рефераты конспекты курсовые дипломные лекции шпоры

Реферат Курсовая Конспект

Теоретические сведения

Теоретические сведения - Методические Указания, раздел Электроника, ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ 1.1. Основы Работы С Пакетом Electronics Workbench 1.1.1. Назначение...

1.1. Основы работы с пакетом Electronics Workbench

1.1.1. Назначение программного пакета

При разработке изделий электронной техники широко применяется физическое или математическое моделирование. Физическое моделирование связано с большими материальными затратами, поскольку требуется изготовление макетов и их трудоемкое исследование, а зачастую попросту невозможно ввиду сложности устройств. Математическое моделирование связано с использованием программных средств и методов вычислительной техники.

Программа Electronics Workbench (EWВ), предназначена для схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых радиоэлектронных устройств различного назначения. Программа EWB обладает простым и легко осваиваемым пользовательским интерфейсом, достаточными возможностями для проведения моделирования простых и средних по сложности схем, а так же наличию контрольно – измерительных приборов, максимально приближенных к их естественным аналогам.

Применение пакета EWВ позволяет решить и такие проблемы как экономия материальных и финансовых средств, затрачиваемых на лабораторное оборудование и его обслуживание; значительное сокращение времени на подготовку и проведение лабораторных работ; проведение экспериментов, не доступных на обычном лабораторном оборудовании; приобретение навыков и приемов автоматизированного проектировании.

1.1.2 Программный интерфейс и состав библиотек компонентов EWB.

На рис. 1.1 представлен вид рабочего окна Electronics Workbench версии 5.12

Рис. 1.1 - Вид рабочего окна Electronics Workbench

В рабочем поле программы располагается моделируемая схема с подключенными к ней иконками контрольно-измерительных приборов. При необходимости каждый из приборов может быть развернут для установки режимов его работы и наблюдения результатов. Линейка прокрутки используется только для перемещения схемы.

Диалоговое окно программы содержит так же две стандартные строки панели инструментов и панели компонентов с стандартным набором пиктограмм (кнопок) наиболее употребительных команд (рис. 1.2).

 

Строка панели инструментов

 

Строка панели компонентов

 

Рис. 1.2 – Вид панелей инструментов и компонентов.

 

Процесс создания схемы начинается с размещения на рабочем поле компонентов из панели компонентов. Эта панель содержит следующие разделы:

1. Sources – источники сигналов, в том числе и управляемые источники. В данный раздел входят источники ЭДС, тока, модулированных сигналов и т.д.

2. Basic – раздел, в котором собраны все пассивные компоненты (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и т.д.) и коммутационные устройства.

3. Diodes – диоды.

4. Transistors – транзисторы.

5. Analog ICs – аналоговые микросхемы: операционные усилители, компаратор и т.д.

6. Mixed ICs – микросхемы смешанного типа: АЦП, ЦАП и т.п.

7. Digital ICs – цифровые микросхемы.

8. Logic Gates –логические цифровые микросхемы.

9. Digital – цифровые микросхемы: комбинированные цифровые компоненты и триггеры.

10. Indicators – индикаторные устройства. Включают в себя вольтметры, амперметры и т.д.

11. Controls – аналоговые вычислительные устройства: сумматор, интегратор, ограничитель тока, дифференциатор масштабирующее звено, формирователь передаточной функции и т.д.

