в положительном направлении относительно общего вывода, на левом выводе - в отрицательном.
При двойном щелчку мыши на изображении генератора открывается увеличенное изображение генератора на котором можно задать:
-форму выходного сигнала,
-частоту выходного напряжения (Frequency),
-скважность (Duty cycle),
-амплитуду выходного напряжения (Amplitude),
-постоянную составляющую выходного напряжения (Offset).

2. Осциллограф

На изображении осциллографа имеется четыре входных зажима
-верхний правый зажим - общий,
-нижний правый - вход синхронизации,
-левый и правый нижние зажимы представляют собой входы Канал А и Канал В соответственно.
Двойным щелчком по уменьшенному изображению осциллографа открывается изображение простой модели осциллографа на которой можно установить
-расположение осей, по которым откладывается сигнал,
-нужный масштаб развертки по осям,
-смещение начала координат по осям,
-емкостной вход (кнопка АС) или потенциальный вход (кнопка DC) канала,
-режим синхронизации (внутренний или внешний).

Поле Trigger служит для определения момента начала развертки на экране осциллографа. Кнопки в строке Edge задают момент запуска осциллограммы по положительному или отрицательному фронту импульса на входе синхронизации. Поле Level позволяет задавать уровень при превышении которого запускается развертка.
Кнопки Auto, А, В, Ext задают режимы синхронизации
-Auto -автоматический запуск развертки при включении схемы. Когда луч доходит до конца экрана, осциллограмма прописывается с начала экрана,
-А - запускающим является сигнал, поступающий на вход А,
-В - запускающим является сигнал, поступающий на вход В,
-Ext - Внешний запуск. В этом случае сигналом запуска является сигнал, подаваемый на вход синхронизации.

Нажатие кнопки EXPAND на простой модели осциллографа открывает расширенную модель осциллографа. В отличие от простой модели здесь имеются три информационных табло, на которых выводятся результаты измерений. Кроме этого, непосредственно под экраном находится линейка прокрутки, позволяющая наблюдать любой временной отрезок от момента включения до момента выключения схемы.

На экране осциллографа расположены два курсора (красный и синий), обозначаемые 1 и 2, при помощи которых можно измерить мгновенные значения напряжений в любой точке осциллограммы. Для этого курсоры перетаскиваются мышью в требуемое положение (мышью захватывают треугольники в верхней части курсора).
Координаты точек пересечения первого курсора с осциллограммами отображаются на левом табло, координаты второго курсора на среднем табло. На правом табло отображаются значения разностей между соответствующими координатами первого и второго курсоров.
Кнопка Reduce обеспечивает переход к простой модели осциллографа.

3. Графопостроитель (Боде-плоттер)

Используется для построения амплитудно-частотных (АЧХ) и фазо-частотных <ФЧХ) характеристик схемы.
Графопостроитель измеряет отношение амплитуд сигналов в двух точках схемы и фазовый сдвиг между ними. Для измерений графопостроитель генерирует собственный спектр частот, диапазон которого может задаваться при настройке прибора. Частота любого переменного источника в исследуемой схеме игнорируется, однако схема должна включать какой либо источник переменного тока.
Графопостроитель имеет четыре зажима: два входных (IN) и два выходных (OUT). Левые выводы входов IN и OUT подключаются к исследуемым точкам, а правые выводы входов IN и OUT заземляются.
При двойном щелчке по изображению графопостроителя открывается его увеличенное изображение.

Кнопка MAGNITUDE нажимается для получения АЧХ, кнопка PHASE - для получения ФЧХ.
Панель VERTICAL задает:
-начальное (I) значение параметра вертикальной оси,
-конечное (F) значение параметра вертикальной оси
-вид шкалы вертикальной оси - логарифмическая (LOG) или линейная (LIN).
Панель HORIZONTAL настраивается аналогично.
При получении АЧХ по вертикальной оси откладывается отношение напряжений:
-в линейном масштабе от 0 до 10Е9;
-в логарифмическом масштабе от - 200 dB до 200 dB.
При получении ФЧХ по вертикальной оси откладываются градусы от -720 градусов до +720 градусов.
По горизонтальной оси всегда откладывается частота в Гц или в производных единицах.
В начале горизонтальной шкалы расположен курсор. Координаты точки перемещения курсора с графиком выводятся на информационных полях внизу справа.

Моделирование схем
Исследуемая схема собирается на рабочем поле с использованием мыши и клавиатуры.
При построении и редактировании схем выполняются следующие операции:
-выбор компонента из библиотеки компонентов;
-выделение объекта;
-перемещение объекта;
-копирование объектов;
-удаление объектов;
-соединение компонентов схемы проводниками;
-установка значений компонентов;
-подключение измерительных приборов.
После построения схемы и подключения приборов анализ работы схемы начинается после нажатия выключателя в правом верхнем углу окна программы (при этом в нижнем левом углу экрана показываются моменты схемного времени).
Повторное нажатие выключателя прекращает работу схемы.
Сделать паузу при работе схемы можно нажатием клавиши F9 на клавиатуре; повторное нажатие F9 возобновляет работу схемы (аналогичного результата можно добиться нажимая кнопку Pause, расположенную под выключателем.)
Выбор компонента необходимого для построения схемы производится после выбора поля компонентов, содержащего необходимый элемент. Этот элемент захватывается мышью и перемещается на рабочее поле.
Выделение объекта. При выборе компонента необходимо щелкнуть на нем левой клавишей мыши. При этом компонент становится красным. (Снять выделение можно щелчком мыши в любой точке рабочего поля.)
Перемещение объекта. Для перемещения объекта его выделяют, устанавливают указатель мыши на объект и, держа нажатой левую клавишу мыши перетаскивают объект.
Объект можно поворачивать. Для этого объект нужно предварительно выделить, затем щелкнуть правой клавишей мыши и выбрать необходимую операцию
-Rotate (поворот на 90 градусов),
-Flip vertical (переворот по вертикали),
-Flip horizontal (переворот по горизонтали)
Копирование объектов осуществляется командой Сору из меню Edit. Перед копированием объект нужно выделить. При выполнении команды выделенный объект копируется в буфер. Для вставки содержимого буфера на рабочее поле нужно выбрать команду Paste из меню Edit
Удаление объектов. Выделенные объекты можно удалить командой Delete.
Соединение компонентов схемы проводниками. Для соединения компонентов проводниками нужно подвести указатель мыши к выводу компонента (при этом на выводе появится черная точка). Нажав левую кнопку мыши, переместите ее указатель к выводу компонента, с которым нужно соединиться, и отпустите кнопку мыши. Выводы компонентов соединятся проводником.
Цвет проводника можно изменить, если дважды щелкнуть по проводнику мышью и выбрать из появившегося окна необходимый цвет.
Удаление проводника. Если по какой -либо причине проводник нужно удалить, необходимо подвести указатель мыши к выходу компонента (должна появиться черная точка). Нажав левую клавишу мыши, переместите ее на пустое место рабочего поля и отпустите кнопку мыши. Проводник исчезнет.

Установка значений параметров производится в диалоговом окне свойств компонента, которое открывается двойным щелчком мыши по изображению компонента (Закладка Value).
Каждому компоненту можно присвоить имя (Закладка Label)
Подключение приборов. Для подключения прибора к схеме нужно мышью перетащить прибор с панели инструментов на рабочее поле и подключить выводы прибора к исследуемым точкам. Некоторые приборы необходимо заземлять, иначе их показания будут неверными.
Расширенное изображение прибора появляется при двойном щелчке по уменьшенному изображению.
Упражнение: Соберите схему делителя напряжения, показанную на рисунке.
-Подайте на вход схемы с функционального генератора синусоидальное напряжение частотой 3 кГц и амплитудой 5 В,
-Этот же сигнал подключите к каналу А осциллографа,
-Подключите к выходу делителя канал В осциллографа,
-выделите проводники канала А и канала В различными цветами,
-Включите схему, при необходимости измените настройки измерительных приборов,
-Перейдите к расширенной модели осциллографа. Используя курсор и левое информационное табло измерьте амплитудное значение выходного сигнала.
-Дополнительно подключите к входу и выходу вольтметры и снова включите схему.
Добейтесь правильных показаний вольтметров.

Генератор слов
На схему выводится уменьшенное изображение генератора слов

На 16 выходов в нижней части генератора параллельно подаются биты генерируемого слова.
На выход тактового сигнала (правый нижний) подается последовательность тактовых импульсов с заданной частотой.
Вход синхронизации используется для подачи синхронизирующего импульса от внешнего источника.
Двойным щелчком мыши открывается расширенное изображение генератора

Левая часть генератора содержит 16 разрядные слова, задаваемые в шестнадцатеричном коде. Каждая кодовая комбинация заносится с помощью клавиатуры. Номер редактируемой ячейки (от О до 03FF, т.е. от 0 до 2047) высвечивается в окошке Edit. В процессе работы генератора в отсеке Address индицируется адрес текущей ячейки (Current), начальной ячейки (Initial) и конечной ячейки (Final). Выдаваемые на 16 выходов (внизу генератора) кодовые комбинации индицируются в коде ASCII и двоичном коде (Binary).
Генератор может работать в шаговом, циклическом и непрерывном режимах.
-Кнопка Step переводит генератор в пошаговый режим;
-Жнопка Burst - в циклический режим (на выход генератора однократно последовательно поступают все слова;
-Кнопка Cycle - в непрерывный режим. Для того чтобы прервать работу в непрерывном режиме, нужно еще раз нажать кнопку Cycle.
Панель Trigger определяет момент запуска генератора (Internal - внутренняя синхронизация, External - внешняя синхронизация по готовности данных.)
Режим внешней синхронизации используется в случае, когда исследуемое устройство может квитировать (подтверждать) получение данных. В этом случае на устройство вместе с кодовой комбинацией поступает сигнал с клеммы Data ready , а исследуемое устройство должно выдать сигнал получения данных, который должен быть подключен к клемме Trigger генератора слов. Этот сигнал и производит очередной запуск генератора.
Кнопка Breakpoint прерывает работу генератора в указанной ячейке. Для этого нужно выбрать требуемую ячейку курсором, а затем нажать кнопку Breakpoint
Кнопка Pattern открывает меню с помощью которого можно
Clear buffer - стереть содержимое всех ячеек,
Open - загрузить кодовые комбинации из файла с расширением.dp.
Save - записать все набранные на экране комбинации в файл;
Up counter - заполнить буфер экрана кодовыми комбинациями, начиная с 0 в нулевой ячейке и далее с прибавлением единицы в каждой последующей ячейке;
Down counter - заполнить буфер экрана кодовыми комбинациями, начиная с FFFF в нулевой ячейке и далее с уменьшением на 1 в каждой последующей ячейке;

Shift right - заполнить каждые четыре ячейки комбинациями 8000-4000-2000-1000 со смещением их в следующих четырех ячейках вправо;
Shift left -то же самое, но со смещением влево.

Логический анализатор
На схему выводится уменьшенное изображение логического анализатора

Логический анализатор подключается к схеме с помощью выводов в его левой части. Одновременно могут наблюдаться сигналы в 16 точках схемы. Анализатор снабжен двумя визирными линейками, что позволяет получать отсчеты временных интервалов Т1, Т2, Т2-Т1, а также линейкой прокрутки по горизонтали

В блоке Clock имеются клеммы для подключения обычного External и избирательного Qualifier источника запускающих сигналов, параметры которых могут быть установлены с помощью меню, вызываемого кнопкой Set.
Запуск можно производить по переднему (Positive) или заднему (Negative) фронту запускающего сигнала с использованием внешнего (External) или внутреннего (Internal) источника. В окне Clock qualifier можно установить значение логического сигнала (0,1 или х) при котором производится запуск анализатора.
Внешняя синхронизация может осуществлятся комбинацией логических уровней, подаваемых на входы каналов анализатора.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

План урока

дисциплина: Электронная техника

тема: Электронная лаборатория Electronics Workbench 4.1 for Windows

Цели урока:

Обучающая: Дать обучающимся понятие о виртуальной электронной лаборатории Electronics Workbench 4.1 for Windows, научить основам работы с элементами при сборке электрических схем.

Развивающая: развить умения и навыки при составлении и виртуальной сборке электрических схем различного уровня сложности.

Воспитательная: применяя различный подход к степени усвоения материала обучающимися через процесс воспитания добиться максимальной эффективной результативности в работе.

