Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ (ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Кафедра теоретической электротехники

Бабенко В.П.

Савенко Е.Ю.

Лабораторные работы по электронике и электротехнике

Москва 2011

Бабенко В.П., Савенко Е.Ю.

Лабораторные работы по электронике и электротехнике

Учебное пособие

Издательство МАИ 2011 г.

Приведены описания лабораторных работ по исследованию электрических и электронных схем. Экспериментальные исследования схем выполняются с помощью виртуальных контрольно - измерительных приборов программы Еlectronics Workbench (EWB), по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам. Пособие полезно при подготовке к рубежным контролям, зачетам и экзаменам. Издание предназначено для всех студентов Московского авиационного института, обучающихся по не электротехническим специальностям, при изучении курса «Общая электротехника и электроника».

Введение

Пособие состоит из восьми лабораторных работ по исследованию электрических и электронных схем. Работы содержат краткое теоретическое изложение материала, электрические схемы для исследования, контрольные вопросы. Изучение принципов построения и функционирования электрических схем, измерения их электрических характеристик проводиться с использованием программы Electronics Workbench (EWB).

Пособие предназначено для выполнения лабораторных работ по дисциплине "Общая электротехника и электроника" для специальностей № 150301, 150502 и других не электротехнических специальностей.

Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench.

Разработка любого электронного устройства сопровождается физическим или математическим моделированием. Физическое моделирование связано с большими временными и материальными затратами, поскольку требует изготовление макетов и их трудоёмкое исследование. Ошибки экспериментатора в реальной лаборатории могут привести к большим материальным потерям, в то время как, работая в Electronics Workbench, студент застрахован от случайного поражения током, а приборы не выйдут из строя из-за неправильно собранной схемы.

Виртуальная лаборатория Electronics Workbench содержит богатейшую библиотеку моделей отечественных и зарубежных элементов. Экспериментальное исследование электрических и электронных схем выполняется с помощью виртуальных контрольно-измерительных приборов, по внешнему виду и характеристикам приближенных к их промышленным аналогам.

Программа EWB использует стандартный интерфейс Windows, легко осваивается и достаточно удобна в работе.

История создания программы Electronics Workbench (EWB) начинается с 1989 г (Interactive Image Techologie Ltd, впоследствии Multisim Ltd), с создания эффективного стимулятора электронных схем – Elektronics Workbench 4.1 до современного профессионального пакета Multisim 11. Чем старше версия, тем больше возможностей, но зато, требуется больше ресурсов компьютера, растет трудоемкость освоения программы.

Для учебных целей достаточно пакета EWB 5.0, или 5.12, которые легко найти в Internet [9, 10]. Программа EWB рассчитана для работы в среде Windows 95/98/XP и занимает около 16 Мбайт дисковой памяти. Для размещения временных файлов требуется дополнительно 10-20 Мбайт свободного пространства на диске. Версия EWB 5.0С выполнена в формате Pottable и не требует инсталляции.

Electronics Workbench позволяет строить схемы различной степени сложности при помощи следующих операций:

− выбор элементов и приборов из библиотек;

− перемещение элементов и схем в любое место рабочего поля;

− поворот элементов и групп элементов на углы, кратные 90°;

− копирование, вставка или удаление элементов, групп элементов, фрагментов схем и целых схем;

− изменение цвета проводников;

− выделение цветом контуров схем для более удобного восприятия;

− одновременное подключение нескольких измерительных приборов и наблюдение их показаний на экране монитора;

− присваивание элементу условного обозначения;

− изменение параметров элементов в широком диапазоне.

Все операции производятся при помощи мыши и клавиатуры.

В библиотеки компонентов программы входят пассивные элементы, транзисторы, управляемые источники, управляемые ключи, гибридные элементы, индикаторы, логические элементы, триггерные устройства, цифровые и аналоговые элементы, специальные комбинационные и последовательные схемы. Активные элементы могут быть представлены моделями как идеальных, так и реальных элементов. Возможно также создание своих моделей элементов и добавление их в библиотеки элементов.

В программе используется большой набор приборов для проведения измерений: амперметр, вольтметр, осциллограф, комбинированный измерительный прибор - мультиметр, Боде-плоттер (графопостроитель частотных характеристик схем), функциональный генератор, генератор двоичных кодов, логический анализатор и логический преобразователь. Описание работы программы можно найти на сайте [11].

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.

Средства анализа цепей выполнены в типичном для всей программы ключе - минимум усилий со стороны пользователя.

Electronics Workbench позволяет поместить схему таким образом, чтобы были четко видны все соединения элементов и одновременно вся схема целиком.

После построения схемы и подключения приборов анализ ее работы начинается после нажатия выключателя в правом верхнем углу окна программы. Сделать паузу при работе схемы можно нажатием кнопки Pause под выключателем. Возобновить процесс можно повторным нажатием кнопки Pause. Повторное нажатие выключателя в правом верхнем углу прекращает работу схемы.

Выбор нужного компонента производится из поля компонентов, нужное поле компонентов выбирается нажатием левой кнопки мыши на одной из пиктограмм панели компонентов. При этом в поле компонентов появляются изображения соответствующих компонентов. После выбора поля компонентов нужный компонент при помощи мыши перемещается на рабочее поле. Выделение объекта осуществляется при помощи мыши (под объектом подразумевается как один компонент, так и группа компонентов). При выборе компонента нужно установить указатель мыши на нужный компонент и щелкнуть левой кнопкой мыши. Для выбора группы компонентов нужно установить указатель мыши в один из углов прямоугольной области, содержащей группу, и нажав левую кнопку мыши, растянуть рамку до необходимых размеров, после чего отпустить кнопку. Выбранный объект изменяет свой цвет на красный. Снять выделение можно щелчком мыши в любой точке рабочего поля.

Объект можно поворачивать на угол, кратный 90°. Для этого объект нужно предварительно выделить, а затем выбрать команду Rotate из меню Circuit, нажать Ctrl + R или на рабочей панели нажать кнопку. При этом объект повернется на 90° по часовой стрелке. При повороте группы компонентов на 90° поворачивается каждый компонент, а не вся группа целиком.

Копирование объектов осуществляется при помощи команды Сору из меню Edit, нажатием Ctrl + С или на рабочей панели нажать кнопку. Перед копированием объект нужно выделить. После выполнения команды выделенный объект копируется в буфер. Для вставки содержимого буфера на рабочее поле нужно выбрать команду Paste из меню Edit,нажать Ctrl + V или на рабочей панели нажать кнопку. После выполнения команды содержимое буфера появится на рабочем поле и будет выделено цветом.

Удаление объекта осуществляется командами Cut и Delete. Отличие состоит в том, что при выполнении команды Cut объект удаляется в буфер и может быть, затем вставлен обратно на рабочее поле, а при выполнении команды Delete объект удаляется совсем. Перед удалением объект также должен быть выделен.

Для соединения компонентов проводниками нужно подвести указатель мыши к выводу компонента. При этом на выводе компонента появится большая черная точка. Нажав левую кнопку мыши, переместите ее указатель к выводу компонента, с которым нужно соединиться, и отпустите кнопку мыши. Выводы компонентов соединятся проводником.

Все проводники в Electronics Workbench по умолчанию черного цвета, но цвет проводника можно изменить. Для этого нужно двойным щелчком на изображении проводника открыть окно, приведенное на рисунке, и в окне мышью выбрать требуемый цвет.

EWB представляет собой удобное и практичное средство, позволяющее моделировать электрические схемы и анализировать их работу. Результаты моделирования можно вывести на принтер или импортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки.