Розробка будь-якого радіоелектронного пристрою супроводжується фізичним або математичним моделюванням. Фізичне моделювання пов’язане з великими матеріальними витратами, оскільки потрібне виготовлення макетів і їх трудомістке дослідження. Часто фізичне моделювання просто неможливо через надзвичайну складність пристрою, наприклад, при розробці великих і надвеликих інтегральних мікросхем. У цьому випадку вдаються до математичного моделювання з використанням засобів і методів обчислювальної техніки.
Наприклад, відомий пакет P-CAD містить блок логічного моделювання цифрових пристроїв, проте для початківців, в тому числі і для студентів, він представляє значні труднощі в освоєнні. Не менші труднощі зустрічаються і при використанні системи DesignLab. Як показав аналіз стану програмного забезпечення схемотехнічного моделювання, на етапі початкового освоєння методів автоматизованого проектування і на етапах проведення пошуково-дослідницьких робіт доцільно розглянути можливість використання таких програм типу Electronics Workbench — EWB.
Система схемотехнічного моделювання Electronics Workbench призначена для моделювання та аналізу електричних схем рис.1. Правильно говорити: система моделювання і аналізу електричних схем Electronics Workbench, але для стислості тут і далі ми будемо називати її програмою.
Програма Electronics Workbench дозволяє моделювати аналогові, цифрові і цифро-аналогові схеми великій мірі складності. Наявні в програмі бібліотеки включають в себе великий набір широко поширених електронних компонентів. Є можливість підключення і створення нових бібліотек компонентів.
Параметри компонентів можна змінювати в широкому діапазоні значень. Прості компоненти описуються набором параметрів, значення яких можна змінювати безпосередньо з клавіатури, активні елементи — моделлю, яка представляє собою сукупність параметрів і описує конкретний елемент або його ідеальне уявлення.
Модель вибирається зі списку бібліотек компонентів, параметри моделі також можуть бути змінені користувачем. Широкий набір приладів дозволяє проводити вимірювання різних величин, задавати вхідні впливу, будувати графіки. Всі прилади зображуються у вигляді, максимально наближеному до реального, тому працювати з ними просто і зручно.
Результати моделювання можна вивести на принтер або імпортувати в текстовий або графічний редактор для їх подальшої обробки. Програма Electronics Workbench сумісна з програмою P-SPICE, тобто надає можливість експорту та імпорту схем і результатів вимірювань в різні її версії.
Основні переваги програми
Економія часу Робота в реальній лабораторії вимагає великих затрат часу на підготовку експерименту. Тепер, з появою Electronics Workbench, електронна лабораторія завжди буде під рукою, що дозволяє зробити вивчення електричних схем більш доступним. Достовірність вимірювань
У природі не існує двох абсолютно однакових елементів, тобто всі реальні елементи мають великий розкид значень, що призводить до погрішностей в ході проведення експерименту. У Electronics Workbench всі елементи описуються строго встановленими параметрами, тому кожен раз в ході експерименту буде повторюватися результат, який визначається тільки параметрами елементів і алгоритмом розрахунку.
Зручність проведення вимірювань Навчання неможлива без помилок, а помилки в реальній лабораторії часом дуже дорого обходяться експериментатору. Працюючи з Electronics Workbench, експериментатор застрахований від випадкового ураження струмом, а прилади не вийдуть з ладу через неправильно зібраної схеми. Завдяки цій програмі в розпорядженні користувача є такий широкий набір приладів, який навряд чи буде доступний в реальному житті.
Таким чином, у Вас завжди є унікальна можливість для планування і проведення широкого спектру досліджень електронних схем при мінімальних витратах часу. графічні можливості Складні схеми займають досить багато місця, зображення при цьому намагаються зробити більш щільним, що часто призводить до помилок в підключенні провідників до елементів ланцюга. Electronics Workbench дозволяє розмістити схему таким чином, щоб були чітко видно всі з’єднання елементів і одночасно вся схема цілком.
Інтуїтивність і простота інтерфейсу роблять програму доступною кожному, хто знайомий з основами використання Windows. Сумісність з програмою P-SPICE Програма Electronics Workbench базується на стандартних елементах програми SPICE. Це дозволяє експортувати різні моделі елементів і проводити обробку результатів, використовуючи додаткові можливості різних версій програми Р-SPICE.
Компоненти і проведення експериментів
У бібліотеки компонентів програми входять пасивні елементи, транзистори, керовані джерела, керовані ключі, гібридні елементи, індикатори, логічні елементи, тригерні пристрої, цифрові і аналогові елементи, спеціальні комбінаційні і послідовні схеми.
Активні елементи можуть бути представлені моделями як ідеальних, так і реальних елементів. Можливо також створення своїх моделей елементів і додавання їх в бібліотеки елементів. У програмі використовується великий набір приладів для проведення вимірювань: амперметр, вольтметр, осцилограф, мультиметр, Боде-плоттер (графічний пристрій частотних характеристик схем), функціональний генератор, генератор слів, логічний аналізатор і логічний перетворювач.
Аналіз схем Electronics Workbench може проводити аналіз схем на постійному і змінному струмі. При аналізі на постійному струмі визначається робоча точка схеми в сталому режимі роботи. Результати цього аналізу не відображаються на приладах, вони використовуються для подальшого аналізу схеми. Аналіз на змінному струмі використовує результати аналізу на постійному струмі для отримання лінеаризованих моделей нелінійних компонентів.
Аналіз схем в режимі АС може проводитися як в тимчасовій, так і в частотній областях. Програма також дозволяє проводити аналіз цифро-аналогових і цифрових схем. У Electronics Workbench можна досліджувати перехідні процеси при впливі на схеми вхідних сигналів різної форми.
Операції, що виконуються при аналізі:
Electronics Workbench дозволяє будувати схеми різного ступеня складності за допомогою наступних операцій:
. вибір елементів і приладів з бібліотек,
. переміщення елементів і схем в будь-яке місце робочого поля,
. поворот елементів і груп елементів на кути, кратні 90 градусам,
. копіювання, вставка або видалення елементів, груп елементів, фрагментів схем і цілих схем,
. зміна кольору провідників,
. виділення кольором контурів схем для більш зручного сприйняття,
. приєднувати кілька вимірювальних приладів і спостереження їх показань на екрані монітора,
. присвоювання елементу умовного позначення,
. зміна параметрів елементів в широкому діапазоні. Всі операції проводяться за допомогою миші і клавіатури. Управління тільки з клавіатури неможливо.
Шляхом настройки приладів можна:
. змінювати шкали приладів в залежності від діапазону вимірювань,
. задавати режим роботи приладу,
. задавати вид вхідних впливів на схему (постійні і гармонійні струми і напруги, трикутні і прямокутні імпульси).
Графічні можливості програми дозволяють:
. одночасно спостерігати кілька кривих на графіку,
. відображати криві на графіках різними кольорами,
. вимірювати координати точок на графіку,
. імпортувати дані в графічний редактор, що дозволяє зробити необхідні перетворення малюнка і виведення його на принтер.
Electronics Workbench дозволяє використовувати результати, отримані в програмах Р-SPICE, РСВ, а також передавати результати з Electronics Workbench в ці програми. Можна вставити схему або її фрагмент в текстовий редактор і надрукувати в ньому пояснення або зауваження по роботі схеми.
Робота з Electronics Workbench
Програма Electronics Workbench призначена для моделювання та аналізу електронних схем. Можливості програми Electronics Workbench v.5 приблизно еквівалентні можливостям програми MicroCap і дозволяють виконувати роботи від найпростіших експериментів до експериментів по статистичному моделюванню.
При створенні схеми Electronics Workbench дозволяє:
вибирайте елементи й прилади з бібліотек,
Переміщати елементи і схеми в будь-яке місце робочого поля,
Повертати елементи і їх групи на кути, кратні 90 градусам,
Копіювати, вставляти або видаляти елементи, фрагменти схем,
Змінювати кольору провідників,
Виділяти кольором контуру схем,
Одночасно підключати кілька вимірювальних приладів і спостерігати їх показання на екрані монітора,
-прісваівать елементам умовні позначення,
Змінювати параметри елементів.
Змінюючи настройки приладів можна:
-ізменять шкали приладів в залежності від діапазону вимірювань,
Задавати режим роботи приладу,
Задавати вид вхідних впливів на схему (постійні або гармонійні струми або напруги, трикутні або прямокутні імпульси).
Вставляти схему або її фрагмент в текстовий редактор, в якому друкується пояснення по роботі схеми.
Компоненти Electronics Workbench
Після запуску WEWB32 на екрані з’являються рядок меню і панель компонентів.
Панель компонентів складається з піктограм полів компонентів, а поле компонентів — з умовних зображень компонентів.
Клацанням миші на піктограмі компонентів відкривається поле відповідне цій піктограмі.
Нижче наведені деякі елементи з полів компонентів:
Basic (базові компоненти)
Той, хто з’єднує вузол
Вузол служить для з’єднання провідників і створення контрольних точок.
резистор
Опір резистора може бути задано числом в Ом, кОм, МОм
конденсатор
ємність конденсатора задається числом із зазначенням розмірності (пФ, нФ, мкФ, мФ, Ф).
ключ
Ключ, керований клавішею. Такі ключі можуть бути замкнуті або розімкнуті за допомогою керованих клавіш на клавіатурі. (Ім’я керуючої клавіші можна ввести з клавіатури в діалоговому вікні, що з’являється після подвійного клацання мишею на зображенні ключа.)
Sources (Джерела)
земля
Компонент «Заземлення» має нульове напруга і служить точкою для відліку потенціалів.
джерело постійної напруги 12В
ЕРС джерела постійної напруги вказується числом із зазначенням розмірності (від мкВ до кВ)
джерело постійного струму 1А
Струм джерела постійного струму задається числом із зазначенням розмірності (від мкА до кА)
джерело змінної напруги 220 В / 50 Гц
Чинне значення (root-mean-sguare-RMS) напруги джерела задається числом із зазначенням розмірності (від мкВ до кВ). Є можливість установки частоти і початкової фази.
джерело змінного струму 1 А / 1 Гц
Чинне значення струму джерела задається числом із зазначенням розмірності (від мкА до кА). Є можливість установки частоти і початкової фази.
Генератор тактів 1000 Гц / 50%
Генератор виробляє періодичну послідовність прямокутних імпульсів. Можна регулювати амплітуду імпульсів, шпаруватість і частоту проходження імпульсів.
Indicators (Прилади з бібліотеки індикаторів)
Найпростішими приладами є вольтметр і амперметр. Вони автоматично змінюють діапазон вимірювань. В одній схемі можна застосовувати кілька таких приладів одночасно.
вольтметр
Вольтметр використовується для вимірювання змінного або постійної напруги. Виділена товстою лінією сторона прямокутника відповідає негативної клеми.
Подвійним клацанням на зображенні вольтметра відкривається діалогове вікно для зміни параметрів вольтметра:
-Величина внутрішнього опору (за замовчуванням 1МОм),
-Бачиш вимірюваної напруги (DC-постійне, АС-змінне).
При вимірюванні змінного синусоїдального напруги (АС) вольтметр показує діюче значення
амперметр
Амперметр використовується для вимірювання змінного або постійного струму. Виділена товстою лінією сторона прямокутника відповідає негативної клеми.
Подвійним клацанням на зображенні амперметра відкривається діалогове вікно для зміни параметрів амперметра
Овелічіни внутрішнього опору (за замовчуванням 1мОм),
Овида вимірюваної напруги (DC-постійне, АС-змінне).
При вимірюванні змінного синусоїдального напруги (АС) амперметр показує діюче значення
Instruments
1 .Функціональний генератор
Генератор є ідеальним джерелом напруги, який виробляє сигнали синусоїдальної, або трикутної, або прямокутної форми. Середній висновок генератора при підключенні до схеми забезпечує загальну точку для відліку амплітуди змінної напруги. Для відліку напруги відносно нуля цей висновок заземлюють. Крайній лівий і правий висновки служать для подачі сигналу на схему. Напруга на правому виведення змінюється в позитивному напрямку щодо спільного висновку, на лівому виведення — в негативному.
При подвійному натисканні кнопки миші миші на зображенні генератора відкривається збільшене зображення генератора на якому можна задати:
-форму вихідного сигналу,
-Частота вихідної напруги (Frequency),
-скважность (Duty cycle),
-амплітуда вихідної напруги (Amplitude),
-постійно складову вихідної напруги (Offset).
2. Осциллограф
На зображенні осцилографа є чотири вхідних затиску
-верхній правий зажим — загальний,
-нижній правий — вхід синхронізації,
-лівий і правий нижні затискачі є входи Канал А і Канал В відповідно.
Подвійним клацанням по зображенню осцилографа відкривається зображення простої моделі осцилографа на якій можна встановити
-розташування осей, за якими відкладається сигнал,
-потрібно масштаб розгортки по осях,
-смещеніе початку координат по осях,
-емкостной вхід (кнопка АС) або потенційний вхід (кнопка DC) каналу,
-режим синхронізації (внутрішній або зовнішній).
Поле Trigger служить для визначення моменту початку розгортки на екрані осцилографа. Кнопки в рядку Edge задають момент запуску осцилограми по позитивному або негативному фронту імпульсу на вході синхронізації. Поле Level дозволяє задавати рівень при перевищенні якого запускається розгортка.
Кнопки Auto, А, В, Ext задають режими синхронізації
-Auto -автоматичний запуск розгортки при включенні схеми. Коли промінь доходить до кінця екрану, осцилограма прописується з початку екрану,
-А — запускає є сигнал, що надходить на вхід А,
-В — запускає є сигнал, що надходить на вхід В,
-Ext — Зовнішній запуск. В цьому випадку сигналом запуску є сигнал, що подається на вхід синхронізації.
Натискання кнопки EXPAND на простої моделі осцилографа відкриває розширену модель осцилографа. На відміну від простої моделі тут є три інформаційних табло, на яких виводяться результати вимірів. Крім цього, безпосередньо під екраном знаходиться лінійка прокрутки, що дозволяє спостерігати будь-який часовий відрізок від моменту включення до моменту вимикання схеми.
На екрані осцилографа розташовані два курсора (червоний і синій), що позначаються 1 і 2, за допомогою яких можна виміряти миттєві значення напруг в будь-якій точці осцилограми. Для цього курсори перетягуються мишею в потрібне положення (мишею захоплюють трикутники у верхній частині курсору).
Координати точок перетину першого курсора з осцилограмами відображаються на лівому табло, координати другого курсора на середньому табло. На правому табло відображаються значення різниць між відповідними координатами першого і другого курсорів.
Кнопка Reduce забезпечує перехід до простої моделі осцилографа.