Тип урока: Объяснение нового материала.

Вид урока: практический.

Межпредметные связи: микрорадиоэлектроника, общая электротехника, электропитание со средствами связи, основы промышленной электроники.

Место проведения: 220 кабинет

Время проведения: 90 минут

Технические средства обучения: мультимедийный проектор, персональный компьютер, демонстрационный экран.

Ход урока

Организационный момент Приветствие. Проверка количества присутствующих на уроке студентов, уровня готовности к уроку (принадлежности)

Основная часть. Уважаемые студенты! Сегодня мы с вами познакомимся с самой простой версией электронной виртуальной лаборатории - компьютерным программным комплексом Electronics Workbench for Windows. Идея создания программных продуктов данной серии принадлежит корпорации Interactive Image Technologies. Самая первая версия появилась в 1989г. Ранние версии программы состояли из двух независимых частей. С помощью одной половины программы можно было моделировать аналоговые устройства, с помощью другой - цифровые. Такое “раздвоенное” состояние создавало определенные неудобства, особенно при моделировании смешанных аналого-цифровых устройств.

В 1996г. в версии 4.1 эти части были объединены и через полгода выпущена пятая версия программы. Она дополнена средствами анализа примерно в объеме программы Micro-Cap V, переработана и несколько расширена библиотека компонентов. Средства анализа цепей выполнены в типичном для всей программы ключей - минимум усилий со стороны пользователя.

Дальнейшим развитием EWB является программа EWB Layout, предназначенная для разработки печатных плат. Программа EWB обладает преемственностью снизу вверх, т.е. все схемы созданные в версиях 3.0 и 4.1, могут быть промоделированы в версии 5.0. Следует отметить, что EWB позволяет также моделировать устройства, для которых задание на моделирование подготовлено в текстовом формате SPICE, обеспечивая совместимость с программами Micro-Cap и Pspice.

Программа EWB 4.1 рассчитана для работы в среде Windows 3.xx или 95/98 и занимает около 5 Мбайт дисковой памяти, EWB 5.0 - в среде Windows 95/98 и NT 3.51, требуемый объем дисковой памяти - около 16 Мбайт. Для размещения временных файлов требуется дополнительно 10-20 Мбайт свободного пространства.

Electronics workbench - это одна из самых мощных программ для моделирования процессов и расчета электронных устройств на аналоговых и цифровых элементах. Даже в стандартной комплектаций в наличии имеется большой выбор виртуальных генераторов, тестеров, осциллографов. Совместима с программами PCB-дизайна и CA. Особенностью программы является наличие контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам. Программа легко осваивается и достаточно удобна в работе. После составления схемы и ее упрощения путем оформления подсхем моделирование начинается щелчком обычного выключателя.

Преимущества:

При разработке современного радиоэлектронного оборудования невозможно обойтись без компьютерных методов разработки, ввиду сложности и объемности выполняемых работ. Процесс разработки схем радиоэлектронных устройств требует высокой точности и глубокого анализа. Еlectronics Workbench может применяться как на предприятиях, занимающихся разработкой электрических цепей так и в высших учебных заведениях, занимающихся изучением и разработкой радиоэлектронных устройств. Еlectronics Workbench применяется в большинстве высших учебных заведений мира. Еlectronics Workbench может применяться как замена дорогостоящего оборудования. Еlectronics Workbench может производить большое количество анализов радиоэлектронных устройств, занимающих достаточно много времени при стандартных методах разработки. Еlectronics Workbench включает в себя большое количество моделей радиоэлектронных устройств наиболее известных производителей, таких как Motorolla. Еlectronics Workbench прост в обращении и не требует глубоких знаний в компьютерной технике. Интерфейс Еlectronics Workbench можно освоить буквально за несколько часов работы. Еlectronics Workbench может работать с большим числом компьютерной переферии, а также имитировать ее работу. Еlectronics Workbench может на данный момент не имеет себе аналогов по простоте интерфейса и числу выполняемых функций.

Использование мыши и клавиатуры

Программа использует стандартный интерфейс управления Windows. Поэтому преобладает ориентация на использование мыши: мышью устанавливаются компоненты и связи, осуществляется управление инструментами подобно реальной лаборатории. Клавиатура используется ограниченно в случаях редактирования свойств компонентов, а также для быстрого вызова наиболее часто используемых операций. Итак, мышь позволяет:

перетаскивать компоненты по экрану;

выбирать компоненты, кнопки и другие элементы при наведении мыши и одиночном щелчке левой клавишей;

выбирать одновременно более одного элемента;

выделять свойства компонента двойным щелчком левой кнопки. Перетаскивание заключается в наведении мыши на объект, нажатии левой клавиши мыши и переведении курсора мыши в новое положение, отпускании левой клавиши в конечном положении. Выбрать несколько элементов можно, если нажать левую клавишу в верхнем левом углу воображаемой прямоугольной области, на которой располагаются компоненты, необходимые для выделения, а далее, не отпуская клавиши, переместить курсор мыши в правый нижний угол этой области, при этом программа прорисует пунктиром прямоугольную область выделения. В конечном положении левая клавиша отпускается, и компоненты, попавшие в эту область, изменят цвет на красный.

Electronics Workbench реализован как реальная лаборатория, в которой имеются перед глазами все компоненты и инструменты, готовые к использованию. Ключевые составляющие интерфейса: рабочее пространство, корзина компонентов, меню, инструменты и кнопка питания, активизирующая программный анализ цепи.

Для построения и исследования цепи необходимо сделать следующее.

Перетащить компоненты из корзины компонентов на рабочее пространство.

Соединить их выводы перемещением мыши с нажатой левой кнопкой от вывода одного компонента к другому.

Установить модели компонентов и значения их величин.

Подсоединить тестирующие инструменты.

Активировать цепь. Установка модели компонента производится либо одновременным нажатием Ctrl+M, либо выбором компонента мышью и последующим вызовом пункта Model из меню Circuit. Установка значения величины компонента производится либо одновременным нажатием клавиш Ctrl+U, либо вызовом пункта Value из меню Circuit. Если в меню Preferences из Circuit выбрать команду Show Value, то электрические величины компонентов будут отображаться рядом с ними. Компоненты можно обозначить условно, если выбрать компонент и нажать одновременно Ctrl+L, либо в меню Circuit выбрать команду Label. Чтобы условные обозначения отображались на рабочем пространстве, в меню Preferences из Circuit выбрать команду Show Label. Тестирующие инструменты подсоединяются перетаскиванием с панели инструментов их пиктограмм на рабочее пространство и соединением их выводов к соответствующим участкам цепей. Активирование цепи происходит при нажатии «кнопки питания» в верхнем правом углу. Это вызывает запуск подпрограммы анализа цепи. Далее можно просмотреть значения на измерительных инструментах по двойному щелчку на их пиктограммах в рабочем пространстве.

Для выполнения курсового проектирования Вам, студентам, достаточно воспользоваться только следующими корзинами компонентов: Active, Passive, Indic, FET.

Корзина Passive: земля, источник постоянного напряжения, источник постоянного тока, источник переменного напряжения, источник переменного тока, резистор, конденсатор, катушка индуктивности, трансформатор, вставка плавкая, источник напряжения 5В, pull-up резистор, реостат, переменный конденсатор, переменная катушка индуктивности, полярный конденсатор, источник прямоугольного напряжения, резистивная матрица.

Корзина Active: диод, стабилитрон, светодиод, n-p-n-транзистор, p-n-p-транзистор, ДУ, ОУ с напряжением питания, управляемый теристор, неуправляемый теристор, неуправляемый семистор, управляемый семистор, диодный мостик, умножитель напряжений.

Корзина FET: n-канальный ПТУП, p-канальный ПТУП, МОП со встроенным n-каналом и подложкой, соединённой с истоком, МОП со встроенным р-каналом и подложкой, соединённой с истоком, МОП со встроенным n-каналом и отдельным выводом для подложки, МОП со встроенным р-каналом и отдельным выводом для подложки, МОП с индуктируемым n-каналом и подложкой, соединённой с истоком, МОП с индуктируемым р-каналом и подложкой, соединённой с истоком, МОП с индуктированным n-каналом и подложкой с отдельным выводом, МОП с индуктированным p-каналом и подложкой с отдельным выводом.

Корзина Indic: вольтметр, амперметр, лампа накаливания, световой индикатор напряжения, семисегментный светодиодный индикатор с управлением сегментами по выводам, семисегментный светодиодный индикатор со встроенным шестнадцатеричным дешифратором (на вход подаётся шестнадцатеричное число), устройство сохранения результатов анализа в файл в виде ASCII - кода, пьезоэлектрический динамик.

Кроме указанных корзин имеется ещё 6 корзин: Control (Управляемые), Hybrid (Гибридные), Gates (Вентили), Combinational (Составные), Sequential (Последовательные) и Integrated Circuits (Интегральные схемы). Эти корзины представлены на рис. 4. Корзина Control содержит следующие компоненты (по порядку сверху вниз): переключатель (переключение задаётся кнопкой клавиатуры); переключатель по временному управлению; переключатель, управляемый напряжением; переключатель, управляемый током; реле; источник напряжения, управляемый напряжением; источник тока, управляемый током; источник тока, управляемый напряжением; источник напряжения, управляемый током. Корзина Hybrid содержит компоненты: АЦП; ЦАП в ток; ЦАП в напряжение; одновибратор; 555-таймер (Устройство с двумя состояниями на выходе, длительности и выбор которых управляются входами). Корзина Gates содержит: вентиль И; вентиль ИЛИ; вентиль НЕ; вентиль И-НЕ; вентиль ИЛИ-НЕ; исключающее ИЛИ-НЕ; исключающее ИЛИ; трехстабильный буфер с Z-состоянием; буфер-повторитель. Корзина Combinational содержит: полусумматор; полный сумматор; мультиплексор 1х8; демультиплексор 1х8; преобразователь двоично-десятичного представления в шестнадцатеричное; дешифратор 3 на 8; шифратор 8 на 3. Корзина Sequential содержит: RS-триггер; JK-триггер с прямым динамическим входом и прямыми асинхронными входами управления; JK-триггер с прямым динамическим входом и инверсными асинхронными входами управления; D-триггер с прямым динамическим входом; D-триггер с прямым динамическим входом и инверсным асинхронным управлением; 4-битный двоичный счётчик; 4-битный универсальный сдвигающий регистр. Корзина Integrated Circuits содержит: серия ИС 74ХХ, 741ХХ, 742ХХ, 743ХХ, 744ХХ, 4ХХХ. В каждой из серий можно выбрать конкретную ИС из списка.

Рассмотрим основные элементы.

Меню File, Edit и Help - стандартны и интереса не представляют. Тем не менее, для людей, которые с Windows «на Вы» дадим краткую характеристику этих меню. Сами они представлены на рис.6. Меню File представлено следующими пунктами:

· New (CTRL+N) - создание нового документа,

· Open... (CTRL+O) - открытие существующего документа,

· Save (CTRL+S) - сохранение существующего документа,

· Save As... - сохранение текущего документа с новым именем,

· Revert to Saved - возвращение к документу, каким он был на момент до последнего сохранения,

· Print... (CTRL+P) - распечатать цепь текущего документа,

· Print Setup... - вызов окна редактирования установок текущего принтера (выбранного по умолчанию),

· Exit (ALT+F4) - выход из программы,

· Install... - используется для установки дополнительных компонент программы (не понадобится),

· Import from SPICE - перевод из формата.cir PSpice в формат Workbench, workbench электронный виртуальный лаборатория

· Export to SPICE - перевод текущего документа Workbench в формат.cir PSpice,

· Export to PCB - перевод документа Workbench в формат файлов связей для редактирования печатных плат и трассировки в программах OrCAD 386, Tango, Eagle, Protel или Layo1.

Меню Edit содержит:

· Cut (CTRL+X) - удалить выделенные элементы в буфер обмена (специальная область памяти Windows для временного хранения данных в универсальном представлении с целью обмена между приложениями),

· Copy (CTRL+C) - скопировать выделенные компоненты в буфер обмена,

· Paste (CTRL+V) - вставить данные из буфера обмена,

· Delete (DEL) - удалить выделенные компоненты,

· Select All (CTRL+A) - выбрать все компоненты текущего документа,

· Show Clipboard - показать содержимое буфера обмена,

Copybits (CTRL+I) - выбрать и скопировать часть или весь экран в буфер обмена. Меню Help содержит:

· Help (F1) - показывает информацию по выделенному объекту, если объект не выделен, показывает содержание помощи,

· Help Index... - получение справки по интересующей тематике по её имени,

· About Electronics Workbench - показывает версию программы, её владельца и серийный номер.

