Программы компьютерного моделирования

Содержание

Введение
1 Программа Electronics Workbench
Программы компьютерного моделирования
Программа Electronics Workbench
Особенности применения программы Electronics Workbench
2 Лабораторные работы
Лабораторная работа N 1. Линейные цепи постоянного тока
Лабораторная работа N 2. Линейные цепи переменного тока
Лабораторная работа N 3. Электрические фильтры
Лабораторная работа N 4. Полупроводниковые приборы
Лабораторная работа N 5. Транзисторный усилитель низкой частоты
Лабораторная работа N 6. Операционные усилители
Заключение
Список использованной литературы

Введение

Данное пособие предназначено для выполнения лабораторных работ по дисциплинам: «Электротехника, электроника и схемотехника», «Основы электротехники и электроники».

В данной части изучаются приборы и устройства аналоговой электроники – полупроводниковые приборы, усилительные каскады на транзисторах, генераторы гармонических колебаний, операционные усилители, вторичные источники электропитания.

Лабораторные работы выполняются в компьютерном классе. В качестве программного обеспечения используется программа Electronics WorkBench. Соответствующее описание работы с ней можно найти в [1]. Следует иметь в виду, что условные обозначения элементов схем в WorkBench не всегда соответствуют отечественным стандартам, (то есть, в том числе, и схемам в данном методическом пособии). В частности: резисторы, источники напряжения и тока и др.

Данное пособие может быть использовано и для других направлений обучения - по дисциплинам «Электроника», «Промышленная электроника» и др.

1 Моделирование в программе Electronics Workbench

Запуск программы

Запустить программу Electronics Workbench можно двойным щелчком мыши либо на ярлыке , находящемся на рабочем столе, либо на названии запускающего файла Wewb32.exe в каталоге Workbench на жестком диске.

В этом случае компоненты электронных схем будут изображены в формате, принятом в странах Западной Европы и Америки (примером может служить изображение резистора в зигзагообразном виде).

При эмуляции операционной системы DOS (например, при запуске Far.exe) можно, находясь в каталоге Workbench, запустить программу из командной строки с ключом / din:

Wewb32.exe /din<Enter>

В этом случае формат изображения компонентов будет приближен к формату, принятому в России.

После завершения загрузки управляющей оболочки необходимо открыть схему лабораторной установки, для чего выбрать в меню File команду Open, (или щелкнуть левой кнопкой мыши на пиктограмме в линейке меню) а затем из предложенного списка выбрать файл со схемой лабораторной установки (например, lab4.ewb).

Файл открывается либо двойным щелчком левой кнопкой мыши на названии файла, либо однократным щелчком сначала на названии файла, а затем на кнопке «открыть».

Завершение работы

По окончании выполнения лабораторной работы необходимо закрыть программу Electronics Workbench, для чего необходимо выполнить одну из следующих операций:

- Выбрать в линейке основного меню опцию File , а затем – команду Exit.

- Щелкнуть левой кнопкой мыши на изображение в правом верхнем углу экрана.

- Удерживая клавишу Alt на клавиатуре, нажать на функциональную клавишу F4.

Внимание: при завершении работы с программой отрывается окно с запросом о сохранении изменений в схеме лабораторной установки

Изменения в файле лабораторной установки сохранять не нужно (щелкнуть левой кнопкой мыши на клавише «Нет».

Лабораторные работы

Лабораторная работа N 1. Линейные цепи постоянного тока

Подготовка к выполнению работы

В данной работе исследуется простая цепь, состоящая из трёх ветвей, в которых могут быть включены резисторы, а также источники ЭДС или тока.

