Попов В. П. Основы теории цепей




НазваниеПопов В. П. Основы теории цепей
страница1/7
Дата конвертации01.12.2012
Размер0.86 Mb.
ТипРеферат
  1   2   3   4   5   6   7




СОДЕРЖАНИЕ



Список рекомендуемой литературы ……………………………………...

Введение ……………………………………………………………………

Краткие сведения о пакетах EWB и MCAD ……………………………..

Л.р.№1. Экспериментальная проверка законов Кирхгофа и Ома

в разветвленных цепях постоянного тока ……………………..

Л.р.№2. Исследование цепи переменного тока …………………………

Л.р.№3. Исследование частотных свойств резонансных контуров ……

Л.р.№4. Линейная цепь с несинусоидальной ЭДС ……………………...

Л.р.№5. Исследование цепей с распределенными параметрами ………

Л.р.№6. Нелинейные цепи постоянного тока …………………………...

Л.р.№7. ВАХ биполярного транзистора и усилитель с ОЭ …………….

Л.р.№8. Генераторы гармонических колебаний ………………………...

Приложение. Перечень индивидуальных заданий ………………………

Примеры выполнения и оформления лаб. работ и заданий ……………

4


5

5


36

37

41

44

48

50

55

61

64

72

Список рекомендуемой литературы





  1. Попов В.П. Основы теории цепей. - М.: Высшая школа.1985.- 496 с.

  2. Лосев А.К. Теория линейных электрических цепей. - М.: Высшая школа, 1987.- 520 с.

  3. Нейман Л.Р., Демирчан К.С. ТОЭ. - Л.: Энергоиздат, 1981.- 533 с.

  4. Бакалов В.П. и др. Основы теории электрических цепей и электроники. - М.: Радио и связь, 1989.- 528 с.

  5. Лачин В.И. Савелов Н.С. Электроника.Учебное пособие. - Ростов на Дону: ”Феникс” , 2000. - 446 с.

  6. Миловзоров В.П. Элементы информационных систем. - М.: Высшая школа, 1989. - 440 с.

  7. Манаев Е.И. Основы радиоэлектроники. - М.: Радио и связь, 1985. - 448 с.

  8. Титце У., Шенк К. Полупроводниковая схемотехника. - М.: Мир, 1982. - 430 с.

  9. Шарапов А. В. Цифровые и микропроцессорные устройства. Учебное пособие – Томск, 1998 – 161 с.

  10. Шарапов А. В. Электронные цепи и микросхемотехника. Учебное пособие – Томск, 1999 – 161 с.

  11. Гусев В.Г. Электроника. - М.: Высшая школа, 1982. - 352 с.

  12. Вершинин И.М. Электротехника и электроника.- Учебное пособие – Томск, 2001 – 105 с.

  13. Схемотехника ЭВМ/Под ред. Г.Н. Соловьева. - М.: Высшая школа, 1985. - 391 с.

  14. Жеребцов И.П. Основы электроники. - Л.: Энергоатомиздат, 1990. - 352 с.



Введение



Лабораторный практикум предназначен для приобретения навыков сборки и испытания электрических схем на экране компьютера. “Практическое” закрепление теоретических знаний потребует наличия компьютера со средой Windows 95 / 98 и дисковой памятью 5 Мбайт для EWB 4.1 и 16 Мбайт для EWB 5.0. Размещение временных файлов потребует еще 1020 Мбайт.

Программа Electronics Workbench (EWB) фирмы Interactive Image Technologies (Канада) предназначена для схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых устройств радиоэлектроники. Разработка любого такого устройства включает два аспекта: математическое моделирование и создание практической схемы. В предлагаемом лабораторном практикуме для этого используются два пакета – MCAD для расчетов и EWB для “экспериментальных” исследований. Легкость сборки схем и проведения измерений позволяет проводить экспериментальную оптимизацию схем, а также использовать показания приборов для проверки расчетов схем, проводимых по индивидуальным заданиям, контрольным работам и т.д., поэтому часть лабораторных работ адаптирована к индивидуальным заданиям, что позволяет получить зачет и лабораторной работы и индивидуального задания. Применение приборов приучает к характерным органам их управления, методам задания параметров, способам подключения и индикации результатов. Пособие включает большое число исследуемых схем, фрагментов программ на MCAD, набор индивидуальных заданий. В приложении помещены примеры расчетов и оформления работ и заданий.