Меню Window (рис.8) содержит:

· Arrange (CTRL+W) - вы можете располагать окна рабочей области, корзины, описания, как захотите, но если хотите вернуть всё в исходное - воспользуйтесь этим пунктом,

· Circuit - выводит на передний план окно рабочей области,

· Description (CTRL+D) - вызывает появление окна описания, в котором на английском языке (во всяком случае, воспринимаются только латинские литеры) можно сделать комментарии,

· Все остальные пункты выводят на передний план соответствующие окна.

Меню Circuit содержит команды: Activate (Ctrl+G) - запускает моделирование цепи, Stop (Ctrl+T) - прекращает процесс моделирования, Pause (F9) - приостанавливает процесс моделирования, Label (Ctrl+L) - присваивает компоненту имя, Value (Ctrl+U) - присваивает компоненту новые параметры, Model (Ctrl+M) - вызывает окно выбора и редактирования модели компонента, Zoom (Ctrl+Z) - изменяет масштаб отображения, Rotate (Ctrl+R) - поворачивает компонент на 90 градусов, Subscript (Ctrl+B) - открывает окно редактирования собственных компонентов, Wire color - определяет цвет провода (еще можно это сделать, дважды щелкнув по проводу), цвет провода также определяет цвет сигнала на экране осциллографа, Preferences (Ctrl+E) - определяет параметры рабочей поверхности (показать сетку, имена компонентов, моделей, величины компонентов), Analysis Options (Ctrl+Y) - определяет тип анализа и свойства отображения осциллографа.

Пример составления цепи. Для примера покажем составление цепи схемы с общим эмиттером на биполярном транзисторе с использованием цепи стабилизации методом трёх резисторов. Для начала выбираем корзину компонентов Passive. Находим в ней изображение резистора и проделываем следующие манипуляции:

· наводим указатель мыши на изображение резистора,

· нажимаем левую клавишу мыши,

· не отпуская клавиши, двигаем мышь вправо по коврику, т.о. перетаскиваем компонент на рабочее пространство,

· останавливаем курсор с компонентом на нужном месте и отпускаем левую клавишу мыши.

После этого резистор остаётся на месте, а мышь освобождается для следующих манипуляций.

Кстати, для перемещения любых компонентов (резисторов, транзисторов и др.) в пределах рабочего пространства проделываются аналогичные манипуляции.

Далее проделываем следующие манипуляции для придания резисторам вертикального расположения: выделяем любой резистор, для этого наводим курсор мыши на его изображение, щёлкаем левой клавишей мыши, когда резистор окрашивается в красный цвет, это значит, что он выделен (запомнить!). Теперь переводим клавиатуру в латинский режим и нажимаем одновременно клавиши CTRL и R. Резистор поворачивается на 900 . Эти действия необходимо выполнить над всеми оставшимися резисторами. Теперь наведите курсор мыши на верхний вывод верхнего левого резистора так, чтобы в месте касания курсором возник круг чёрного цвета. Как только добьётесь этого, нажмите левую кнопку мыши и, не отпуская её, переместите указатель мыши на верхний вывод верхнего правого резистора так, чтобы там тоже появился чёрный круг. Как только он появился, отпустите левую кнопку мыши. Только что вы были свидетелем соединения двух резисторов проводником. Надо заметить, что соединить можно не только компонент с компонентом, но и компонент с проводником, для чего надо вести провод от компонента к проводнику до появления на месте соединения чёрной окружности, отпуская, вы получите узел. Используя полученные навыки, закончите соединение компонентов в цепь с общим эмиттером.

Теперь выделите левый верхний резистор и дважды щелкните по его изображению, используя левую клавишу мыши.

Введите в левое окошко число 650, в правом окошке отображается множитель, и щёлкните мышкой по клавише Accept. Вы увидите, что сопротивление резистора изменилось на введённую величину. Теперь выберите в главном меню пункт Circuit, а в нём Preferences. В появившемся окне выберите галочкой пункт Show labels. Теперь вы можете увидеть обозначения элементов, но прежде их надо ввести.

И, наконец, нажмите клавишу Power в правом верхнем углу окна программы (не на системном блоке!). Таким образом, мы запустили подпрограмму моделирования в данном случае статического процесса и получили картину, как на рис.19. Теперь результат можно вывести на печать, выбрав в меню File пункт Print. Также можно сохранить схему в файле, выбрав в меню File пункт Save. В дальнейшем файл можно открыть для дальнейшей работы (Меню File пункт Open).

Заключение

Итак, уважаемые студенты мы с вами на данном занятий ознакомились с электронной лабораторией, пронаблюдали процесс создания электрической цепи лёгкой и средней сложности при помощи компьютерной программы. Мы с вами на дальнейших занятиях продолжим изучение различных приёмов работы с другими более поздними версиями Electronics Workbench, в которых интерфейс намного совершеннее и «дружелюбней» чем более старые версии, больше технических возможностей, добавлены дополнительные панели инструментов.

Выставление оценок за урок. (комментирование результатов).

Домашнее задание: Повторить условные обозначения электрических устройств и контрольно- измерительных приборов. Повторить 1 и 2-ой Законы Кирхгофа (из курса общей электротехники).

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Electronics Workbench – электронная лаборатория на ПК, предназначена для моделирования и анализа электрических схем. Исследование элементов электрических цепей. Идеальный источник ЭДС. Исследование последовательного и параллельного соединений резисторов.

контрольная работа , добавлен 23.07.2012


Характеристика процесса моделирования электронных схем. Описание интерфейса и основ установки программы Electronics Workbench, библиотеки компонентов. Примеры моделирования схем работы синтезатора, умножителя частоты, генератора синусоидальных колебаний.

книга , добавлен 31.07.2015


Вивчення структури вікон і системи меню Electronics Workbench. Розгляд технології підготовки схем та складання їх компонентів на робочому полі програми. Визначення областей застосування та класифікаційних параметрів елементів радіоелектронної апаратури.

методичка , добавлен 18.06.2010


Загальна характеристика програми Провідник. Виконання операцій над об"єктами: копіювання, переміщення, вилучення, відновлення. Розгляд можливостей програми Electronics Workbench. Створення таблиці в MS Excel за зразком та виконання необхідних розрахунків.

контрольная работа , добавлен 20.11.2015


Позначення та розрахунок діодів, транзисторів, аналогових, цифрових та змішаних інтегральних схем, індикаторів, перетворюючих та керуючих елементів, приладів, базових, логічних і цифрових компонент бібліотеки елементів програми Electronics Workbench.

методичка , добавлен 18.06.2010


История создания. Windows 9x/NT. Операционная система Microsoft Windows. Преимущества и недостатки Windows. Некоторые клавиатурные комбинации Windows 9x и NT. Windows XP Professional. Наиболее совершенная защита.

реферат , добавлен 18.07.2004


Операционная система от компании Microsoft. Понятие Windows 8, ее особенности. Использование мыши и приложений в интерфейсе Метро. Самый проблемный жест при работе с Windows 8. Направленность операционной системы на устройства с сенсорным экраном.

реферат , добавлен 16.05.2013


История ОС семейства Windows. Основные принципы администрирования ОС. Создание домашней группы. Присоединение к домашней группе или ее создание. Особенности ОС Windows 7. Анализ уязвимостей Microsoft Windows 7. Особенности версий ОС Windows 7.

курсовая работа , добавлен 13.12.2010


Прикладные программы и утилиты. Простейшие функции операционной системы. История разработки корпорацией Microsoft Corporation графической операционной оболочки Windows. Версия семейства сетевых ОС Windows NT (Millennium Edition, 2000, XP, Vista, Seven)

презентация , добавлен 12.10.2013


Характеристика операционной системы. История развития Windows. Сравнительная характеристика версий Windows. Элементы и инструменты Windows XP. Прикладные программы в Windows XP. Работа настольных и портативных компьютеров под управлением Windows.

Пакет Electronics Workbench предназначен для моделирования и анализа электротехнических и схемотехнических схем. Данный пакет с большой степенью точности моделирует построение реальных схем в «железе».

Таблица 3

Меню пиктограмм

Пиктограмма	Название	Описание
		Избранное
		Источники сигналов
		Пассивные компоненты и коммутационные устройства
		Транзисторы
		Аналоговые микросхемы
		Микросхемы смешанного типа
		Цифровые микросхемы
		Логические цифровые микросхемы
		Цифровые микросхемы
		Индикаторные устройства
		Аналоговые вычислительные устройства
		Компоненты смешанного типа
		Контрольно-измерительные приборы

Основные приемы работы

В Electronics Workbench сборка схемы осуществляется в рабочей области. Электронные компоненты для сборки схемы берутся из меню, содержащего набор ком­понентов. Содержимое набора компонентов можно изменить нажатием соот­вет­ству­ющих кнопок, расположенных непосредственно над окнами. Чтобы переместить требуемый компонент в рабочую область, нужно поместить на него курсор и нажать ле­­вую клавишу мыши. Затем, удерживая клавишу в нажатом состоянии, «пе­ре­та­щить» элемент, двигая мышь, в требуемое положение в рабочей области и отпустить клавишу.

Чтобы осуществить какие-либо операции над элементом его необходимо выделить. Выделение элемента осуществляется щелчком мыши на элементе, при этом он окрашивается в красный цвет.

Если необходимо повернуть элемент, нужно сначала его выделить, а затем использовать комбинацию клавиш , нажатие которых приводит к повороту элемента на 90°.

Для удаления элемента его также необходимо сначала выделить, а затем нажать клавишу и в ответ на запрос о подтверждении удаления нажать кнопку подтверждения или отмены удаления.

Все электронные компоненты характеризуются своими параметрами, оп­ре­де­ля­ю­щими их поведение в схеме. Чтобы задать эти параметры нужно дважды щелкнуть мышью на нужном элементе, в результате чего появится диалоговое окно, в котором необходимо выбрать или записать требуемые параметры и закрыть его нажатием кнопки Ok .

Чтобы соединить между собой выводы элементов подведите курсор к нужному выводу, при этом, если к этому выводу действительно можно подсоединить проводник, на нем появится маленький черный кружок. При появлении кружка нажмите левую клавишу мыши и, не отпуская ее, протащите курсор к другому выводу. Когда на другом выводе тоже появится черный кружок, отпустите клавишу, и эти выводы автоматически будут соединены проводником. Если вывод элемента нужно подсоединить к уже имеющемуся проводнику, то подведите курсор мыши при нажатой клавише к этому проводнику, при этом также в том месте, где можно сделать подсоединение появится маленькая окружность. В этот момент отпустите клавишу, и в схеме автоматически образуется проводящее соединение между проводниками, обозначенное черным кружком.

Основные компоненты

1. Источник постоянного напряжения

Находится в наборе Источники сигналов

.

Этот элемент представляет собой модель идеального источника напряжения, поддерживающего на своих выводах постоянное напряжение заданной величины. Величина напряжения может задаваться разработчиком двойным щелчком мыши на элементе и записью в диалоговом окне требуемого значения.

Лампочка накаливания

2. Лампочка накаливания .

Находится в наборе Индикаторные устройства .

Этот элемент моделирует обычную лампу накаливания и может находиться в трех состояниях: выключенном, включенном и перегоревшем. Поведение элемента характеризуется двумя параметрами: мощностью и максимально допустимым напряжением. Ввести нужные параметры можно двойным щелчком мыши на элементе. После этого появляется диалоговое окно. Введите требуемые параметры и закройте диалоговое окно щелчком на кнопке Ok .

При работе схемы элемент будет находиться в выключенном состоянии, если приложенное к нему напряжение не превышает половины максимального напряжения. Если приложенное напряжение находится в интервале от половины максимального напряжения до уровня максимального напряжения, элемент находится во включенном состоянии. При превышении приложенным напряжением заданного максимального напряжения элемент переходит в перегоревшее состояние.

Заземление

3. Заземление .

Находится в наборе Источники сигналов .

