Моделирование электронных схем с помощью программ Multisim 2001

 и Electronics Workbench

Персональный компьютер давно стал незаменимым инструментом для проведения исследования и моделирования процессов практически во всех областях знаний. При изучении электроники весьма привлекательно иметь такой инструмент моделирования, который максимально приближает исследования к реальному эксперименту. В этом случае человек, осуществляя естественную последовательность таких операций, как сборка схемы из её элементов, подключение к ней измерительных приборов, задание параметров генераторов входных воздействий и установка режимов на панелях измерительных приборов, получает результаты измерений в привычной для него форме. Всем этим требованиям удовлетворяют программы Multisim 2001 и Electronics Workbench. Отображение на дисплее компьютера знакомых приборов, таких как амперметр, вольтметр, мультиметр, генератор сигналов, осциллограф и т.д., делает процесс исследования наиболее естественным и понятным. При этом процесс адаптации пользователя к основным операциям в программе занимает не более 20 мин.

Программа Multisim 2001 является более поздним вариантом программы Electronics Workbench, однако последняя имеет больше распространение, поэтому описание порядка работы с программой дано применительно к программе Electronics Workbench.

 

Работа с программой

После загрузки программы EW на экране монитора появляется рабочее окно, в верхней части которого расположена строка «выпадающих меню» команд:

– меню File позволяет выполнять различные операции с файлами, содержащими электрические схемы. Они имеют имена типа «< имя файла > ewb»;

– меню Edit содержит команды, позволяющие редактировать электрические схемы, расположенные в рабочем окне;

– меню Circuit предназначено для задания параметров элементов электрических схем и свойств электрической цепи;

– меню Analysis предназначено для выбора параметров исследования электрической цепи;

– команды меню Windows предназначены для настройки параметров рабочего окна.

Под строкой выпадающих меню располагаются клавиши быстрого вызова наиболее часто используемых команд операций над файлами, элементами схемы и электрической цепью. Здесь же располагаются клавиши изменения масштаба схемы, а также кнопка включения (положение 1) и выключения (положение 0) исследуемой цепи.

Над рабочим окном расположены клавиши выбора наборов элементов схем и электроизмерительных приборов, объединённых по каким-либо признакам. Активация соответствующего набора элементов осуществляется нажатием левой клавиши «мыши». При этом содержимое набора отображается в дополнительно появляющемся окне элементов.

Основные элементы, используемые в лабораторных работах, располагаются в следующих наборах:

1. Клавиша “ Sources ” – набор различных источников питания и генераторов:

           - источник постоянной ЭДС;

           - источник постоянного тока;

           - источник переменной ЭДС;

           - источник переменного тока;

           - Устройство заземления.

2. Клавиша “ Basic ” – набор основных элементов схем:

           - узел схемы;

           - резистор;

           - переменный резистор (реостат);

           - конденсатор;

           - конденсатор переменной ёмкости;

           - катушка индуктивности;

           - катушка переменной индуктивности;

           - выключатель;

           - трансформатор.

    

3. Клавиша “Diodes” – набор различных диодов и диодных сборок.

4. Клавиша “Transistors” – набор различных транзисторов.

5. Клавиша “ Indicators ” – набор различных индикаторов:

         - вольтметр;

6. Клавиша “Instruments” – различные инструменты исследования цепей:

           - осциллограф.

Сборка электрической цепи

1. Добавление элемента к схеме осуществляется перетаскиванием его посредством «мыши» (при нажатии левой клавиши) из окна элементов на рабочее поле.

2. Для точной установки выделенного элемента или их группы на заданное место можно использовать клавиши перемещения курсора.

3. Соединение элементов схемы осуществляется следующим образом: к свободному выходу одного из элементов подводится стрелка мыши (при этом должна возникнуть точка в месте предполагаемого соединения), затем, удерживая левую кнопку мыши, указатель подводится к выходу другого элемента (также должна возникнуть точка в месте предполагаемого соединения) и кнопка отпускается, при этом линия соединяющая элементы должна остаться.

4. Удаление элемента схемы осуществляется его выделением (правая кнопка «мыши») с последующим выполнением команды del (либо из выплывающего меню, либо клавишей «del» на клавиатуре).

Внимание. Для правильной работы модели необходимо заземление любой точки схемы!

 

Задание параметров элементов цепи

Для установки заданных параметров элементов цепи следует подвести указатель «мыши» к соответствующему элементу и дважды нажать её левую клавишу. При этом на экране появится окно свойств элемента в котором с помощью клавиатуры и «мыши» необходимо задать требуемые параметры.

Регулирование сопротивления переменного резистора по умолчанию осуществляется путём нажатия клавиши R (в сторону уменьшения) либо Shift+R (в сторону увеличения). При необходимости управляющая клавиша может быть переназначена.

Изменение положения переключателя осуществляется нажатием на пробел Space. При необходимости переключающая клавиша может быть переназначена.

