Порядок проведения работы для разработки принципиальной электрической схемы

3.1.1 Запустите Electronics Workbench.

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

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

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

Примерный вид панели Favorites

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

3.1.4 Соедините контакты элементов и расположите элементы в рабочей области для получения необходимой вам схемы. Для соединения двух контактов необходимо щелкнуть по одному из контактов основной кнопкой мыши и , не отпуская клавишу, довести курсор до второго контакта. Обратите внимание на некоторые отличия в обозначении резисторов в программе от принятых и привычных обозначений в нашем стандарте.

Рассмотрим эти действия в пошаговом режиме:

		Наведём курсор мыши на вывод элемента так, чтобы появилась чёрная точка контакта.
		Опустим клавишу мыши, и не отпуская её, проводим проводник к элементу, с которым надо наладить соединение.
		Когда проводник достигнет вывода другого элемента, появится его точка контакта, тогда кнопку мыши надо опустить.
		Два элемента электрически соединены.

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

Элемент «Узел цепи»

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

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

3.1.6 Когда схема собрана и готова к запуску, нажмите кнопку включения питания на панели инструментов.

В случае серьезной ошибки в схеме (замыкание элемента питания накоротко, или « заземления») будет выдано предупреждение.

3.1.7 Произведите анализ схемы, используя инструменты индикации. Вывод терминала осуществляется двойным нажатием клавиши мыши на элементе:

В случае надобности можно пользоваться кнопкой Pause.

3.1.8 При необходимости произведите доступные анализы в разделе меню Analysis.

Примеры построения схем

3.2.1 Моделирование трёхкаскадного транзисторного усилителя

В качестве источника сигнала берём элемент “AC Voltage Source” (источник переменного напряжения). Для помещения его на схему достаточно перейти в окно Passive, поместить на необходимый элемент (в нашем случае источник напряжения) курсор, нажать на левую кнопку мыши и перетащить элемент в свободное место окна Circuit. То же самое надо сделать со всеми элементами, которые необходимы нам в схеме – 11 резисторами и 3 конденсаторами (из набора Passive), 3 транзисторами (набор Active), батареей на 16 вольт(набор Passive) и, конечно, основным элементом – «землёй». Для того, чтобы соединить элементы между собой, достаточно провести мышкой линию между ними. В случае необходимости объект можно повернуть с помощью комбинации клавиш Ctrl-R. Чтобы ввести параметры элемента, достаточно дважды щёлкнуть на нём мышкой.

Для измерения характеристик созданного прибора надо ввести в схему измерительный прибор. Для наших целей лучше всего подходит обыкновенный осциллограф. Один из его каналов подключаем ко входу схемы, выделяем соединение синим цветом (смысл объяснён позже). Второй канал подключаем к выходу усилителя, выделив соединение красным цветом.

Для начала эксперимента достаточно щёлкнуть тумблером в правом верхнем углу экрана. На экране осциллографа видим две синусоиды: одну – синего, другую- красного цвета, что по ранее принятым нами обозначениям соответствуют входному и выходному сигналам нашего устройства (вот зачем мы раскрашивали соединения «осциллограф – вход усилителя» и «осциллограф – выход усилителя»).

Сигналы на входе и выходе

Теперь можно заняться подбором номиналов резисторов и конденсаторов, а также оптимального сочетания транзисторов, постоянно отслеживая эффективность производимых изменений по состояниям входного и выходного сигналов, искажениям и т.д.

3.3 Контрольные задания.

Вариант 1: Cмоделировать схему однополупериодного выпрямителя

В качестве U_вх использовать источник переменного напряжения U=220В, f=50 Гц. Подключить двухканальный осциллограф к источнику и к R1. При настройке осциллографа следует учесть что, амплитуда напряжения на выходе выпрямителя в раз больше U_{вх .} Вычислить R1 по закону Ома : , при условии I=0,05А . Подобрав R1 и выполнив условия, определить соотношение .

Вариант 2: Cмоделировать схему двухполупериодного выпрямителя

В качестве U_вх использовать источник переменного напряжения U=127В, f=50 Гц. Подключить один из каналов осциллографа к R1. При настройке осциллографа следует учесть что, амплитуда напряжения на выходе выпрямителя в раз больше U_{вх .} Вычислить R1 по закону Ома : , при условии I=0,065А . Подобрав R1 и выполнив условия, определить соотношение .

Вариант 3: Cмоделировать схему стабилизатора напряжения

Использовать в качестве U_вх источник переменного напряжения 20В, f=50Гц.. При настройке схемы следует учесть что, напряжение стабилитрона должно быть в 2 раза меньше U_вх . Вычислить R1 по формуле : , при условии Iст=0,02А . Определить R2 по закону Ома, если ток нагрузки равен I_ст, а выходное напряжение на 0,6В меньше U_ст. Подключить двухканальный осциллограф к источнику и к R2, настроить параметры осциллографа так чтобы отчётливо просматривались диаграммы входного и выходного напряжения.

Вариант 4: Cмоделировать схему усилителя на транзисторе

При выполнении задания выбрать транзистор, источник питания, и конденсаторы по умолчанию. Выбрать резисторы из условий: ток базы I_б= =0.002А ; ток коллектора I_к= =0.2А. Подключить двухканальный осциллограф ко входу и выходу усилителя, установить выходное напряжение генератора 0,01В, частоту f=1000Гц. Настроить осциллограф , получить качественную синусоиду подбором резисторов и определить коэффициент усиления К= .

Вариант 5: Cмоделировать схему усилителя на транзисторе

При выполнении задания выбрать транзистор, источник питания, и конденсаторы по умолчанию. Выбрать резисторы из условий: ток проходящий через R1 складывается из двух токов: тока базы и тока делителя I_б+I_д= =0,004А; ток делителя I_д = =0,002А; ток коллектора I_к= =0.2А. Подключить двухканальный осциллограф ко входу и выходу усилителя, установить выходное напряжение генератора 0,01В, частоту f=1000Гц. Настроить осциллограф , получить качественную синусоиду подбором резисторов и определить коэффициент усиления К= .

Вариант 6: Cмоделировать схему усилителя на транзисторе

При выполнении задания выбрать транзистор, источник питания, и конденсаторы по умолчанию. Выбрать резисторы из условий: ток проходящий через R1 складывается из двух токов: тока базы и тока делителя I_б+I_д= =0,004А; ток делителя I_д = =0,002А; ток коллектора I_к= =0.2А; падение напряжения на резисторе R4 выбрать равным 0,3В, а резистор R4= . Подключить двухканальный осциллограф ко входу и выходу усилителя, установить выходное напряжение генератора 0,01В, частоту f=1000Гц. Настроить осциллограф , получить качественную синусоиду подбором резисторов и определить коэффициент усиления К= .

Вариант 7: Cмоделировать схему усилителя на транзисторе

При выполнении задания выбрать транзистор, источник питания, и конденсаторы по умолчанию. Выбрать резисторы из условий: ток базы I_б= =0.002А ; ток коллектора I_к= =0.2А. Подключить двухканальный осциллограф ко входу и выходу усилителя, установить выходное напряжение генератора 0,01В, частоту f=1000Гц. Настроить осциллограф , получить качественную синусоиду подбором резисторов и определить коэффициент усиления К= .

Вариант 8: Cмоделировать схему эмиттерного повторителя на транзисторе

При выполнении задания выбрать транзистор, источник питания, и конденсаторы по умолчанию. Выбрать резисторы из условий: ток проходящий через R1 складывается из двух токов: тока базы и тока делителя I_б+I_д= =0,004А; ток делителя I_д = =0,002А; ток коллектора I_к= =0.2А. Подключить двухканальный осциллограф ко входу и выходу усилителя, установить выходное напряжение генератора 1В, частоту f=1000Гц. Настроить осциллограф , и определить коэффициент передачи повторителя К= .