Краткие сведения о пакетах EWB и MCAD

Особенностью программы EWB по сравнению с другими известными программами анализа электронных схем, является наличие контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам, максимально приближенным к их промышленным аналогам. С ее помощью достаточно просто собирать и “экспериментально” исследовать радиоэлектронные устройства различного функционального назначения. В ряде случаев, чтобы правильно смоделировать практический элемент схемы, необходимо задать его параметры в диалоговом окне программы. Это требует знания схемы замещения элемента, реализованной в пакете EWB. Рабочее окно программы EWB версии 4.1 помещено ниже.

Версии EWB обладают преемственностью снизу вверх, поэтому в основном изложена версия 4.1. Дополнения версии 5.0 будут оговорены.

Раздел File главного меню предназначен для загрузки и записи файлов. Многие его позиции понятны как типичные. Пояснения к некоторым позициям:

Revent to Saved… - стирание всех изменений схемы в данном сеансе;

Print… - выбор данных для вывода на принтер (Schematic – схемы, Description – описания к схеме, Part list – перечня документов, Label list – списков обозначений элементов схемы, Model list – списка компонентов, Subcircuits – подсхем, модулей, Analysis options – перечня режимов моделирования, Instruments – списка приборов).

В этой же позиции можно выбрать опции печати (Setup) и отправить материал на печать (Print).





Раздел Edit:

Cut – стирание выделенной части схемы. Выделение элемента – левая кнопка мыши, часть схемы выделяется путем нажатия левой кнопки и движения мыши.

Copy – копирование;

Paste – вставка из буфера обмена на рабочее поле. Если произойдет наложение схем, то, не снимая выделения, нужно передвинуть мышью наложенную часть схемы;

Delete – удаление;

Select All – выделение всей схемы;

Copybits – выделение нужной части экрана и помещения ее в буфер обмена с целью переноса в любой документ Windows. Копирование всего экрана – кнопкой клавиатуры Print Screen, копирование активной в данный момент части экрана, например диалогового окна – одновременным нажатием кнопок Alt и Print Screen;

Show Clipboard – показать содержимое буфера.

Раздел Circuit применяется при подготовке схем и заданий параметров моделирования:

Activate, Stop – запуск и остановка работы схемы (можно также использовать кнопку в правом верхнем углу поля);

Pause…(F9) – прерывание работы схемы;

Label…(Ctrl L) – обозначение выделенного элемента (метка);

Value…(Ctrl U) – изменение параметра выделенного элемента (можно двойным нажатием правой кнопки мыши);

Model…(Ctrl M) – выбор модели компонента (можно двойным нажатием правой кнопки мыши);

Zoom…(Ctrl Z) – раскрытие панели прибора или выделенной подсхемы (можно двойным нажатием правой кнопки мыши);

Rotate…(Ctrl R) – вращение выделенного объекта;

Fault – имитация неисправности компонента;

Subcircuit…(Ctrl B) – преобразование выделенной части схемы (подсхемы) в модуль. При этом нужно следить, чтобы в выделяемую подсхему не входили измерительные приборы. В открывшемся диалоговом окне следует указать имя модуля и выбрать варианты (Copy from Circuit – копирование модуля в библиотеку Custom без внесения изменения в исходную схему, где образовывался модуль, Move from Circuit – модуль вырезается и помещается в библиотеку, Replace in Circuit – в исходной схеме выделяемая часть заменяется модулем, которая одновременно помещается в библиотеку);

Wire Color – изменение цвета соединительного проводника. Более просто выделить цветом с помощью мыши, подведя курсор к проводнику и дважды нажав кнопку;

Preferences…(Ctrl E) – показывать или скрывать параметры элементов схемы (grid, Use grid – сетку на схеме, labels – обозначение (метки) элементов, models – имена моделей компонентов, values – номиналы элементов);

Analysis Options…(Ctrl Y) – установка режимов моделирования (Transient – расчет переходных процессов после включения источника питания с представлением результатов на экране осциллографа, Steady – state – расчет стационарного режима схемы по постоянному току, Assume linear operation – принять линейные модели активных компонентов при расчете переходных процессов, Pause after each screen – пауза после заполнения экрана осциллографа, Store results for all nodes – вывод результатов для всех контрольных узлов схемы, Tolerance – погрешность моделирования, Time…– выбор количества отсчетов на периоде сигнала для осциллографа, Bode…- количество отсчетов для измерителя АЧХ и ФЧХ, Temporary…[ Mb ] – размер внешнего файла для хранения результатов моделирования).