Регулирование ёмкости и индуктивности переменных конденсатора и катушки индуктивности по умолчанию осуществляется путём нажатия клавиш C и L, соответственно, (в сторону уменьшения) либо Shift+C и Shift+L (в сторону увеличения). При необходимости управляющие клавиши также могут быть переназначены.

 

 

ОГЛАВЛЕНИЕ

ПРЕДИСЛОВИЕ ……………………………………………………..3

ВВЕДЕНИЕ …………………………………………………………...5

1. ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА СОВРЕМЕННОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ ……………………..................................................7

1.1. Диоды…………………………………………………………..7

1.2. Транзисторы…………………………………………………..15

1.3. Тиристоры…………………………………………………….30

1.4. Интегральные микросхемы………………………………….34

1.5. Система обозначений полупроводниковых приборов и

       интегральных микросхем……………………………………38

2. АНАЛОГОВЫЕ УСТРОЙСТВА ……….……………………....40

2.1. Электронные усилители……………………………………..40

      2.1.1. Усилительный каскад с общим эмиттером…………...41

      2.1.2. Усилительный каскад с общим коллектором………...52

     2.1.3. Усилительный каскад на составном транзисторе……53

      2.1.4. Двухтактный усилительный каскад…………………..53

      2.1.5. Усилительные каскады на полевых транзисторах… 54

      2.1.6. Усилитель постоянного тока ………………………….57

     2.1.7. Операционный усилитель…………………………….. 59

2.1.8. Масштабные усилители на базе операционных

     усилителей ……………..................................................62     

2.2. Генераторы сигналов………………………………………... 64

      2.2.1. Генератор синусоидальных колебаний………..............64

      2.2.2. Мультивибратор………………………………………...66

      2.2.3. Генератор пилообразного напряжения………………..68

2.3. Компараторы, ключи и коммутаторы

       аналоговых сигналов…………………………………………69

      2.3.1. Аналоговые компараторы напряжений……………….69

      2.3.2. Электронный ключ……………………………………..74

      2.3.3. Коммутаторы аналоговых сигналов…………………..79

2.4. Источники вторичного электропитания…………………….81

      2.4.1. Структуры источников электропитания………………81

      2.4.2. Выпрямительные устройства…………………………..83

      2.4.3. Сглаживающие фильтры……………………………….86

      2.4.4. Стабилизаторы напряжения……………………………88

2.4.5 Преобразователи постоянного напряжения…………..92

          

2.4.6. Силовые устройства на основе тиристоров и

мощных транзисторов…………………………………..94

3. ЦИФРОВЫЕ ЭЛЕКТРОННЫЕ УСТРОЙСТВА. …………..104

3.1. Системы счисления………………………………………….104

3.2. Элементы теории булевой алгебры………………………...105

3.3. Логические элементы……………………………………….107

3.4. Структура и принципы действия логических элементов

        интегральных микросхем…………………………………..108

3.5. Комбинационные электронные устройства……………….112

3.6. Триггеры……………………………………………………..118

3.7. Последовательностные цифровые устройства…………….122

       3.7.1. Интегральные счётчики……………………………...123

       3.7.2. Регистры………………………………………………125

3.8. Устройства для преобразования формы представления информации…………………………………………………127

       3.8.1. Цифроаналоговые преобразователи…………………127

       3.8.2. Аналого-цифровые преобразователи………………..128

4. ПРОГРАММИРУЕМЫЕ УСТРОЙСТВА …………...………..131

4.1. Запоминающие устройства………………………………...131

       4.1.1. Организация памяти……………………………….....131

       4.1.2. Постоянные запоминающие устройства…………….132

       4.1.3. Оперативные запоминающие устройства…………...135

       4.1.4. Перспективы совершенствования

                 устройств памяти……………………………………..137

4.2. Микропроцессоры…………………………………………..139

       4.2.1. Виды процессорных устройств……………………...140

       4.2.2. Внутренняя архитектура микропроцессора………...144

       4.2.3. Универсальные микропроцессоры…………………..147

       4.2.4. Сигнальные процессоры…………………………… 151

4.3. Однокристальные микроконтроллеры…………………….156

       4.3.1. Структура однокристальных контроллеров………...157

       4.3.2. Основные серии однокристальных

                 микроконтроллеров…………………………………..159

4.4. Программируемые логические интегральные схемы…….165

       4.4.1. ПЛИС фирмы Altera………………………………….166

       4.4.2. СБИС программируемой логики

                 типа «Система на кристалле»………………………..168

ЗАКЛЮЧЕНИЕ …………………………………………………….170

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ И РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ ……………………………………………………..172

ПРИЛОЖЕНИЯ ………………………………………………….. 173

Приложение 1. Пассивные элементы электронных устройств…. 174

Приложение 2. Активные элементы электронных устройств …...178

Приложение 3.Промышленные образцы источников вторичного электропитания ……………………………………………………..181

Приложение 4. Моделирование электронных схем с помощью программ Multisim 2001 и Electronics Workbench… …………….182