В схеме, собранной с помощью Electronics Workbench, как и практически для любой реальной схемы, требуется указать точку нулевого потенциала, относительно которой определяются напряжения во всех других точках схемы. Именно для этой цели служит элемент заземление. Его единственный вывод подключается к той точке схемы, потенциал которой принимается равным нулю. Допускается и даже целесообразно, особенно для сложных схем, использовать несколько элементов заземления. При этом считается, что все точки, к которым подсоединены заземления, имеют один общий потенциал, равный нулю.

Точка - соединитель

4. Точка - соединитель .

Находится в наборе .

Основным свойством точки-соединителя является то, что вы можете под­сое­ди­нять к ней проводники. Подсоединять проводники к точке можно слева, справа, сверху и снизу, то есть существует всего четыре места подсоединения проводников к од­ной точке и, следовательно, в одной точке могут соединяться не более четырех про­вод­ников. Для реализации такого подсоединения нужно подвести проводник при на­жа­той клавише мыши к соответствующей стороне точки, при этом около точки появляется маленький черный кружок. Отпуская в этот момент левую клавишу мыши, получаем требуемое подсоединение.

Переключатель

5. Переключатель .

Находится в наборе Пассивные компоненты и коммутационные устройства .

Этот переключатель допускает два возможных положения, в которых один общий вход соединяется с одним из двух возможных выходов. По умолчанию пере­клю­чение осуществляется клавишей пробел . Чтобы назначить какому-либо пере­ключателю другую клавишу, нужно дважды щелкнуть мышью на этом пере­клю­ча­теле, ввести требуемый символ в появившемся диалоговом окне и нажатием кнопки Ok подтвердить сделанный выбор. После этого переключение данного переключателя будет осуществляться с помощью выбранной клавиши.

Динамик

6. Динамик .

Находится в наборе Индикаторные устройства.

Этот элемент издает гудок заданной частоты, если приложенное к его выводам напряжение превышает установленный уровень напряжения. Значения порогового напряжения и частоты издаваемого сигнала можно задать в диалоговом окне, появляющемся при двойном щелчке мыши на элементе.

Вольтметр

7. Вольтметр .

Находится в наборе Индикаторные устройства .

Этот элемент показывает напряжение, приложенное к его выводам. Одна из сторон этого элемента выделена утолщенной линией. Если напряжение, приложенное к выводам таково, что потенциал на выводе, находящемся с не выделенной стороны, больше потенциала на выводе, находящемся с выделенной стороны, то знак напряжения, показываемого вольтметром, будет положительным. В противном случае знак индицируемого напряжения будет отрицательным.

Амперметр

8. Амперметр .

Находится в наборе Индикаторные устройства .

Этот элемент показывает величину тока, протекающего через его выводы. Одна из сторон этого элемента выделена утолщенной линией. Если направление тока, протекающего через выводы элемента, совпадает с направлением от не выделенной стороны к выделенной стороне, то знак величины индицируемого тока будет положительным. В противном случае знак будет отрицательным.

Резистор

9. Резистор .

Находится в наборе. Пассивные компоненты и коммутационные устройства .

Этот элемент представляет собой один из наиболее широко используемых компонентов электронных схем. Величина сопротивления резистора задается разработчиком в диалоговом окне, появляющемся при двойном щелчке мыши на элементе.

Простейшие электрические цепи

Простейшая электрическая цепь состоит из источника и приемника электрической энергии. В качестве простейшего источника электрической энергии может служить источник постоянного напряжения, например, батарейка. Приемником электрической энергии обычно служит устройство, преобразующее энергию электрического тока в другой вид энергии, например, в световую энергию в электрической лампочке, или в энергию акустических волн в динамике.

Чтобы обеспечить протекание тока через приемник, необходимо образовать замкнутый контур, по которому течет ток. Для этого необходимо один вывод приемника электрической энергии подсоединить к отрицательному выводу батарейки, а другой к положительному выводу. Простейший способ управления прохождением тока по цепи заключается в замыкании и размыкании контура цепи с помощью переключателя. Размыкание контура цепи приводит к разрыву цепи, вследствие чего ток становится равным нулю. Замыкание цепи обеспечивает путь для прохождения по цепи тока, величина которого определяется приложенным напряжением и сопротивлением цепи согласно закону Ома.

Порядок про ведения работы

1. Запустить Electronics Workbench.

2. Подготовить новый файл для работы. Для этого необходимо выполнить следующие операции из меню: File/New и File/Save as . При выполнении операции Save as будет необходимо указать имя файла и каталог, в котором будет храниться схема.

3. Перенесите необходимые элементы из заданной схемы на рабочую область Electronics Workbench. Для этого необходимо выбрать раздел на панели инструментов (Sources, Basic, Diodes, Transistors, Analog Ics, Mixed Ics, Digital Ics, Logic Gates, Digital, Indicators, Controls, Miscellaneous, Instruments), в котором находится нужный вам элемент, затем перенести его на рабочую область (щёлкнуть мышью на нужном элементе и, не отпуская кнопки, перенести в нужное место схемы).

Workbench также предоставляет возможность использовать настраиваемую панель инструментов Favorites. Панель своя для каждого файла схемы.

Для добавления в панель элемента надо щёлкнуть его изображение на панели правой кнопкой и выбрать Add to Favorites . Чтобы убрать с панели Favorites , щёлкнуть правой кнопкой элемент на панели Favorites и выбрать Remove from Favorites .

4. Соедините контакты элементов и расположите элементы в рабочей области для получения необходимой вам схемы. Для соединения двух контактов необходимо щелкнуть по одному из контактов основной кнопкой мыши и, не отпуская клавишу, довести курсор до второго контакта.

В случае необходимости можно добавить дополнительные узлы (разветвления). Для этого надо просто перетащить элемент с панели на место проводника, где надо его разветвить.

Нажатием на элементе правой кнопкой мыши можно получить быстрый доступ к простейшим операциям над положением элемента, таким как вращение (rotate), разворот (flip), копирование/вырезание (copy/cut), вставка (paste), а также к его справочной информации (help).

5. Проставить необходимые номиналы и свойства каждому элементу. Для этого нужно дважды щелкнуть мышью на элементе:

6. Когда схема собрана и готова к запуску, нажать кнопку включения питания на панели инструментов.

В случае серьезной ошибки в схеме (замыкание элемента питания накоротко, отсутствие нулевого потенциала в схеме) будет выдано предупреждение.

Закон Ома

Закон Ома для участка цепи: ток в проводнике I равен отношению падения напряжения U на участке цепи к ее электрическому сопротивлению R :

Закон иллюстрируется схемой на рисунке, из которой видно, что на участке цепи с сопротивлением R = 5 Ом создается падение напряжения U = 10 В, измеряемое вольтметром. Согласно (*) ток в цепи I = = 0.2 А = 200 mA, что и измеряет последовательно включенный в цепь амперметр.

ПРОГРАММА ELECTRONICS WORKBENCH

Возможности Electronics Workbench

Программа Electronics Workbench позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор моделей широко распространенных электронных элементов (компонентов). Простые элементы описываются набором параметров, значения которых можно изменять непосредственно с клавиатуры, активные элементы - моделью, представляющей собой совокупность параметров и описывающей конкретный элемент или его идеальное представление. Модель выбирается из списка библиотек элементов, параметры модели также могут быть изменены пользователем.

В библиотеки элементов программы входят модели пассивных элементов, транзисторов, управляемых источников, управляемых ключей, гибридных элементов, индикаторов, логических элементов, триггерных устройств, цифровых и аналоговых элементов, специальных комбинационных и последовательных схем. Возможно также создание своих моделей элементов и добавление их в библиотеки.

В программе используется большой набор приборов для проведения измерений: амперметр, вольтметр, осциллограф, мультиметр, боде-плоттер (графопостроитель частотных характеристик схем), функциональный генератор, генератор слов, логический анализатор и логический преобразователь.

Electronics Workbench позволяет проводить анализ схем на постоянном и переменном токах. При анализе на постоянном токе определяются параметры схемы в установившемся режиме. Анализ на переменном токе может проводиться как во временной, так и в частотной областях. Можно исследовать переходные процессы при воздействии на схемы входных сигналов различной формы.

Операции, выполняемые при анализе:

Выбор элементов и приборов из библиотек,

Перемещение элементов и схем в любое место рабочего поля,

Поворот элементов и групп элементов на углы, кратные 90 градусам,

Копирование, вставка или удаление элементов, групп элементов, фрагментов схем и целых схем,

Изменение цвета проводников,

Выделение цветом контуров схем для более удобного восприятия,

Одновременное подключение нескольких измерительных приборов и наблюдение их показаний на экране монитора,

Присваивание элементу условного обозначения,

Изменение параметров элементов в широком диапазоне.

Все операции производятся при помощи мыши и клавиатуры. Управление только с клавиатуры невозможно. Путем настройки приборов можно:

Изменять шкалы приборов в зависимости от диапазона измерений,

Задавать режим работы прибора,

Задавать вид входных воздействий на схему (постоянные и гармонические токи и напряжения, треугольные и прямоугольные импульсы).

Графические возможности программы позволяют:

Одновременно наблюдать несколько кривых на графике,

Отображать кривые на графиках различными цветами,

Измерять координаты точек на графике,

Импортировать данные в графический редактор, что позволяет произвести необходимые преобразования рисунка и вывод его на принтер.

Electronics Workbench позволяет вставить схему или её фрагмент в текстовый редактор и напечатать в нем пояснения или замечания по работе схемы.

Элементы Electronics Workbench

Для операций с элементами электрических и электронных схем на общем поле Electronics Workbench выделены две области: панель элементов и поле элементов (рис. 1. 1). Панель элементов состоит из пиктограмм полей, а поле элементов -из их условных изображений. Щелчком мыши на одной из тринадцати пиктограмм, расположенных на панели, можно открыть соответствующее поле.

На рис. 1.1 открыто поле источников (Sources). Расположение элементов в полях ориентировано на частоту их использования. Для описания элементов более логичным является разделение их по типам. Все элементы, используемые в программе Electronics Workbench, можно условно разбить на следующие группы: источники, базовые элементы, линейные элементы, ключи, нелинейные элементы, индикаторы, логические элементы, узлы комбинационного типа, узлы последовательного типа, гибридные компоненты. На рис. 1. 2 показаны все имеющиеся в Electronics Workbench поля элементов. Эта картинка получена искусственно, на самом деле при работе может быть открыто только одно поле элементов.

Источники

Все источники в Electronics Workbench идеальные. Внутреннее сопротивление идеального источника напряжения равно нулю, поэтому его выходное напряжение не зависит от нагрузки. При необходимости использовать два параллельно подключенных источника напряжения следует включить последовательно между ними небольшое сопротивление (например, в 1 Ом). Идеальный источник тока имеет бесконечно большое внутреннее сопротивление, поэтому его ток не зависит от сопротивления нагрузки.

ЭДС источника постоянного напряжения измеряется в Вольтах и задается производными величинами (от мкВ до кВ). Короткой жирной чертой в изображении батареи обозначается вывод, имеющий отрицательный потенциал по отношению к другому выводу.

Ток источника постоянного тока (direct current) измеряется в Амперах и задается производными величинами (от мкА до кА). Стрелка указывает направление тока (от "+" к "-").

Действующее значение (root-mean-square - RMS) напряжения источника измеряется в Вольтах и задается производными величинами (от мкВ до кВ). Имеется возможность установки частоты и начальной фазы. Действующее значение напряжения V RMS , вырабатываемое источником, связано с его амплитудным значением V PEAK следующим соотношением:

Действующее значение тока источника измеряется в Амперах и задается производными величинами (от мкА до кА). Имеется возможность установки частоты и начальной фазы. Действующее значение тока I RMS связано с его амплитудным значением I PEAK следующим соотношением:

Генератор вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов. Можно регулировать амплитуду импульсов, коэффициент заполнения (скважность) и частоту следования импульсов. Отсчет амплитуды импульсов генератора производится от вывода, противоположного выводу "+".

Выходное напряжение источника напряжения, управляемого напряжением, зависит от входного напряжения, приложенного к управляющим зажимам. Отношение выходного напряжения к входному определяется коэффициентом пропорциональности Е, который задается в мВ/В, В/В и кВ/В:

где Vout - выходное напряжение источника, Vin- входное напряжение источника.

Величина тока источника тока, управляемого напряжением, зависит от входного напряжения, приложенного к управляющим зажимам. Отношение выходного тока к управляющему напряжению - коэффициент G, измеряется в единицах проводимости (1/Ом или сименс):

где I out - выходной ток источника, V in - напряжение, приложенное к управляющим зажимам источника.