Раздел Window:

Arrende…(Ctrl W) – перезапись экрана для исправления его искажений;

Circuit – вывод схемы на передний план;

Description – вывод на передний план описания схемы;

Остальные позиции касаются библиотек компонентов схем.

В версии EWB 5.0 добавлен раздел Analysis, который позволяет проводить анализ исследуемых схем. Его позиции:

Analysis Options…(Ctrl Y) – выдает набор команд для установки параметров моделирования (Global – настройки общего характера, DC – настройки для расчета режима по постоянному току, Transient – настройка режима переходных процессов, Device – выбор параметров МОП – транзисторов, Instruments – настройка параметров контрольно – измерительных приборов);

DC Operating Point – расчет режима по постоянному току;

DC Sweep – вариации параметров при расчете по постоянному току;

AC Frequency…- расчет частотных характеристик (диапазон частот, масштаб по горизонтали, число точек, масштаб по вертикали, список узлов, номера узлов, в которых определяются характеристики, Simulate – кнопка запуска анализа).

Дополнительная обработка результатов расчета выполняется с помощью правой группы командных кнопок в верхней части окна:



1 – Properties – параметры графического изображения (название, сетка, сигнал в контрольных точках с указанием цвета графиков, вывод на экран АЧХ и ФЧХ в табличном виде для одного или нескольких узлов, обозначение оси Y, количество разбиений в одном большом делении сетки и т.д.. Trace – выбор номера контрольной точки для которой редактируется изображение характеристики); 2 – вставить сетку; 3 – вставить обозначение контрольной точки; 4 – вывести числовые данные; 5 – восстановить графическое обозначение;

Transient – расчет переходных процессов;

Fourier – проведение Фурье – анализа (спектрального). Для этого следует задать Output node – номер узла, Fundamental frequency – частоту первой гармоники, число гармоник, масштаб оси Y, Advanced – опции более точной структуры сигнала (по умолчанию выключены), Number of points – количество отсчетов (выборок на одну гармонику), Sampling frequency – частота следования выборок, display phase – вывод ФЧХ, Output as line graph – вывод АЧХ (по умолчанию выводится спектр);

Noise – анализ спектра внутренних шумов;

Distortion – анализ нелинейных и интермодуляционных искажений;

Parameter sweep – вариация параметров какого – либо элемента схемы при моделировании. Component – позиционное обозначение этого элемента, Parameter – название параметра, который меняется, диапазон изменения, тип масштаба варьируемой величины, шаг изменения, Output node – выходная контрольная точка схемы. Возможные варианты моделирования показываются в нижней части окна. Результаты моделирования даются в виде семейства графиков, при курсоре к которым высвечивается соответствующее значение варьируемой величины;

Temperature sweep – температурные испытания схемы;

Pole – Zero – расчет полюсов и нулей передаточной характеристики схемы. Gain Analysis – расчет коэффициента передачи по напряжению, Impedance Analysis – расчет коэффициента передачи напряжения – ток, Input, Output Impedance – расчет входного и выходного сопротивлений, Nodes – контрольные точки входного и выходного сигналов, Pole… - расчет полюсов, Zero… - расчет нулей;

Transfer Function…- расчет передаточных функций. Voltage – расчет коэффициента передачи по току, Output node – выходная точка, Output reference – опорная точка, Current – расчет передачи коэффициента по току, Output variable – выбор выходной величины при расчете коэффициента передачи по току, Input source – выбор источника входного сигнала;

Sensitivity…- расчет чувствительности характеристик к изменению параметров выбранного компонента при частотном анализе (АС) или при расчете статического режима (ДС);

Worst Case…- расчет значений параметров компонентов схемы при предельных отклонениях ее характеристик;

Monte – Carlo…- статический анализ по методу Монте – Карло;

Display Graph…- вызов на экран графики результатов моделирования.


