Цель работы: Познакомить студентов с программой схемотехнического моделирования EWB в объёме, необходимом для последующего выполнения лабораторных работ по дисциплине «Основы схемотехники» и достаточном
для дальнейшего самостоятельного более глубокого
овладения этой программой. Показать студентам современный технический уровень средств, предназначенных для схемотехнического моделирования, и универсальность применения персональных компьютеров для решения самых
разнообразных задач.
Приборы и материалы: ПК и дискета.
Краткая теория: Данная программа была разработана фирмой Interactive Image Technologces в 1989 году.
Особенностью программы EWB является наличие контрольно- измерительных приборов, по внешнему виду, органам управления и характеристикам максимально приближенных к их промышленным аналогам, что способствует приобретению практических навыков работы наиболее распространенными радиоизмерительными приборами: мультиметром,
осциллографом, генератором функций, генератором слова, логическим пробником, анализатором спектра, измерителем АЧХ и ФЧХ. Созданная сравнительно недавно 5 версия программы EWB работает с операционной системой Windows 95/98 и другими более поздними версиями, занимает на жестком диске около 16 Мбайт, обладает преемственностью, т.е. все схемы, созданные в версиях 3.0 и 4.1. могут быть промоделированы в 5 версии, обладает совместимостью с программой P-Spice. Работа программы
осуществляется в виде характерных для Windows окон, управление можно осуществлять с клавиатуры и с помощью мышки, что определяет высокие эргономические качества программы и не требует квалификации программиста у пользователя.
Теперь несколько слов о сложностях и недостатках, присущих программному обеспечению. Программа EWB все подписи выдает на английском языке и требует, чтобы все пояснения к схемам в окно «Description» вводились тоже на английском языке, что требует от пользователя хорошего знания английского языка. В книге Карлащук В.И. «Электронная лаборатория на IBM РС. Программа Electronics Workbench и ее применение” автор пишет, что русифицированных версий данной программы не существует.
Следует также обратить внимание на то, что в числах, обозначающих дроби, целая часть отделяется от дробной точкой, как это принято в англоязычных странах, а не запятой как это принято в России.
Кроме того, надо иметь в виду, что в каталогах EWB в названиях операционных усилителей нет греческой буквы «µ» (мю). Она заменяется буквой «U». Поэтому OУ называется соответственно µА709 – UA709, µА741 – UA741 и т.д.
Значительные трудности возникают при использовании отечественных активных радиоэлементов (диоды, транзисторы, операционные усилители). Для того, чтобы моделировать радиоэлектронные устройства с отечественными активными элементами, необходимо сначала подобрать аналогичный импортный элемент, а затем переименовать файл, озаглавив его латинскими буквами и цифрами, например KT315V, и сохранив. При этом необходимо учитывать, что точных аналогов нет. То же касается и операционных усилителей. Подобранные таким образом импортные аналоги отечественных OУ могут в некоторых схемах и не заработать, как и, наоборот, отечественные аналоги импортных OУ.
Следует отметить и то обстоятельство, что в программе
EWB нет моделей варикапов и нет частотомера. Для установки пятой версии программы EWB требуется машина с процессором не ниже 486 (можно без
математического сопроцессора) с операционной системой Windows 95/98 и другими более поздними версиями, 16 Мб свободного пространства на жёстком
диске.
Запускается программа EWB двойным щелчком левой кнопки
мышки по ярлыку на «Рабочем столе» или «Пуск» > «Программы» > «Electronics Workbench». После этого на экране должна появиться жёлтая картинка, затем прямоугольник с надписью «Could not open file» (не открыть ли
нам файл). Имеется в виду файл запуска WEWB32.EXE. Надо нажать «ОК», и после этого запуск программы EWB будет завершён.
Так выглядит рабочее окно программы EWB. На «Панели инструментов» расположены кнопки меню радиоэлементов «Sources» (источники питания), «Basic» (пассивные), «Diodes» (диоды), «Transistors» (транзисторы), «Analog Ics» (аналоговые микросхемы, то есть операционные усилители), «Mixed Ics»
(смешанные аналого – цифровые микросхемы), «Digital Ics» (цифровые микросхемы), «Indicators» (индикаторы), радиоизмерительных приборов «Instruments» и некоторые другие.
Теперь следует потренироваться в соединении выводов радиоэлементов в узле схемы. Для этого надо вытащить на рабочее поле экрана четыре любых радиодетали из вышеперечиленых меню «Панели инструментов». Меню
раскрываются щелчком левой кнопки мышки по соответствующей кнопке панели. Нужный элемент тащится на рабочее поле при нажатой левой кнопке мышки.
Выделенный красным цветом (активизированный) радиоэлемент на рабочем поле также можно поворачивать на угол 900 либо кнопкой «Rotate» (повернуть) на «Панели инструментов», либо надо вызвать контекстное меню щелчком правой кнопки мышки по значку нужной радиодетали и выбрать в нём левой кнопкой пункт «Rotate». Параметры радиоэлементов задаются в специальном окне при выборе в контекстном меню пункта «Component properties» (параметры компонентов) или в «Строке меню» из меню «Сircuits» выбрать данный пункт.