Варианты заданий:

Вариант 1 R1 = R2 = 6 кОм, R3 = 3 кОм, E1 = 10 В, E2 = 4 В, Е3 = 12 В	Вариант 2 R1 = 2,4 Ом, R2 = 8 Ом, R3 = 2 Ом, E1 = 4 В, E2 = 6 В	Вариант 3 R1 = 5 Ом, R2 = 3 Ом, R3 = 2 Ом, E = 12 В, J = 2 А
Вариант 4 R1 = R2 = R3 = 4 кОм, E1 = E2 = 4 В, J = 4 мА	Вариант 5 R1 = 10 Ом, R3 = 8 Ом E1 = 10 В, E2 = 8 В	Вариант 6 R1 = 4 кОм, R1 = 1,6 кОм, R3 =6 кОм, E = 10 В, J = 4 мА
Вариант 7 R1 = 5 Ом, R2 = R3 = 10 Ом, E1 = 10 В, E2 = 20 В, J = 10 мА	Вариант 8 R2 = 4 Ом, R3 = 8 Ом, E1 = 8 В, E2 = 4 В	Вариант 9 R1 = 8 кОм, R2 = 10 кОм, R3 =4 кОм, E = 12 В, J = 8 мА
Вариант 10 R1 =4 Ом, R2 =5 Ом, R3 =8 Ом E1 = 10 Ом, E2 = 8 В, J = 2 А	Вариант 11 R1 = 10 кОм, R2 = 20 кОм, R3 =15 кОм, E1 = E2 =10 В, Е3 = 15 В	Вариант 12 R1 = 8 Ом, R2 =2 Ом, R3 = 4 Ом, E1 = 12 В, E2 = 8 В
Вариант 13 R1 = 4 Ом, R2 = 6 Ом, R3 = 4 Ом, E = 4 В, J = 2 А	Вариант 14 R1 =1 Ом, R2 =4 Ом, R3 =2 Ом E1 = 15 В, E2 = 10 В, J = 5 А	Вариант 15 R1 = 4 Ом, R2 = 6 Ом R3 = 2 Ом, E1 = 4 В, E2 = 8 В
Вариант 16 R1 = 2 кОм, R2 = R3 = 4 кОм, E = 12 В, J = 4 мА.	Вариант 17 R1 = 10 кОм, R2 = 20 кОм, R3 = 5кОм E1 = 40 В, E2 = 20 В, J = 5 мА	Вариант 18 R2 = 5 Ом, R3 = 10 Ом, E1 = 20 В, E2 = 10 В
Вариант 19 R1 = 30 кОм, R2 = 10 кОм, R3 = 20 кОм, E = 15 В, J=1 мА	Вариант 20 R1 = 1 Ом, R2 = R3 = 2 Ом, E1 = 2 В, E2 = 4 В, J = 2 А	Вариант 21 R1 =3 Ом, R2 =2 Ом, R3 =1 Ом E1 = E2 = 12 В, J = 5 А

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему в соответствии с индивидуальным заданием. В каждую ветвь включить амперметр. Между двумя узлами подключить вольтметр. Пример схемы показан на рисунке 2.1.

Замечения:

а) В разных версиях программы элементы могут на схеме изображаться по-разному – например резистор R – в виде, показанном на рисунке ниже.

б) Полярность подключения измерительных приборов – более жирная линия – со стороны «минус», обычная – со стороны «плюс». Например, в указанном ниже примере схемы все приборы подключены – «+» сверху, «-» снизу.

в) Для повышения точности измерений измерительных приборов, можно изменить их сопротивления, сделав их ближе к идеальным. По умолчанию внутреннее сопротивление амперметра равно 1 мОм (можно установить 1 мкОм)

Рисунок 2.1 – Пример собранной схемы к работе N 1

3.Установить амперметры и вольтметры в режим измерения постоянного тока (DC).

4. Включить схему. Записать показания приборов – токи и напряжения.

5. Произвести расчёт параметров схемы:

- токов в ветвях;

- напряжения между узлами.

Сравнить рассчитанные значения с измеренными.

Содержание отчёта

В отчёте должны быть представлены:

- схема цепи, параметры элементов;

- результаты измеренных токов и напряжений;

- теоретический расчёт токов и напряжений схемы.

Контрольные вопросы

- Основные параметры постоянного тока;

- закон Ома, сопротивление, формулы;

- соединение сопротивлений, эквивалентное преобразование цепи;

- законы Кирхгофа, правила расчёта цепей при помощи законов Кирхгофа;

- работа и мощность в цепях постоянного тока.