Элементная база. Источники и пассивные элементы:





1 – источник эдс, const; 2 – источник тока, const; 3,4 – соответствующие источники гармонического сигнала; 5 – генератор однополярных прямоугольных импульсов (задаются амплитуда, частота, коэффициент заполнения); 6 – заземление; 7 – узел; 8 – резистор; 9 – емкость; 10 – индуктивность; 11 – трансформатор (задаются коэффициент трансформации, индуктивность рассеяния Le, индуктивность первичной обмотки Lm, сопротивление первичной обмотки Rp, сопротивление вторичной обмотки Rs, нижние выводы заземляются); 12 – 14 – переменные резистор, емкость, индуктивность (буква означает клавишу управления, нажатие на которую изменяет номинал на выбранный шаг в позиции Increment, % указывает исходное положение движка, изменение направления регулировки реализуется совместным нажатием клавиш Shift и буквы).


Полупроводниковые элементы:





1 – диод; 2 – стабилитрон; 3 – биполярный транзистор; 4, 5 – линейная и нелинейная модели операционного усилителя; 6 – тиристор или динистор; 7 – диод Шокли; 8 – симметричный тринистор; 10 – светодиод; 11 – 14 – полевые транзисторы.


Коммутационные устройства и зависимые источники:




1 – переключатель (буква указывает клавишу управления); 2 – переключатель задержки; 3, 4 – реле, срабатывающие в заданном диапазоне напряжения или тока; 5 – реле с перекидным контактом (задаются ток срабатывания и отпускания, индуктивность обмотки); 6, 9– источники напряжения, управляемые напряжением или током; 7, 8 – источники тока, управляемые током или напряжением; 10, 11 – вольтметр и амперметр (устанавливаются режимы измерения DC – постоянного, AC – переменного сигнала).


Логические элементы и цифровые устройства:





1 – “НЕ” ; 2 – “ИЛИ” ; 3 – “И” ; 4 – “исключающие ИЛИ” ; 5 – JK – триггер с прямым тактовым входом и входами предустановки; 6 – сумматор; 7 – 8-разрядный ЦАП с внешними опорными источниками напряжения; 8 – 8-разрядный ЦАП; 9 – мультиплексор; 10 – декодер.

В версии EWB 5.0 добавлены элементы: арсенид – галлиевые полевые транзисторы, длинные линии (с потерями и без потерь), двигатель постоянного тока, кварцевый резонатор, электровакуумный триод, фильтры – накопители на переключаемых индуктивностях, устройство записи цифровых данных в текстовый файл.



Раздел пассивных элементов дополнен нелинейной индуктивностью и трансформатором с сердечником. Раздел Analog Ics дополнен микросхемой для систем автоподстройки частоты (PLL).

В разделе источники добавлены источники сигналов со сложной нелинейной формой сигнала ( log x, tg x, exp x и т.п.), источник напряжения с полиномиальной выходной функцией:

Y=a+bV1cV2dV3eV12+fV1V2qV1V3hV22iV2V3jV32kV1V2V3

Введен источник, информация о сигнале которого находится в файле данных, а также источники амплитудно-модулированных (АМ) и частотно-модулированных (FM) сигналов.





Контрольно – измерительные приборы:


Для более подробного ознакомления размещены передние панели измерительных приборов: мультиметра, функционального генератора, осциллографа, измерителя АЧХ и ФЧХ.





Мультиметр служит для измерения тока, напряжения, сопротивления и ослабления сигнала. Прибор содержит переключатель режимов постоянного или переменного сигнала. При измерении ослабления сигнала на вход схемы следует подать эталонное напряжение V = 1 B. Мультиметр измеряет действующее значение тока и напряжения.

Функциональный генератор предназначен для подачи на схему калиброванных переменных сигналов. Устанавливаются частота, амплитуда, коэффициент заполнения в % (для прямоугольных сигналов это отношение длительности импульса к периоду, для треугольных это отношение переднего фронта к заднему). Установка смещения (offset) задает постоянную составляющую сигнала. При заземлении клеммы COM с выходов + и – могут сниматься парафазные сигналы.