Входной и выходной токи этого источника связаны коэффициентом пропорциональности F. Коэффициент F задается в мА/А, А/А и кА/А.

где I out - выходной ток источника, I in - входной ток источника.

Величина напряжения источника, управляемого током, зависит от величины входного тока (тока в управляющей ветви). Входной ток и выходное напряжение образуют параметр, называемый передаточным сопротивлением Н, который представляет собой отношение выходного напряжения к управляющему току. Передаточное сопротивление имеет размерность сопротивления и задается в Ом, кОм и мОм

где V ou t - выходное напряжение источника, I in - входной ток источника.

При подключении управляемых источников нужно соблюдать полярность и направление токов в подключаемых цепях. Стрелка указывает направление тока от "+" к "-".

Используя этот источник напряжения, можно устанавливать фиксированный потенциал узла 5 В или уровень логической единицы.

При помощи этого источника устанавливают уровень логической единицы в узле схемы.

Базовые элементы

Узел применяется для соединения проводников и создания контрольных точек. К каждому узлу может подсоединяться не более четырех проводников. После того, как схема собрана, можно вставить дополнительные узлы для подключения приборов.

Компонент "заземление" имеет нулевое напряжение и таким образом обеспечивает исходную точку для отсчета потенциалов. Не все схемы нуждаются в заземлении для моделирования, однако любая схема, содержащая: операционный усилитель, трансформатор, управляемый источник, осциллограф, должна быть обязательно заземлена, иначе приборы не будут производить измерения или их показания окажутся неправильными.

Линейные элементы

Сопротивление резистора измеряется в Омах и задается производными величинами (от Ом до МОм).

Положение движка переменного резистора устанавливается при помощи специального элемента - стрелочки-регулятора. В диалоговом окне можно установить сопротивление, начальное положение движка (в процентах) и шаг приращения (также в процентах). Имеется возможность изменять положение движка при помощи клавиш-ключей.

Используемые клавиши-ключи:

Буквы от А до Z,

Цифры от 0 до 9,

Клавиша Enter на клавиатуре,

Клавиша пробел .

Для изменения положения движка необходимо нажать клавишу-ключ. Для перемещения движка в большую сторону необходимо одновременно нажать и клавишу-ключ, в меньшую - только клавишу-ключ.

Пример: Движок установлен в положении 45%, шаг приращения - 5%, клавиша-ключ -пробел . Нажатием, клавиши смещаем движок в положение 40%. При каждом последующем нажатии на клавишу значение уменьшается на 5%. Если нажать + , то положение движка потенциометра увеличится на 5%.

Ёмкость конденсатора измеряется в Фарадах и задается производными величинами (от пФ до Ф).

Переменный конденсатор допускает возможность изменения величины емкости. Величину ёмкости устанавливают, используя её начальное значение и значение коэффициента пропорциональности следующим образом: С = (начальное значение/100) коэффициент пропорциональности. Значение емкости может устанавливаться с помощью клавиш- ключей так же, как и положение движка переменного резистора.

Индуктивность катушки (дросселя) измеряется в Генри и задается производными величинами (от мкГн до Гн).

Величину индуктивности этой катушки устанавливают, используя её начальное значение и значение коэффициента пропорциональности следующим образом: L = (начальное значение /100) коэффициент. Значение индуктивности может устанавливаться с помощью клавиш-ключей так же, как и положение движка переменного резистора.

Трансформатор используется для преобразования напряжения VI в напряжение V2. Коэффициент трансформации n равен отношению напряжения VI на первичной обмотке к напряжению V2 на вторичной обмотке. Параметр n может быть установлен в диалоговом окне свойств модели трансформатора. Трансформатор может быть выполнен с отводом средней точки.

Схема, содержащая трансформатор, должна быть заземлена.

Ключи

Ключи имеют два состояния: выключенное (разомкнутое) и включенное (замкнутое). В выключенном состоянии они представляют собой бесконечно большое сопротивление, во включенном состоянии их сопротивление равно нулю. Ключи могут управляться:

Клавишей,

Таймером,

Напряжением,

Так как замкнутые ключи в Electronics Workbench имеют сопротивление равное нулю, то при параллельном соединении с другим ключом или с источником напряжения рекомендуется последовательно ввести в цепь резистор с сопротивлением 1 Ом.

Электромагнитное реле может иметь нормально замкнутые или нормально разомкнутые контакты. Оно срабатывает, когда ток в управляющей обмотке превышает значение тока срабатывания I on . Во время срабатывания происходит переключение пары нормально замкнутых контактов S2, S3 реле на пару нормально разомкнутых контактов S2, S1. Реле остается в состоянии срабатывания до тех пор, пока ток в управляющей обмотке превышает удерживающий ток I hd . Значение тока I hd должно быть меньше, чем I on .

Ключи могут быть замкнуты или разомкнуты при помощи управляющих клавиш на клавиатуре. Имя управляющей клавиши можно ввести с клавиатуры в диалоговом окне, появляющемся после двойного щелчка мышью на изображении ключа.

Пример: Если необходимо, чтобы состояние ключа изменялось клавишей "пробел" , то следует ввести слово «Space» в диалоговое окно и нажать ОК.

Используемые клавиши-ключи: буквы от А до Z, цифры от 0 до 9, клавиша Enter на клавиатуре, клавиша пробел .

Реле времени представляет собой ключ, который размыкается в момент времени T off и замыкается в момент времени T on . T on и T off должны быть больше 0. Если T on < T off , то в начальный момент времени, когда t = 0, ключ находится в разомкнутом состоянии. Замыкание ключа происходит в момент времени t = T on , а размыкание - в момент времени t = T off . Если T on > T off , то в начальный момент времени, когда t = 0, ключ находится в замкнутом состоянии. Размыкание ключа происходит в момент времени t = T off , а замыкание - в момент времени t = T on . T on не может равняться T off .

Ключ, управляемый напряжением, имеет два управляющих параметра: включающее (V on) и выключающее (V off) напряжения. Он замыкается, когда управляющее напряжение больше или равно включающему напряжению V on , и размыкается, когда оно равно или меньше, чем выключающее напряжение V off .

Ключ, управляемый током, работает аналогично ключу, управляемому напряжением. Когда ток через управляющие выводы превышает ток включения I on , ключ замыкается; когда ток падает ниже тока выключения I off - ключ размыкается.

Нелинейные элементы

Лампа накаливания - элемент резистивного типа, преобразующий электроэнергию в световую энергию. Она характеризуется двумя параметрами: максимальной мощностью Р мах и максимальным напряжением V max . Максимальная мощность может иметь величину в диапазоне от мВт до кВт, максимальное напряжение - в диапазоне от мВ до кВ. При напряжении на лампе большем V max (в этот момент мощность, выделяющаяся в лампе, превышает Р m ах) она перегорает. При этом изменяется изображение лампы (обрывается нить) и проводимость ее становится равной нулю.

Предохранитель разрывает цепь, если ток в ней превышает максимальный ток I max . Значение I max может иметь величину в диапазоне от мА до кА. В схемах, где используются источники переменного тока, I max является максимальным мгновенным, а не действующим значением тока.

Ток через диод может протекать только в одном направлении - от анода А к катоду К. Состояние диода (проводящее или непроводящее) определяется полярностью приложенного к диоду напряжения.

Для стабилитрона (диода Зенера) рабочим является отрицательное напряжение. Обычно этот элемент используют для стабилизации напряжения.

Светодиод излучает видимый свет, когда проходящий через него ток превышает пороговую величину.

Мостовой выпрямитель предназначен для выпрямления переменного напряжения. При подаче на выпрямитель синусоидального напряжения среднее значение выпрямленного напряжения V dc можно приблизительно вычислить по формуле:

где V p – амплитудное значение синусоидального напряжения.

Диод Шоттки находится в отключенном состоянии до тех пор, пока напряжение на нем не превысит фиксированного уровня порогового напряжения.

У тиристора помимо анодного и катодного выводов имеется дополнительный вывод управляющего электрода. Он позволяет управлять моментом перехода прибора в проводящее состояние. Вентиль отпирается, когда ток управляющего электрода превысит пороговое значение, а к анодному выводу приложено положительное напряжение. Тиристор остается в открытом состоянии, пока к анодному выводу не будет приложено отрицательное напряжение.

Симистор способен проводить ток в двух направлениях. Он запирается при изменении полярности протекающего через него тока и отпирается при подаче следующего управляющего импульса.

Динистор - управляемый анодным напряжением двунаправленный переключатель. Динистор не проводит ток в до тех пор, пока напряжение на нем не. Когда напряжение, приложенное к динистору, превысит напряжение переключения, последний переходит в проводящее состояние и его сопротивление становится равным нулю.

Операционный усилитель (ОУ) - усилитель, предназначенный для работы с обратной связью. Он обычно имеет очень высокий коэффициент усиления по напряжению, высокое входное и низкое выходное сопротивление. Вход "+" является прямым, а вход "-" - инвертирующим. Модель операционного усилителя позволяет задавать параметры: коэффициент усиления, напряжение смещения, входные токи, входное и выходное сопротивления. Входные и выходные сигналы ОУ должны быть заданы относительно земли.

ОУ с пятью выводами имеет два дополнительных вывода (положительный и отрицательный) для подключения питания. Для моделирования этого усилителя используется модель Буля-Коха-Педерсона. В ней учитываются эффекты второго порядка, ограничение выходного напряжения и тока.

Умножитель перемножает два входных напряжения V x и V y . Выходное напряжение V out рассчитывается по формуле:

.

где k - константа умножения, которая может устанавливаться пользователем.

Биполярные транзисторы.

Биполярные транзисторы являются усилительными устройствами, управляемыми током. Они бывают двух типов: p-n-p и n-p-n. Буквы означают тип проводимости полупроводникового материала, из которого изготовлен транзистор. В транзисторах обоих типов стрелкой отмечается эмиттер, направление стрелки указывает направление протекания тока.

Транзистор n-p-n имеет две области n-типа (коллектор к и эмиттер э) и одну область р-типа (база б).

Полевые транзисторы (FET)

Полевые транзисторы управляются напряжением на затворе, то есть ток, протекающий через транзистор, зависит от напряжения на затворе. Полевой транзистор включает в себя протяженную область полупроводника n-типа или р-типа, называемую каналом. Канал снабжен двумя электродами, которые называются истоком и стоком. Кроме канала n-или р-типа, полевой транзистор включает в себя область с противоположным каналу типом проводимости. Электрод, соединенный с этой областью, называют затвором. Для полевых транзисторов в Electronics Workbench выделено специальное поле компонентов FET. В программе имеются модели полевых транзисторов трех типов: транзисторов с управляющим р-n переходом (JFET) и двух типов транзисторов на основе металлооксидной пленки (МОП-транзисторы или MOSFET): МОП-транзисторы с встроенным каналом (Depletion MOSFETs) и МОП-транзисторы с индуцированным каналом (Enhancement MOSFETs).

Полевые транзисторы с управляющим р-n переходом (JFET)

Полевой транзистор с управляющим р-n переходом (JFET) – это униполярный транзистор, управляемый напряжением, в котором для управления током используется наведенное электрическое поле, зависящее от напряжения затвора. Для n-канального полевого транзистора с управляющим р-n переходом ток увеличивается с увеличением напряжения. В поле компонентов имеется два типа таких транзисторов: n-канальный и p-канальный.

Полевые транзисторы на основе металлооксидной пленки

Управление током, протекающим через полевой транзистор на основе металлооксидной пленки (МОП-транзистор или MOSFET), также осуществляется с помощью электрического поля, прикладываемого к затвору. Обычно подложка контактирует с наиболее отрицательно смещенным выводом транзистора, подключенным к истоку. В трехвыводных транзисторах подложка внутренне соединена с истоком. N-канальный транзистор имеет следующее обозначение: стрелка направлена внутрь значка; р-канальный транзистор имеет исходящую из значка стрелку. N-канальный и р-канальный МОП-транзисторы имеют различную полярность управляющих напряжений. В Electronics Workbench имеется 8 типов МОП-транзисторов: 4 типа МОП-транзисторов со встроенным каналом, 4 типа МОП-транзисторов с индуцированным каналом.