Подготовка к выполнению работы

В данной работе исследуется простая цепь переменного тока. 4 варианта схем показаны ниже.

Варианты схем:

Схема 1	Схема 2
Схема 3	Схема 4

Во всех вариантах использовать источник переменной ЭДС 12 В частотой 50 Гц.

Варианты заданий:

Номер варианта	Параметры элементов	Номер варианта схемы
	R = 1 МОм С = 1 нФ
	R = 5 Ом L = 5 мГн
	R = 10 Ом L = 10 мГн
	R = 400 кОм С = 5 нФ
	R = 100 кОм С = 20 нФ
	R = 20 Ом L = 50 мГн
	R = 50 Ом L = 100 мГн
	R = 50 кОм С = 100 нФ
	R = 10 кОм С = 0,5 мкФ
	R = 100 Ом L = 200 мГн
	R = 200 Ом L = 0,5 Гн
	R = 3 кОм С = 1 мкФ
	R = 500 Ом С = 10 мкФ
	R = 500 Ом L = 0,8 Гн
	R = 1 кОм L = 1 Гн
	R = 200 Ом С = 50 мкФ
	R = 150 Ом С = 100 мкФ
	R = 1,5 кОм L = 2 Гн
	R = 2 кОм L = 5 Гн
	R = 100 Ом С = 200 мкФ

Порядок выполнения работы

1. Собрать схему в соответствии с индивидуальным заданием. В каждую ветвь включить амперметр. При последовательном соединении – к каждому элементу подключить вольтметр.

Примеры схемы показаны на рисунке 2.2.

Рисунок 2.2 – Примеры собранных схем к лабораторной работе N 2

Замечения:

а) В разных версиях программы элементы могут на схеме изображаться по-разному – например резистор R – в виде, показанном на рисунке.

б) Подключение общего провода («земли») является обязательным в любой схеме, хотя, казалось бы, из данной схемы это не прямо следует. Если «землю» не подключить, схема может работать некорректно.

2. Для повышения точности измерений измерительных приборов, можно изменить их сопротивления, сделав их ближе к идеальным. По умолчанию внутреннее сопротивление амперметра равно 1 мОм (можно установить 1 мкОм), сопротивление вольтметра по умолчанию 1 МОм (можно установить больше – например 100 МОм).

Заметим, что программа не позволяет установить идеальные значения – для амперметра это – нулевое сопротивление.

3.Установить амперметры и вольтметры в режим измерения переменного тока (АC).

4. Включить схему. Записать показания приборов – токи и напряжения.

5. Произвести расчёт параметров схемы:

- угловую частоту ω;

- реактивное сопротивление Х;

- полное сопротивление Z;

- угол сдвига фаз φ;

- токи в ветвях – действующие значения;

- напряжения на элементах (при последовательном соединении).

Сравнить рассчитанные значения с измеренными.

Содержание отчёта

В отчёте должны быть представлены:

- схема цепи, параметры элементов;

- результаты измеренных токов и напряжений;

- теоретический расчёт сопротивлений, токов и напряжений схемы.

- векторная диаграмма токов и напряжений.

Контрольные вопросы

- Основные параметры переменного тока;

- активные и реактивные сопротивления, формулы;

- угол сдвига фаз между напряжением и током;

- виды мощности в цепях переменного тока.

Подготовка к выполнению работы

Схема пассивного RC-фильтра нижних частот первого порядка показана на рисунке 2.3.

Вариант	С, нФ	R1, кОм	R2, кОм
		0,5
		0,2
		0,4
		0,2
		0,3
		0,5
		0,2
		0,3
		0,2
		0,1
		0,05
		0,2
		0,3

Для всех схем в лабораторной работе значения С и R задаются преподавателем в соответствии с номером варианта.

Коэффициент передачи фильтра определяется по формуле:

К(w) = ,

где частота среза w₀ = 1/RC = 2 π f

Порядок выполнения работы

1.1 Собрать схему в программе WorkBench, как показано на рисунке 2.4. К выходу и входу подключить Бодэ-плоттер и осциллограф (использовать 2 канала осциллографа: А и В). На вход подать сигнал от функционального генератора. Сопротивление резистора установить равным R₁.