Двухлучевой осциллограф позволяет измерять форму сигналов, снимать вольтамперные характеристики элементов. Он имеет два канала А и В с раздельной регулировкой чувствительности измеряемого напряжения от 10 мкв/дел до 5кв/дел. Для смещения сигнала по оси Y служит регулировка Y POS. Переключатель АС, О, ДС предназначен для выбора режимов измерения; АС-постоянная составляющая сигнала на вход прибора не пропускается («закрытый вход» , когда между устройством и прибором включается разделительный конденсатор), ДС - «открытый вход», О - вход прибора замыкается на «землю».

Сигнал, поступающий на горизонтально отклоняющие пластины осциллографа, зависит от положения переключателя Y/T. На входы Х каналов А и В поступают сигналы развертки лучей во времени. Чувствительность (цена деления) регулируется переключателем Time Base. Для правильного выбора цены, рекомендуется вначале рассчитать период сигнала и разделить его на число делений оси Х (n = 14). При нажатии кнопки В/А на вход Y поступает сигнал канала В, на вход Х - сигнал канала А (соответственно чувствительности по этим осям определяются положениями переключателей этих каналов). При нажатии кнопки А/В поступление сигналов меняется местами. Последние два режима применяются для автоматического измерения ВАХ элементов (методику измерений см. в Л.р. 6, 7). В режиме Y/T запуск генератора развертки определяется положением переключателей АUTO, A, B, EXT (автоматически, от сигналов канала А или В, от внешнего источника). Кнопка EDGE определяет запуск передним или задним фронтом запускающего импульса, кнопка LEVEL задает уровень срабатывания запуска. Кнопка заземления прибора-Ground.

Для более точного снятия параметров сигнала предусмотрен режим большого экрана ZOOM. Двигая визирные метки 1, 2, в индикаторных окошках, можно считать напряжения сигналов, временных координат и их разностных значений. Например, измерив смещение лучей по времени друг от друга T1– T2 = t0, можно пересчитать его в сдвиг по фазе j0 = 360t0 / T, где Т– период.





Измеритель АЧХ, ФЧХ предназначен для анализа частотных характеристик исследуемых устройств. Положения переключателей Y, X определяют диапазон измерения амплитуды (фазы) и частотный диапазон. Координаты точки пересечения визирной метки с измеряемой характеристикой отображаются в окошечках. Двигать метку можно захватив ее мышкой или нажав на кнопки  . Результаты можно поместить в текстовый файл (SAVE). IN, OUT - входные и выходные зажимы прибора. На вход следует подключать источник переменного напряжения, при этом какие-либо настройки этих источников не требуются (если же в схеме применяются другие приборы, то следует точно установить параметры источников сигнала).

Генератор слова (Word Generator) предназначен для генерации 16-, 8- разрядных слов.

Логический анализатор служит для отображения на экране монитора 8- разрядных слов в восьми произвольных точках логической схемы. Выбранное слово может быть отражено на индикаторах под экраном в двоичном или шестнадцатеричном виде (NEX).

Логический преобразователь позволяет получить логическое выражение, заданное таблично, в обычном или минизированном виде. При этом возможна генерация схемы устройства, реализующего это выражение, из любых логических элементов или только из элементов И-НЕ.

Процесс сборки схем содержит этапы: 1) выбор элементов и их размещение, 2) задание параметров элементов и приборов, 3) соединение проводниками, 4) запуск на просчет.

Мышкой с помощью левой кнопки взять элемент (прибор) и установить на поле. Они имеют клеммы для подсоединения проводов (когда курсор попадает на клемму, появляется черная точка). Установив курсор на клемму элемента, тянуть левой кнопкой мышки провод к клемме другого элемента. При отпускании кнопки провод установится между элементами. Для перемещения отдельного сегмента проводника следует подвести к нему курсор, нажать левую клавишу мышки и после появления двойной стрелки сместить сегмент в нужное место. Если нужно создать узел, то берут из набора клемму с четырьмя контактами по разным сторонам. Проводник можно сделать цветным, если подвести к нему стрелку, дважды нажать левую кнопку и выбрать нужный цвет. Подключенные приборы следует заземлить.

