Волгоградского государственного технического университета кафедра «информатика»
жүктеу/скачать 1.1 Mb.
|
- Бұл бет үшін навигация:
- Составитель: Анатолий Александрович Поливанов
Контрольные вопросы
Часть 2. Electronics Workbench Введение Пакет Electronics Workbench предназначен для моделирования и анализа электротехнических схем. Данный пакет с большой степенью точности моделирует построение реальных схем в "железе". 
Рис. 1. Внешний вид экрана компьютера при работе с программой Electronics Workbench Интерфейс пользователя состоит из полоски меню, панели инструментов и рабочей области. Полоса меню состоит из следующих компонент: меню работы с файлами (File), меню редактирования (Edit), меню работы с цепями (Circut), меню анализа схем (Analysis), меню работы с окнами (Window), меню работы с файлами справок (Help). Панель инструментов состоит из “быстрых кнопок”, имеющих аналоги в меню, кнопок запуска и приостановки схем, набора радиоэлектронных аналоговых и цифровых деталей, индикаторов, элементов управления и инструментов. Горизонтальное меню: File - организация работы с файлами. С помощью этого раздела меню пользователь осуществляет работу с файлами (открытие, создание, распечатку файлов и прочее). Edit - с помощью этого раздела пользователь осуществляет редактирование и работу с текущем документом. Опции раздела позволяют копировать, удалять, перемещать элементы или блоки схемы. Кроме того возможна настройка визуальных параметров схемы (расположение и ориентация элементов схемы, настройка цветов и шрифта, поиск и другие стандартные функции). Circuit - раздел, позволяющий вращать, менять свойства, приближать и отдалять элементы схемы. Analysis - раздел служит для проведения различного рода анализов схем. Window - раздел предназначен для настройки экранных настроек при работе с документами. Help - раздел служит для доступа к справочной системе Electronics Workbench. Все элементы сосредоточены в 13 панелях, разделенных на группы:
Вставка элемента осуществляется путем перетаскивания его при нажатой левой кнопке мыши с панели инструментов на рабочую область. Для соединения двух контактов необходимо щелкнуть по одному из контактов основной кнопкой мыши и , не отпуская клавишу, довести курсор до второго контакта. Рассмотрим эти действия в пошаговом режиме:
В случае необходимости можно добавить дополнительные узлы (разветвления). Для этого надо просто перетащить узел с панели на место проводника, где надо его разветвить: 
Нажатием на элементе правой кнопкой мыши можно получить быстрый доступ к простейшим операциям над положением элемента, таким как вращение (rotate), разворот (flip), копирование/вырезание (copy/cut), вставка (paste), а также к его справочной информации(help). Для наглядности можно перенести элементы в необходимые места рабочей области. Это действие также осуществляется нажатием на элементе левой кнопкой мыши и переносом при удержанной в нажатом состоянии кнопке. При этом соединительные провода будут перемещены автоматически. При необходимости провода можно также перемещать. Изменение свойств элемента производится при помощи двойного щелчка мыши на элементе (рис. 2): 
Рис. 2. Окно свойств элемента (на примере резистора) Для элементов с переменными параметрами (например, переменного резистора) производится с помощью клавиши – ключа (устанавливается в свойствах элемента, рис. 3): 
Рис. 3. Свойства переменного резистора Обозначения: Key – клавиша – ключ (любая английская буква); Resistance (R) – максимальная величина сопротивления; Setting – начальная установка сопротивления в % от максимального (по умолчанию 50%); Increment – шаг изменения сопротивления (по умолчанию 5%). Уменьшение сопротивления производится нажатием на клавишу – ключ, увеличение – Shift + клавиша – ключ. Генератор импульсов (рис. 4) служит для формирования вынужденных колебаний. При помощи него можно формировать три вида сигналов: синусоидальный, пилообразный и прямоугольный. Вывести панель генератора импульсов на экран можно при помощи двойного нажатия кнопкой мыши на его компоненте:
Рис. 4. Панель генератора импульсов Для перевода генератора в нужный режим требуется нажать соответствующую кнопку на панели. Также можно изменить другие параметры– частоту и амплитуду сигнала. Для визуального наблюдения электрических сигналов используется осциллограф (в программе Electronics Workbench он называется Oscilloscope). Окно осциллографа открывается дойным щелчком на пиктогармме. Возможны 2 варианта осциллографа: стандартный (рис. 5, а) и расширенный (рис. 5, б):
Рис. 5. Осциллограф Переключение со стандартного на расширенный и наоборот производится кнопкой Expand/Reduce. Таблица 1. Условные обозначения элементов, применяемых в лабораторных работах
Когда схема создана и готова к работе для начала имитации процесса работы необходимо выполнить команду меню щелкнуть кнопку включения питания на панели инструментов: 
Данное действие приведет в рабочее состояние схему и в одном из окон строки состояния будет показываться время работы схемы, которое не соответствует реальному и зависит от скорости процессора и установленной операционной системы. Прервать имитацию можно двумя способами. Если вы закончили работу и просмотр результатов имитации можно повторно щелкнуть переключатель питания. Если же нужно временно прервать работу схемы, например, для детального рассмотрения осциллограммы, а затем продолжить работу, можно воспользоваться кнопкой Pause, которая также расположена на панели инструментов: 
Возможность приостановки процесса также является большим достоинством по сравнению с традиционным тестированием радиоэлектронных устройств. В случае серьезной ошибки в схеме (замыкание элемента питания накоротко, отсутствие нулевого потенциала в схеме) будет выдано предупреждение. Теперь, для произведения анализа имитации можно изменять номиналы элементов, выводить и настраивать терминалы приборов. Перед изменением каких либо параметров следует отключать источники питания схемы, иначе возможно получение неверных результатов. Кроме прямого наблюдения за терминалами инструментов, Electronics Workbench позволяет выполнить дополнительные виды анализа. В качестве примера для данной схемы можно привести получение АЧХ и ФЧХ схемы как четырехполюсника. Т.е. при расчете на вход схемы будет подаваться сигнал различной частоты и будет произведен анализ зависимости вида выходного сигнала от входного. При этом нужно будет задать начальную и конечную частоты, на которых будет произведен анализ. Для проведения этого анализа нужно остановить работу цепи и выполнить команду меню Analysis / AC Frequency. Перед расчетом будет выведено окно параметров анализа. Вид этого окна приведен на рис. 6.