Рисунок 2.4 – Схема для исследования ФНЧ

С многофункционального генератора подать прямоугольные импульсы амплитудой 10 В, скважность – 0,5 (меандр). Частота импульсов – 1 кГц.

1.2 Включить работу схемы клавишей «Пуск». Открыть окно Бодэ-плоттера. Установить линейный (а не логарифмический) масштаб по осям f и К (lin).

Замечание: пределы коэффициента передачи (масштаб Vertical) установить от 0 до 1, пределы частоты (Horizontal) – ориентировочно от 1 mHz до 100 kHz. Для измерения АЧХ установить режим Magnitude, для измерения ФЧХ – Phase и пределы фазы – от -90⁰ до 0.

1.3 Зарисовать АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе, (при этом, кроме Боде-плоттера удобно использовать инструмент Display Graphs на панели инструментов).

1.4 По полученной АЧХ определить частоту среза фильтра. При этом удобно пользоваться вертикальной линейкой указателя в окне Боде-плоттера.

1.5 Установить логарифмический масштаб по осям f и К (log).

1.6 Зарисовать АЧХ в логарифмическом масштабе.

1.7 По полученной с помощью Боде-плоттера АЧХ в логарифмическом масштабе определить частоту среза фильтра.

1.8 Рассчитать теоретическое значение частоты среза w₀ по формуле. Сравнить полученные значения.

1,9 При помощи осциллографа наблюдать входной и выходной сигнал, используя 2 канала осциллографа. Зарисовать временные диаграммы при сопротивлениях резистора, равных. R₁ и R₂.

Замечание: масштаб усиления в каналах А и В установить примерно 10 V/div (т, е. 10 Вольт в 1 делении), масштаб развёртки – примерно 0.20 ms/div, т. е. 0,2 мс в 1 делении.

Подготовка к выполнению работы

Схема пассивного RC-фильтра верхних частот 1 порядка показана на рисунке 2.5.

Коэффициент передачи фильтра определяется по формуле:

К(w) = где частота среза w₀ = 1/RC = 2 π f

Схема ФВЧ исследуется в работе совершенно аналогично 1-й части - ФНЧ.

Порядок выполнения работы

2.1. – 2.9. Выполнить совершенно аналогично пунктам 1.2. – 1.9. Единственное отличие – поменять в схеме R и C местами, пределы измерения фазы – от 0 до +90⁰.

Подготовка к выполнению работы

Схема ПФ в виде моста Вина показана на рисунке 2.6.

Максимальный коэффициент передачи такого фильтра определяется по формуле:

К₀ =

где w₀ = 1/RC = 2πf – частота, на которой коэффициент передачи максимален.

В данном случае К₀ = 1/3, т. к. R₁= R₂= R, C₁= C₂= C),

Порядок выполнения работы

3.1 Собрать схему моста Вина в программе WorkBench, (аналогично предыдущим, подключив функциональный генератор и Боде-плоттер).

При снятии АЧХ при помощи Боде-плоттера режим работы функционального генератора не учитывается, поэтому в данной части работы генератор можно установить в любой режим (но подключить его нужно обязательно).

3.2 Включить работу схемы клавишей «Пуск». Открыть окно Бодэ-плоттера. Установить линейный масштаб по осям f и К

3.3 Зарисовать АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе.

3.4 По полученной АЧХ определить частоту w₀ максимального коэффициента передачи фильтра.

3.5 Рассчитать теоретическое значение частоты w₀ по формуле. Сравнить полученные значения.

Содержание отчёта

Для ФНЧ и ФВЧ в отчёте должны быть представлены:

- схема и номиналы элементов;

- графики АЧХ в линейном и логарифмическом масштабах. На графиках должны быть показаны частоты среза w₀;

- график ФЧХ, на котором должны быть показана частота среза w₀;

- расчёт теоретического значения частоты среза w₀;

- временные диаграммы входного и выходного сигналов для двух значений параметров R и C.