Многие вопросы по использованию пакета EWB могут решиться в процессе эксплуатации, а также при обращении к Help. Система снабжена большим числом практических схем. Более подробную информацию об EWB можно найти в ( В.И. Карлащук Программа Electronics Workbench и ее применение, - М. : ” Солон – Р “ , 2000 , - 506 с. ).

Результаты проведения лабораторных работ оформляются в виде отчета, содержащего описание цели, программу выполнения работы, используемые расчетные формулы, ответы, а также файлы экспериментов (схемы и показания приборов) и файлы расчетов на MCAD с соответствующими пояснениями. В случае отсутствия принтера допускается ручное оформление документов с экрана компьютера или оформление всей работы в Word с представлением ее на дискете.

Большинство индивидуальных заданий помещены в конце пособия. Первая цифра индивидуального номера студента соответствует строке первой таблицы (номеру воздействия), вторая – номеру строки второй таблицы, третья – номеру схемы.

Исследуемые схемы лабораторных работ уже оформлены в виде модулей. При выполнении работы их следует «взять» из самого левого «ящика» набора элементов.

В описаниях и пояснениях к работам приведены изображения панелей приборов с нажатыми кнопками. Следует внимательно изучить назначения управляющих кнопок на панелях и уметь объяснить их назначение. Основные различия обозначений, принятых в отечественной литературе и в пакете EWB:




  1   2   3   4   5   6   7

Добавить в свой блог или на сайт

Похожие:

Попов В. П. Основы теории цепей iconПереходные процессы и основы синтеза линейных радиотехнических цепей лекции по курсу "Основы теории цепей"
В учебные планы радиотехнических факультетов для студентов специальности "Радиотехника" введен курс "Основы теории цепей" в него...

Попов В. П. Основы теории цепей iconОсновы теории цепей (часть 1)
Целью освоения дисциплины является изучение теории различных электрических цепей для решения проблем передачи, обработки и распределения...

Попов В. П. Основы теории цепей iconРоссийской Федерации Федеральное агентство по образованию гоу впо «угту упи имени первого Президента России Б. Н. Ельцина»
Анализ сложных линейных цепей: Методические указания к лабораторной работе №3 по курсам «Основы теории цепей», «Теория электрических...

Попов В. П. Основы теории цепей iconМетодические указания к курсовой работе по дисциплине “Основы теории радиотехнических сигналов и цепей ” для студентов специальности 200700 Радиотехника Екатеринбург 2000
Анализ линейной стационарной цепи: Методические указания к курсовой работе по дисциплине “Основы теории радиотехнических сигналов...

Попов В. П. Основы теории цепей iconМетодические указания к курсовой работе по дисциплине “Основы теории радиотехнических сигналов и цепей ” для студентов специальности 200700 Радиотехника Екатеринбург 2000
Анализ линейной стационарной цепи: Методические указания к курсовой работе по дисциплине “Основы теории радиотехнических сигналов...

Попов В. П. Основы теории цепей iconОсновы теории цепей
Л. А. Бессонов «Теоретические основы электротехники». Издательство «Высшая школа». г. Москва. 1973

Попов В. П. Основы теории цепей iconНаучно-образовательный материал учебно-методический комплекс по курсу
Курс «Теоретические основы электротехники» включает изучение основных законов электромагнетизма, теории электрических цепей, методов...

Попов В. П. Основы теории цепей iconРегистрационный № тд-i. 004/тип. Основы теории электрических цепей
Учреждение образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники»

Попов В. П. Основы теории цепей iconРабочая программа дисциплины «Электротехника»
Целью дисциплины является формирование знаний студентов по основам теории электрических цепей и сигналов, магнитных цепей, электромагнитного...

Попов В. П. Основы теории цепей iconОсновы теории цепей
Предлагаемый в электронном виде материал предназначен для самостоятельной работы студентов групп ускоренной подготовки (факультет...


Разместите кнопку на своём сайте:
lib.convdocs.org


База данных защищена авторским правом ©lib.convdocs.org 2012
обратиться к администрации
lib.convdocs.org
Главная страница