3. Графобудівник (Боде-плоттер)
Використовується для побудови амплітудно-частотних (АЧХ) і фазо-частотних<ФЧХ) характеристик схемы.
Графічний пристрій вимірює ставлення амплітуд сигналів в двох точках схеми і фазовий зсув між ними. Для вимірювань Графобудівник генерує власний спектр частот, діапазон якого може здаватися при настройці приладу. Частота будь-якого змінного джерела в досліджуваній схемі ігнорується, проте схема повинна включати будь-якої джерело змінного струму.
Графічний пристрій має чотири затиску: два вхідних (IN) і два вихідних (OUT). Ліві висновки входів IN і OUT підключаються до досліджуваним точкам, а праві висновки входів IN і OUT заземляются.
При подвійному натисканні по зображенню графопостроителя відкривається його збільшене зображення.
Кнопка MAGNITUDE натискається для отримання АЧХ, кнопка PHASE — для отримання ФЧХ.
Панель VERTICAL задає:
початкова (I) значення параметра вертикальної осі,
-Кінцеве (F) значення параметра вертикальної осі
-від шкали вертикальної осі — логарифмічна (LOG) або лінійна (LIN).
Панель HORIZONTAL налаштовується аналогічно.
При отриманні АЧХ по вертикальній осі відкладається відношення напруг:
-в лінійному масштабі від 0 до 10Е9;
-в логарифмічному масштабі від — 200 dB до 200 dB.
При отриманні ФЧХ по вертикальній осі відкладаються градуси від -720 градусів до +720 градусів.
По горизонтальній осі завжди відкладається частота в Гц або в похідних одиницях.
На початку горизонтальної шкали розташований курсор. Координати точки переміщення курсору з графіком виводяться на інформаційних полях внизу праворуч.
моделювання схем
Досліджувана схема збирається на робочому полі з використанням миші і клавіатури.
При побудові та редагуванні схем виконуються наступні операції:
-вибір компонента з бібліотеки компонентів;
-виділення об’єкта;
-переміщення об’єкта;
-Копіювання об’єктів;
-видалення об’єктів;
-З’єднання компонентів схеми провідниками;
установка значень компонентів;
подключение вимірювальних приладів.
Після побудови схеми і підключення приладів аналіз роботи схеми починається після натискання вимикача в правому верхньому куті вікна програми (при цьому в нижньому лівому кутку екрана показуються моменти схемного часу).
Повторне натискання вимикача припиняє роботу схеми.
Зробити паузу при роботі схеми можна натисканням клавіші F9 на клавіатурі; повторне натискання F9 відновлює роботу схеми (аналогічного результату можна домогтися натискаючи кнопку Pause, розташовану під вимикачем.)
Вибір компонента необхідного для побудови схеми проводиться після вибору поля компонентів, що містить необхідний елемент. Цей елемент захоплюється мишею і переміщається на робоче поле.
Виділення об’єкта. При виборі компонента необхідно клацнути на ньому лівою клавішею миші. При цьому компонент стає червоним. (Зняти виділення можна клацанням миші в будь-якій точці робочого поля.)
Переміщення об’єкта. Для переміщення об’єкта його виділяють, встановлюють вказівник на об’єкт і, тримаючи ліву кнопку миші перетягують об’єкт.
Об’єкт можна повертати. Для цього об’єкт потрібно попередньо виділити, потім натиснути правою кнопкою миші і вибрати необхідну операцію
-Rotate (поворот на 90 градусів),
-Flip vertical (переворот по вертикалі),
-Flip horizontal (переворот по горизонталі)
Копіювання об’єктів здійснюється командою Сору з меню Edit. Перед копіюванням об’єкт потрібно виділити. При виконанні команди виділений об’єкт копіюється в буфер. Для вставки вмісту буфера на робоче поле потрібно вибрати команду Paste з меню Edit
Видалення об’єктів. Виділені об’єкти можна видалити командою Delete.
З’єднання компонентів схеми провідниками. Для з’єднання компонентів провідниками потрібно підвести покажчик миші до висновку компонента (при цьому на виводі з’явиться чорна точка). Натиснувши ліву кнопку миші, перемістіть її покажчик до висновку компонента, з яким потрібно з’єднатися, і відпустіть кнопку миші. Висновки компонентів з’єднаються провідником.
Колір провідника можна змінити, якщо двічі клацнути по провіднику мишею і вибрати з вікна, що з’явилося необхідний колір.
Видалення провідника. Якщо по якої-небудь причини провідник потрібно видалити, необхідно підвести покажчик миші до виходу компонента (повинна з’явитися чорна точка). Натиснувши ліву кнопку миші, перемістіть її на порожнє місце робочого поля і відпустіть кнопку миші. Провідник зникне.
Установка значень параметрів проводиться в діалоговому вікні властивостей компонента, яке відкривається подвійним клацанням миші по зображенню компонента (Закладка Value).
Кожному компоненту можна присвоїти ім’я (Закладка Label)
Підключення приладів. Для підключення приладу до схеми потрібно мишею перетягнути прилад з панелі інструментів на робоче поле і підключити висновки приладу до досліджуваним точкам. Деякі прилади необхідно заземлювати, інакше їх показання будуть невірними.
Розширене зображення приладу з’являється при подвійному натисканні по зображенню.
Вправа: Зберіть схему дільника напруги, показану на малюнку.
-Подайте на вхід схеми з функціонального генератора синусоїдальна напруга частотою 3 кГц і амплітудою 5 В,
-Цей же сигнал підключіть до каналу А осцилографа,
-Подключіте до виходу подільника канал В осцилографа,
-Виділити провідники каналу А і каналу В різними кольорами,
-Включіте схему, при необхідності змініть настройки вимірювальних приладів,
-Перейдіте до розширеної моделі осцилографа. Використовуючи курсор і ліве інформаційне табло виміряйте амплітудне значення вихідного сигналу.
-Додаткової підключіть до входу і виходу вольтметри і знову ввімкніть схему.
Досягніть правильних показань вольтметрів.
Генератор слів
На схему виводиться зменшене зображення генератора слів
На 16 виходів в нижній частині генератора паралельно подаються біти генерується слова.
На вихід тактового сигналу (правий нижній) подається послідовність тактових імпульсів із заданою частотою.
Вхід синхронізації використовується для подачі синхронизирующего імпульсу від зовнішнього джерела.
Подвійним клацанням миші відкривається розширене зображення генератора
Ліва частина генератора містить 16 розрядні слова, що задаються в шістнадцятковому коді. Кожна кодова комбінація заноситься за допомогою клавіатури. Номер редагованої осередки (від Про до 03FF, тобто від 0 до 2047) висвічується в віконці Edit. В процесі роботи генератора в відсіку Address відображається адреса поточної комірки (Current), початкової комірки (Initial) і кінцевої комірки (Final). Видані на 16 виходів (внизу генератора) кодові комбінації индицируются в коді ASCII і двійковому коді (Binary).
Генератор може працювати в шаговом, циклічному і безперервному режимах.
Кнопка Step переводить генератор в покроковий режим;
-Жнопка Burst — в циклічний режим (на вихід генератора одноразово послідовно надходять все слова;
Кнопка Cycle — в безперервний режим. Для того щоб перервати роботу в безперервному режимі, потрібно ще раз натиснути кнопку Cycle.
Панель Trigger визначає момент запуску генератора (Internal — внутрішня синхронізація, External — зовнішня синхронізація по готовності даних.)
Режим зовнішньої синхронізації використовується в разі, коли досліджуваний пристрій може квітіровать (підтверджувати) отримання даних. У цьому випадку на пристрій разом з кодовою комбінацією надходить сигнал з клеми Data ready, а досліджуваний пристрій має видати сигнал отримання даних, який повинен бути підключений до клеми Trigger генератора слів. Цей сигнал і виробляє черговий запуск генератора.
Кнопка Breakpoint перериває роботу генератора в зазначеній комірці. Для цього потрібно вибрати необхідну осередок курсором, а потім натиснути кнопку Breakpoint
Кнопка Pattern відкриває меню за допомогою якого можна
Clear buffer — стерти вміст всіх осередків,
Open — завантажити кодові комбінації з файлу з расшіреніем.dp.
Save — записати всі набрані на екрані комбінації в файл;
Up counter — заповнити буфер екрана кодовими комбінаціями, починаючи з 0 в нульовий осередку і далі з додатком одиниці в кожній наступній комірці;
Down counter — заповнити буфер екрана кодовими комбінаціями, починаючи з FFFF в нульовий осередку і далі зі зменшенням на 1 в кожній наступній комірці;
Shift right — заповнити кожні чотири осередки комбінаціями 8000-4000-2000-1000 зі зміщенням їх у наступних чотирьох осередках вправо;
Shift left Що ж саме, але зі зміщенням вліво.
логічний аналізатор
На схему виводиться зменшене зображення логічного аналізатора
Логічний аналізатор підключається до схеми з допомогою висновків в його лівій частині. Одночасно можуть спостерігатися сигнали в 16 точках схеми. Аналізатор забезпечений двома візирними лінійками, що дозволяє отримувати відліки тимчасових інтервалів Т1, Т2, Т2-Т1, а також лінійкою прокрутки по горизонталі
У блоці Clock є клеми для підключення звичайного External і виборчого Qualifier джерела запускають сигналів, параметри яких можуть бути встановлені за допомогою меню, що викликається кнопкою Set.
Запуск можна виробляти по передньому (Positive) або задньому (Negative) фронту сигналу, що запускає з використанням зовнішнього (External) або внутрішнього (Internal) джерела. У вікні Clock qualifier можна встановити значення логічного сигналу (0,1 або х) при якому здійснюється запуск аналізатора.
Зовнішня синхронізація може здійснюватись комбінацією логічних рівнів, що подаються на входи каналів аналізатора.
Надіслати свою хорошу роботу в базу знань просто. Використовуйте форму, розташовану нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань в своє навчання і роботи, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru/
план уроку
дисципліна: Електронна техніка
тема: Електронна лабораторія Electronics Workbench 4.1 for Windows
Мета уроку:
Навчальна: Дати учням поняття про віртуальну електронної лабораторії Electronics Workbench 4.1 for Windows, навчити основам роботи з елементами при складанні електричних схем.
Розвиваюча: розвинути вміння і навички при складанні і віртуальної збірці електричних схем різного рівня складності.
Виховна: застосовуючи різний підхід до ступеня засвоєння матеріалу учнями через процес виховання домогтися максимальної ефективної результативності в роботі.
Тип уроку: Пояснення нового матеріалу.
Вид уроку: практичний.
Міжпредметні зв’язки: мікрорадіоелектроніка, загальна електротехніка, електроживлення із засобами зв’язку, основи промислової електроніки.
Місце проведення: 220 кабінет
Час проведення: 90 хвилин
Технічні засоби навчання: мультимедійний проектор, персональний комп’ютер, демонстраційний екран.
Хід уроку
Організаційний момент Привітання. Перевірка кількості присутніх на уроці студентів, рівня готовності до уроку (приналежності)
Основна частина. Шановні студенти! Сьогодні ми з вами познайомимося з найпростішої версією електронної віртуальної лабораторії — комп’ютерним програмним комплексом Electronics Workbench for Windows. Ідея створення програмних продуктів даної серії належить корпорації Interactive Image Technologies. Найперша версія з’явилася в 1989р. Ранні версії програми складалися з двох незалежних частин. За допомогою однієї половини програми можна було моделювати аналогові пристрої, за допомогою іншої — цифрові. Таке «роздвоєне» стан створювало певні незручності, особливо при моделюванні змішаних аналого-цифрових пристроїв.
У 1996р. у версії 4.1 ці частини були об’єднані і через півроку випущена п’ята версія програми. Вона доповнена засобами аналізу приблизно в обсязі програми Micro-Cap V, перероблена і кілька розширена бібліотека компонентів. Засоби аналізу ланцюгів виконані в типовому для всієї програми ключів — мінімум зусиль з боку користувача.
Подальшим розвитком EWB є програма EWB Layout, призначена для розробки друкованих плат. Програма EWB має наступністю від низу до верху, тобто всі схеми створені у версіях 3.0 і 4.1, можуть бути промоделювати в версії 5.0. Слід зазначити, що EWB дозволяє також моделювати пристрої, для яких завдання на моделювання підготовлено в текстовому форматі SPICE, забезпечуючи сумісність з програмами Micro-Cap і Pspice.
Програма EWB 4.1 розрахована для роботи в середовищі Windows 3.xx або 95/98 і займає близько 5 Мбайт дискової пам’яті, EWB 5.0 — в середовищі Windows 95/98 і NT 3.51, необхідний обсяг дискової пам’яті — близько 16 Мбайт. Для розміщення тимчасових файлів потрібно додатково 10-20 Мбайт вільного простору.
Electronics workbench — це одна з найпотужніших програм для моделювання процесів і розрахунку електронних пристроїв на аналогових і цифрових елементах. Навіть в стандартній комплектацій в наявності є великий вибір віртуальних генераторів, тестерів, осцилографів. Сумісна з програмами PCB-дизайну і CA. Особливістю програми є наявність контрольно-вимірювальних приладів, за зовнішнім виглядом і характеристиками наближених до їх промисловим аналогам. Програма легко освоюється і досить зручна в роботі. Після складання схеми і її спрощення шляхом оформлення подсхем моделювання починається клацанням звичайного вимикача.
переваги:
При розробці сучасного радіоелектронного устаткування неможливо обійтися без комп’ютерних методів розробки, через складність і об’ємності виконуваних робіт. Процес розробки схем радіоелектронних пристроїв вимагає високої точності і глибокого аналізу. Еlectronics Workbench може застосовуватися як на підприємствах, що займаються розробкою електричних ланцюгів так і у вищих навчальних закладах, що займаються вивченням і розробкою радіоелектронних пристроїв. Еlectronics Workbench застосовується в більшості вищих навчальних закладів світу. Еlectronics Workbench може застосовуватися як заміна дорогого устаткування. Еlectronics Workbench може виробляти велику кількість аналізів радіоелектронних пристроїв, що займають досить багато часу при стандартних методах розробки. Еlectronics Workbench містить у собі велику кількість моделей радіоелектронних пристроїв найбільш відомих виробників, таких як Motorolla. Еlectronics Workbench простий у використанні і не вимагає глибоких знань в комп’ютерній техніці. Інтерфейс Еlectronics Workbench можна освоїти буквально за кілька годин роботи. Еlectronics Workbench може працювати з великим числом комп’ютерної периферії, а також імітувати її роботу. Еlectronics Workbench може на даний момент не має собі аналогів по простоті інтерфейсу і числу виконуваних функцій.