Для полосового фильтра должны быть представлены:

- схема и номиналы элементов;

- графики АЧХ и ФЧХ в линейном масштабе с отмеченным значением w₀.

- расчёт теоретического значения частоты w₀;

Контрольные вопросы

Определение, классификация электрических фильтров.

Схемы и расчётные формулы для ФВЧ, ФНЧ, ПФ, РФ 1-го порядка.

Вид графиков АЧХ и ФЧХ. Порядок фильтра.

Порядок выполнения работы

4.1.1 Собрать схему для снятия вольт-амперной характеристики (ВАХ) выпрямительного диода (рисунок 2.7). Тип диода задаётся преподавателем. Амперметр установить в режим измерения постоянного тока.

Вид схемы измерения в программе Electronics Work Bench показан на рисунке 2.8.

Рисунок 2.8 – Вид схемы в программе Electronics WorkBench

4.1.2 Изменяя напряжение источника постоянного напряжения Е от 0 до 0,8 - 1 В с шагом 0,1 В, измерять ток в цепи (примерно до того значения, когда ток превысит 1 А).

4.1.3 Изменить полярность подключения диода (или источника ЭДС) и, изменяя напряжение источника от 0 до 10 В с шагом 1 В, измерять ток в цепи.

4.1.4 Результаты измерений занести в таблицу.

Uпр, В	Iпр, мА	Uобр, В	Iобр, мкА
0,1
0,2
…		…
0,7
0,8

4.1.5 По таблице построить график ВАХ I = f(U) (прямую и обратную ветви).

Порядок выполнения работы

4.2.1 Собрать схему (рисунок 2.9). Тип транзистора задаётся преподавателем. Амперметр установить в режим измерения постоянного тока.

Схема измерения в программе EWB показана на рисунке 2.10.

Рисунок 2.10 – Схема измерения входной характеристики

в программе Electronics WorkBench

4.2.2 Установить при помощи источника Е2 напряжение на коллекторе U_к = 0.

4.2.3 Изменяя напряжение на базе Е1 от 0 до 1 В с шагом 0,1 В, измерять ток базы.

4.2.4 Провести аналогичные измерения, установив напряжение коллектора U_к = 5 В при помощи источника Е2.

Примечание: в зависимости от типа транзистора (p-n-p или n-p-n) полярности напряжений и направления токов будут меняться.

4.2.5 Результаты измерений занести в таблицы.

4.2.6 По таблице построить графики двух входных характеристик I_б = f(U_бэ) при U_кэ = 0 и 5 В.

Содержание отчёта

- Схемы измерений;

- Таблицы измерений;

- Графики характеристик;

- Рассчитанные значения h_21Э и h_21Б.

Контрольные вопросы

Типы диодов, их условные обозначения, основные параметры диодов, ВАХ диодов, пробой p-n-перехода.

Биполярные и полевые транзисторы, режимы работы, схемы включения транзисторов, параметры и характеристики.

Лабораторная работа N 5

Порядок выполнения работы

1 Собрать схему каскада с ОЭ (рисунок 2.13)

Номиналы элементов:

R_н= 1 кОм; С_р1= С_р2 = 20 мкФ; Е = 20 В. (Полярность напряжения питания Е зависит от типа транзистора). Тип и параметры транзистора задаются преподавателем.

Сопротивление R_б задать сначала равным 50 кОм, R_к – примерно 500 Ом.

Примерный вид схемы в программе Electronics WorkBench показан на рисунке 2.14

Рисунок 2.14 - Схема каскада с общим эмиттером в программе Electronics WorkBench

2 Задание режима по постоянному току

2.1 Вольтметры V1 и V2 и амперметры А1 и А2 установить в режим измерения постоянного тока.

2.2 Изменяя величину R_б, установить напряжение на базе U_б0 » 0,7 – 0,9 В. Измерить ток базы I_б0.

2.3 Изменяя величину R_к, установить напряжение на коллекторе U_к0 равным примерно Е/2, то есть U_к0 » 10 В. Измерить ток коллектора I_к0.

2.4 Рассчитать теоретические значения I_б0, U_б0, I_к0, U_к0. Сравнить с измеренными значениями.

