ИМИТАЦИОННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ В ПРОГРАММЕ ELECTRONICS WORKBENCH

Характеристика программы ELECTRONICS WORKBENCH Программа Electronics Workbench (EWB) относится к системам схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых электронных схем. Electronics Workbench позволяют решать следующие задачи: создание модели принципиальной электрической схемы устройства и ее редактирование; расчет режимов работы модели; расчет частотных характеристик и переходные процессы модели;

провести оценку и анализ модели; наращивать библиотеку компонентов; представлять данные в форме, удобной для дальнейшей работы; осуществлять разработку печатных плат; подготовку научно-технических документов и д. р.

ИНТЕРФЕЙС ПРОГРАММЫ ELECTRONICS WORKBENCH Запустив интегрированный пакет Electronics Workbench, появляется диалоговое окно и окно редактирования.

Диалоговое окно Electronics Workbench содержит поле меню, библиотеку компонентов и линейку контрольно- измерительных приборов расположенных в одном поле. Окно редактирования заполняется при работе требуемыми компонентами. Поле меню аналогичное с многими Windows-приложениями

Кроме стандартных Windows-кнопок, на панели инструментов расположены следующие: поворот; горизонтальное зеркальное отображение; вертикальное зеркальное отображение; создать модель; вывести график; свойства компонента; две кнопки изменения масштаба изображения.

Алгоритм технологии подготовки и запуска электрических схем 1. Выбор необходимых компонентов электрической схемы осуществляется подводом указателя мыши к одной из пиктограмм библиотеки компонентов или линейке контрольно-измерительных приборов и щелкаем левой кнопкой мыши компонента перемещается в окно редактирования

2. Ввод и изменение параметров выбранных компонентов осуществляется следующим образом: Подводят указатель мыши к компоненту в окне редактирования и щелкают два раза левой кнопкой мыши. Выпадает меню, состоящее из нескольких опций. Для примера рассмотрим две из них: Label – необходима для написания обозначения компонента; Value – необходима для простановки значений компонента.

В контрольно-измерительных приборах при необходимости, например, в вольтметрах и амперметрах, при внесении параметров в опции Label, указывают для какого тока постоянного или переменного; в Mode выбирают DC – для постоянного тока, AC – для переменного.

3. Соединение компонентов электрической схемы осуществляют после размещения компонентов и простановки их параметров. Соединение их выводов осуществляется проводниками. При этом необходимо учитывать, что к выводу компонента можно подключить только один проводник. Для выполнения подключения указатель мыши подводят к выводу компонента и после появления жирной точки (указатель соединения) нажимают левую кнопку мыши, и появляющийся при этом проводник протягивают к выводу другого компонента до появления на нем такой же жирной точки, после чего кнопку мыши отпускают, соединение готово..

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА ПО МОДЕЛИРОВАНИЮ ТИПОВЫХ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ Цель работы - это получение практических навыков исследования динамики, статики и частотных характеристик электронных схем в программе EWB.

Перечень работ 1. Исследование ВАХ полупроводниковых приборов. 2. Исследование усилителя переменного тока на транзисторе. 3. Расчёт разветвлённой линейной электрической цепи. 4. Расчёт частотных характеристик линейной электрической цепи переменного тока.

5. Расчёт нелинейной электрической цепи переменного тока. 6. Применение EWB при проектировании и исследовании электрических фильтров

Используемые приборы 1. Амперметр – измерительный прибор для измерения силы тока. 2. Вольтметр - измерительный прибор для измерения напряжения. 3. Осциллограф (Oscilloscope) – прибор для снятия осциллограмм, протекающих в исследуемом устройстве (системе) процессов.

4. Построитель частотных характеристик Bode Plotter – прибор для снятия амплитудно-частотных (АПЧ) и фазо- частотных (ФЧХ) характеристик. 5. Функциональный генератор Function Generator – с помощь которого формировался на входе исследуемого объекта сигнал требуемой формы и частоты.

Частотные характеристики Частотные характеристики описывают передаточные свойства элементов и систем в режиме установившихся гармонических колебаний, вызванных внешним гармоническим воздействием. Рассмотрим сущность и разновидности частотных характеристик. Для этого представим исследуемый объект в виде:

W(jω) вх вых x(t)=X m sin(ωt) y(t)=Y m sin(ωt+φ)

Пусть на вход линейного элемента в момент времени t=0 приложено гармоническое воздействие x(t) определенной частоты и амплитудой X m. Тогда выходная величина y(t) будет изменяться по гармоническому закону с той же частотой, но с другой амплитудой Y m и со сдвигом по времени t. Где = ( t /T)360 0 – фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами в градусах.

Если изменять частоту (от 0 до ) при фиксированном Х m, то можно установить, что амплитуда и фазовый сдвиг выходного сигнала конкретного элемента зависят от частоты воздействия. Следовательно, зависимости амплитуды Y m и сдвига от значений частоты могут служить характеристиками динамических свойств элементов.

Так как амплитуда выходного сигнала зависит еще от амплитуды входного сигнала, то при описании свойств элементов рассматривают отношение амплитуд, которое является коэффициентом усиления элемента (системы)

Зависимость отношения амплитуд выходного и входного сигнала от частоты называют амплитудной частотной характеристикой (АЧХ) и обозначают А( ). Зависимость фазового сдвига между входным и выходным сигналами от частоты называют фазовой частотной характеристикой (ФЧХ) ( ). Аналитические выражения А( ) и ( ) называют соответственно амплитудной и фазовой частотными функциями.

АЧХ показывает, как элемент (система) пропускает сигналы различной частоты. Оценка пропускания производится по отношению амплитуд Y m /X m. АЧХ имеет размерность, равную отношению размерности выходной величины к размерности входной. ФЧХ показывает, какое отставание или опережение выходного сигнала по фазе создает элемент (система) на различных частотах. Амплитудную и фазовую частотные характеристики обычно объединяют в одну общую - амплитудно- фазовую частотную характеристику (АФЧХ или АФХ). Амплитудно-фазовая частотная характеристика W(j ) представляет собой функцию комплексного переменного j, модуль которой равен А( ), а аргумент равен ( ).

При практических расчетах систем удобно использовать частотные характеристики, построенные в логарифмической системе координат. Такие характеристики называют логарифмическими. При выполнении практических работ «Моделирование типовых электронных схем в программе «ELECTRONICS WORKBENCH» с помощью осциллографа и построителя частотных характеристик Bode Plotter были определены:

Параметры и частотные характеристики усилителя переменного тока, именно: Коэффициент усилителя в относительных единицах и в децибелах Фазовый сдвиг между входным и выходным сигналами Все величины были сняты при нижних, средних и верхних частотах.