Використання миші і клавіатури
Програма використовує стандартний інтерфейс управління Windows. Тому переважає орієнтація на використання миші: мишею встановлюються компоненти і зв’язку, здійснюється управління інструментами подібно реальної лабораторії. Клавіатура використовується обмежено у випадках редагування властивостей компонентів, а також для швидкого виклику найбільш часто використовуваних операцій. Отже, миша дозволяє:
перетягувати компоненти по екрану;
вибирати компоненти, кнопки та інші елементи при наведенні миші і одиночному натисканні лівої клавішею;
вибирати одночасно більше одного елемента;
виділяти властивості компонента подвійним клацанням лівої кнопки. Перетягування полягає в наведенні миші на об’єкт, натисненні лівої кнопки миші і переведення курсора миші в нове положення, відпуску лівої кнопки в кінцевому положенні. Вибрати кілька елементів можна, якщо натиснути ліву клавішу в верхньому лівому кутку уявної прямокутної області, на якій розташовуються компоненти, необхідні для виділення, а далі, не відпускаючи клавіші, перемістити курсор миші в правий нижній кут цієї області, при цьому програма прорисует пунктиром прямокутну область виділення. В кінцевому положенні ліва клавіша відпускається, і компоненти, що потрапили в цю область, змінять колір на червоний.
Electronics Workbench реалізований як реальна лабораторія, в якій є перед очима все компоненти і інструменти, готові до використання. Ключові складові інтерфейсу: робочий простір, корзина компонентів, меню, інструменти і кнопка харчування, активізує програмний аналіз ланцюга.
Для побудови та дослідження ланцюга необхідно зробити наступне.
Перетягнути компоненти з кошика компонентів на робочий простір.
З’єднати їх висновки переміщенням миші з натиснутою лівою кнопкою від виведення одного компонента до іншого.
Встановити моделі компонентів і значення їх величин.
Приєднати тестуючі інструменти.
Активувати ланцюг. Установка моделі компонента проводиться або одночасним натисканням Ctrl + M, або вибором компонента мишею і подальшим викликом пункту Model з меню Circuit. Установка значення величини компонента проводиться або одночасним натисканням клавіш Ctrl + U, або викликом пункту Value з меню Circuit. Якщо в меню Preferences з Circuit вибрати команду Show Value, то електричні величини компонентів будуть відображатися поруч з ними. Компоненти можна позначити умовно, якщо вибрати компонент і натиснути одночасно Ctrl + L, або в меню Circuit вибрати команду Label. Щоб умовні позначення відображалися на робочому просторі, в меню Preferences з Circuit вибрати команду Show Label. Тестуючі інструменти приєднуються перетягуванням з панелі інструментів їх піктограм на робочий простір і з’єднанням їх висновків до відповідних ділянках ланцюгів. Активація ланцюга відбувається при натисканні «кнопки харчування» у верхньому правому кутку. Це викликає запуск підпрограми аналізу ланцюга. Далі можна переглянути значення на вимірювальних інструментах по подвійному натисканні кнопки миші на їх піктограмах в робочому просторі.
Для виконання курсового проектування Вам, студентам, досить скористатися тільки наступними кошиками компонентів: Active, Passive, Indic, FET.
Кошик Passive: земля, джерело постійної напруги, джерело постійного струму, джерело змінної напруги, джерело змінного струму, резистор, конденсатор, котушка індуктивності, трансформатор, вставка плавка, джерело напруги 5В, pull-up резистор, реостат, змінний конденсатор, змінна котушка індуктивності , полярний конденсатор, джерело прямокутного напруги, резистивная матриця.
Кошик Active: діод, стабілітрон, світлодіод, n-p-n-транзистор, p-n-p-транзистор, ДУ, ОУ з напругою живлення, керований теристори, некерований теристори, некерований семистора, керований семистора, діодний місток, умножитель напружень.
Кошик FET: n-канальний ПТУП, p-канальний ПТУП, МОП з вбудованим n-каналом і підкладкою, з’єднаної з джерелом, МОП з вбудованим р-каналом і підкладкою, з’єднаної з джерелом, МОП з вбудованим n-каналом і окремим висновком для підкладки , МОП з вбудованим р-каналом і окремим висновком для підкладки, МОП з індукованих n-каналом і підкладкою, з’єднаної з джерелом, МОП з індукованих р-каналом і підкладкою, з’єднаної з джерелом, МОП з индуктироваться n-каналом і підкладкою з окремим виводом , МОП з индуктироваться p-каналом і підкладкою з окремим висновком.
Кошик Indic: вольтметр, амперметр, лампа розжарювання, світловий індикатор напруги, семисегментний світлодіодний індикатор з керуванням сегментами за висновками, семисегментний світлодіодний індикатор з вбудованим шістнадцятковим дешифратором (на вхід подається шістнадцяткове число), пристрій збереження результатів аналізу в файл у вигляді ASCII — коду, п’єзоелектричний динамік.
Крім зазначених кошиків є ще 6 кошиків: Control (Керовані), Hybrid (Гібридні), Gates (Вентилі), Combinational (Складові), Sequential (Послідовні) і Integrated Circuits (Інтегральні схеми). Ці кошики представлені на рис. 4. Кошик Control містить наступні компоненти (по порядку зверху вниз): перемикач (перемикання задається кнопкою клавіатури); перемикач з тимчасового управління; перемикач, керований напругою; перемикач, керований струмом; реле; джерело напруги, керований напругою; джерело струму, керований струмом; джерело струму, керований напругою; джерело напруги, керований струмом. Кошик Hybrid містить компоненти: АЦП; ЦАП в ток; ЦАП в напругу; одновибратор; 555-таймер (Пристрій з двома станами на виході, тривалості і вибір яких управляються входами). Кошик Gates містить: вентиль І; вентиль АБО; вентиль НЕ; вентиль І-НЕ; вентиль АБО-НЕ; виключає АБО-НЕ; виключає АБО; трехстабільний буфер з Z-станом; буфер-повторювач. Кошик Combinational містить: полусумматор; повний суматор; мультиплексор 1х8; демультиплексор 1х8; перетворювач двійково-десяткового подання в шістнадцяткове; дешифратор 3 на 8; шифратор 8 на 3. Кошик Sequential містить: RS-тригер; JK-тригер з прямим динамічним входом і прямими асинхронними входами управління; JK-тригер з прямим динамічним входом і інверсними асинхронними входами управління; D-тригер з прямим динамічним входом; D-тригер з прямим динамічним входом і інверсним асинхронним керуванням; 4-бітний двійковий лічильник; 4-бітний універсальний зсувний регістр. Кошик Integrated Circuits містить: серія ІС 74хх, 741ХХ, 742ХХ, 743ХХ, 744ХХ, 4ХХХ. У кожній із серій можна вибрати конкретну ИС зі списку.
Розглянемо основні елементи.
Меню File, Edit і Help — стандартні і інтересу не представляють. Проте, для людей, які з Windows «на Ви» дамо коротку характеристику цих меню. Самі вони представлені на рис.6. Меню File представлено наступними пунктами:
· New (CTRL + N) — створення нового документа,
· Open … (CTRL + O) — відкриття існуючого документа,
· Save (CTRL + S) — збереження існуючого документа,
· Save As … — збереження поточного документа з новим ім’ям,
· Revert to Saved — повернення до документу, яким він був на момент до останнього збереження,
· Print … (CTRL + P) — роздрукувати ланцюг поточного документа,
· Print Setup … — виклик вікна редагування установок поточного принтера (обраного за замовчуванням),
· Exit (ALT + F4) — вихід з програми,
· Install … — використовується для установки додаткових компонент програми (не знадобиться),
· Import from SPICE — переклад з формата.cir PSpice в формат Workbench, workbench електронний віртуальний лабораторія
· Export to SPICE — переклад поточного документа Workbench в формат.cir PSpice,
· Export to PCB — переклад документа Workbench в формат файлів зв’язків для редагування друкованих плат і трасування в програмах OrCAD 386, Tango, Eagle, Protel або Layo1.
Меню Edit містить:
· Cut (CTRL + X) — видалити виділені елементи в буфер обміну (спеціальна область пам’яті Windows для тимчасового зберігання даних в універсальному поданні з метою обміну між додатками),
· Copy (CTRL + C) — скопіювати виділені компоненти в буфер обміну,
· Paste (CTRL + V) — вставити дані з буфера обміну,
· Delete (DEL) — видалити виділені компоненти,
· Select All (CTRL + A) — вибрати всі компоненти поточного документа,
· Show Clipboard — показати вміст буфера обміну,
Copybits (CTRL + I) — вибрати і скопіювати частину або весь екран в буфер обміну. Меню Help містить:
· Help (F1) — показує інформацію щодо виділеного об’єкту, якщо об’єкт не виділений, показує вміст допомоги,
· Help Index … — отримання довідки щодо необхідної тематики по її імені,
· About Electronics Workbench — показує версію програми, її власника і серійний номер.
Меню Window (рис.8) містить:
· Arrange (CTRL + W) — ви можете розташовувати вікна робочої області, кошики, опису, як захочете, але якщо хочете повернути все в початковий — скористайтеся цим пунктом,
· Circuit — виводить на передній план вікно робочої області,
· Description (CTRL + D) — викликає поява вікна опису, в якому англійською мовою (в усякому разі, сприймаються тільки латинські літери) можна зробити коментарі,
· Всі інші пункти виводять на передній план відповідні вікна.
Меню Circuit містить команди: Activate (Ctrl + G) — запускає моделювання ланцюга, Stop (Ctrl + T) — припиняє процес моделювання, Pause (F9) — призупиняє процес моделювання, Label (Ctrl + L) — присвоює компоненту ім’я, Value (Ctrl + U) — присвоює компоненту нові параметри, Model (Ctrl + M) — викликає вікно вибору і редагування моделі компонента, Zoom (Ctrl + Z) — змінює масштаб відображення, Rotate (Ctrl + R) — повертає компонент на 90 градусів, Subscript ( Ctrl + B) — відкриває вікно редагування власних компонентів, Wire color — визначає колір проводу (ще можна це зробити, двічі клацнувши по дроту), колір проводу також визначає колір сигналу на екрані осцилографа, Preferences (Ctrl + E) — визначає параметри робочої поверхні (показати сітку, імена компонентів, моделей, величини компонентів), Analysis Options (Ctrl + Y) — визначає тип аналізу і властивості відображення осцилографа.
Приклад складання ланцюга. Для прикладу покажемо складання ланцюга схеми із загальним емітером на біполярному транзисторі з використанням ланцюга стабілізації методом трьох резисторів. Для початку вибираємо кошик компонентів Passive. Знаходимо в ній зображення резистора і проробляємо наступні маніпуляції:
· Наводимо покажчик миші на зображення резистора,
· Натискаємо ліву кнопку миші,
· Не відпускаючи клавіші, рухаємо миша вправо по килимку, таким чином перетягуємо компонент на робочий простір,
· Зупиняємо курсор з компонентом на потрібному місці і відпускаємо ліву кнопку миші.
Після цього резистор залишається на місці, а миша звільняється для наступних маніпуляцій.
До речі, для переміщення будь-яких компонентів (резисторів, транзисторів і ін.) В межах робочого простору проробляються аналогічні маніпуляції.
Далі проробляємо наступні маніпуляції для додання резисторам вертикального розташування: виділяємо будь резистор, для цього наводимо курсор миші на його зображення, клацаємо лівою клавішею миші, коли резистор забарвлюється в червоний колір, це означає, що він виділений (запам’ятати!). Тепер переводимо клавіатуру в латинський режим і натискаємо одночасно клавіші CTRL і R. Резистор повертається на 900. Ці дії необхідно виконати над усіма залишилися резисторами. Тепер наведіть курсор миші на верхній висновок верхнього лівого резистора так, щоб в місці торкання курсором виник коло чорного кольору. Як тільки досягнете цього, натисніть ліву кнопку миші і, не відпускаючи її, перемістіть покажчик миші на верхній висновок верхнього правого резистора так, щоб там теж з’явився чорний коло. Як тільки він з’явився, відпустіть ліву кнопку миші. Тільки що ви були свідком з’єднання двох резисторів провідником. Треба зауважити, що з’єднати можна не тільки компонент з компонентом, але і компонент з провідником, для чого треба вести провід від компонента до провідника до появи на місці з’єднання чорної окружності, відпускаючи, ви отримаєте вузол. Використовуючи отримані навички, закінчите з’єднання компонентів в ланцюг із загальним емітером.
Тепер виділіть лівий верхній резистор і двічі клацніть по його зображенню, використовуючи ліву кнопку миші.
Введіть в ліве віконце число 650, в правому віконці відображається множник, і клацніть мишкою по клавіші Accept. Ви побачите, що опір резистора змінилося на введену величину. Тепер виберіть в головному меню пункт Circuit, а в ньому Preferences. У вікні виберіть галочкою пункт Show labels. Тепер ви можете побачити позначення елементів, але перш за їх треба ввести.
І, нарешті, натисніть клавішу Power в правому верхньому куті вікна програми (нема на системному блоці!). Таким чином, ми запустили підпрограму моделювання в даному випадку статичного процесу і отримали картину, як на рис.19. Тепер результат можна вивести на друк, вибравши в меню File пункт Print. Також можна зберегти схему в файлі, вибравши в меню File пункт Save. Надалі файл можна відкрити для подальшої роботи (Меню File пункт Open).
висновок
Отже, шановні студенти ми з вами на даному занять ознайомилися з електронною лабораторією, поспостерігали процес створення електричного кола легкої і середньої складності за допомогою комп’ютерної програми. Ми з вами на подальших заняттях продовжимо вивчення різних прийомів роботи з іншими більш пізніми версіями Electronics Workbench, що не мають інтерфейсу набагато більш досконалий і «завжди готовий допомогти» ніж старіші версії, більше технічних можливостей, додані додаткові панелі інструментів.
Виставляння оцінок за урок. (Коментування результатів).
Домашнє завдання: Повторити умовні позначення електричних пристроїв і контрольно-вимірювальних приладів. Повторити 1 і 2-ий Закони Кірхгофа (з курсу загальної електротехніки).
Розміщено на Allbest.ru
подібні документи
Electronics Workbench — електронна лабораторія на ПК, призначена для моделювання та аналізу електричних схем. Дослідження елементів електричних ланцюгів. Ідеальний джерело ЕРС. Дослідження послідовного та паралельного з’єднань резисторів.
контрольна робота, доданий 23.07.2012
Характеристика процесу моделювання електронних схем. Опис інтерфейсу і основ установки програми Electronics Workbench, бібліотеки компонентів. Приклади моделювання схем роботи синтезатора, умножителя частоти, генератора синусоїдальних коливань.
книга, доданий 31.07.2015
Вивчення Структури вікон і системи меню Electronics Workbench. Розгляд технології подготовки схем та складання їх компонентів на робочому полі програми. Визначення областей! Застосування та класіфікаційніх параметрів елементів Радіоелектронної апаратура.
методичка, доданий 18.06.2010
Загальна характеристика програми Провідник. Виконання операцій над об «єктами: Копіювання, переміщення, вилучення, Відновлення. Розгляд можливий програми Electronics Workbench. Створення табліці в MS Excel за зразки та Виконання необхідніх розрахунків.
контрольна робота, доданий 20.11.2015
Позначення та розрахунок діодів, транзісторів, аналогових, цифрових та змішаних інтегральніх схем, індікаторів, перетворюючіх та керуючих елементів, приладів, базових, логічніх и цифрових компонент бібліотеки елементів програми Electronics Workbench.
методичка, доданий 18.06.2010
Історія створення. Windows 9x / NT. Операційна система Microsoft Windows. Переваги та недоліки Windows. Деякі клавіатурні комбінації Windows 9x і NT. Windows XP Professional. Найбільш досконала захист.
реферат, доданий 18.07.2004
Операційна система від компанії Microsoft. Поняття Windows 8, її особливості. Використання миші і додатків в інтерфейсі Метро. Самий проблемний жест при роботі з Windows 8. Спрямованість операційної системи на пристрої з сенсорним екраном.
реферат, доданий 16.05.2013
Історія ОС сімейства Windows. Основні принципи адміністрування ОС. Створення домашньої групи. Приєднання до домашньої групи або її створення. Особливості ОС Windows 7. Аналіз вразливостей Microsoft Windows 7. Особливості версій ОС Windows 7.
курсова робота, доданий 13.12.2010
Прикладні програми і утиліти. Найпростіші функції операційної системи. Історія розробки корпорацією Microsoft Corporation графічної операційної оболонки Windows. Версія сімейства мережевих ОС Windows NT (Millennium Edition, 2000, XP, Vista, Seven)
презентація, доданий 12.10.2013
Характеристика операційної системи. Історія розвитку Windows. Порівняльна характеристика версій Windows. Елементи і інструменти Windows XP. Прикладні програми в Windows XP. Робота настільних і портативних комп’ютерів під управлінням Windows.
Пакет Electronics Workbench призначений для моделювання та аналізу електротехнічних і схемотехнических схем. Даний пакет з великим ступенем точності моделює побудова реальних схем в «залізі».
Таблиця 3
Меню піктограм
|
піктограма |
Назва |
опис |
|
Вибране |
||
|
джерела сигналів |
||
|
Пасивні компоненти і комутаційні пристрої |
||
|
транзистори |
||
|
аналогові мікросхеми |
||
|
Мікросхеми змішаного типу |
||
|
цифрові мікросхеми |
||
|
Логічні цифрові мікросхеми |
||
|
цифрові мікросхеми |
||
|
індикаторні пристрої |
||
|
Аналогові обчислювальні пристрої |
||
|
Компоненти змішаного типу |
||
|
Контрольно-вимірювальні прилади |
Основні прийоми роботи
У Electronics Workbench збірка схеми здійснюється в робочій області. Електронні компоненти для збірки схеми беруться з меню, що містить набір компонентів. Вміст набору компонентів можна змінити натисканням відповідних кнопок, розташованих безпосередньо над вікнами. Щоб перемістити необхідний компонент в робочу область, потрібно помістити на нього курсор і натиснути ліву кнопку миші. Потім, утримуючи клавішу в натиснутому стані, «перетягнути» елемент, рухаючи миша, в необхідне положення в робочій області і відпустити клавішу.
Щоб здійснити будь-які операції над елементом його необхідно виділити. Виділення елемента здійснюється клацанням миші на елементі, при цьому він забарвлюється в червоний колір.
Якщо необхідно повернути елемент, потрібно спочатку його виділити, а потім використовувати комбінацію клавіш, натискання яких призводить до повороту елемента на 90 °.
Для видалення елемента його також необхідно спочатку виділити, а потім натиснути клавішу і у відповідь на запит про підтвердження видалення натиснути кнопку підтвердження або скасування видалення.
Всі електронні компоненти характеризуються своїми параметрами, визначальними їх поведінку в схемі. Щоб задати ці параметри потрібно двічі клацнути мишею на потрібному елементі, в результаті чого з’явиться діалогове вікно, в якому необхідно вибрати або записати необхідні параметри і закрити його натисканням кнопки Ok
.
Щоб з’єднати між собою висновки елементів підведіть курсор до потрібного висновку, при цьому, якщо до цього висновку дійсно можна під’єднати провідник, на ньому з’явиться маленький чорний кружок. При появі гуртка натисніть ліву кнопку миші і, не відпускаючи її, протягніть курсор до іншого висновку. Коли на іншому висновку теж з’явиться чорний кружок, відпустіть клавішу, і ці висновки автоматично будуть з’єднані провідником. Якщо висновок елемента потрібно під’єднати до вже наявного провіднику, то підведіть курсор миші, утримуючи клавішу до цього провідника, при цьому також в тому місці, де можна зробити підключення з’явиться маленька окружність. У цей момент, відпустіть, а й в схемі автоматично утворюється проводить з’єднання між провідниками, позначене чорним кружком.
Основні компоненти
1. Джерело постійної напруги
Знаходиться в наборі джерела сигналів
.
Цей елемент являє собою модель ідеального джерела напруги, що підтримує на своїх висновках постійна напруга заданої величини. Величина напруги може здаватися розробником подвійним клацанням миші на елементі і записом в діалоговому вікні необхідного значення.
лампочка розжарювання
2. Лампочка розжарювання.
Знаходиться в наборі індикаторні пристрої.
Цей елемент моделює звичайну лампу розжарювання і може перебувати в трьох станах: вимкненому, включеному і перегорів. Поведінка елемента характеризується двома параметрами: потужністю і максимально допустимою напругою. Ввести потрібні параметри можна подвійним клацанням миші на елементі. Після цього з’являється діалогове вікно. Введіть необхідні параметри і закрийте діалогове вікно клацанням на кнопці Ok
.
При роботі схеми елемент буде перебувати в вимкненому стані, якщо прикладена до нього напруга не перевищує половини максимального напруження. Якщо прикладена напруга знаходиться в інтервалі від половини максимального напруження до рівня максимальної напруги, елемент знаходиться у включеномустані. При перевищенні прикладеним напругою заданого максимального напруження елемент переходить в перегорілі стан.
заземлення
3. Заземлення.
Знаходиться в наборі джерела сигналів.
У схемі, зібраної за допомогою Electronics Workbench, як і практично для будь-якої реальної схеми, потрібно вказати точку нульового потенціалу, щодо якої визначаються напруги в усіх інших точках схеми. Саме для цієї мети служить елемент заземлення. Його єдиний висновок підключається до тієї точки схеми, потенціал якої приймається рівним нулю. Допускається і навіть доцільно, особливо для складних схем, використовувати кілька елементів заземлення. При цьому вважається, що всі точки, до яких під’єднані заземлення, мають один загальний потенціал, рівний нулю.
Точка — з’єднувач
4. Точка — з’єднувач.
Знаходиться в наборі .
Основною властивістю точки-з’єднувача є те, що ви можете приєднувати до неї провідники. Приєднувати провідники до точки можна зліва, справа, зверху і знизу, тобто існує всього чотири місця приєднання провідників до однієї точки і, отже, в одній точці можуть з’єднуватися не більше чотирьох провідників. Для реалізації такого приєднання потрібно підвести провідник, утримуючи клавішу миші до відповідної стороні точки, при цьому близько точки з’являється маленький чорний кружок. Відпускаючи в цей момент ліву кнопку миші, отримуємо необхідну під’єднання.
перемикач
5. Перемикач.
Знаходиться в наборі Пасивні компоненти і комутаційні пристрої.
Цей перемикач допускає два можливих положення, в яких один спільний вхід з’єднується з одним з двох можливих виходів. За замовчуванням перемикання здійснюється клавішею пробіл. Щоб призначити будь-якого перемикача іншу клавішу, потрібно двічі клацнути мишею на цьому перемикачі, ввести потрібний символ в діалоговому вікні та натисканням кнопки Ok
підтвердити зроблений вибір. Після цього перемикання даного перемикача буде здійснюватися за допомогою цієї клавіші.
динамік
6. Динамік.
Знаходиться в наборі Індикаторні пристрої.
Цей елемент видає гудок заданої частоти, якщо прикладена до його висновків напруга перевищує встановлений рівень напруги. Значення порогового напруги і частоти видаваного сигналу можна задати в діалоговому вікні, що з’являється при подвійному натисканні миші на елементі.
вольтметр
7. Вольтметр.
Знаходиться в наборі індикаторні пристрої.
Цей елемент показує напругу, прикладена до його висновків. Одна зі сторін цього елемента виділена потовщеною лінією. Якщо напруга, прикладена до висновків таке, що потенціал на виводі, що знаходиться з не виділеної боку, більше потенціалу на виведення, що знаходиться з виділеної боку, то знак напруги, що показується вольтметром, буде позитивним. В іншому випадку знак на дисплеї напруги буде негативним.
амперметр
8. Амперметр.
Знаходиться в наборі індикаторні пристрої.
Цей елемент показує величину струму, що протікає через його висновки. Одна зі сторін цього елемента виділена потовщеною лінією. Якщо напрямок струму, що протікає через висновки елемента, збігається з напрямком від не виділеної боку до виділеної стороні, то знак величини яку вказують струму буде позитивним. В іншому випадку знак буде негативним.
резистор
9. Резистор.
Знаходиться в наборі. Пасивні компоненти і комутаційні пристрої.
Цей елемент являє собою один з найбільш широко використовуваних компонентів електронних схем. Величина опору резистора задається розробником в діалоговому вікні, що з’являється при подвійному натисканні миші на елементі.
Найпростіші електричні ланцюги
Найпростіша електричний ланцюг складається з джерела і приймача електричної енергії. В якості найпростішого джерела електричної енергії може служити джерело постійної напруги, наприклад, батарейка. Приймачем електричної енергії зазвичай служить пристрій, що перетворює енергію електричного струму в інший вид енергії, наприклад, в світлову енергію в електричну лампочку, або в енергію акустичних хвиль в динаміці.
Щоб забезпечити протікання струму через приймач, необхідно утворити замкнутий контур, по якому тече струм. Для цього необхідно один висновок приймача електричної енергії під’єднати до негативного висновку батарейки, а інший до позитивного висновку. Найпростіший спосіб управління проходженням струму по ланцюгу полягає в замиканні і розмиканні контуру ланцюга за допомогою перемикача. Розмикання контуру ланцюга призводить до розриву ланцюга, внаслідок чого струм стає рівним нулю. Замикання ланцюга забезпечує шлях для проходження по ланцюга струму, величина якого визначається прикладеним напругою і опором ланцюга відповідно до закону Ома.
Порядок про ведення роботи
1. Запустити Electronics Workbench.
2. Підготувати новий файл для роботи. Для цього необхідно виконати наступні операції з меню: File / New і File / Save as. При виконанні операції Save as буде необхідно вказати ім’я файлу і каталог, в якому буде зберігатися схема.
3. Перенесіть необхідні елементи з заданої схеми на робочу область Electronics Workbench. Для цього необхідно вибрати розділ на панелі інструментів (Sources, Basic, Diodes, Transistors, Analog Ics, Mixed Ics, Digital Ics, Logic Gates, Digital, Indicators, Controls, Miscellaneous, Instruments), в якому знаходиться потрібний вам елемент, потім перенести його на робочу область (клацнути мишею на потрібному елементі і, не відпускаючи кнопки, перенести в потрібне місце схеми).
Workbench також надає можливість використовувати настроюється панель інструментів Favorites. Панель своя для кожного файлу схеми.
Щоб додати до панель елемента треба клацнути його зображення на панелі правою кнопкою і вибрати Add to Favorites. Щоб прибрати з панелі Favorites, Клацнути правою кнопкою елемент на панелі Favorites і вибрати Remove from Favorites.
4. З’єднайте контакти елементів і розташуйте елементи в робочій області для одержання необхідної вам схеми. Для з’єднання двох контактів необхідно клацнути по одному з контактів основною кнопкою миші і, не відпускаючи клавішу, довести курсор до другого контакту.
У разі необхідності можна додати додаткові вузли (розгалуження). Для цього треба просто перетягнути елемент з панелі на місце провідника, де треба його розгалузилася.
Натисканням на елементі правою кнопкою миші можна одержати швидкий доступ до найпростіших операцій над положенням елемента, таким як обертання (rotate), розворот (flip), копіювання / вирізання (copy / cut), вставка (paste), а також до його довідкової інформації ( help).
5. Проставити необхідні номінали і властивості кожному елементу. Для цього потрібно двічі клацнути мишею на елементі:
6. Коли схема зібрана і готова до запуску, натиснути кнопку включення живлення на панелі інструментів.
У разі серйозної помилки в схемі (замикання елемента живлення накоротко, відсутність нульового потенціалу в схемі) буде видано попередження.
Закон Ома
Закон Ома для ділянки кола: ток в провіднику I дорівнює відношенню падіння напруги U на ділянці ланцюга до її електричного опору R:
Закон ілюструється схемою на малюнку, з якої видно, що на ділянці ланцюга з опором R \u003d 5 Ом створюється падіння напруги U \u003d 10 В, що вимірюється вольтметром. Згідно (*) струм в ланцюзі I \u003d \u003d 0.2 А \u003d 200 mA, що і вимірює послідовно включений в ланцюг амперметр.
ПРОГРАМА ELECTRONICS WORKBENCH
Можливості Electronics Workbench
Програма Electronics Workbench дозволяє моделювати аналогові, цифрові і цифро-аналогові схеми великій мірі складності. Наявні в програмі бібліотеки включають в себе великий набір моделей широко поширених електронних елементів (компонентів). Прості елементи описуються набором параметрів, значення яких можна змінювати безпосередньо з клавіатури, активні елементи — моделлю, яка представляє собою сукупність параметрів і описує конкретний елемент або його ідеальне уявлення. Модель вибирається зі списку бібліотек елементів, параметри моделі також можуть бути змінені користувачем.
У бібліотеки елементів програми входять моделі пасивних елементів, транзисторів, керованих джерел, керованих ключів, гібридних елементів, індикаторів, логічних елементів, тригерних пристроїв, цифрових і аналогових елементів, спеціальних комбінаційних і послідовних схем. Можливо також створення своїх моделей елементів і додавання їх в бібліотеки.
У програмі використовується великий набір приладів для проведення вимірювань: амперметр, вольтметр, осцилограф, мультиметр, боді-плоттер (графічний пристрій частотних характеристик схем), функціональний генератор, генератор слів, логічний аналізатор і логічний перетворювач.