3 Измерение коэффициента усиления напряжения

3.1 Установить Е_г равным 10 мВ, частотой 20 кГц.

3.2 Подключить к выходу осциллограф. Наблюдая выходной синусоидальный сигнал, определить его амплитуду. Определить коэффициент усиления по напряжению

К_u = U_вых/Е_г.

(Следует учитывать, что Е_г=10 мВ – действующее значение).

4 Измерение коэффициента усиления тока

4.1 Вместо источника напряжения Е_г подключить ко входу схемы источник тока. Задать значение I_г = 0,1 мА, частотой 20 кГц.

4.2 Измерить амперметром А3 значение выходного тока I_вых.

4.3 Определить коэффициент усиления по току

К_I = I_вых/I_г.

Содержание отчёта

- Схема электрическая;

- Измеренные и рассчитанные значения:

R_б, R_к, I_б0, U_б0, I_к0, U_к0;

- Измеренные значения коэффициентов усиления К_u и К_I.

Контрольные вопросы

Основные показатели усилителей.

Обратная связь (ОС) в усилителях. Виды ОС. Влияние ОС на параметры усилителя.

Схемы усилителей на биполярных и полевых транзисторах, их основные свойства. Расчёт каскада с общим эмиттером по постоянному и переменному току.

Лабораторная работа N 4. Операционные усилители

Варианты заданий

R_ос = 60 кОм (для всех вариантов)

Вариант 1 R = 1 кОм; R₁ = 1 кОм; R₂ = 2 кОм;

R₃ = 3 кОм.U_вх1 = 0,2 В, U_вх2 = -1 В, U_вх3 = 0,4 В.

Вариант 2 R = 2 кОм; R₁=6 кОм; R₂ = 4 кОм;

R₃ =1 кОм, U_вх1= 0,1 В, U_вх2 = 0,2 В, U_вх3 = -0,1 В.

Вариант 3 R = 3 кОм; R₁ = 2 кОм; R₂ = 3 кОм;

R₃ = 4 кОм U_вх1 =0,3 В, U_вх2 = 0,1 В, U_вх3=0,2 В.

Вариант 4 R = 4 кОм; R₁ = 5 кОм; R₂ = 10 кОм;

R₃=1 кОм. U_вх1 =0,1 В, U_вх2= -0,2 В, U_вх3=0,3 В.

Вариант 5 R = 5 кОм; R₁ = 3 кОм; R₂= 12 кОм;

R₃ = 4 кОм U_вх1= -0,4 В, U_вх2=0,1 В, U_вх3 =0,3 В.

Вариант 6 R = 6 кОм; R₁= 4 кОм; R₂ = 1 кОм;

R₃ = 3 кОм U_вх1= -0,1 В, U_вх2= 0,2 В, U_вх3 =0,5 В.

Вариант 7 R=10 кОм;R₁=10 кОм; R₂=5 кОм;

R₃ = 12 кОм U_вх1= -0,1 В, U_вх2= 0,3 В, U_вх3 =0,1 В.

Вариант 8 R= 12 кОм; R₁ = 1 кОм; R₂=2 кОм;

R₃=10 кОм U_вх1=0,3 В, U_вх2= 0,1 В, U_вх3 = -0,2 В.

Вариант 9 R =1 кОм; R₁ =5 кОм; R₂ = 6 кОм;

R₃ = 2 кОм, U_вх1=0,2 В, U_вх2= 0,3 В, U_вх3 = -0,1 В.

Вариант 10 R=2 кОм; R₁=2 кОм; R₂=12 кОм; R₃ =4 кОм,

U_вх1= 0,1 В, U_вх2= -0,2 В, U_вх3 = 0,4 В.

Вариант 11 R =3 кОм; R₁=4 кОм; R₂=3 кОм;

R₃ =10 кОм, U_вх1=0,4 В, U_вх2= 0,1 В, U_вх3 = -0,4 В.

Вариант 12 R=4 кОм; R₁=6 кОм; R₂ = 2 кОм; R₃ = 5 кОм

U_вх1= -0,2 В, U_вх2= 0,3 В, U_вх3 = 0,1 В.

