Методические рекомендации к практическим работам


-180975-116205ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ ГОРОДА МОСКВЫ
КОЛЛЕДЖ ПРЕДПРИНИМАТЕЛЬСТВА №11
КАФЕДРА ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
ПРАКТИКУМ
По дисциплине «Электроника и схемотехника»
МОДЕЛИРОВАНИЕ И АНАЛИЗ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СХЕМ
в среде Electronics Workbench
для студентов специальности 090305 Информационная безопасность автоматизированных систем
Москва
2014
Рассмотрено и утверждено на заседании кафедры Информационных технологий (протокол № ___ от ______)
Автор-составитель Степина ВВ.
Методическая разработка включает в себя материалы для проведения практических работ по дисциплине «Электротехника и схемотехника»
© Колледж предпринимательства № 11, 2014 г., Кафедра информационных технологий
СОДЕРЖАНИЕ
TOC \o "1-3" \h \z \u ВВЕДЕНИЕ PAGEREF _Toc440912127 \h 41. СТРУКТУРА ОКНА И СИСТЕМА МЕНЮ PAGEREF _Toc440912128 \h 62. ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ СХЕМ PAGEREF _Toc440912129 \h 353.ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯ PAGEREF _Toc440912130 \h 40Лабораторная работа №1 «Знакомство с моделирующей программой Electronics Workbench 5.12» PAGEREF _Toc440912131 \h 40Лабораторная работа №2 «Исследование полупроводниковых приборов» PAGEREF _Toc440912132 \h 49Лабораторная работа №3 «Исследование комбинационных логических схем» PAGEREF _Toc440912133 \h 55Лабораторная работа №4 «Исследование мультиплексоров, дешифраторов, сумматоров» PAGEREF _Toc440912134 \h 63Лабораторная работа №5 «Исследование счетчиков и сдвиговых регистров» PAGEREF _Toc440912135 \h 67ЛИТЕРАТУРА PAGEREF _Toc440912136 \h 71

ВВЕДЕНИЕСистема схемотехнического моделирования Electronics Workbench предназначена для моделирования и анализа аналоговых, цифровых и цифро-аналоговых схем большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов. Есть возможность подключения и создания новых библиотек компонентов.
Параметры компонентов можно изменять в широком диапазоне значений. Простые компоненты описываются набором параметров, значения которых можно изменять непосредственно с клавиатуры, активные элементы - моделью, представляющей собой совокупность параметров и описывающей конкретный элемент или его идеальное представление. Модель выбирается из списка библиотек компонентов, параметры модели также могут быть изменены пользователем.
Широкий набор приборов позволяет производить измерения различных электрических величин, задавать входные воздействия, строить графики. Все приборы изображаются в виде, максимально приближенном к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно.
Electronics Workbench может проводить анализ схем на постоянном и переменном токах. При анализе на постоянном токе определяется рабочая точка схемы в установившемся режиме работы. Результаты этого анализа не отражаются на приборах, они используются для дальнейшего анализа схемы. Анализ на переменном токе использует результаты анализа на постоянном токе для получения линеаризованных моделей нелинейных компонентов. Анализ схем может проводиться как во временной, так и в частотной областях. Программа также позволяет производить анализ цифро-аналоговых и цифровых схем.
Результаты моделирования можно вывести на принтер или импортировать в текстовый или графический редактор для их дальнейшей обработки.
Программа Electronics Workbench совместима с программой Pspice, то есть предоставляет возможность экспорта и импорта схем и результатов измерений в различные её версии.