Electronics Workbench дозволяє проводити аналіз схем на постійному і змінному струмі. При аналізі на постійному струмі визначаються параметри схеми в сталому режимі. Аналіз на змінному струмі може проводитися як в тимчасовій, так і в частотній областях. Можна досліджувати перехідні процеси при впливі на схеми вхідних сигналів різної форми.
Операції, що виконуються при аналізі:
Вибір елементів і приладів з бібліотек,
Переміщення елементів і схем в будь-яке місце робочого поля,
Поворот елементів і груп елементів на кути, кратні 90 градусам,
Копіювання, вставка або видалення елементів, груп елементів, фрагментів схем і цілих схем,
Зміна кольору провідників,
Виділення кольором контурів схем для більш зручного сприйняття,
Одночасне підключення декількох вимірювальних приладів і спостереження їх показань на екрані монітора,
Присвоєння елементу умовного позначення,
Зміна параметрів елементів в широкому діапазоні.
Всі операції проводяться за допомогою миші і клавіатури. Управління тільки з клавіатури неможливо. Шляхом настройки приладів можна:
Змінювати шкали приладів в залежності від діапазону вимірювань,
Задавати режим роботи приладу,
Задавати вид вхідних впливів на схему (постійні і гармонійні струми і напруги, трикутні і прямокутні імпульси).
Графічні можливості програми дозволяють:
Одночасно спостерігати кілька кривих на графіку,
Відображати криві на графіках різними кольорами,
Вимірювати координати точок на графіку,
Імпортувати дані в графічний редактор, що дозволяє зробити необхідні перетворення малюнка і виведення його на принтер.
Electronics Workbench дозволяє вставити схему або її фрагмент в текстовий редактор і надрукувати в ньому пояснення або зауваження по роботі схеми.
Елементи Electronics Workbench
Для операцій з елементами електричних і електронних схем на загальному полі Electronics Workbench виділені дві області: панель елементів і поле елементів (рис. 1. 1). Панель елементів складається з піктограм полів, а поле елементів -з їх умовних зображень. Клацанням миші на одній з тринадцяти піктограм, розташованих на панелі, можна відкрити відповідне поле.
На рис. 1.1 відкрито поле джерел (Sources). Розташування елементів в полях орієнтоване на частоту їх використання. Для опису елементів більш логічним є поділ їх за типами. Всі елементи, які використовуються в програмі Electronics Workbench, можна умовно розбити на наступні групи: джерела, базові елементи, лінійні елементи, ключі, нелінійні елементи, індикатори, логічні елементи, вузли комбінаційного типу, вузли послідовного типу, гібридні компоненти. На рис. 1. 2 показані всі наявні в Electronics Workbench поля елементів. Ця картинка отримана штучно, насправді при роботі може бути відкрито тільки одне поле елементів.
джерела
Всі джерела в Electronics Workbench ідеальні. Внутрішній опір ідеального джерела напруги дорівнює нулю, тому його вихідна напруга не залежить від навантаження. При необхідності використовувати два паралельно підключених джерела напруги слід включити послідовно між ними невеликий опір (наприклад, в 1 Ом). Ідеальний джерело струму має нескінченно великий внутрішній опір, тому його струм не залежить від опору навантаження.
ЕРС джерела постійної напруги вимірюється в Вольтах і задається похідними величинами (від мкВ до кВ). Короткої жирною рискою в зображенні батареї позначається висновок, що має негативний потенціал по відношенню до іншого висновку.
Струм джерела постійного струму (direct current) вимірюється в Амперах і задається похідними величинами (від мкА до кА). Стрілка вказує напрямок струму (від «+» до «-«).
Чинне значення (root-mean-square — RMS) напруги джерела вимірюється в Вольтах і задається похідними величинами (від мкВ до кВ). Є можливість установки частоти і початкової фази. Чинне значення напруги V RMS, що виробляється джерелом, пов’язане з його амплітудним значенням V PEAK наступним співвідношенням:
Чинне значення струму джерела вимірюється в Амперах і задається похідними величинами (від мкА до кА). Є можливість установки частоти і початкової фази. Чинне значення струму I RMS пов’язано з його амплітудним значенням I PEAK наступним співвідношенням:
Генератор виробляє послідовність прямокутних імпульсів. Можна регулювати амплітуду імпульсів, коефіцієнт заповнення (шпаруватість) і частоту проходження імпульсів. Відлік амплітуди імпульсів генератора виробляється від виведення, протилежної висновку «+».
Вихідна напруга джерела напруги, керованого напругою, залежить від вхідної напруги, прикладеного до керуючих затискачів. Ставлення вихідної напруги до вхідного визначається коефіцієнтом пропорційності Е, який задається в мВ / В, В / В і кВ / В:
де Vout — вихідна напруга джерела, Vin- вхідна напруга джерела.
Величина струму джерела струму, керованого напругою, залежить від вхідної напруги, прикладеного до керуючих затискачів. Ставлення вихідного струму до керуючого напрузі — коефіцієнт G, вимірюється в одиницях провідності (1 / Ом або сіменс):
де I out — вихідний струм джерела, V in — напруга, прикладена до керуючих затискачів джерела.
Вхідний і вихідний струми цього джерела пов’язані коефіцієнтом пропорційності F. Коефіцієнт F задається в мА / А, А / А і кА / А.
де I out — вихідний струм джерела, I in — вхідний струм джерела.
Величина напруги джерела, керованого струмом, залежить від величини вхідного струму (струму в керуючій гілки). Вхідний струм і вихідна напруга утворюють параметр, званий передавальним опором Н, який представляє собою відношення вихідної напруги до керуючого току. Передавальне опір має розмірність опору і задається в Ом, кому й мОм
де V ou t — вихідна напруга джерела, I in — вхідний струм джерела.
При підключенні керованих джерел потрібно дотримуватись полярності і напрямок струмів в підключаються ланцюгах. Стрілка вказує напрямок струму від «+» до «-«.
Використовуючи цей джерело напруги, можна встановлювати фіксований потенціал вузла 5 В або рівень логічної одиниці.
За допомогою цього джерела встановлюють рівень логічної одиниці в вузлі схеми.
базові елементи
Вузол застосовується для з’єднання провідників і створення контрольних точок. До кожного вузла може приєднуватися не більше чотирьох провідників. Після того, як схема зібрана, можна вставити додаткові вузли для підключення приладів.
Компонент «заземлення» має нульове напруга і таким чином забезпечує вихідну точку для відліку потенціалів. Не всі схеми потребують заземлення для моделювання, проте будь-яка схема, яка містить: операційний підсилювач, трансформатор, керований джерело, осцилограф, повинна бути обов’язково заземлена, інакше прилади не будуть проводити вимірювання або їх показання виявляться неправильними.
лінійні елементи
Опір резистора вимірюється в Омах і задається похідними величинами (від Ом до МОм).
Положення движка змінного резистора встановлюється за допомогою спеціального елемента — стрілочки-регулятора. У діалоговому вікні можна встановити опір, початкове положення движка (у відсотках) і крок збільшення (також у відсотках). Є можливість змінювати положення движка за допомогою клавіш-ключів.
Використовувані клавіші-ключі:
Букви від А до Z,
Цифри від 0 до 9,
Клавіша Enter на клавіатурі,
Клавіша пробіл.
Для зміни положення движка необхідно натиснути клавішу-ключ. Для переміщення движка в більшу сторону необхідно одночасно натиснути і клавішу-ключ, в меншу — тільки клавішу-ключ.
Приклад: Движок встановлений в положенні 45%, крок збільшення — 5%, клавіша-ключ -пробел. Натисканням, клавіші зміщуємо движок в положення 40%. При кожному наступному натисканні на клавішу значення зменшується на 5%. Якщо натиснути +, то становище движка потенціометра збільшиться на 5%.
Ємність конденсатора вимірюється в Фарадах і задається похідними величинами (від пФ до Ф).
Змінний конденсатор допускає можливість зміни величини ємності. Величину ємності встановлюють, використовуючи її початкове значення і значення коефіцієнта пропорційності наступним чином: С \u003d (початкове значення / 100) коефіцієнт пропорційності. Значення ємності може встановлюватися за допомогою клавіш- ключів так само, як і положення движка змінного резистора.
Індуктивність котушки (дроселя) вимірюється в Генрі і задається похідними величинами (від мкГн до Гн).
Величину індуктивності цієї котушки встановлюють, використовуючи її початкове значення і значення коефіцієнта пропорційності наступним чином: L \u003d (початкове значення / 100) коефіцієнт. Значення індуктивності може встановлюватися за допомогою клавіш-ключів так само, як і положення движка змінного резистора.
Трансформатор використовується для перетворення напруги VI в напругу V2. коефіцієнт трансформації n дорівнює відношенню напруги VI на первинній обмотці до напруги V2 на вторинній обмотці. параметр n може бути встановлений в діалоговому вікні властивостей моделі трансформатора. Трансформатор може бути виконаний з відведенням середньої точки.
Схема, яка містить трансформатор, повинна бути заземлена.
ключі
Ключі мають два стани: вимкнений (розімкнуте) і включене (замкнутий). У вимкненому стані вони представляють собою нескінченно великий опір, у включеному стані їх опір дорівнює нулю. Ключі можуть управлятися:
клавішею,
таймером,
напругою,
Так як замкнуті ключі в Electronics Workbench мають опір рівне нулю, то при паралельному з’єднанні з іншим ключем або з джерелом напруги рекомендується послідовно ввести в ланцюг резистор з опором 1 Ом.
Електромагнітне реле може мати нормально замкнуті або нормально розімкнуті контакти. Воно спрацьовує, коли струм у керуючій обмотці перевищує значення струму спрацьовування I on. Під час спрацьовування відбувається перемикання пари нормально замкнутих контактів S2, S3 реле на пару нормально розімкнутих контактів S2, S1. Реле залишається в стані спрацювання до тих пір, поки струм у керуючій обмотці перевищує утримує струм I hd. Значення струму I hd має бути менше, ніж I on.
Ключі можуть бути замкнуті або розімкнуті за допомогою клавіш на клавіатурі. Ім’я керуючої клавіші можна ввести з клавіатури в діалоговому вікні, що з’являється після подвійного клацання мишею на зображенні ключа.
Приклад: Якщо необхідно, щоб стан ключа змінювалося клавішею «пробіл», то слід ввести слово «Space» в діалогове вікно і натиснути ОК.
Використовувані клавіші-ключі: літери від А до Z, цифри від 0 до 9, клавіша Enter на клавіатурі, клавіша пробіл.
Реле часу являє собою ключ, який розмикається в момент часу T off і замикається в момент часу T on. T on і T off повинні бути більше 0. Якщо 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 початковий момент часу, коли t \u003d 0, ключ знаходиться в замкнутому стані. Розмикання ключа відбувається в момент часу t \u003d T off, а замикання — в момент часу t \u003d T on. T on не може дорівнювати T off.
Ключ, керований напругою, має два керуючих параметри: включає (V on) і вимикає (V off) напруги. Він замикається, коли керуюча напруга більше або дорівнює включає напрузі V on, і розмикається, коли воно дорівнює або менше, ніж вимикає напругу V off.
Ключ, керований струмом, працює аналогічно ключу, керованого напругою. Коли струм через керуючі висновки перевищує струм включення I on, ключ замикається; коли струм падає нижче струму вимикання I off — ключ розмикається.
нелінійні елементи
Лампа розжарювання — елемент резистивного типу, що перетворює електроенергію в світлову енергію. Вона характеризується двома параметрами: максимальною потужністю Р мах і максимальною напругою V max. Максимальна потужність може мати величину в діапазоні від мВт до кВт, максимальна напруга — в діапазоні від мВ до кВ. При напрузі на лампі більшому V max (в цей момент потужність, що виділяється в лампі, перевищує Р m ах) вона перегорає. При цьому змінюється зображення лампи (обривається нитка) і провідність її стає рівною нулю.
Запобіжник розриває ланцюг, якщо струм в ній перевищує максимальний струм I max. Значення I max може мати величину в діапазоні від мА до кА. У схемах, де використовуються джерела змінного струму, I max є максимальним миттєвим, а не діючим значенням струму.
Струм через діод може протікати тільки в одному напрямку — від анода А до катода К. Стан діода (проводить або непроводящее) визначається полярністю прикладеної до діода напруги.
Для стабілітрона (діода Зенера) робочим є негативна напруга. Зазвичай цей елемент використовують для стабілізації напруги.
Світлодіод випромінює видиме світло, коли проходить через нього струм перевищує порогову величину.
Мостовий випрямляч призначений для випрямлення змінної напруги. При подачі на випрямляч синусоїдальної напруги середнє значення випрямленої напруги V dc можна приблизно обчислити за формулою:
де V p — амплітудне значення синусоїдальної напруги.
Діод Шотткі знаходиться в відключеному стані до тих пір, поки напруга на ньому не перевищить фіксованого рівня порогового напруги.
У тиристора крім анодного і катодного висновків є додатковий висновок керуючого електрода. Він дозволяє управляти моментом переходу приладу в провідний стан. Вентиль відмикається, коли струм керуючого електрода перевищить граничне значення, а до анодному висновку прикладена позитивна напруга. Тиристор залишається у відкритому стані, поки до анодному висновок не буде докладено негативне напруга.
Симистор здатний проводити струм в двох напрямках. Він замикається при зміні полярності протікає через нього струму і відмикається при подачі наступного керуючого імпульсу.
Динистор — керований анодною напругою двонаправлений перемикач. Динистор не проводить струм в доти, поки напруга на ньому не. Коли напруга, прикладена до діністоров, перевищить напруга перемикання, останній переходить в провідний стан і його опір стає рівним нулю.
Операційний підсилювач (ОУ) — підсилювач, призначений для роботи зі зворотним зв’язком. Він зазвичай має дуже високий коефіцієнт посилення по напрузі, високий вхідний і низький вихідний опір. Вхід «+» є прямим, а вхід «-» — інвертує. Модель операційного підсилювача дозволяє задавати параметри: коефіцієнт посилення, напруга зсуву, вхідні струми, вхідний і вихідний опору. Вхідні і вихідні сигнали ОП повинні бути задані щодо землі.
ОУ з п’ятьма висновками має два додаткових виведення (позитивний і негативний) для підключення харчування. Для моделювання цього підсилювача використовується модель Буля-Коха-Педерсона. У ній враховуються ефекти другого порядку, обмеження вихідної напруги і струму.
Умножитель перемножує два вхідних напруги V x і V y. Вихідна напруга V out розраховується за формулою:
.
де k — константа множення, яка може встановлюватися користувачем.
Біполярні транзистори.