Удаление активированного радиоэлемента производится либо кнопкой «Cut» (вырезать) на «Панели инструментов», либо выбрав аналогичный пункт меню «Edit» (правка) или в контекстном меню. Значки соединяемых радиоэлементов расставляются вокруг предполагаемого узла свободными
выводами в соответствующую сторону. В позицию узла мышкой подтаскивается точка таким образом, чтобы расстояния от точки до выводов радиоэлементов были около 1 см. Далее тянем из точки мышкой к выводу радиоэлемента проводник, который захватывается появляющейся на конце
вывода второй точкой, после чего вторая точка исчезает, что свидетельствует о том, что произошло соединение. Таким способом соединяют точку с остальными выводами. Свидетельством правильного соединения является чёрный цвет точки в узле. Белое продолжение проводника, перечёркивающее точку говорит о том, что соединения не произошло. Также следует заметить, что соединяемая точка в узле должна быть в момент проведения процедуры
соединения чёрного цвета (пассивной). Если на будет красной (активной), то при попытке провести мышкой проводник из узла в сторону вывода радиоэлемента узел сдвинется и соединение не получится. Если расстояние от узла до вывода слишком маленькое, то соединение также не получится.
Можно соединять, наоборот, выводы с узлом, но здесь есть риск захвата протягиваемого от вывода к точке проводника не той стороной точки, к которой тянешь проводник, а соседней. Таким образом, проводники могут оказаться перекручены вокруг точки.
Очень важным моментом является возможность программы EWB копировать созданные в ней схемы в текстовый редактор Word через буфер обмена. Для выполнения этой процедуры следует нажать в «строке меню»
кнопку «Edit»(правка), после чего выскочит меню, в котором
надо выбрать пункт «Copy as Bitmap» (копировать в буфер обмена) и щёлкнуть по нему левой кнопкой мышки.
На экране появится крестик, который, натягиваясь по диагонали на изображение схемы и при этом расширяясь, позволяет выделить нужную часть схемы или всю её. После этого надо отпустить кнопку мышки, и содержимое экрана внутри рамки окажется в буфере обмена. Далее надо открыть Word и нажать «Правка» > «Вставить». Содержимое буфера будет вставлено в документ Word. Это очень удобно при создании отчётов по лабораторным работам. При желании можно скопировать в буфер обмена и экспортировать в Word изображение либо всего экрана (клавиша «Print Screen»), либо только активного окна (ALT+ «Print Screen»).
Необходимо обязательно познакомиться с виртуальными радиоизмерительными приборами программы EWB окнами для их настройки. Кроме того, что на панели инструментов имеются ярлычки мультиметра, генератора функций, генератора слова, осциллографа, измерителя АЧХ и ФЧХ
(Bode plotter, по имени изобретателя данного прибора – американского инженера Боуда, не путать с телеграфным аппаратом Бодо), которые можно двигать мышкой по экрану и подключать к схемам, в меню «Analysis» (анализ) можно выбрать и в соответствующих окнах настроить нужные опции
следующих видов анализа: AC-frequency (анализ режимов схемы по переменному току, alternating current – переменный ток), DC-operating point (анализ по постоянному току, direct current – постоянный ток), Transient (анализ переходных процессов), Fourier… (спектральный анализ Фурье), Monte-
Carlo (cтатистический анализ Монте-Карло).
Так выглядит окно спектрального анализа.
А здесь настраиваются параметры спектрального
анализа.
Аналогично обстоит дело и с другими
радиоизмерительными приборами.
На этом завершим наше краткое знакомство с программой
Electronics Workbench v.5.12. Для более глубокого освоения рекомендуется установить программу EWB на своём компьютере и пользоваться соответствующей литературой.
Порядок выполнения работы. Загрузить с жёсткого диска С:\ программу EWB в оперативную память компьютера одним из перечисленных выше способов. Ознакомиться с пунктами меню из «Строки меню» поочерёдно раскрывая меню щелчком левой кнопки мышки и с кнопками и меню
радиоэлементов на «Панели инструментов». Вытащить мышкой из меню «Basic» несколько узловых точек, резисторов, конденсаторов и соединить их между собой так, чтобы в узлах сходилось по 3 – 4 вывода (проводника). Теперь поварьируйте параметры соединённых радиоэлементов.
экрана, запустите процесс симуляции. Активируйте осциллограф, щёлкнув по его значку на схеме правой кнопкой мышки и выбрав в появившемся контекстном меню пункт «Open» (открыть). Установите удобные для наблюдения сигнала параметры развёртки и вертикального отклонения
электронного луча и смещение по осям Х и Y с помощью кнопок на передней панели осциллографа. После этого, нажав кнопку «Expand» (расширить), разверните осциллограф в полный экран.
Так выглядит панель настройки параметров спектрального анализа.
А так должна выглядеть спектрограмма.
Теперь исследуйте гармонический спектр сигнала.
Частота выдаваемого генератором Колпитца сигнала составляет 1,98 МГц. Она рассчитывается по формуле
где Сk=C1 C2 /(C1 +C2 ). Изменив номинал
индуктивности L, поменяйте частоту генерации.
Сохранив на дискете схемы, осциллограммы и спектрограммы для оформления отчёта, закройте программу EWB, не сохраняя внесённых Вами изменений в схему генератора Колпитца, и выключите компьютер.
Контрольные вопросы.
1. Перечислите основные характеристики программы EWB 5-й версии,
2. Назовите минимальные требования к компьютеру, на который можно установить программу EWB v.5.12.
3. Где находится папка “Схемы”, содержащая файлы схем устройств, предназначенных для выполнения данного цикла лабораторных работ?
4. Каковы особенности процесса соединения проводников в узлах схемы?
5. Какие активные и пассивные радиоэлементы имеются на панели инструментов программы EWB и как задаются их параметры ?
6. Какие радиоизмерительные приборы имеются на панели инструментов программы EWB и как задаются их настройки?
7. Что можно скопировать из программы EWB в буфер обмена, и какие это создаёт удобства?
где Сk=C1 C2 /(C1 +C2 ). Изменив номинал