Вариант 9: Cмоделировать схему усилителя на полевом транзисторе

При выполнении задания выбрать транзистор, источник питания, и конденсаторы по умолчанию. Выбрать резисторы из условий: R1=1МОм ;R3= , где I_с=0,2А, I_c= . Подключить двухканальный осциллограф ко входу и выходу усилителя, установить выходное напряжение генератора 0,1В, частоту f=1000Гц. Настроить осциллограф, при необходимости подобрать резисторы R2 и R3 и определить коэффициент усиления К= .

Вариант 10: Cмоделировать схему генератора типа RC

Особенностью генератора является наличие фазосдвигающих цепочек C1,R4,C2,R5,С3,R6.При выполнении задания выбрать транзистор, источник питания, и конденсаторы по умолчанию. Выбрать резисторы из условий: ток проходящий через R1 складывается из двух токов: тока базы и тока делителя I_б+I_д= =0,004А; ток делителя I_д = =0,002А; ток коллектора I_к= =0.2А; R4,R5,R6 выбрать по 1кОм. Подключить осциллограф к выходу генератора, настроить осциллограф, получить качественную синусоиду подбором резисторов R1и R2 и определить коэффициент усиления К= .

Вариант 11: Cмоделировать схему импульсного усилителя

При выполнении задания выбрать транзистор и источник питания по умолчанию. Выбрать резисторы из условий: ток базы I_б= =0.002А ; ток коллектора I_к= =0.2А. Подключить двухканальный осциллограф ко входу и выходу усилителя, установить выходное напряжение генератора 4,5В, частоту f=1000Гц. Настроить осциллограф , получить качественную диаграмму подбором резисторов .

Вариант 12: Cмоделировать схему мультивибратора

Особенностью схемы является полная симметрия, т.е. R1=R4, R2=R3, C1=C2. При выполнении задания выбрать транзисторы, источник питания, и конденсаторы по умолчанию. Выбрать резисторы из условий: ток базы I_б= =0.002А ; ток коллектора I_к= =0.2А. Подключить двухканальный осциллограф к базе и коллектору одного из транзисторов, настроить осциллограф . При необходимости настроить генератор подбором резисторов и получить качественную диаграмму прямоугольных импульсов.

Вариант 13: Cмоделировать схему инвертирующего усилителя

Выбрать операционный усилитель, источники питания по умолчанию. Резисторы выбрать из условий: R3 не менее 1кОм, R1=10кОм, коэффициент усиления К= - , равен -100. Подключить двухканальный осциллограф ко входу и выходу усилителя, установить выходное напряжение генератора 0,01В, частоту f=1000Гц. Настроить осциллограф и получить качественную диаграмму синусоидального сигнала.

Вариант 14: Cмоделировать схему неинвертирующего усилителя

Выбрать операционный усилитель, источники питания по умолчанию. Резисторы выбрать из условий: R3 не менее 1кОм, R1=10кОм, коэффициент усиления К= 1+ , равен 101. Подключить двухканальный осциллограф ко входу и выходу усилителя, установить выходное напряжение генератора 0,01В, частоту f=1000Гц. Настроить осциллограф и получить качественную диаграмму синусоидального сигнала.

Вариант 15: Cмоделировать схему генератора с мостом Вина

Выбрать операционный усилитель, источники питания, резисторы R1 ,R2, конденсаторы С1 и С2 по умолчанию. Резисторы R3 и R4 выбрать из условий: R4 не менее 1кОм, а их соотношение . Подключить двухканальный осциллограф к неинвертирующему входу и выходу генератора. Настроить осциллограф и получить качественную синусоиду подбором резисторов R3 и R4.

Содержание:

1 Система моделирования Elektronics Workbench

2 Контрольно-измерительные приборы

3 Моделирование и анализ работы устройств

3.3 Контрольные задания.

Список используемой литературы:

1. Федотов В.И. "Основы электроники" М. Высшая школа. 1990 г.

2. Браммер ЮА, Пащук И.Н. Импульсные и цифровые устройства 2003г.

3. Гусев В. Г. "Электроника" М. Высшая школа 1991г.

4. Гальперин М.В. "Электронная техника" М.2003г.

5. Данилов И.А. "Общая электротехника с основами электроники"

6. Справочники по электронным приборам.