Біполярні транзистори є підсилювальними пристроями, керованими струмом. Вони бувають двох типів: p-n-p і n-p-n. Букви означають тип провідності напівпровідникового матеріалу, з якого виготовлений транзистор. У транзисторах обох типів стрілкою відзначається емітер, напрямок стрілки вказує напрямок протікання струму.
Транзистор n-p-n має дві області n-типу (колектор до і емітер е) і одну область р-типу (база б).
Польові транзистори (FET)
Польові транзистори управляються напругою на затворі, тобто струм, що протікає через транзистор, залежить від напруги на затворі. Польовий транзистор включає в себе протяжну область напівпровідника n-типу або р-типу, звану каналом. Канал забезпечений двома електродами, які називаються витоком і стоком. Крім каналу n-або р-типу, польовий транзистор включає в себе область з протилежним каналу типом провідності. Електрод, з’єднаний з цією областю, називають затвором. Для польових транзисторів в Electronics Workbench виділено спеціальне поле компонентів FET. У програмі є моделі польових транзисторів трьох типів: транзисторів з керуючим р-n переходом (JFET) і двох типів транзисторів на основі металооксидних плівки (МОП-транзистори або MOSFET): МОП-транзистори з вбудованим каналом (Depletion MOSFETs) і МОП-транзистори з індукованим каналом (Enhancement MOSFETs).
Польові транзистори з керуючим р-n переходом (JFET)
Польовий транзистор з керуючим р-n переходом (JFET) — це уніполярний транзистор, керований напругою, в якому для управління струмом використовується наведене електричне поле, яке залежить від напруги затвора. Для n-канального польового транзистора з керуючим р-n переходом струм збільшується зі збільшенням напруги. В поле компонентів є два типи таких транзисторів: n-канальний і p-канальний.
Польові транзистори на основі металооксидних плівки
Управління струмом, що протікає через польовий транзистор на основі металооксидних плівки (МОП-транзистор або MOSFET), також здійснюється за допомогою електричного поля, що прикладається до затвора. Зазвичай підкладка контактує з найбільш негативно зміщеним висновком транзистора, підключеним до джерела. У трехвиводних транзисторах підкладка внутрішньо з’єднана з витоком. N-канальний транзистор має наступне позначення: стрілка спрямована всередину значка; р-канальний транзистор має виходить із значка стрілку. N-канальний і р-канальний МОП-транзистори мають різну полярність керуючих напруг. У Electronics Workbench є 8 типів МОП-транзисторів: 4 типу МОП-транзисторів з вбудованим каналом, 4 типу МОП-транзисторів з індукованим каналом.
МОП-транзистор з вбудованим каналом (Depletion MOSFETs)
Подібно польовим транзисторам з керуючим р-n переходом (JFET), МОП-транзистор з вбудованим каналом складається з протяжної області напівпровідника, званої каналом. Для р-канального транзистора ця область є напівпровідником р-типу, для n-канального транзистора — n-типу. Металевий затвор МОП-транзистора ізольований від каналу тонким шаром двоокису кремнію так, що струм затвора під час роботи дуже малий. Струм стоку n-канального транзистора визначається напругою затвор-витік. Зі збільшенням цієї напруги струм збільшується, зі зменшенням напруги — зменшується. При значенні напруги затвор-витік Vgs (off) канал повністю збіднений, і струм від джерела до стоку припиняється. Напруга Vgs (off) називається напругою відсічення. З іншого боку, чим більше позитивно напруга затвор-витік, тим більше розмір каналу, що призводить до збільшення струму. Р-канальний транзистор працює аналогічно, але при протилежних полярностях напруги.
МОП-транзистори з індукованим каналом
Ці МОП-транзистори не мають фізичного каналу між витоком і стоком, як МОП-транзистори з вбудованим каналом. Замість цього область провідності може розширюватися на весь шар двоокису кремнію. МОП-транзистор з індукованим каналом працює тільки при позитивному напрузі витік-затвор. Позитивне напруга витік-затвор, що перевищує мінімальний порогове значення (Vto), створює інверсійний шар в області провідності, суміжній із шаром двоокису кремнію. Провідність цього індукованого каналу збільшується при збільшенні позитивного напруги затвор-витік. МОП-транзистори з індукованим каналом використовуються переважно в цифрових схемах і схемах з високим ступенем інтеграції (ВІС).
цифрові елементи
Цифрові елементи програми представлені наступними групами: індикатори, логічні елементи, вузли комбінаційного типу, вузли послідовних типу, гібридні елементи.
індикатори
Кожен з семи висновків індикатора управляє відповідним сегментом, від а до g. У таблиці функціонування наведені комбінації логічних рівнів, які потрібно встановити на вході індикатора, щоб на його дисплеї отримати зображення шістнадцяткових цифр від 0 до F.
Позначення сегментів семисегментний індикатора і таблиця функціонування наведені нижче:
Таблиця функціонування
| а | b | з | d | е | f | g | символ на дисплеї | |
| — | ||||||||
| А | ||||||||
| b | ||||||||
| З | ||||||||
| d | ||||||||
| Е | ||||||||
| F |
Дешіфрірующій семисегментний індикатор служить для відображення на своєму дисплеї шістнадцяткових чисел від 0 до F, що задаються станом на вході індикатора. Відповідність станів на висновках зображуваного символу наведено в таблиці функціонування.
Таблиця функціонування
| а | b | з | d | символ на дисплеї |
| . 1 | А | |||
| b | ||||
| З | ||||
| d | ||||
| Е | ||||
| F |
Пробник визначає логічний рівень (0 або 1) в конкретній точці схеми. Якщо досліджувана точка має рівень логічної 1, індикатор загоряється червоним кольором. Рівень логічного нуля світінням не відзначається. За допомогою команди Value в меню Circuit можна змінити колір світіння пробника.
Зумер застосовується для звукової сигналізації про перевищення підводиться до нього напруги. Вбудований в комп’ютер динамік видає звук заданої частоти, якщо напруга перевищує порогове значення. За допомогою команди Value в меню Circuit можна задати порогове напругу і частоту звукового сигналу.
Логічні елементи
Electronics Workbench містить повний набір логічних елементів і дозволяє задавати їх основні характеристики, в тому числі тип елемента: ТТЛ або КМОП. Число входів логічних елементів схем можна встановити в межах від 2 до 8, але вихід елемента може бути тільки один.
Елемент логічне НЕ або інвертор змінює стан вхідного сигналу на протилежне. Рівень логічної 1 з’являється на його виході, коли на вході 0.
Таблиця істинності
Вирази Булевой алгебри:
Елемент І-НЕ реалізує функцію логічного множення з наступною інверсією результату. Він представляється моделлю з послідовно включених елементів І і НЕ. Таблиця істинності елемента виходить з таблиці істинності елемента І шляхом інверсії результату.
Таблиця істинності
Установку типу буфера можна зробити за допомогою команди Model в меню Circuit (CTRL + M). При використанні ТТЛ елемента в якості буфера необхідно вибрати модель буфера LS-BUF або LS-OC-BUF (Open Collector — відкритий колектор). Якщо в якості буфера застосовується КМОП елемент, слід вибрати модель HC-BUF, або HC-OD-BUF (Open Drain -Відкритий стік). Якщо тип буфера знято, буфер поводиться як звичайний цифровий елемент з малою навантажувальною здатністю.
Буфер із трьома станами має додатковий дозволяє вхід (enable input). Якщо на дозвільному вході високий потенціал, то елемент функціонує по таблиці істинності звичайного буфера, якщо низький, то незалежно від сигналу на вході вихід перейде в стан з високим опором. У цьому стані буфер не пропускає сигнали, що надходять на вхід.
Установка режиму роботи проводиться так само, як і для звичайного буфера.
Мета роботи: навчитися користуватися віртуальними вимірювальними приладами
Програми EWB для подальшого їх використання в наступних лабораторних роботах.
Опис контрольно-вимірювальних приладів в програмі EWB.
Панель контрольно-вимірювальних приладів (Instruments) знаходиться над полем робочого вікна програми EWB і містить цифровий мультиметр, функціональний генератор, двоканальний осцилограф, вимірювач амплітудно-частотних і фазочастотних характеристик:
Загальний порядок роботи з приладами такий: іконка приладу за допомогою миші переноситься на робоче поле і підключається провідниками до досліджуваної схемою. Для приведення приладу в робоче (розгорнуте) стан необхідно двічі клацнути курсором по його іконці або викликати його контекстне меню і вибрати пункт Open
.
осцилограф (Oscilloscope)
Опис осцилографа. Лицьова панель осцилографа.
Осцилограф має два канали ( Channel
) А і В з роздільним регулюванням зміщення по вертикалі ( Yposition
). Вибір режиму по входу здійснюється натисканням кнопок AC, 0, DC
. режим AC призначений для спостереження тільки сигналів змінного струму (режим «закритого входу», оскільки на вході підсилювача осцилографа включається розділовий конденсатор). В режимі 0
вхідний затискач замикається на землю. В режимі DC
(За замовчуванням) можна виробляти осциллографические вимірювання як постійного, так і змінного струму (режим «відкритого входу», оскільки вхідний сигнал надходить на вхід вертикального підсилювача безпосередньо).
Режим розгортки вибирається кнопками Y / T, B / A, A / B
. В режимі Y / T
(Звичайний режим, включений за замовчуванням) реалізується наступний режим розгортки: по вертикалі — напруга сигналу, по горизонталі — час; в режимі B / A
: По вертикалі — сигнал каналу В, по горизонталі — сигнал каналу А в режимі A / B
: По вертикалі — сигнал каналу А, по горизонталі — сигнал каналу В.
У режимі розгортки Y / T
тривалість розгортки ( Timebase
) Може бути задана в діапазоні від 0,1 нс / справ ( ns / div
) До 1 с / справ ( s / div
) З можливістю установки зміщення в тих же одиницях по горизонталі, тобто по осі X ( X position
).
В режимі Y / T
передбачений також режим очікування Trigger
з запуском розгортки ( Edge
) По передньому або задньому фронту сигналу, що запускає при регульованому рівні ( Level
) Запуску, а також в режимі Auto
, Від каналу А, Від каналу В або від зовнішнього джерела ( Ext
), Що підключається до зажиму в блоці управління ( Trigger
). Названі режими запуску розгортки вибираються кнопками: AUTO, A, B, EXT.
можна встановити режим одноразової розгортки через системне меню Analysis, опція Analysis Options на закладці Instruments встановити прапор » Pause after each screen«. Для режиму безперервної розгортки — вимкнути прапорець » Pause after each screen«. У програмі EWB за замовчуванням стоїть режим безперервної розгортки.
Сполучних проводів можна задати колір. Виділивши потрібний дріт, клацніть правою кнопкою миші і з контекстного меню виберіть пункт Wire Properties
(Властивість проводів), задайте колір.
Заземлення осцилографа здійснюється за допомогою клеми Ground
в правому верхньому куті приладу.
При натисканні на кнопку Expand
лицьова панель осцилографа істотно змінюється:
Лицьова панель осцилографа в режимі EXPAND
Збільшується розмір екрану, з’являється можливість прокрутки зображення по горизонталі і його сканування за допомогою вертикальних візирних ліній (синього і червоного кольору), які за вушка можна встановити в будь-яке місце екрану, при цьому в індикаторних віконцях під екраном наводяться результати вимірювання напруги, тимчасових інтервалів і їх збільшень (між візирними лініями).
Зображення можна інвертувати натисканням кнопки Reverse
і записати дані в файл натисканням кнопки Save
. Повернення до вихідного стану осцилографа — натисканням кнопки Reduce.
1. Запустити програму EWB.
2. З панелі контрольно-вимірювальних приладів ( Instruments
) Вибрати осцилограф і розмістити його на робоче поле.
3. Встановити режим одноразової розгортки — » Pause after each screen
”.
4. Підключити джерело імпульсів (бібліотека компонентів Sources) з параметрами за замовчуванням 50%, 1 кГц, 5В.
4.1. Виміряти амплітуду і період імпульсів, обчислити шпаруватість імпульсів n \u003d T / T ІМП.
Осцилограф використовувати в режимі одноразової розгортки Y / T
, синхронізація Auto
, Вхід DC
.
4.2. Виміряти час наростання і спаду імпульсів.
Результати пунктів 4.1. і 4.2. занести в таблицю:
|
Амплітуда А, [В] |
|
|
Період Т, [мс] |
|
|
шпаруватість n |
|
|
Час наростання Т НАР. , [Мкс] |
|
|
Час спаду Т СПАД, [мкс] |
5. Зібрати ланцюг, що містить джерело прямокутних імпульсів і інтегрує RC ланка. До входу ланки підключити зеленим проводом канал А осцилографа, до виходу — канал В червоним проводом.
5.1. Визначити тривалість імпульсу, період проходження, замалювати осцилограми, визначити наростання вихідного сигналу за час імпульсу. Отримані результати занести в таблицю:
|
Період Т, [мс] |
|
|
Тривалість імпульсу Т ІМП, [мкс] |
|
|
Наростання вих. сигналу, [В] |
6. Замінити джерело прямокутних імпульсів на джерело синусоїдальних імпульсів з параметрами 5В, 1 кГц.
6.1. Визначити амплітуду вхідного і вихідного сигналів, коефіцієнт передачі ланки на обраній частоті і фазовий зсув.
|
Амплітуда вхідного сигналу, [В] |
|
|
Амплітуда вихідного сигналу, [В] |
|
|
Фазовий зсув j, [мкс] |
|
|
Коефіцієнт передачі ланки До |
6.2. Перейти з режиму синхронізації Auto
в режим А
, Потім в режим В
. Замалювати і пояснити отримані осцилограми.
6.3. Перейти в режим розгортки осцилографа В / А
. Замалювати отриману картину і пояснити результат.
6.4. Входи осцилографа переключити в режим АС
. Перейти в режим безперервної розгортки (вимкнути прапорець « Pause after each screen
»),
Y / T
, синхронізація Auto
. Поспостерігати за вихідним сигналом протягом декількох циклів розгортки. Пояснити спостережуване явище. Чому осциллограмма вхідного сигналу не змінюється, хоча обидва входи осцилографа використовуються в однаковому режимі АС?
6.5. Повторити пункт 6.1.-6.4., Змінивши частоту генератора з 1 кГц на 2 кГц.
7. Замінити інтегруюча ланка ланцюгом найпростішого випрямляча (використовувати режим одноразової розгортки — « Pause after each screen
»):
7.1. Замалювати осцилограми, визначити максимальну напругу на виході під час позитивної і негативної напівхвилі вхідної напруги. Чому під час негативної напівхвилі на виході є деяка напруга, хоча діод закритий, а під час позитивної напівхвилі вихідна напруга завжди менше вхідного?