Вариант 13 R = 5 кОм; R₁ = 10 кОм; R₂=4 кОм;

R₃=1 кОм U_вх1= -0,3 В,U_вх2= 0,5В, U_вх3= 0,1 В.

Вариант 14 R = 6 кОм; R₁ = 6 кОм; R₂ = 3 кОм;

R₃ = 2 кОм U_вх1=0,5 В, U_вх2= 0 В, U_вх3 = -0,1 В.

Вариант 15 R=10 кОм; R₁=5 кОм; R₂ = 10 кОм;

R₃=1 кОм U_вх1=0,1 В, U_вх2= -0,3 В, U_вх3= 0,3 В.

Инвертирующий усилитель

Собрать схему инвертирующего усилителя (рисунок 2.15). Подать на вход напряжение U_вх1 от источника постоянного напряжения (см. индивидуальное задание). К выходу подключить вольтметр (установить режим DC – измерение постоянного напряжения).

Измерить вольтметром напряжение на выходе. Рассчитать коэффициент усиления. Сравнить его с вычисленным по формуле

Неинвертирующий усилитель

Собрать схему неинвертирующего усилителя (рисунок 2.16)

Аналогично заданию 1, подать на вход U_вх1.

Измерить вольтметром напряжение на выходе. Рассчитать коэффициент усиления. Сравнить его с вычисленным по формуле

Дифференциальный усилитель

Собрать схему дифференциального усилителя (см. рисунок 2.17). Подать на входы напряжения (см. индивидуальное задание).

Измерить вольтметром напряжение на выходе. Сравнить его с вычисленным по формуле

Инвертирующий сумматор

Собрать схему инвертирующего сумматора (смотреть рисунок 2.18). Подать на входы напряжения в соответствии с индивидуальным заданием.

Измерить вольтметром напряжение на выходе. Сравнить его с вычисленным по формуле

Ненвертирующий сумматор

Собрать схему неинвертирующего сумматора (рисунок 2.19). Подать на входы напряжения (см. индивидуальное задание).

Измерить вольтметром напряжение на выходе. Сравнить его с вычисленным по формуле

Содержание отчёта

Принципиальные схемы по заданиям 1 - 4, задание, расчёты коэффициентов усиления, выходных напряжений и другие расчеты, проводимые в работе.

Контрольные вопросы

Преимущества и недостатки ОУ. Параметры ОУ. Идеальный ОУ.

Почему ОУ в линейных схемах не используются без отрицательной обратной связи?

Формулы для расчёта коэффициентов усиления ОУ.

Список использованной литературы

1 Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях. Практикум на Workbench. 2 тома. Под ред. Панфилова Д. И., изд. «Додэка», М. 2000.

2 Королёв Г. В. Электронные устройства автоматики. - М. : «Радио и связь» 1991.

3 Хоровиц П., Хилл.У. Искусство схемотехники -М.: «Мир» 2003.

4 Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехни-ка. -М. : «Мир» 1982.

5 Ровдо А. А. Схемотехника усилительных каскадов на биполярных транзисторах -М: Изд. Дом «Додэка – ХХ1» 2002.

Содержание

Введение
1 Программа Electronics Workbench
Программы компьютерного моделирования
Программа Electronics Workbench
Особенности применения программы Electronics Workbench
2 Лабораторные работы
Лабораторная работа N 1. Линейные цепи постоянного тока
Лабораторная работа N 2. Линейные цепи переменного тока
Лабораторная работа N 3. Электрические фильтры
Лабораторная работа N 4. Полупроводниковые приборы
Лабораторная работа N 5. Транзисторный усилитель низкой частоты
Лабораторная работа N 6. Операционные усилители
Заключение
Список использованной литературы

Введение

Данное пособие предназначено для выполнения лабораторных работ по дисциплинам: «Электротехника, электроника и схемотехника», «Основы электротехники и электроники».

В данной части изучаются приборы и устройства аналоговой электроники – полупроводниковые приборы, усилительные каскады на транзисторах, генераторы гармонических колебаний, операционные усилители, вторичные источники электропитания.