МОП-транзистор со встроенным каналом (Depletion MOSFETs)

Подобно полевым транзисторам с управляющим р-n переходом (JFET), МОП-транзистор со встроенным каналом состоит из протяженной области полупроводника, называемой каналом. Для р-канального транзистора эта область является полупроводником р-типа, для n-канального транзистора - n-типа. Металлический затвор МОП-транзистора изолирован от канала тонким слоем двуокиси кремния так, что ток затвора во время работы пренебрежимо мал. Ток стока n-канального транзистора определяется напряжением затвор-исток. С увеличением этого напряжения ток увеличивается, с уменьшением напряжения – уменьшается. При значении напряжения затвор-исток Vgs (off) канал полностью обеднен, и ток от истока к стоку прекращается. Напряжение Vgs (off) называется напряжением отсечки. С другой стороны, чем более положительно напряжение затвор-исток, тем больше размер канала, что приводит к увеличению тока. Р-канальный транзистор работает аналогично, но при противоположных полярностях напряжения.

МОП-транзисторы с индуцированным каналом

Эти МОП-транзисторы не имеют физического канала между истоком и стоком, как МОП-транзисторы со встроенным каналом. Вместо этого область проводимости может расширяться на весь слой двуокиси кремния. МОП-транзистор с индуцированным каналом работает только при положительном напряжении исток-затвор. Положительное напряжение исток-затвор, превышающее минимальное пороговое значение (Vto), создает инверсионный слой в области проводимости, смежной со слоем двуокиси кремния. Проводимость этого индуцированного канала увеличивается при увеличении положительного напряжения затвор-исток. МОП-транзисторы с индуцированным каналом используются преимущественно в цифровых схемах и схемах с высокой степенью интеграции (БИС).

Цифровые элементы

Цифровые элементы программы представлены следующими группами: индикаторы, логические элементы, узлы комбинационного типа, узлы последовательностного типа, гибридные элементы.

Индикаторы

Каждый из семи выводов индикатора управляет соответствующим сегментом, от а до g. В таблице функционирования приведены комбинации логических уровней, которые нужно установить на входе индикатора, чтобы на его дисплее получить изображения шестнадцатиричных цифр от 0 до F.

Обозначение сегментов семисегментного индикатора и таблица функционирования приведены ниже:

Таблица функционирования

а	b	с	d	е	f	g	символ на дисплее
							-
							А
							b
							С
							d
							Е
							F

Дешифрирующий семисегментный индикатор служит для отображения на своем дисплее шестнадцатеричных чисел от 0 до F, задаваемых состоянием на входе индикатора. Соответствие состояний на выводах изображаемому символу приведено в таблице функционирования.

Таблица функционирования

а	b	с	d	символ на дисплее
		. 1		А
				b
				С
				d
				Е
				F

Пробник определяет логический уровень (0 или 1) в конкретной точке схемы. Если исследуемая точка имеет уровень логической 1, индикатор загорается красным цветом. Уровень логического нуля свечением не отмечается. С помощью команды Value в меню Circuit можно изменить цвет свечения пробника.

Зуммер применяется для звуковой сигнализации о превышении подводимого к нему напряжения. Встроенный в компьютер динамик издает звук заданной частоты, если напряжение превышает пороговое значение. С помощью команды Value в меню Circuit можно задать пороговое напряжение и частоту звукового сигнала.

Логические элементы

Electronics Workbench содержит полный набор логических элементов и позволяет задавать их основные характеристики, в том числе тип элемента: ТТЛ или КМОП. Число входов логических элементов схем можно установить в пределах от 2 до 8, но выход элемента может быть только один.

Элемент логическое НЕ или инвертор изменяет состояние входного сигнала на противоположное. Уровень логической 1 появляется на его выходе, когда на входе 0.

Таблица истинности

Выражения Булевой алгебры:

Элемент И-НЕ реализует функцию логического умножения с последующей инверсией результата. Он представляется моделью из последовательно включенных элементов И и НЕ. Таблица истинности элемента получается из таблицы истинности элемента И путем инверсии результата.
Таблица истинности

Установку типа буфера можно произвести с помощью команды Model в меню Circuit (CTRL+ M). При использовании ТТЛ элемента в качестве буфера необходимо выбрать модель буфера LS-BUF или LS-OC-BUF (Open Collector - открытый коллектор). Если в качестве буфера применяется КМОП элемент, следует выбрать модель HC-BUF, либо HC-OD-BUF (Open Drain -открытый сток). Если тип буфера не выбран, то буфер ведет себя как обычный цифровой элемент с малой нагрузочной способностью.

Буфер с тремя состояниями имеет дополнительный разрешающий вход (enable input). Если на разрешающем входе высокий потенциал, то элемент функционирует по таблице истинности обыкновенного буфера, если низкий, то независимо от сигнала на входе выход перейдет в состояние с высоким импедансом. В этом состоянии буфер не пропускает сигналы, поступающие на вход.

Установка режима работы производится так же, как и для обычного буфера.

Цель работы: научиться пользоваться виртуальными измерительными приборами

Программы EWB для дальнейшего их использования в последующих лабораторных работах.

Описание контрольно-измерительных приборов в программе EWB .

Панель контрольно-измерительных приборов (Instruments) находится над полем рабочего окна программы EWB и содержит цифровой мультиметр, функциональный генератор, двухканальный осциллограф, измеритель амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик:

Общий порядок работы с приборами такой: иконка прибора при помощи мыши переносится на рабочее поле и подключается проводниками к исследуемой схеме. Для приведения прибора в рабочее (развернутое) состояние необходимо дважды щелкнуть курсором по его иконке или вызвать его контекстное меню и выбрать пункт Open .

Осциллограф (Oscilloscope)

Описание осциллографа. Лицевая панель осциллографа.

Осциллограф имеет два канала ( Channel ) А и В с раздельной регулировкой смещения по вертикали (Yposition ). Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок AC, 0, DC . Режим AC предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (режим “закрытого входа”, поскольку на входе усилителя осциллографа включается разделительный конденсатор). В режиме 0 входной зажим замыкается на землю. В режиме DC (по умолчанию) можно производить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока (режим “открытого входа”, поскольку входной сигнал поступает на вход вертикального усилителя непосредственно).

Режим развертки выбирается кнопками Y/T, B/A, A/B . В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуется следующий режим развертки: по вертикали – напряжение сигнала, по горизонтали – время; в режиме B/A : по вертикали – сигнал канала В, по горизонтали – сигнал канала А в режиме A/B : по вертикали - сигнал канала А, по горизонтали – сигнал канала В.

В режиме развертки Y/T длительность развертки ( Timebase ) может быть задана в диапазоне от 0,1 нс/дел (ns/div ) до 1 с/дел ( s/div ) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, то есть по оси X ( X position ).

В режиме Y/T предусмотрен также ждущий режим Trigger с запуском развертки ( Edge ) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала при регулируемом уровне (Level ) запуска, а также в режиме Auto , от канала А , от канала В или от внешнего источника (Ext ), подключаемого к зажиму в блоке управления (Trigger ). Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками: AUTO, A, B, EXT.

Можно установить режим однократной развертки через системное меню Analysis , опция Analysis Options на закладке Instruments установить флаг “Pause after each screen ”. Для режима непрерывной развертки – выключить флаг “Pause after each screen ”. В программе EWB по умолчанию стоит режим непрерывной развертки.

Соединительным проводам можно задать цвет. Выделив нужный провод, щелкните правой кнопкой мыши и из появившегося контекстного меню выберите пункт Wire Properties (Свойство проводов), задайте цвет.

Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы Ground в правом верхнем углу прибора.

При нажатии на кнопку Expand лицевая панель осциллографа существенно меняется:

Лицевая панель осциллографа в режиме EXPAND

Увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за ушки можно установить 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 – нажатием кнопки Reduce.

1. Запустить программу EWB.

2. Из панели контрольно-измерительных приборов (Instruments ) выбрать осциллограф и разместить его на рабочее поле.

3. Установить режим однократной развертки - “Pause after each screen ”.

4. Подключить источник импульсов (библиотека компонентов Sources) с параметрами по умолчанию 50%,1 кГц, 5В.

4.1. Измерить амплитуду и период импульсов, вычислить скважность импульсов n=T/T ИМП.

Осциллограф использовать в режиме однократной развертки Y/T , синхронизация Auto , вход DC .

4.2. Измерить время нарастания и спада импульсов.

Результаты пунктов 4.1. и 4.2. занести в таблицу:

Амплитуда А, [В]
Период Т, [мс]
Скважность n
Время нарастания Т НАР. , [мкс]
Время спада Т СПАД, [мкс]

5. Собрать цепь, содержащую источник прямоугольных импульсов и интегрирующее RC звено. Ко входу звена подключить зеленым проводом канал А осциллографа, к выходу – канал В красным проводом.

5.1. Определить длительность импульса, период следования, зарисовать осциллограммы, определить нарастание выходного сигнала за время импульса. Полученные результаты занести в таблицу:

Период Т, [мс]
Длительность импульса Т ИМП, [мкс]
Нарастание вых. сигнала, [В]

6. Заменить источник прямоугольных импульсов на источник синусоидальных импульсов с параметрами 5В, 1 кГц.

6.1. Определить амплитуду входного и выходного сигналов, коэффициент передачи звена на выбранной частоте и фазовый сдвиг.

Амплитуда входного сигнала, [В]
Амплитуда выходного сигнала, [В]
Фазовый сдвиг j , [мкс]
Коэффициент передачи звена К

6.2. Перейти из режима синхронизации Auto в режим А , затем в режим В . Зарисовать и объяснить полученные осциллограммы.

6.3. Перейти в режим развертки осциллографа В/А . Зарисовать полученную картину и объяснить результат.

6.4. Входы осциллографа переключить в режим АС . Перейти в режим непрерывной развертки (выключить флажок «Pause after each screen »), Y/T , синхронизация Auto . Пронаблюдать за выходным сигналом в течение нескольких циклов развертки. Объяснить наблюдаемое явление. Почему осциллограмма входного сигнала не меняется, хотя оба входа осциллографа используются в одинаковом режиме АС?

6.5. Повторить пункт 6.1.-6.4., изменив частоту генератора с 1 кГц на 2 кГц.

7. Заменить интегрирующее звено цепью простейшего выпрямителя (использовать режим однократной развертки – « Pause after each screen »):

7.1. Зарисовать осциллограммы, определить максимальное напряжение на выходе во время положительной и отрицательной полуволны входного напряжения. Почему во время отрицательной полуволны на выходе имеется некоторое напряжение, хотя диод закрыт, а во время положительной полуволны выходное напряжение всегда меньше входного?

8.1. Таблицы результатов измерений п. 4.1., 4.2., 5.1., 6.1.

8.2. Осциллограммы п.6.2., 6.3., 6.4. и пояснение к ним.

8.3. Что изменилось в осциллограммах при повышении частоты входного сигнала с 1 кГц до 2 кГц?

8.4. Осциллограммы и ответ на вопросы п. 7.1.

Лабораторная работа №2

«Исследование полупроводниковых приборов»

Цель работы: экспериментальное изучение электрических свойств диодов и транзисторов и определение их характеристик

1. Задание: Исследовать параметры полупроводниковых диодов {модуль 1 глава 1.3} .

Порядок выполнения работы:

1.1. Запустите программу EWB 5.12.

1.2. Соберите схему для исследования параметров полупроводниковых диодов:

1.2.1. Из библиотеки компонентов источников питания Sources на поле поместите источник заданного напряжения и заземление – .

1.2.2. Из библиотеки пассивных элементов Basic на поле поместите резистор , подстроечный резистор и ключ .

1.2.3. Из библиотеки индикаторных устройств Indicators поместите амперметры и вольтметры .

1.2.4. Из библиотеки Diodes на поле поместить диод .

1.2.5. Соедините все компоненты по схеме. Установите необходимые параметры компонентов:

1.3. Снимите вольтамперные характеристики диода, меняя значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20% Увеличение можно производить нажатием клавиши «R», уменьшение – «Shift+R». Шаг увеличения/уменьшения можно задать.

1.3.1. Исследуйте прямую ветвь диода. Для переключения ключа используйте клавишу Space (Пробел).

1.3.2. Исследуйте обратную ветвь диода.

1.3.3. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

Прямая ветвь		Обратная ветвь

1.4. Постройте график вольтамперной характеристики.

1.5. Измените температуру работы диода (для этого щелкните два раза на диоде и в появившемся окне «Diode Properties» выберите закладку «Analysis Setup» установите температуру равную 60° С) и повторите пункты 1.3. и 1.4.