8.1. Таблиці результатів вимірювань п. 4.1., 4.2., 5.1., 6.1.
8.2. Осцилограми п.6.2., 6.3., 6.4. і пояснення до них.
8.3. Що змінилося в осцилограмах при підвищенні частоти вхідного сигналу з 1 кГц до 2 кГц?
8.4. Осцилограми і відповідь на питання п. 7.1.
Лабораторна робота №2
«Дослідження напівпровідникових приладів»
Мета роботи: експериментальне вивчення електричних властивостей діодів і транзисторів і визначення їх характеристик
1. Завдання: Дослідити параметри напівпровідникових діодів (модуль 1 глава 1.3).
Порядок виконання роботи:
1.1. Запустіть програму EWB 5.12.
1.2. Зберіть схему для дослідження параметрів напівпровідникових діодів:
1.2.1. З бібліотеки компонентів джерел живлення Sources на поле помістіть джерело заданої напруги і заземлення -.
1.2.2. З бібліотеки пасивних елементів Basic на поле помістіть резистор, підлаштування резистор і ключ.
1.2.3. З бібліотеки індикаторних пристроїв Indicators помістіть амперметри та вольтметри.
1.2.4. З бібліотеки Diodes на поле помістити діод.
1.2.5. З’єднайте всі компоненти за схемою. Встановіть необхідні параметри компонентів:
1.3. Зніміть вольтамперні характеристики діода, змінюючи значення підлаштування резистора від 0% до 100% через інтервал 20% Збільшення можна виробляти натисканням клавіші «R», зменшення — «Shift + R». Крок збільшення / зменшення можна задати.
1.3.1. Досліджуйте пряму гілку діода. Для перемикання ключа за допомогою клавіші Space (Пропуск).
1.3.2. Досліджуйте зворотний гілка діода.
1.3.3. Отримані дані занесіть в таблицю (точність вимірювання — два знака після коми):
|
пряма гілка |
Зворотній гілка |
||
1.4. Побудуйте графік вольтамперної характеристики.
1.5. Змініть температуру роботи діода (для цього клацніть два рази на діоді і у вікні «Diode Properties» виберіть закладку «Analysis Setup» встановіть температуру рівну 60 ° С) і повторіть пункти 1.3. і 1.4.
2. Завдання: Дослідити параметри стабілітрона (модуль 1 глава 1.4).
2.1. Зберіть схему для дослідження параметрів стабілітрона.
Схема аналогічна схемі для дослідження параметрів напівпровідникового діода. З бібліотеки Diodes на робоче поле помістіть стабілітрон:
2.2. Зніміть вольтамперні характеристики стабілітрона, змінюючи значення підлаштування резистора від 0% до 100% через інтервал 20%:
2.2.1. Досліджуйте пряму гілку стабилитрона. Для перемикання ключа за допомогою клавіші Space (Пропуск).
2.2.2. Досліджуйте зворотний гілка стабилитрона.
2.2.3. Отримані дані занесіть в таблицю (точність вимірювання — два знака після коми):
|
пряма гілка |
Зворотній гілка |
||
2.3. Побудуйте графік вольтамперної характеристики стабілітрона.
2.4. Змініть температуру роботи стабілітрона і повторіть пункти 2.2. і 2.3.
3. Завдання: Дослідити параметри транзистора (модуль 1 глава 1.5).
3.1. З бібліотеки транзисторів Transistors помістіть на поле p-n-p транзистор. Зберіть схему для дослідження параметрів транзистора:
3.2. Зніміть сімейство вхідних і вихідних характеристик біполярного транзистора, змінюючи значення підлаштування резистора від 0% до 100% через інтервал 20%. Отримані дані занесіть в таблицю (точність вимірювання два знака після коми):
|
Uкб \u003d 12 В (R2 \u003d 100%) |
Uкб \u003d 7,2 В (R2 \u003d 60%) |
Uкб \u003d 2,4 В (R2 \u003d 20%) |
|||
3.3. Побудувати графіки вхідних і вихідних характеристик транзистора:
I Е \u003d f (U ЕБ) при U КБ \u003d const
I К \u003d f (U КБ) при I Е \u003d const
3.4. За характеристиками транзистора визначити його параметри h 11б і h 21б при Uкб \u003d 0 В і Iе \u003d 3,24 мА.
3.5. Змінити температуру роботи транзистора і повторіть пункти 3.2. — 3.4.
4.1. Таблиці результатів вимірювань п. 1.3. (Для різних температур роботи діода).
4.2. Графік ВАХ діода п. 1.4. (Для різних температур роботи діода).
4.3. Таблиці результатів вимірювань п. 2.2. (Для різних температур роботи стабілітрона);
4.4. Графік ВАХ стабілітрона п. 2.3. (Для різних температур роботи стабілітрона).
4.5. Таблиці результатів вимірювань п. 3.2. для різних температур роботи транзистора.
4.6. Графіки п. 3.3. для різних температур роботи транзистора.
4.7. Рішення завдання п. 3.4.
Лабораторна робота №3
«Випрямлячі та стабілізатори»
Мета роботи: вивчити процеси, що відбуваються в схемах випрямлячів і напівпровідникових стабілізаторів (модуль 1 глави 3-4).
Порядок виконання роботи:
1. Запустіть програму EWB 5.0.
2. Зберіть схему однополупериодного випрямляча:
3. Підключіть осцилограф до досліджуваної схемою (до каналу А зеленим кольором — вхідну величину, до каналу В червоним кольором — вихідну величину).
3.1. Замалюйте осцилограми.
3.2. Змінюючи величину підлаштування резистора R від 100% до 0% (крок зміни 20%) зніміть і побудуйте зовнішню характеристику однополупериодного випрямляча без фільтра U н \u003d f (I н).
3.3. Підключіть ємнісний фільтр за допомогою ключа.
3.4. Замалюйте осцилограми.
3.5. Змінюючи величину підлаштування резистора R від 100% до 0% (крок 20%) зніміть і побудуйте зовнішню характеристику однополупериодного випрямляча з фільтром U н \u003d f (I н).
4. Результати вимірювань п. 3.2. і 3.5. занесіть в таблицю (точність вимірювання — два знака після коми):
|
Без фільтру |
З фільтром |
|||
5. Зберіть схему двухполуперіодного випрямляча:
5.1. Повторіть пункт 3.
6. Результати вимірювань занесіть в таблицю (точність вимірювання — два знака після коми):
|
Без фільтру |
З фільтром |
|||
7. Зберіть схему двухполуперіодного випрямляча з ємнісним фільтром і параметричних стабілізатором:
7.0 Досліджуйте як змінюється напруга на вході стабілізатора і на навантаженні при зміні струму в ній при включеному і вимкненому стабілітроні (конденсатор фільтра включений) .Об’ясніте відбувається. Як змінюється струм стабілітрона при зміні струму навантаження?
7.1. Результати вимірювань струму і напруги на навантаженні при включеному конденсаторі і стабілітроні занесіть в таблицю (точність вимірювання — два знака після коми):
|
параметричний стабілізатор |
||
|
I нагр, мА |
||
7.2. Замалюйте осцилограми і побудуйте графік зовнішньої характеристики стабілізованого випрямляча.
7.3. Вимкніть конденсатор фільтра і поясніть форму напруги на навантаженні.
8. Зберіть схему двухполуперіодного випрямляча з ємнісним фільтром і компенсаційним стабілізатором:
8.1. Зніміть навантажувальну характеристику стабілізатора при середньому положенні відведення потенціометра R. Результати вимірювань занесіть в таблицю (точність вимірювання — два знака після коми):
|
R нагрів, Ом |
компенсаційний стабілізатор |
|
|
I нагр, мА |
||
При знятті характеристики зверніть увагу також на показання вольтметрів, що вимірюють напругу на вході стабілізатора і на стабілітроні, поясніть результати.
8.2 Побудувати графік зовнішньої характеристики стабілізованого випрямляча.
8.3. Змінюючи положення повзунка потенціометра R визначте, як це впливає на вихідну напругу стабілізатора. Поясніть, що відбувається.
9.1. Таблиці результатів вимірювань п. 4.
9.2. Осцилограми п. 3.1. і п. 3.4.
9.3. Графіки зовнішніх характеристик U н \u003d f (I н) п.3.2 і 3.5.
9.4. Таблиці результатів вимірювань п. 6.
9.5. Осцилограми і графіки п. 5.1.
9.6. Таблиці результатів вимірювань п. 7.1.
9.7. Осцилограми і графіки п. 7.2.
9.8. Таблиці результатів вимірювань п. 8.1.
9.9. Графіки п. 8.2.
9.10 Пояснення результатів п.7.0, 7.3 і 8.3.
Примітка: всі графіки побудувати в одній і тій же системі координат.
Лабораторна робота №4
«Підсилювачі»
Мета роботи: Вивчити роботу операційного підсилювача в інвертується і неінвертуючий включенні, навчитися визначати режими роботи елементів в складних схемах підсилювачів (модуль 1 глава 2.4.2).
1 Ознайомлення з роботою операційного підсилювача
1.1 Зберіть схему инвертирующего підсилювача на ОУ з К \u003d 10. Для цього використовуйте модель ОУ з трьома висновками з групи ANA і резистори в діапазоні 1-100 кОм. Ця модель працює без підключення напруги живлення, що спрощує схему. До входу підключіть генератор змінного напруги 1 В, частотою 1000 Гц і осцилограф до входу і виходу підсилювача. Встановіть режим одноразової розгортки.
1.1.1 Поспостерігайте за допомогою осцилографа інверсію вихідного сигналу і визначте реальний коефіцієнт посилення підсилювача.
1.1.2 Постійно збільшуючи вхідна напруга, визначте при якому значенні U вих починається обмеження вихідного сигналу.
1.2. Зберіть схему неінвертуючий підсилювача з К \u003d 10 і повторіть п.п. 1.1.1, 1.1.2
2. Дослідження схеми многокаскадного двоканального підсилювача.
2.1. Виберіть схему підсилювача STEREOAMP з бібліотеки програми EWB. Для програми EWB 5.0 шлях: File-Open-Samples-STEREOAMP, Для EWB 5.12: File — Open — Circuit — Stereoamp. У EWB 5.0 при відкритті файлу з’являється меню Models Clash, в ньому виберіть Use circuits model.
2.1.1. За допомогою мультиметра виміряйте напруги U бе і U ке для кожного транзистора. За результатами вимірювань визначте, в якій області знаходяться робочі точки транзисторів.
2.1.2. Визначте коефіцієнти посилення каналів стереопідсилювача. Чому вони різні? Яка причина виникнення нелінійних спотворень в верхньому каналі підсилювача (канал А осцилографа)? В якому каскаді виникають спотворення?
2 1.3. Зменшіть вхідна напруга так, щоб обидві осцилограми візуально здавалися неспотвореними. Після цього вирівняйте посилення обох каналів підсилювача і виміряйте коефіцієнт посилення.
Оскільки обидва каскаду тепер ідентичні, то в подальшому досліджується тільки один з каскадів.
2.1.4. Отримайте АЧХ підсилювача за допомогою вимірника АЧХ-ФЧХ (BodePlotter). Визначте нижню граничну частоту, на якій спад АЧХ становить 6дБ. Що викликає спад АЧХ в області нижніх частот?
2.1.5. Переключіть канал В осцилографа на вхід підсилювача. За осцилограмами сигналів визначте приблизно зрушення фаз в градусах між вихідним і вхідним напругою. Для нормальної роботи осцилографа при виконанні цього пункту необхідно відключити клему OUT вимірювача АЧХ
2.1.6. Уточніть величину зсуву фаз на частоті генератора вхідного сигналу за допомогою вимірника ФЧХ.
2.1.7. Досліджуйте вплив навантаження, що підключається до колектора вихідного транзистора, на величину вихідної напруги підсилювача. Визначте величину резистора навантаження, при якій вихідна напруга знижується на 20%.
Лабораторна робота №5
«Дослідження комбінаційних логічних схем»
Мета роботи: навчитися реалізовувати будь-які логічні функції за допомогою елементарних логічних схем. Ознайомитися з побудовою генераторів імпульсів, побудовою формирователей імпульсів на основі логічних інтегральних схем (модуль 2 глава 1).
1. Реалізація простих логічних функцій. завдання:
1.1. На підставі визначення логічних операцій НЕ (інверсії), І (коньюнкции), АБО (диз’юнкції) заповніть табл.1.1.
Таблиця 1.1.
|
вхідні змінні |
Значення вихідних функцій F |
||||||
1.2. Намалюйте принципові схеми для реалізації функцій,, 
,, На логічних елементах типу І-НЕ.
для функції зберіть намальовану схему і перевірте, що вона виконує логічну операцію АБО для трьох змінних А, В, С.
2. Мінімізація складних логічних функцій і їх реалізація.
2.1. Приклад. Реалізуємо логічну функцію, представлену в табл. 1.2.
Таблиця 1.2.
Іншим комбінаціям А, В, С, не зазначених в таблиці, відповідає значення F \u003d 0. Табл. 1.2. відповідає логічне вираз.
За правилами алгебри логіки проведемо мінімізацію функції F. Виносимо загальний множник за дужки
Використовуючи очевидне співвідношення, можемо в дужках ще раз повторити будь-який з членів. Додамо член. Тоді, але 
, Тому (1).
Для реалізації вирази (1) за допомогою елементів І-НЕ необхідно виключити операцію диз’юнкції, висловивши її за формулою Де Моргана:.
Тому 
(2)
Вираз (2) реалізується в схемі (рис.1.2.).
Зберіть схему (рис.1.2) і перевірте, що вона реалізує функцію, задану в табл.1.2.
2.2. завдання:
З табл.1.3 виберіть логічну функцію для свого варіанту, складіть відповідне логічне вираз, мінімізуйте його і приведіть до вигляду, зручного для схемної реалізації.
З типових елементів І-НЕ зберіть схему і перевірте, що вона реалізує логічну функцію вашого варіанту.
Таблиця 1.3.
3. Синтез логічних схем.
3.1. завдання:
3.1.1. Синтезує і реалізуйте схему електронного замка, що відкривається (F \u003d 1) комбінацією вхідних сигналів А 1 А 2 А 3 А 4, що визначають номер вашого варіанту. Наприклад, для варіанта 9 замок повинен відкриватися комбінацією 1 001.
3.1.2. Синтезує і реалізуйте схему, що моделює автомат для голосування на прикладі трьох учасників. Алгоритм голосування: рішення прийнято (F \u003d 1), коли за нього голосує не менше двох осіб з трьох.