Лабораторные работы выполняются в компьютерном классе. В качестве программного обеспечения используется программа Electronics WorkBench. Соответствующее описание работы с ней можно найти в [1]. Следует иметь в виду, что условные обозначения элементов схем в WorkBench не всегда соответствуют отечественным стандартам, (то есть, в том числе, и схемам в данном методическом пособии). В частности: резисторы, источники напряжения и тока и др.

Данное пособие может быть использовано и для других направлений обучения - по дисциплинам «Электроника», «Промышленная электроника» и др.

1 Моделирование в программе Electronics Workbench

Программы компьютерного моделирования

Внедрение САПР в практику проектирования радиоэлектронной аппаратуры потребовало внести в учебные программы разделы, связанные с расчетом и оптимизацией радиоэлектронных схем на ЭВМ.

Следует подчеркнуть, что ЭВМ и программы компьютерного моделирования являются лишь инструментом для изучения процессов и явлений. Как любой инструмент, они должны использоваться для решения определенного класса задач с четко оговоренными условиями и ограничениями, характерными для выбранного модели.

По сравнению с макетированием компьютерное моделирование имеет ряд серьезных преимуществ:

- модель помогает быстро и наглядно изучить принцип работы системы;

- исследовать особенности функционирования в более широком диапазоне условий, чем это возможно на реальном объекте, вплоть до аварийной ситуации;

- производить документирование результатов измерений;

- оперативно изменять параметры компонентов и источников сигналов;

- избежать однообразных, многократно повторяющихся измерений;

- сокращение сроков и стоимости разработки новой техники и т.п.

Тем не менее, модель, отражая некоторые стороны изучаемого объекта, не охватывает всего многообразия явлений, протекающих в нем. Созданная на базе априорной информации, почерпнутой из теоретических разработок и экспериментальных исследований, проведенных на похожих, но не тождественных моделируемому объектах, модель нуждается в подтверждении адекватности моделируемому объекту.

В последние годы стали доступны ряд программ машинного анализа, приняты стандарты в области машинного проектирования.

Данные методические указания предназначены для выполнения цикла лабораторных работ по курсу «Электроника» с применением система схемотехнического моделирования Electronics Workbench.

Эта система, называемая также виртуальной лабораторией, наглядна, проста в использовании и не требует дополнительной подготовки по ее освоению. Интуитивность и простота интерфейса делают программу доступной любому, кто знаком с основами использования Windows.

Программа Electronics Workbench

Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Предусмотрена возможность подключения и создания новых библиотек компонентов.

Параметры компонентов можно изменять в широком диапазоне значений. Простые компоненты описываются набором параметров, значения которых можно изменять непосредственно с клавиатуры, активные элементы – моделью, представляющей собой совокупность параметров и описывающей конкретный элемент или его идеальное представление. Модель выбирается из списка библиотек компонентов, параметры модели также могут быть изменены пользователем.

Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенному к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно.

Результаты моделирования можно вывести на принтер или импортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки.

Возможность изменения цвета проводников позволяет сделать схему более удобной для восприятия. Можно отображать различными цветами и графики, что очень удобно при одновременном исследовании нескольких зависимостей.

Все операции производятся при помощи мыши или клавиатуры. Управление только с клавиатуры невозможно.

Путем настройки приборов можно:

- изменять шкалы приборов в зависимости от диапазона измерений,

- задавать режим работы прибора,

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

Графические возможности программы позволяют:

- одновременно наблюдать несколько кривых на графике,

- отображать кривые на графиках различными цветами,

- измерять координаты точек на графике, импортировать данные в графический редактор, что позволяет произвести необходимые преобразования рисунка и вывод его на принтер.

Electronics Workbench позволяет использовать результаты, полученные в программе PSpice, а также передавать результаты из Electronics Workbench в эту программу. Можно вставить схему или ее фрагмент в текстовый редактор и напечатать в нем пояснения или замечания по работе схемы.

Вместе с тем, программа имеет ряд ограничений:

-