Рис. 6. Параметры анализа AC Frequency При необходимости можно изменить некоторые из параметров: Start frequency (начальная частота), End frequency (конечная частота), Sweep type (тип горизонтальной оси на конечном графике), Number of points (количество точек анализа). Удобно установить количество исследуемых точек равным 1000 для получения более гладкого графика, тип горизонтальной оси – логарифмическим и диапазон частот от 1Гц до 100 КГц. При защите лабораторной работы необходимо иметь работающие схемы, указанные в задании, результаты измерений в виде таблицы, а также знать, как производится создание схем, изменение параметров радиоэлементов, настройка осциллографа. Лабораторная работа № 1 Моделирование линейных электрических цепей Задание: 1. Создать новый документ в формате *.ewb, сохранить его на диск. 2. Ознакомиться со всеми схемотехническими элементами (условные обозначения, назначение и пр.). Усвоить функции меню Edit и Circuit.
Рис 7.
Рис. 8. 3. Нарисовать схему, изображенную на рис. 7, и провести исследования: 3.1. установить указанные на схеме параметры, записать показания приборов; 3.2. увеличить значение сопротивлений в 2 раза, и вновь провести измерение; 3.3. увеличить значение источника питания на 10 В, записать показания приборов; 3.4. выполнить п. 3.3. 2 раза. 4. Нарисовать схему, изображенную на рис. 8, измерить амплитуду и частоту двух сигналов, поступающих от разных колебательных контуров. Для измерений использовать расширенный осциллограф. На осциллографе установите шаг по времени и амплитуде, как на рис 9.
Рис. 9.
5. Сделайте вывод по результатам измерений. Лабораторная работа № 2 Измерение скорости вращения вала электродвигателя Задание: 1. Нарисовать схему, изображенную на рис. 10, и провести исследования: 1.1. установить указанные на схеме параметры, установить значение переменного резистора 0%; 1.2. увеличивать значение переменного резистора на 5 % (клавишей – ключом + Shift), провести измерения; 1.3. результаты записать в таблицу; 1.4. измерения проводить до 100%. 
Рис. 10. Измерение скорости вращения вольтметром 
Рис. 11. Измерение скорости вращения осциллографом 
Рис. 12. Осциллограмма сигнала, полученного с помощью схемы __ (при последовательном уменьшении сопротивления с помощью клавиши – ключа) 2. Нарисовать схему, изображенную на рис. 11, и провести исследования: 2.1. установить указанные на схеме параметры, установить значение переменного резистора 0%; 2.2. увеличивать значение переменного резистора на 5 % примерно раз в секунду 2.3. как только значение сопротивления дойдет до 100 %, выключить схему; у вас должна получиться примерно такая же осциллограмма, как на рис. 12. 2.4. измерить амплитуду и частоту сигналов, поступающих от генератора и электродвигателя, в 3 - 5 точках. Для измерений использовать расширенный осциллограф. На осциллографе установите шаг по времени и амплитуде, как на рис. 12. Для измерения амплитуды и частоты сигналов используйте метки (находятся по краям осциллографа, обозначены цифрами 1 (красного цвета) и 2 (синего цвета), перемещаются с помощью мыши). 2.5. при желании «сфотографируйте» осциллограмму клавишей PrintScreen (в этом случае изображение экрана помещается в буфер обмена, а затем его можно обработать любым графическим пакетом). 3. Заменить генератор синусоидального сигнала на прямоугольный и повторить п. 2. При необходимости измените масштаб отображения осциллограммы, так, чтобы она помещалась в окно. 4. Сделайте вывод по результатам измерений. Лабораторная работа № 3 Исследование полупроводникового выпрямителя. Краткая теория Выпрямители предназначены для преобразования переменного напряжения в постоянное, предназначенное для питания электронных схем. В зависимости от числа рабочих полупериодов напряжения питания и различают одно- и двухполупериодные схемы выпрямления. В качестве нелинейных элементов в выпрямителях обычно применяют полупроводниковые диоды. 