12. Miscellaneous – компоненты смешанного типа.

13. Instruments – контрольно–измерительные устройства: мультиметр, функциональный генератор, осциллограф .

Ниже показаны примеры настроек и внешнего вида основных классов измерительных приборов и источников сигнала:

§ Источник э.д.с. гармонического тока (AC Voltage Source) из раздела Sources имеет следующие основные настройки (рис. 1.3):

1. напряжение (э.д.с.) (действующее значение), В

2. линейная частота, Гц

3. начальная фаза, °

§ 2-х канальный осциллограф (Oscilloscope) из раздела Instruments (рис. 1.4)

1. Органы управления:

2. -развёртка, с/дел;

3. -усиление, В/дел;

4. -смещение по осям Х,Y;

5. -АС – закрытый вход;

6. -0 – ┴

7. -Expand – увеличение

Рис. 1.3 – панель настроек источника ЭДС

 

Рис. 1.4 – настройки 2-х канального осциллографа

 

§ Основные параметры вольтметра (Voltmeter) из раздела Indicators (рис. 1.5):

1. входное сопротивление;

2. виды напряжения:

a) AC – переменное

b) DC – постоянное

§ Функциональный генератор (Function Generator, раздел Instruments)

Параметры сигнала (рис.1.6):

1. форма сигнала (синус, треуг., прямоуг.);

2. линейная частота, Гц;

3. Duty cycle: , %;

4. амплитуда A, В;

5. постоянная составляющая

 

Рис. 1.5 – настройки 2-х канального осциллографа

 

Рис. 1.6 – параметры сигнала функционального генератора

1.1.3 Проведение моделирования работы электрической цепи в среде EWB.

В общем случае процесс создания схемы начинается с размещения на рабочем поле EWВкомпонентов из библиотек программы в соответствии с поставленной задачей.

Необходимый для создания схемы значок компонента переносится из каталога на рабочее поле программы движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается (для фиксирования символа). Для задания параметров компонентов (сопротивление резистора, параметры источника и т.д.) производится двойной щелчок по значку компонента, и в раскрывающемся диалоговом окне устанавливаются требуемые параметры, после чего выбор подтверждается нажатием кнопки «Ok»или клавиши «Enter».На этом этапе необходимо предусмотреть место для размещения контрольных точек и иконок контрольно-измерительных приборов.

После размещения компонентов производится соединение их выводов проводниками. При этом необходимо учитывать, что к выводу компонента можно подключить только один проводник. Для выполнения подключения необходимо выделить один из выводов компонента левой кнопкой мыши и не отпуская ее соединить с выводом требуемого компонента.

Если соединение необходимо разорвать, курсором выделяется необходимый проводник и нажимается кнопка «Delete». Если необходимо подключить вывод к имеющемуся на схеме проводнику, то проводник от вывода компонента курсором подводится к указанному проводнику и после появления точки соединения кнопка мыши отпускается.

Подключение к схеме контрольно–измерительных приборов производится аналогично. Причем для таких приборов, как осциллограф или логический анализатор, соединения целесообразно проводить цветными проводниками, поскольку их цвет определяет цвет соответствующей осциллограммы. Изменить цвет проводника можно, дважды щелкнув на нем левой кнопкой мыши и выбрав соответствующий цвет в появившемся диалоговом окне.

Обязательным на схеме является наличие элемента общего привода, который находится в разделе «Sources».Включение/выключение моделирования работа схемы осуществляется кнопкой . На рис. 1.7 представлен пример создания схемы, состоящей из источника переменного гармонического напряжения , индуктивности номиналом 125 мГн, сопротивления номиналом 50 Ом и осциллографа . В этом же поле выведено изображение на экране осциллографа:

 
 

Рис. 1.7 – пример сборки схемы для исследования.

 

1.1.4. Активные элементы электрических цепей.

Элементы электрических цепей (ЭЦ) можно разделить на активные и пассивные. К активным элементам относятся элементы генерирующими электрическую энергию, в качестве которых выступают идеализированные независимые и зависимые (управляемые) источники напряжения и тока.

Независимыми источниками напряжения (рис.1.8) называют такие источники электрической энергии, напряжение на зажимах которых не зависит от тока, протекающего через них. Внутреннее сопротивление таких источников равно нулю. Независимыми источниками тока (рис.1.9), называют такие источники электрической энергии, ток которых не зависит от напряжения на его зажимах. Внутреннее сопротивление таких источника равно бесконечности.