2. Задание: Исследовать параметры стабилитрона {модуль 1 глава 1.4} .

2.1. Соберите схему для исследования параметров стабилитрона.

Схема аналогична схеме для исследования параметров полупроводникового диода. Из библиотеки Diodes на рабочее поле поместите стабилитрон:

2.2. Снимите вольтамперные характеристики стабилитрона, меняя значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20%:

2.2.1. Исследуйте прямую ветвь стабилитрона. Для переключения ключа используйте клавишу Space (Пробел).

2.2.2. Исследуйте обратную ветвь стабилитрона.

2.2.3. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

Прямая ветвь		Обратная ветвь

2.3. Постройте график вольтамперной характеристики стабилитрона.

2.4. Измените температуру работы стабилитрона и повторите пункты 2.2. и 2.3.

3. Задание: Исследовать параметры транзистора {модуль 1 глава 1.5} .

3.1. Из библиотеки транзисторов Transistors поместите на поле p-n-p транзистор . Соберите схему для исследования параметров транзистора:

3.2. Снимите семейство входных и выходных характеристик биполярного транзистора, меняя значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20%. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения два знака после запятой):

	Uкб=12 В (R2=100%)	Uкб=7,2 В (R2=60%)	Uкб=2,4 В (R2=20%)

3.3. Построить графики входных и выходных характеристик транзистора:

I Э =f(U ЭБ) при U КБ =const

I К =f(U КБ) при I Э =const

3.4. По характеристикам транзистора определить его параметры h 11б и h 21б при Uкб=0 В и Iэ = 3,24 мА.

3.5. Изменить температуру работы транзистора и повторите пункты 3.2. – 3.4.

4.1. Таблицы результатов измерений п. 1.3. (для разных температур работы диода).

4.2. График ВАХ диода п. 1.4. (для разных температур работы диода).

4.3. Таблицы результатов измерений п. 2.2. (для разных температур работы стабилитрона);

4.4. График ВАХ стабилитрона п. 2.3. (для разных температур работы стабилитрона).

4.5. Таблицы результатов измерений п. 3.2. для разных температур работы транзистора.

4.6. Графики п. 3.3. для разных температур работы транзистора.

4.7. Решение задания п. 3.4.

Лабораторная работа №3

«Выпрямители и стабилизаторы»

Цель работы: изучить процессы, происходящие в схемах выпрямителей и полупроводниковых стабилизаторов {модуль 1 главы 3-4} .

Порядок выполнения работы:

1. Запустите программу EWB 5.0.

2. Соберите схему однополупериодного выпрямителя:

3. Подключите осциллограф к исследуемой схеме (к каналу А зеленым цветом – входную величину, к каналу В красным цветом – выходную величину).

3.1. Зарисуйте осциллограммы.

3.2. Меняя величину подстроечного резистора R от 100% до 0% (шаг изменения 20%) снимите и постройте внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя без фильтра U н =f(I н).

3.3. Подключите емкостный фильтр с помощью ключа.

3.4. Зарисуйте осциллограммы.

3.5. Меняя величину подстроечного резистора R от 100% до 0% (шаг 20%) снимите и постройте внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя с фильтром U н =f(I н).

4. Результаты измерений п. 3.2. и 3.5. занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

	Без фильтра		С фильтром

5. Соберите схему двухполупериодного выпрямителя:

5.1. Повторите пункт 3.

6. Результаты измерений занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

	Без фильтра		С фильтром

7. Соберите схему двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром и параметрическим стабилизатором:

7.0 Исследуйте как изменяется напряжение на входе стабилизатора и на нагрузке при изменении тока в ней при включенном и выключенном стабилитроне (конденсатор фильтра включен).Объясните происходящее. Как изменяется ток стабилитрона при изменении тока нагрузки?

7.1. Результаты измерений тока и напряжения на нагрузке при включенном конденсаторе и стабилитроне занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

	Параметрический стабилизатор
	I нагр, мА

7.2. Зарисуйте осциллограммы и постройте график внешней характеристики стабилизированного выпрямителя.

7.3. Отключите конденсатор фильтра и объясните форму напряжения на нагрузке.

8. Соберите схему двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром и компенсационным стабилизатором:

8.1. Снимите нагрузочную характеристику стабилизатора при среднем положении отвода потенциометра R. Результаты измерений занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):

R НАГР, Ом	Компенсационный стабилизатор
	I нагр, мА

При снятии характеристики обратите внимание также на показания вольтметров, измеряющих напряжение на входе стабилизатора и на стабилитроне, объясните результаты.

8.2 Постройте график внешней характеристики стабилизированного выпрямителя.

8.3. Изменяя положение ползунка потенциометра R определите, как это влияет на выходное напряжение стабилизатора. Объясните происходящее.

9.1. Таблицы результатов измерений п. 4.

9.2. Осциллограммы п. 3.1. и п. 3.4.

9.3. Графики внешних характеристик U н =f(I н) п.3.2 и 3.5.

9.4. Таблицы результатов измерений п. 6.

9.5. Осциллограммы и графики п. 5.1.

9.6. Таблицы результатов измерений п. 7.1.

9.7. Осциллограммы и графики п. 7.2.

9.8. Таблицы результатов измерений п. 8.1.

9.9. Графики п. 8.2.

9.10 Объяснение результатов п.7.0 , 7.3 и 8.3.

Примечание: все графики построить в одной и той же системе координат.

Лабораторная работа №4

«Усилители»

Цель работы: Изучить работу операционного усилителя в инвертирующем и неинвертирующем включении, научиться определять режимы работы элементов в сложных схемах усилителей {модуль 1 глава 2.4.2} .

1 Ознакомление с работой операционного усилителя

1.1 Соберите схему инвертирующего усилителя на ОУ с К=10.Для этого используйте модель ОУ с тремя выводами из группы ANA и резисторы в диапазоне 1-100 кОм. Эта модель работает без подключения напряжения питания, что упрощает схему. Ко входу подключите генератор переменного напряжения 1 В, частотой 1000 Гц и осциллограф ко входу и выходу усилителя. Установите режим однократной развертки.

1.1.1 Пронаблюдайте с помощью осциллографа инверсию выходного сигнала и определите реальный коэффициент усиления усилителя.

1.1.2 Постоянно увеличивая входное напряжение, определите при каком значении U вых начинается ограничение выходного сигнала.

1.2. Соберите схему неинвертирующего усилителя с К=10 и повторите п.п. 1.1.1, 1.1.2

2. Исследование схемы многокаскадного двухканального усилителя.

2.1. Выберите схему усилителя STEREOAMP из библиотеки программы EWB. Для программы EWB 5.0 путь: File-Open-Samples-STEREOAMP , для EWB 5.12:File - Open - Circuit - Stereoamp . В EWB 5.0 при открытии файла появляется меню Models Clash, в нем выберите Use circuits model.

2.1.1. С помощью мультиметра измерьте напряжения U бэ и U кэ для каждого транзистора. По результатам измерений определите, в какой области находятся рабочие точки транзисторов.

2.1.2. Определите коэффициенты усиления каналов стереоусилителя. Почему они разные? Какая причина возникновения нелинейных искажений в верхнем канале усилителя (канал А осциллографа)? В каком каскаде возникают искажения?

2 1.3. Уменьшите входное напряжение так, чтобы обе осциллограммы визуально казались неискаженными. После этого выровняйте усиление обоих каналов усилителя и измерьте коэффициент усиления.

Поскольку оба каскада теперь идентичны, то в дальнейшем исследуется только один из каскадов.

2.1.4. Получите АЧХ усилителя с помощью измерителя АЧХ-ФЧХ (BodePlotter). Определите нижнюю граничную частоту,на которой спад АЧХ составляет 6дБ. Что вызывает спад АЧХ в области нижних частот?

2.1.5. Переключите канал В осциллографа на вход усилителя. По осциллограммам сигналов определите приблизительно сдвиг фаз в градусах между выходным и входным напряжениями. Для нормальной работы осциллографа при выполнении этого пункта необходимо отключить клемму OUT измерителя АЧХ

2.1.6. Уточните величину сдвига фаз на частоте генератора входного сигнала с помощью измерителя ФЧХ.

2.1.7. Исследуйте влияние нагрузки, подключаемой к коллектору выходного транзистора, на величину выходного напряжения усилителя. Определите величину нагрузочного резистора, при которой выходное напряжение снижается на 20%.

Лабораторная работа №5

«Исследование комбинационных логических схем»

Цель работы: научиться реализовывать любые логические функции с помощью элементарных логических схем. Ознакомиться с построением генераторов импульсов, построением формирователей импульсов на основе логических интегральных схем {модуль 2 глава 1} .

1. Реализация простых логических функций. Задание:

1.1. На основании определения логических операций НЕ (инверсии), И (коньюнкции), ИЛИ (дизъюнкции) заполните табл.1.1.

Таблица 1.1.

Входные переменные			Значение выходных функций F

1.2. Нарисуйте принципиальные схемы для реализации функций , , , , на логических элементах типа И-НЕ.

Для функции соберите нарисованную схему и проверьте, что она выполняет логическую операцию ИЛИ для трех переменных А, В, С.

2. Минимизация сложных логических функций и их реализация.

2.1. Пример. Реализуем логическую функцию, представленную в табл. 1.2.

Таблица 1.2.

Остальным комбинациям А, В, С, не указанным в таблице, соответствует значение F=0. Табл. 1.2. соответствует логическое выражение .

По правилам алгебры логики проведем минимизацию функции F. Выносим общий множитель за скобки

Используя очевидное соотношение , можем в скобках еще раз повторить любой из членов. Добавим член . Тогда , но , поэтому (1).

Для реализации выражения (1) с помощью элементов И-НЕ необходимо исключить операцию дизъюнкции, выразив ее по формуле Де Моргана: .

Поэтому (2)

Выражение (2) реализуется в схеме (рис.1.2.).

Соберите схему (рис.1.2) и проверьте, что она реализует функцию, заданную в табл.1.2.

2.2. Задание:

Из табл.1.3 выберите логическую функцию для своего варианта, составьте соответствующее логическое выражение, минимизируйте его и приведите к виду, удобному для схемной реализации.

Из типовых элементов И-НЕ соберите схему и проверьте, что она реализует логическую функцию вашего варианта.

Таблица 1.3.

3. Синтез логических схем.

3.1. Задание:

3.1.1. Синтезируйте и реализуйте схему электронного замка, открываемого (F=1) комбинацией входных сигналов А 1 А 2 А 3 А 4 , определяющих номер вашего варианта. Например, для варианта 9 замок должен открываться комбинацией 1001.

3.1.2. Синтезируйте и реализуйте схему, моделирующую автомат для голосования на примере трех участников. Алгоритм голосования: решение принято (F=1), когда за него голосует не менее двух человек из трех.

3.1.3. Синтезируйте и реализуйте схему “исключающее ИЛИ” (2 варианта), пользуясь элементами 2И-НЕ схемы К155ЛА3. Первый вариант имеет более простую запись и реализуется на пяти элементах 2И-НЕ, второй более сложную запись, но требует для реализации только 4 элемента.

3.1.4. Синтезируйте и реализуйте схему одноразрядного компаратора, работающего по алгоритму:

F=0, если А 1 >А 2 и F=1, если А 1 =А 2

3.1.5. Синтезируйте и реализуйте схему коммутатора сигналов, работающую по алгоритму: F=В 1 , если А=1 и F=В 2 , если А=0.

Здесь А-коммутирующий сигнал, В 1 ,В 2 -коммутируемые сигналы.

3.1.6. С помощью логического преобразователя подтвердите результаты пп 3.1.4., 3.1.5 (задайте таблицу истинности, на ее основе получите минимизированное логическое выражение и схему устройства только на элементах И-НЕ).

4. Укоротитель импульсов.

4.1. Задание:

4.1.1. Соберите схему (рисунок 1). Зарисуйте осциллограммы в точках А, В, О, D при подаче на вход импульсов от внешнего генератора (соедините канал В осциллографа с выходом D, а к каналу А - поочередно подключите точки А, В, О исследуемой схемы).

Рисунок 1

5. Удлинитель импульсов (одновибратор).

5.1. Задание:

5.1.1. Соберите схему одновибратора (рисунок 2). Подайте на вход одновибратора импульсы от внешнего генератора. Зарисуйте осциллограммы напряжений в точках А, В, О, D.