Рис. 13. Схема однополупериодного выпрямителя Схема выпрямления на рис. 13 называется схемой однополупериодного выпрямления. При положительном мгновенном значении напряжения, сопротивление диода мало, а ток максимален; при отрицательном напряжении ток равен нулю. При однополупериодном выпрямление среднее значение выпрямленного тока составляет около трети амплитудного значения. Конденсатор и сопротивление образуют сглаживающий фильтр снижающий коэффициент пульсаций (при правильном их подборе практически до 0). 
Рис. 14. Диаграммы выпрямленного напряжения При однополупериодном выпрямлении полезно используется только один полупериод синусоидального напряжения, поэтому значительны пульсации выпрямленного тока (рис. 14). Эти недостатки частично устраняются в схемах двухполупериодного выпрямления. Наибольшее применение получили две схемы: схема с нулевой точкой и мостовая схема. Мостовая схема (рис. 15) содержит четыре диода. В оба полупериода ток в нагрузке имеет одно и то же направление. График выпрямленного тока показан на рис. 16. 
Рис. 15. Мостовая схема выпрямителя 
Рис. 16. Диаграмма выпрямленного напряжения. Схема выпрямителя со средней точкой изображена на рис. 17. Она имеет трансформатор (источники переменного тока имитируют трансформатор) и диоды, подключенные крайним выводом вторичной обмотки трансформатора. Сопротивление нагрузки выпрямителя включено между средней точкой вторичной обмотки трансформатора и общей точкой диодов.
Рис. 17. Трансформаторная схема выпрямителя 
Рис. 18. Диаграмма выпрямленного напряжения. В полупериод, когда напряжение на половине вторичной обмотки больше 0, ток течет в верхнем контуре, а в нижнем равен 0. В следующий полупериод - наоборот. В течение рассматриваемых полупериодов ток в нагрузке имеет одно и то же направление. График выпрямленного тока представлен на рис. 18. Пульсации напряжения значительно меньше, чем при однополупериодном выпрямлении.
1. Построить схемы выпрямителей, изображенные на рис. 13, 15, 17. 2. Установить значения сопротивления и конденсатора согласно варианту задания, одни и те же для каждой схемы (таблица 2).
3. Провести моделирование работы каждой из схем. 4. Получить осциллограммы выпрямленного напряжения (рис. 14, 16, 18). 5. Измерить максимальную и минимальную амплитуду выпрямленного напряжения. Для измерения используйте метки (также как и в работе №2). 6. «Сфотографируйте» осциллограмму клавишей PrintScreen, а затем поместите его в отчет.
1. Построить схему, изображенную на рис. 19. В данном случае необходимы: источник импульсов (Function Generator), резистор (Resistor), конденсатор (Capacitor), осциллограф (Oscilloscope) и заземление (Ground). 2. Получить осциллограмму сигнала (рис. 20). 3. Для изучения свойств RC-цепи изменить сигнал функционального генератора на пилообразный и также получить осциллограмму сигнала. 
Рис.19. Интегрирующая RC – цепь 4. Провести анализ АЧХ и ФЧХ схемы. Для этого нужно нажать кнопку Simulate в окне параметров анализа (рис. 6), после чего будет выведено окно результатов, представленное на рис. 21, 24.
Рис. 20. Сигнал на выходе интегрирующей RC – цепи 
Рис. 21. АЧХ и ФЧХ интегрирующей RC – цепи 5. Провести моделирование дифференцирующей RC – цепи, выполнив для нее п. 1 - 4. Для этого можно воспользоваться уже готовым файлом схемы интегрирующей цепи. Вид созданной схемы приведен на рис. 22. На рис. 23 показан сигнал на выходе цепи, а на рис. 24 АЧХ и ФЧХ схемы. 6. «Сфотографируйте» осциллограмму клавишей PrintScreen, а затем поместите его в отчет. 
Рис. 22. Дифференцирующая RC - цепь 
Рис. 23. Сигнал на выходе дифференцирующей RC – цепи 
Рис. 24. АЧХ и ФЧХ дифференцирующей RC - цепи 7. Сделайте вывод по результатам измерений. Контрольные вопросы
Список литературы
Для заметок Составитель: Анатолий Александрович ПоливановОсновные приемы расчета и проектирования объектов электроснабжения с использованием пакетов Mathcad и Electronics WorkBench
по дисциплине «Спецкурс по информатике» Под редакцией автора Темплан 2008 г., поз. № 28К Подписано в печать 2008 г. Формат 60×84 1/16. Бумага листовая. Печать офсетная. Усл. печ. л. 2,9. Усл. авт. л. 2,62 Тираж 100 экз. Заказ № Волгоградский государственный технический университет 400131 Волгоград, просп. им. В. И. Ленина, 28. РПК «Политехник» Волгоградского государственного технического университета 400131 Волгоград, ул. Советская, 35. жүктеу/скачать 1.1 Mb. Достарыңызбен бөлісу:
|