3.1.3. Синтезує і реалізуйте схему «виключне АБО» (2 варіанти), користуючись елементами 2І-НЕ схеми К155ЛА3. Перший варіант має більш просту запис і реалізується на п’яти елементах 2І-НЕ, другий більш складну запис, але вимагає для реалізації тільки 4 елементи.
3.1.4. Синтезує і реалізуйте схему однорозрядного компаратора, що працює за алгоритмом:
F \u003d 0, якщо А 1\u003e А 2 і F \u003d 1, якщо А 1 \u003d А 2
3.1.5. Синтезує і реалізуйте схему комутатора сигналів, що працює за алгоритмом: F \u003d В 1, якщо А \u003d 1 і F \u003d В 2, якщо А \u003d 0.
Тут А-коммутирующий сигнал, В1, В2 -коммутіруемие сигнали.
3.1.6. За допомогою логічного перетворювача підтвердіть результати пп 3.1.4., 3.1.5 (задайте таблицю істинності, на її основі отримаєте минимизированное логічне вираз і схему пристрою тільки на елементах І-НЕ).
4. Укоротітель імпульсів.
4.1. завдання:
4.1.1. Зберіть схему (рисунок 1). Замалюйте осцилограми в точках А, В, О, D при подачі на вхід імпульсів від зовнішнього генератора (з’єднайте канал В осцилографа з виходом D, а до каналу А — по черзі підключіть точки А, В, О досліджуваної схеми).
Малюнок 1
5. Подовжувач імпульсів (одновібратор).
5.1. завдання:
5.1.1. Зберіть схему одновібратора (малюнок 2). Подайте на вхід одновібратора імпульси від зовнішнього генератора. Замалюйте осцилограми напруг в точках А, В, О, D.
малюнок 2
Параметри функціонального генератора:
Вид вхідних сигналів — прямокутний;
Частота — 50 Гц;
Амплітуда вхідних сигналів — 10 В;
Шпаруватість — 10%
6. Схема затримки імпульсів.
6.1. завдання:
6.1.1. Синтезується схему, що забезпечує видачу позитивних імпульсів постійної тривалості, зсунутих щодо коротких негативних імпульсів на деякий час t. Для цього скористайтеся схемами 1 і 2. Побудуйте діаграми для характерних точок схеми.
6.1.2. Зберіть синтезовану схему і поспостерігайте її роботу.
7.1. Результати виконання п. 1.1, 1.2.
7.2. Початкове логічне вираз, його мінімізація і схемна реалізація по п. 2.2.
7.3. Аналогічно для п. 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, 3.1.4, 3.1.5.
7.4. Пункт 3.1.6. продемонструвати при здачі звіту.
Параметри функціонального генератора:
Вид вхідних сигналів — прямокутний;
Частота — 50 Гц;
Амплітуда вхідних сигналів — 10 В
7.5. Схема рис. 1 і результати п.п. 4.1.1.
7.6. Схема рис. 2 і результати п.п. 5.1.1.
7.7. Синтезована схема затримки і результати п.п. 6.1.1.
Лабораторна робота №6
«Тригери»
Мета роботи: вивчити структуру тригерів різних типів і алгоритми їх роботи (модуль 2 глава 6).
1. Тригери на логічних елементах.
1.1. Асинхронний R-S тригер з інверсними входами.
|
Таблиця 1 |
||
1.2. Тактируемого (синхронний) R-S тригер
Зберіть схему тригера на логічних елементах 2І-НЕ і перевірте таблицю його станів.
|
Таблиця 2 |
|||||
1.3. D-тригер
1.4. Завдання: для R-S тригера з інверсними входами дані змінні вхідні параметри X і Y, зміна яких в часі показано на рис.1. За номером свого варіанту вибрати вид вхідних сигналів з таблиці:
|
№ варіанту |
|||||||||||||||
|
Таблиця 4 |
|||||||||||||||
|
№ варіанту |
|||||||||||||||
Наприклад, в першому кроці R \u003d 0, S \u003d 1, отже в двійковому коді: 0000.0000.0000.00 01
або в шістнадцятковому 0001
— перший код генератора слова. У другому кроці R \u003d 1, S \u003d 0: 0000.0000.0000.00 10
2 = 0002
16 — другий код генератора слова і т.д.
Отримайте за допомогою логічного аналізатора тимчасові діаграми для R, S, Q,. Замалюйте їх.
2. Інтегральні тригери.
2.1. D-тригер 74175 (тригер-засувка).
Виберіть з бібліотеки Digital
інтегральну схему D-тригера 74175 (Quad D-type FF (clr)). Дана інтегральна схема містить чотири двоступеневих Д-тригера. На виходи 1Q, 2Q, 3Q і 4Q надходить інформація з входів 1D, 2D, 3D, і 4D при значенні стробсігнала CLK \u003d 1 інформація «замикається». Сигнал CLR ‘\u003d 0 скидає тригер в початковий стан. Харчування мікросхеми: 8 (GND) — загальний провід, 16 (VCC) — U піт.
2.1.1. Завдання: Дослідіть поведінку тригера, скориставшись одним із входів D i і відповідним виходом Q i. В який момент відбувається замиканні інформації?
Намалюйте схему підключення ІС 74175 для запису на виходах її коду Q 4 Q 3 Q 2 Q 1 \u003d 0011. Зберіть схему і зафіксуйте на виходах заданий код.
2.2. JK-тригер 7472.
Виберіть з бібліотеки Digital
інтегральну схему JK-тригера 7472 (AND-gated JK MS-SLV FF (pre, clr)). Дана інтегральна схема містить: входи — J1, J2, J3, К1, К2, К3; виходи — Q і Q ‘, а також стробсігнал CLK, скидання — CLR’ і вхід попереднього встановлення PRE ‘. Харчування мікросхеми: 7 — загальний провід, 14 — U піт.
2.2.1. Ознайомтеся з роботою JK-тригера. Запишіть таблицю станів тригера. Які рядки таблиці відповідають роботі JK-тригера в якості RS-тригера і Т-тригера?
2.2.2. Завдання: Зберіть схему включення тригера 7472. На виходи підключіть світлодіоди. Перевірте всі варіанти таблиці станів. Зберіть схему D-тригера на JK-тригері і перевірте її роботу. Як інвертора скористайтеся відповідним логічним елементом.
3.1. Результати п. 1.1, 1.2., 1.3., 1.4.
3.2. Схема і результати п. 2.1.1.
3.3. Таблиця п. 2.2.1 та пояснення до неї
Лабораторна робота №7
«Мультиплексори, дешифратори, суматори»
Мета роботи: вивчити алгоритми роботи цих схем (модуль 2 глава 5).
1. Мультиплексор 74151.
Виберіть з бібліотеки Digital
(бібліотека MUX
) Інтегральну схему мультиплексора MUX 74151. Дана інтегральна схема містить: вісім входів — D 0 … D 7; адресні входи А, В і С (С є старшим бітом адреси); прямий вихід — Y і інверсний вихід — W. Харчування мікросхеми: 8 (GND) — загальний провід, 16 (VCC) — +5 В. Примітка: вихід G ‘не використовувати.
1.1. завдання:
1.1.1. Зберіть схему включення мультиплексора. На виходи Y і W підключіть світлодіоди. По черзі на один з входів D 0, D 1, .., D 7 подайте сигнал і перевірте роботу мультиплексора. Результати занесіть у таблицю:
1.1.2. Скористайтеся мультиплексором як універсальним логічним елементом і на основі його побудуйте схему:
а) виконує операцію диз’юнкції трьох змінних (у \u003d А + В + С). Зберіть схему і перевірте її роботу;
б) виконує операцію кон’юнкції з запереченням (). Зберіть схему і перевірте її роботу. З якого виходу потрібно знімати сигнал?
2. Дешифратор 74155.
Виберіть з бібліотеки Digital
(бібліотека DEC
) Інтегральну схему дешифратора 74155. ІС 74155 -є здвоєний дешифратор 2-4. Дана інтегральна схема містить: входи — А, В, 1С та 2С ‘(входу А відповідають молодші біти сигналу); інверсні
виходи 1Y 0, 1Y 1, 1Y 2, 1Y 3 і 2Y 0, 2Y 1, 2Y 2, 1Y 3. Сигнали 1G ‘і 1С відкривають виходи 1Y i, а сигнали 2G’ і 2С ‘- виходи 2Y i. Харчування мікросхеми: 8 (GND) — загальний провід, 16 (VCC) — +5 В.
2.1. Ознайомтеся з роботою дешифратора.
2.2. завдання:
2.2.1. Перепишіть таблицю станів здвоєного дешифратора 2-4 і перевірте її, зібравши схему.
2.2.2. На основі дешифратора 2-4 побудуйте схему дешифратора 3-8. Складіть таблицю станів і перевірте її на зібраної схемою.
Таблиця станів дешифратора 74155.
2. Суматор 4008.
Виберіть з бібліотеки Digital ICs
(Серія 4ххх) інтегральну схему суматора 4008. ІС являє собою чотирьохрозрядний суматор кодів А 0 … А 3 і В 0 … В 3. Виходи S 0, S 1, S 2 і S 3. Сигнали СOUT і CIN підключити до загального проводу (землі). Харчування мікросхеми: 8 (VSS) — загальний провід, 16 (VDD) — +5 В.
3.1. завдання:
3.1.1. Зберіть схему суматора, подавши на входи А 0, А 1 і В 0, В 1 коди доданків (А 1 А 0 + В 1 В 0), інші входи з’єднайте на загальний провід. До виходів S 0, S 1, S 2 підключіть світлодіоди.
3.1.2. Виконайте додавання кодів (А 1 А 0 + В 1 В 0) і перевірте результат, використовуючи акумулятор:
10+01= ; 11+01= ; 01+01= ; 01+11=
3.1.3. Зберіть схему полусумматора, побудовану з елементарних логічних елементів, і перевірте його роботу.
4.1. Таблиця станів і схема включення п. 1.1.1.
4.2. Схеми п. 1.1.2.
4.3. Таблиця і схема п. 2.2.1.
4.4. Результати п. 2.2.2.
4.5. Схема п. 3.1.1
1. Лічильник 74190.
1.1. Виберіть з бібліотеки Digital
(бібліотека Counter
) Інтегральну схему лічильника 74190 (Sync BCD Up / Down Counter).
Схема являє собою двійковій-десятковий чотирьохрозрядний реверсивний лічильник з попередньою установкою. Харчування мікросхеми: 8 (GND) — загальний провід, 16 (VCC) — U піт. Лічильник містить: виходи Q A, Q B, Q C і Q D. Вхід U / D ‘використовується для прямого і зворотного рахунку ( «0» прямий рахунок, «1» — зворотний рахунок). На вході Мах / MIN з’являється «1» після досягнення коду 9 або 0 при прямому і зворотному рахунку відповідно. Вхід RCO ‘є інверсним входу мax / MIN (в схемі вхід RCO’ не використовувати). А, В, С і D — входи предустановки, на які подаються «0» або «1» для завдання відповідного коду. Вхід LOAD ‘використовується для встановлення на виходах Qi значень входів ABCD (LOAD’ \u003d 0). При LOAD ‘\u003d 1 відбувається рахунок від встановленого коду. Вхід CTEN ‘використовується для зупинки лічильника під час рахунку (CTEN’ \u003d 0 — рахунок, CTEN ‘\u003d 1 — зупинка). Робота інтегральної схеми лічильника здійснюється по передньому фронту перепаду 0-1 на вході CLK.
1.2. завдання:
1.2.1. Зберіть схему лічильника. На вхід CLK від генератора слова задайте послідовність імпульсів 1-0. На виходи Qi і MAX / MIN підключіть світлодіоди. Перевірте процес рахунку, реверсування. В яких випадках виникає сигнал MAX / MIN?
1.2.2. Задавши необхідний код на входи предустановки А і В, реалізуйте лічильник, який зчитує 6 імпульсів до заповнення. Перевірте його роботу.
1.2.3. Синтезується схему лічильника, що зчитує від 0 до 5, використовуючи ІС 74190 і необхідний логічний елемент.
Чотирирозрядний універсальний зсувний регістр 74194.
2.1. Виберіть з бібліотеки Digital (бібліотека\u003e Shift Regs) інтегральну схему зсувного регістру 74194 (4 — bit Bidrectional).
Харчування мікросхеми: 8 (GND) — загальний провід, 16 (VCC) — U піт. Регістр має послідовні входи даних SR і SL; чотири паралельних входу A, B, C і D; чотири виходи Q А, Q В, Q С і Q D. Дані на виходах з’являються при перепаді з 1 на 0 тактового імпульсу на вході CLK. Вхід CLR ‘- скидання схеми в нуль. Для запису паралельного коду встановлюють S1 \u003d S0 \u003d 1. Сигнал S1 \u003d 0 здійснює зрушення вліво, а S0 \u003d 0 здійснюють зсув вправо. Для запису послідовного коду використовують один з двох входів: SR або SL (SR — зсув коду вправо, SL — зсув коду вліво). При запису даних через вхід SR встановлюють S1 \u003d 0, S0 \u003d 1, а при значенні S1 \u003d 1, S0 \u003d 0 відбувається зрушення вправо. При запису даних через вхід SL встановлення сигналів S1, S0 протилежно, а зрушення записаного коду буде вліво.
2.2. завдання:
2.2.1. Занесіть в регістр паралельний код 1111, на вхід SR подайте «0». Перейдіть в режим зсуву вліво і поспостерігайте, як при зсуві одиниці поступово замінюються нулями.
2.2.2. Занесіть в регістр паралельний 1010, на вхід SR подайте «1», перейдіть в режим зсуву вправо. Який буде результат?
2.2.3. Занесіть в регістр послідовний код 0100 через вхід SR, здійсните зрушення коду.
2.2.4. Повторіть п. 2.2.3., Використовуючи вхід SL.
2.3. Зберіть і перевірте схему перетворювача 8 розрядного паралельного коду в послідовний з побайтовим перетворенням (використовувати схеми: регістр 74194, лічильник 74160 та інші необхідні логічні ІС).
Примітка:
На входи LOAD, ENT, ENP лічильника 74160 подайте «1». На паралельні входи регістра 74194 подайте код від генератора слова: 00AA 16 \u003d 0000.0000.1010.101 2, потім 00DB 16 \u003d 0000.0000.1101.1011 2, потім 0088 16 \u003d 0000.0000.1000.1000 2 і поспостерігайте передачу коду. На вхід S0 і СLR ‘подайте «1», вхід S1 є перемиканням з записи коду на його зрушення.
На вхід CLK регістра 74194 і лічильника 74160 подайте послідовність прямокутних імпульсів від функціонального генератора (Function Generator).
3.1. Схемні позначення лічильника 74190, регістра 74194 і опис їх роботи.
3.2. Схема перетворювача п. 2.3.