           
 
     
 
 

 


а) б) в)

 

Рис. 1.8 – Обозначение независимых источников напряжения: а) Украина; б) США; в) Германия

           
     
 
 
 

 


Рис. 1.9 – Обозначение независимых источников тока:

а) Украина; б) США; в) Германия

Основной характеристикой источника напряжения и тока является его внешняя характеристика, представляющая зависимость напряжения на его зажимах от протекающего через него тока U(I). Внешние характеристики идеализированных источников напряжения и тока приведены на рис. 1.9.

 

Рис. 1.9 – Внешние характеристики источника постоянного:

а - напряжения; б – тока.

В отличие от независимых идеализированные зависимые источники энергии имеют не одну пару зажимов, а две: входную управляющую и выходную, т.е. зависимые источники являются четырёхполюстниками. Различают зависимые источники напряжения и зависимые источники тока (табл.1.1).

Коэффициент пропорциональностиКi называется коэффициентом управления, которым в зависимости от типа источника может иметь размерность сопротивления (ИНУТ), проводимости (ИТУН) или быть безразмерной величиной. Если управляющее воздействие такого источника равно нулю, то на выходе такого источника будет равно нулю напряжение или ток. Каждый активный элемент (подобно пассивному) характеризуется только одним параметром – напряжением или током на его выходных зажимах.

С помощью идеализированных активных и пассивных элементов, можно промоделировать любой реальный элемент электрической цепи – представить его в виде схемы замещения, которая с достаточной для данного элемента точностью отражает процессы, происходящие в таком элементе.

 

Таблица 1.1 – Зависимые источники напряжения и тока

Наименование Обозначение Ki
Источник напряжения управляемый напряжением (ИНУН) U1 U2=K1U1 U2/U1
Источник напряжения управляемый током (ИНУТ) I1 U2=K2I1 U2/I1
Источник тока управляемый напряжением (ИТУН) U1 I 2=K3U1 I2/U1
Источник тока, управляемый током I1 I2=K4I1 I2/I1

Реальный источник электрической энергии можно представить двумя схемами замещения: последовательной (рис.1.10, а) и параллельной (рис.1.10, б)

       
 
   
 

 

 


а)

Рис.1.10 – Схемы замещения реальных источников

Последовательная схема замещения реального источника (Рис.1.10,а) содержит последовательные соединения источника ЭДС (e,E) и внутреннего сопротивления Rвн. Параллельная схема замещения реального источника (Рис.1.10,б) содержит параллельное соединение источника тока (i,J) и внутренней проводимости Gвн=1/ Rвн. Обе схемы эквиваленты и в конкретных случаях пользуются той схемой замещения реального источника электрической энергии, которая позволяет проще и быстрее решить поставленную задачу.

Внешняя характеристика реального источника U(I)=E-RвнI= J/Gвн-I/Gвн=( J-I)/Gвн апроксимируется прямой линией (рис.1.11)

 

 

Рис.1.11 – Внешняя характеристика реального источника


Rвн
В простейшем случае к реальному источнику подключается сопротивление нагрузки Rн (рис.1.12, а).

 

 
 

 


 

Рис.1.12. Схема нагруженного реального источника (а) и

его нагрузочные характеристики (б).

В сопротивлении нагрузки Rн ток I, напряжение Uн, мощность Pн и к.п.д. источника h определяются по формулам:

;;; .

В режиме холостого хода (ХХ) источника Rн=∞ и в режиме короткого замыкания (К3) Rн=0 мощность в нагрузке не выделяется (Pн=0). Максимальная мощность в сопротивлении нагрузки выделяется при согласованном режиме работы, когда сопротивление нагрузки равно внутреннему сопротивлению источника (Rн=Rвн):

.

При этом к.п.д. источника будет равен h=0,5=50%. В связи с таким низким к.п.д. согласованный режим широко применяется в проводной электросвязи, где используются малые мощности (до 10 Вт). В электротехнических установках большой мощности применяется режим работы, при котором Rн>>Rвн, при этом достигается высокий коэффициент полезного действия системы передачи.