Рисунок 2

Параметры функционального генератора:

Вид входных сигналов – прямоугольный;

Частота – 50 Гц;

Амплитуда входных сигналов – 10 В;

Скважность – 10%

6. Схема задержки импульсов.

6.1. Задание:

6.1.1. Синтезируйте схему, обеспечивающую выдачу положительных импульсов постоянной длительности, сдвинутых относительно коротких отрицательных импульсов на некоторое время t. Для этого воспользуйтесь схемами 1 и 2. Постройте диаграммы для характерных точек схемы.

6.1.2. Соберите синтезированную схему и пронаблюдайте ее работу.

7.1. Результаты выполнения п. 1.1, 1.2.

7.2. Исходное логическое выражение, его минимизация и схемная реализация по п. 2.2.

7.3. Аналогично для п. 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, 3.1.4, 3.1.5.

7.4. Пункт 3.1.6. продемонстрировать при сдаче отчета.

Параметры функционального генератора:

Вид входных сигналов – прямоугольный;

Частота – 50 Гц;

Амплитуда входных сигналов – 10 В

7.5. Схема рис. 1 и результаты п.п. 4.1.1.

7.6. Схема рис. 2 и результаты п.п. 5.1.1.

7.7. Синтезированная схема задержки и результаты п.п. 6.1.1.

Лабораторная работа №6

«Триггеры»

Цель работы: изучить структуру триггеров различных типов и алгоритмы их работы {модуль 2 глава 6} .

1. Триггеры на логических элементах.

1.1. Асинхронный R-S триггер с инверсными входами.

Таблица 1

1.2. Тактируемый (синхронный) R-S триггер

Соберите схему триггера на логических элементах 2И-НЕ и проверьте таблицу его состояний.

Таблица 2

1.3. D-триггер

1.4. Задача: для R-S триггера с инверсными входами даны переменные входные параметры X и Y, изменение которых во времени показано на рис.1. По номеру своего варианта выбрать вид входных сигналов из таблицы:

№ варианта
					Таблица 4
№ варианта

Например, в первом шаге R=0, S=1, следовательно в двоичном коде: 0000.0000.0000.0001 или в шестнадцатеричном 0001 – первый код генератора слова. Во втором шаге R=1, S=0: 0000.0000.0000.0010 2 = 0002 16 – второй код генератора слова и т.д.

Получите с помощью логического анализатора временные диаграммы для R, S, Q, . Зарисуйте их.

2. Интегральные триггеры.

2.1. D-триггер 74175 (триггер-защелка).

Выберите из библиотеки Digital интегральную схему D-триггера 74175 (Quad D-type FF (clr)) . Данная интегральная схема содержит четыре двухступенчатых Д-триггера. На выходы 1Q, 2Q, 3Q и 4Q поступает информация с входов 1D, 2D, 3D, и 4D при значении стробсигнала CLK=1 информация “защелкивается”. Сигнал CLR’=0 сбрасывает триггер в исходное состояние. Питание микросхемы: 8 (GND) – общий провод, 16 (VCC)- U пит.

2.1.1. Задание: Исследуйте поведение триггера, воспользовавшись одним из входов D i и соответствующим выходом Q i . В какой момент происходит защелкивание информации?

Нарисуйте схему подключения ИС 74175 для записи на выходах ее кода Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 =0011. Соберите схему и зафиксируйте на выходах заданный код.

2.2. JK-триггер 7472.

Выберите из библиотеки Digital интегральную схему JK-триггера 7472 (AND-gated JK MS-SLV FF (pre, clr)). Данная интегральная схема содержит: входы - J1, J2, J3, К1, К2, К3; выходы – Q и Q’, а также стробсигнал CLK, сброс – CLR’ и вход предустановки PRE’. Питание микросхемы: 7 – общий провод, 14 - U пит.

2.2.1. Ознакомьтесь с работой JK-триггера. Запишите таблицу состояний триггера. Какие строчки таблицы соответствуют работе JK-триггера в качестве RS-триггера и Т-триггера?

2.2.2. Задание: Соберите схему включения триггера 7472. На выходы подключите светодиоды. Проверьте все варианты таблицы состояний. Соберите схему D-триггера на JK-триггере и проверьте ее работу. В качестве инвертора воспользуйтесь соответствующим логическим элементом.

3.1. Результаты п. 1.1, 1.2., 1.3., 1.4.

3.2. Схема и результаты п. 2.1.1.

3.3. Таблица п. 2.2.1 и пояснение к ней

Лабораторная работа №7

«Мультиплексоры, дешифраторы, сумматоры»

Цель работы: изучить алгоритмы работы этих схем {модуль 2 глава 5} .

1. Мультиплексор 74151.

Выберите из библиотеки Digital (библиотека MUX ) интегральную схему мультиплексора MUX 74151 . Данная интегральная схема содержит: восемь входов - D 0 …D 7 ; адресные входы А, В и С (С является старшим битом адреса); прямой выход – Y и инверсный выход – W. Питание микросхемы: 8 (GND) – общий провод, 16 (VCC) – +5 В. Примечание: выход G’ не использовать.

1.1. Задание:

1.1.1. Соберите схему включения мультиплексора. На выходы Y и W подключите светодиоды. Поочередно на один из входов D 0 , D 1 , .., D 7 подайте сигнал и проверьте работу мультиплексора. Результаты занесите в таблицу:

1.1.2. Воспользуйтесь мультиплексором как универсальным логическим элементом и на основе его постройте схему:

а) выполняющую операцию дизъюнкции трех переменных (у=А+В+С). Соберите схему и проверьте ее работу;

б) выполняющую операцию конъюнкции с отрицанием (). Соберите схему и проверьте ее работу. С какого выхода нужно снимать сигнал?

2. Дешифратор 74155.

Выберите из библиотеки Digital (библиотека DEC ) интегральную схему дешифратора 74155 . ИС 74155 –представляет собой сдвоенный дешифратор 2-4. Данная интегральная схема содержит: входы – А, В, 1С и 2С’ (входу А соответствуют младшие биты сигнала); инверсные выходы 1Y 0 , 1Y 1 , 1Y 2 , 1Y 3 и 2Y 0 , 2Y 1 , 2Y 2 , 1Y 3 . Сигналы 1G’ и 1С открывают выходы 1Y i , а сигналы 2G’ и 2С’ – выходы 2Y i . Питание микросхемы: 8 (GND) – общий провод, 16 (VCC) – +5 В.

2.1. Ознакомьтесь с работой дешифратора.

2.2. Задание:

2.2.1. Перепишите таблицу состояний сдвоенного дешифратора 2-4 и проверьте ее, собрав схему.

2.2.2. На основе дешифратора 2-4 постройте схему дешифратора 3-8. Составьте таблицу состояний и проверьте ее на собранной схеме.

Таблица состояний дешифратора 74155.

2. Сумматор 4008 .

Выберите из библиотеки Digital ICs (серия 4ххх) интегральную схему сумматора 4008 . ИС представляет собой четырехразрядный сумматор кодов А 0 …А 3 и В 0 …В 3 . Выходы S 0 , S 1 , S 2 и S 3 . Сигналы СOUT и CIN подключить к общему проводу (земле). Питание микросхемы: 8 (VSS) – общий провод, 16 (VDD) – +5 В.

3.1. Задание:

3.1.1. Соберите схему сумматора, подав на входы А 0 , А 1 и В 0 , В 1 коды слагаемых (А 1 А 0 + В 1 В 0), остальные входы соедините на общий провод. К выходам S 0 , S 1 , S 2 подключите светодиоды.

3.1.2. Выполните сложение кодов (А 1 А 0 + В 1 В 0) и проверьте результат, используя сумматор:

10+01= ; 11+01= ; 01+01= ; 01+11=

3.1.3. Соберите схему полусумматора, построенную из элементарных логических элементов, и проверьте его работу.

4.1. Таблица состояний и схема включения п. 1.1.1.

4.2. Схемы п. 1.1.2.

4.3. Таблица и схема п. 2.2.1.

4.4. Результаты п. 2.2.2.

4.5. Схема п. 3.1.1

1. Счетчик 74190.

1.1. Выберите из библиотеки Digital (библиотека Counter ) интегральную схему счетчика 74190 (Sync BCD Up/Down Counter).

Схема представляет собой двоично-десятичный четырехразрядный реверсивный счетчик с предварительной установкой. Питание микросхемы: 8 (GND) - общий провод, 16 (VCC) - U пит. Счетчик содержит: выходы Q A , Q B , Q C и Q D . Вход U/D’ используется для прямого и обратного счета («0» прямой счет, «1» - обратный счет). На входе МAX/MIN появляется «1» после достижения кода 9 или 0 при прямом и обратном счете соответственно. Вход RCO’ является инверсным входу МAX/MIN (в схеме вход RCO’ не использовать). А, В, С и D - входы предустановки, на которые подаются «0» или «1» для задания соответствующего кода. Вход LOAD’ используется для установления на выходах Qi значений входов ABCD (LOAD’= 0). При LOAD’=1 происходит счет от установленного кода. Вход CTEN’ используется для остановки счетчика во время счета (CTEN’ = 0 - счет, CTEN’ = 1 - остановка). Работа интегральной схемы счетчика осуществляется по переднему фронту перепада 0-1 на входе CLK.

1.2. Задание:

1.2.1. Соберите схему счетчика. На вход CLK от генератора слова задайте последовательность импульсов 1-0. На выходы Qi и MAX/MIN подключите светодиоды. Проверьте процесс счета, реверсирования. В каких случаях возникает сигнал MAX/MIN?

1.2.2. Задав необходимый код на входы предустановки А и В, реализуйте счетчик, считывающий 6 импульсов до заполнения. Проверьте его работу.

1.2.3. Синтезируйте схему счетчика, считывающего от 0 до 5, используя ИС 74190 и необходимый логический элемент.

Четырехразрядный универсальный сдвиговый регистр 74194.

2.1. Выберите из библиотеки Digital (библиотека > Shift Regs)интегральную схему сдвигового регистра 74194 (4 - bit Bidrectional).

Питание микросхемы: 8 (GND) - общий провод, 16 (VCC) - U пит. Регистр имеет последовательные входы данных SR и SL; четыре параллельных входа A, B, C и D; четыре выхода Q А, Q В, Q С и Q D . Данные на выходах появляются при перепаде с 1 на 0 тактового импульса на входе CLK. Вход CLR’ - сброс схемы в ноль. Для записи параллельного кода устанавливают S1=S0=1. Сигнал S1=0 осуществляет сдвиг влево, а S0=0 осуществляют сдвиг вправо. Для записи последовательного кода используют один из двух входов: SR или SL (SR - сдвиг кода вправо, SL - сдвиг кода влево). При записи данных через вход SR устанавливают S1=0, S0=1, а при значении S1=1, S0=0 происходит сдвиг вправо. При записи данных через вход SL установление сигналов S1, S0 противоположно, а сдвиг записанного кода будет влево.

2.2. Задание:

2.2.1. Занесите в регистр параллельный код 1111, на вход SR подайте «0». Перейдите в режим сдвига влево и пронаблюдайте, как при сдвиге единицы постепенно заменяются нулями.

2.2.2. Занесите в регистр параллельный 1010, на вход SR подайте «1», перейдите в режим сдвига вправо. Какой будет результат?

2.2.3. Занесите в регистр последовательный код 0100 через вход SR, осуществите сдвиг кода.

2.2.4. Повторите п. 2.2.3., используя вход SL.

2.3. Соберите и проверьте схему преобразователя 8 разрядного параллельного кода в последовательный с побайтовым преобразованием (использовать схемы: регистр 74194, счетчик 74160 и другие необходимые логические ИС).

Примечание:

На входы LOAD, ENT, ENP счетчика 74160 подайте «1». На параллельные входы регистра 74194 подайте код от генератора слова: 00AA 16 =0000.0000.1010.101 2 , затем 00DB 16 =0000.0000.1101.1011 2 , затем 0088 16 =0000.0000.1000.1000 2 и пронаблюдайте передачу кода. На вход S0 и СLR’ подайте «1», вход S1 является переключением с записи кода на его сдвиг.

На вход CLK регистра 74194 и счетчика 74160 подайте последовательность прямоугольных импульсов от функционального генератора (Function Generator).

3.1. Схемные обозначения счетчика 74190, регистра 74194 и описание их работы.

3.2. Схема преобразователя п. 2.3.