Порядок выполнения лабораторной работы:

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

ТЕОРИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОННЫХ ЦЕПЕЙ

Севастопольский национальный технический университет... МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ...

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Теоретические сведения

Что будем делать с полученным материалом:

Если этот материал оказался полезным ля Вас, Вы можете сохранить его на свою страничку в социальных сетях:

Все темы данного раздела:

Севастополь
УДК 004.021 Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине «Теория электрических и электронных цепей» для студентов дневной и заочной форм обучения направления 6.

ТРЕБОВАНИЯ К ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА К ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ
  Отчет о выполнении лабораторной работы оформляется на стандартных листах формата А4. Расположение листов – вертикальное. Поля: левое 2 см, верхнее 2 см, нижнее 1 см, правое 1 см. От

Сборка исследуемой схемы в рабочей области пакета.
Сборка схем осуществляется помещением элементов из активной области в рабочее поле программы. Для сборки схемы выполните следующие основные этапы: 1. Подводим курсор мыши к кнопке

Произвести экспериментальные исследования и расчетный анализ цепи.
Для проведения экспериментальных исследований, то нажмите кнопку пуск , которая находится в правом ве

Исследование идеального источника постоянного тока
Соберите схему, приведённую на рис.1.24 в пакете EWB.   Рис. 1.24. Исследование идеального источника постоянного тока  

Исследование ИНУТ
Соберите схему, приведённую на рис.1.25 в пакете EWB. Рис. 1.25. Исследование

Теоретические сведения
2.1. Основные понятия об электрической цепи Электрической цепью называют совокупность соединённых друг с другом источников электрической энергии и нагрузок, по которым может протекать элек

Порядок выполнения лабораторной работы
1) В соответствие с номером варианта получить у преподавателя номиналы сопротивлений и источника для расчета схемы. Для расчета можно использовать математический пакет MathCad или другие программы

Теоретические сведения
4.1 Законы Кирхгофа Первый закон Кирхгофа (закон токов). Алгебраическая сумма токов в любом узле равна нулю:

Порядок расчета методом уравнений Кирхгофа
Расчет цепи данным методом заключается в решении уравнений, составленных по первому и второму законам Кирхгофа. В результате расчета находят неизвестные токи ветвей. Общее число уравнений должно бы

Порядок выполнения лабораторной работы
1) В соответствие с номером варианта получить у преподавателя номиналы сопротивлений и источника для расчета схемы. Для расчета можно использовать математический пакет MathCad или другие программы

Теоретические сведения
5.1 Метод контурных токов В основу данного метода положено понятие контурного тока. Контурный ток представляет собой условный (воображаемый или расчетный), единый для всех ветвей контура т

Порядок выполнения лабораторной работы
1) В соответствие с номером варианта получить у преподавателя номиналы сопротивлений и источника для расчета схемы. Для расчета можно использовать математический пакет MathCad или другие программы

Теоретические сведения
6.1 Метод узловых потенциалов Этот метод основан на применении первого закона Кирхгофа и обобщенного закона Ома:

Порядок выполнения лабораторной работы
1) В соответствие с номером варианта получить у преподавателя номиналы сопротивлений и источника для расчета схемы. Для расчета можно использовать математический пакет MathCad или другие программы

Теоретические сведения
7.1 Теорема о компенсации и принцип взаимности. Теорема о компенсации. Ток в ветви не изменится, если сопротивление R пассивного элемента в ней заменить источником ЭДС Е

Хотите получать на электронную почту самые свежие новости?
Education Insider Sample
Подпишитесь на Нашу рассылку
Наша политика приватности обеспечивает 100% безопасность и анонимность Ваших E-Mail
Реклама
Соответствующий теме материал
  • Похожее
  • Популярное
  • Облако тегов
  • Здесь
  • Временно
  • Пусто
Теги