1. СТРУКТУРА ОКНА И СИСТЕМА МЕНЮРабочее окно программы EWB 5.1 (рис. 1.1) содержит поле меню, линейку инструментов, контрольно-измерительных приборов и линейку библиотек компонентов, одна из которых в развернутом виде показана в левой части окна. В рабочем поле программы располагается моделируемая схема с подключенными к ней “иконками” контрольно-измерительных приборов и краткое описание схемы (description). При необходимости каждый из приборов может быть развернут для установки режимов его работы и наблюдения результатов.
581025254000
Рис. 1.1. Окно программы EWB 5.1
Рассмотрим команды меню программы EWB 5.1 в порядке их следования на рис. 1.1.
1.1. Меню File
Меню File предназначено для загрузки и записи файлов, получения твердой копии выбранных для печати составных частей схемы, а также для импорта/экспорта файлов в форматах других систем моделирования и программ разработки печатных плат.
1. Первые четыре команды этого меню: New (Ctrl+N), Open... (Ctrl+0), Save (Ctrl+S), Save As... — типичные для Windows команды ра-боты с файлами, и поэтому пояснений не требуют. Схемные файлы про-граммы EWB имеют следующие расширения: .са3 и .cd3 — аналоговые и цифровые схемы для EWB 3.0, .са4 — аналого-цифровые схемы для EWB 4.1 и .ewb — аналого-цифровые схемы для EWB 5.0.
2. Revent to Saved... — стирание всех изменений, внесенных в теку-щем сеансе редактирования, и восстановление схемы в первоначальном виде.
3. Print... (CTRL+P) — выбор данных для вывода на принтер: Schematic — схемы (опция включена по умолчанию); Description — описания к схеме;
Part list — перечня выводимых на принтер документов; Label list — списка обозначений элементов схемы; Model list — списка имеющихся в схеме компонентов;
Subcircuits — подсхем (частей схемы, являющихся законченными функциональными узлами и обозначаемых прямоугольниками с названием внутри);
Analysis options — перечня режимов моделирования; Instruments — списка приборов.
В этом же подменю можно выбрать опции печати (кнопка Setup) и отправить материал на принтер (кнопка Print), можно также изменить масштаб выводимых на принтер данных в пределах от 20 до 500 %.
В меню также предусмотрена возможность обмена данными с про-граммой разработки печатных плат EWB Layout.
1.2. Меню Edit
Меню Edit позволяет выполнять команды редактирования схем и ко-пирования экрана.
Первые пять команд этого меню: Cut (CTRL+X), Copy (CTRL+C), Paste (CTRL+V), Delete (Del), Select All (CTRL+A) — типичные для Win-dows команды работы с файлами, и поэтому пояснений не требуют.
Команда Copybits (CTRL+I) превращает курсор мыши в крестик, ко-торым по правилу прямоугольника можно выделить нужную часть экрана. После отпускания левой кнопки мыши выделенная часть копируется в бу-фер обмена, после чего его содержимое может быть импортировано в лю-бое приложение Windows. Копирование всего экрана производится нажа-тием клавиши Print Screen: копирование активной в данный момент части экрана, например, диалогового окна — комбинацией Alt+Print Screen. Команда очень удобна при подготовке отчетов по моделированию, напри-мер при оформлении лабораторных работ.
Команда Show Clipboard - для показа содержимого буфера обмена.
1.3. Меню Circuit
Меню Circuit используется при подготовке схем, а также для задания параметров моделирования. Оно содержит команды управления располо-жением графического изображения компонентов: Flip Horizontal — зер-кальное отображение компонента по горизонтали и Flip Vertical — то же, но по вертикали. Команды Rotate, Flip Horizontal и Flip Vertical могут быть выполнены также нажатием кнопок с соответствующими графиче-скими изображениями.
Команда Component Properties (свойства компонента) содержит ряд закладок. Так, при выборе закладки Value задаются номинальное сопро-тивление компонента (резистора), значение линейного (ТС1) и квадратич-ного (ТС2) температурных коэффициентов сопротивления. С учетом этих параметров действительное значение резистора определяется выражением
R=Rn[1+TC1(T-Tn)+TC2 (T-Tn)2],
где Rn — номинальное сопротивление резистора; Тn=27°С — номинальная температура; Т — текущее значение температуры резистора.
При выборе закладки Fault приводятся условия моделирования и на-бор выводов компонента с опцией на каждый вывод, что позволяет выбо-рочно имитировать ту или иную неисправность. Например, если требуется имитировать нарушение контакта вывода 1 резистора, то в этом случае включаются опции 1 и Open (открыто — обрыв). Введение таких дефектов в схему позволяет отрабатывать у учащегося навыки поиска и локализации неисправностей.
При выборе закладки Display с помощью диалогового окна задается характер вывода на экран обозначений компонента. При выборе опции Use Schematic Options global setting используются установки, принятые для всей схемы, в противном случае используется индивидуальная настройка вывода на экран позиционного обозначения и номинального значения для каждого компонента.
Диалоговое окно при выборе закладки Analysis Setup позволяет установить температуру для каждого компонента индивидуально или ис-пользовать ее номинальное значение, принятое для всей схемы (Use global temperature).
Меню команды Component Properties содержит подменю Models для активных компонентов, с помощью которого выбирается тип библиотечного компонента, редактируются его параметры, создается новая библиотека и выполняются другие команды.
Окна команды Schematic Options при выборе закладок Wiring и Printing связаны с прокладкой проводников на схеме и организацией их взаимных соединений (Routing options), удалением проводников (Rewir-ing options) и соединений (Auto-delete connectors — автоматическое уда-ление неиспользуемых соединений, например дублирующих друг друга), с масштабированием выводимой на принтер информации.
1.4. Меню Window
Меню Window содержит следующие команды:
Arrange (CTRL+W) — упорядочивание информации в рабочем окне EWB путем перезаписи экрана, при этом исправляются искажения изобра-жений компонентов и соединительных проводников;
Circuit — вывод схемы на передний план;
Description (CTRL+D) — вывод на передний план описания схемы, если оно имеется, или окно-ярлык для его подготовки (только на англий-ском языке).
1.5. Меню Help
Меню Help построено стандартным для Windows способом. Оно со-держит краткие сведения по всем рассмотренным выше командам, библиотечным компонентам и измерительным приборам, а также сведения о са-мой программе. Отметим, что для получения справки по библиотечному компоненту его необходимо отметить на схеме щелчком мыши (он высве-тится красным цветом) и затем нажать клавишу F1.
1.6. Меню Analysis программы EWB 5.0
1. Первые три команды — Activate (CTRL+G), Stop (CTRL+T), Pause (F9) — команды запуска, остановки и прерывания.
2. Analysis Options... (CTRL+Y) — набор команд для установки па-раметров моделирования.
2.1. Global — настройки общего характера, задаются с помощью диалогового окна (рис. 1.2), в котором параметры имеют следующее назначение:

Рис. 1.2. Диалоговое окно настройки
Abstol — абсолютная ошибка расчета токов;
Gmin — минимальная проводимость ветви цепи (проводимость ветви, меньшая GMIN, считается равной нулю);
Pivrel, Pivtol — относи тельная и абсолютная величины элемента строки матрицы узло-вых проводимостей (например, при расчете по методу узловых потенциалов), необходимые для его выделения в качестве ведущего элемента;
Reltol — допустимая относительная ошибка расчета напряжений и токов;
Temp — температура, при которой проводится моделирование;
Vntol — допустимая ошибка расчета напряжений в режиме Transient (анализ переходных процессов);
Chgtol — допустимая ошибка расчета зарядов;
Ramptime — начальная точка отсчета времени при анализе переход-ных процессов;
Convstep — относительный размер шага итерации при расчете ре-жима по постоянному току;
Convabsstep — абсолютный размер шага итерации при расчете ре-жима по постоянному току;
Convlimit — включение или выключение дополнительных средств для обеспечения сходимости итерационного процесса (например, за счет использования метода вариации напряжений источников питания;
Rshunt — допустимое сопротивление утечки для всех узлов относи-тельно общей шины (заземления).
Temporary... — объем дисковой памяти для хранения временных файлов (в Мбайт).
2.2. DC — настройка для расчета режима по постоянному току (статический режим). Для настройки этого режима используется диалоговое окно (рис. 1.3), параметры которого имеют следующее назначIеtlн1ие:— максимальное количество итераций приближенных расчетов;

Рис. 1.3. Диалоговоеокно установки параметров режима DC
Gminsteps—размерприращения проводимости в про-центах от GMIN (ис-пользуется при слабой сходимости итераци-онного процесса);
Srcsteps — размер приращения напряжения питания в процентах от его номинального значения при вариации напряжения пита-ния (используется при слабой сходимости итерационного процесса).
Кнопка Reset Defaults предназначена для установки по умолчанию параметров, показанных на рис. 1.2. Используется в том случае, если после редактирования необходимо вернуться к исходным данным.
2.3. Transient — настройка параметров режима анализа переходных процессов (диалоговое окно на рис. 1.4):

Рис. 1.4. Диалоговое окно настройки режима моделирования переходных процессов
Itl4 — максимальное количество итераций за время анализа переходных процес-сов;
Maxord — максималь-ный порядок (от 2 до 6) мето-да интегрирования дифферен-циального уравнения;
Trtol — допуск на погрешность вычисления переменной;
Method— метод приближенного интегрирования дифференциального уравнения:
Trapezoidal — метод трапеций, Gear — метод Гира;
Асст — разрешение на вывод статистических сообщений о процессе моделирования.
2.4. Device — выбор параметров МОП-транзисторов (диалоговое ок-но показано на рис. 1.5):

Рис. 1.5. Выбор параметров МОП-транзисторов
Defad—площадь диффузионной области сто-ка, м2;
Defas—площадь диффузионной области ис-тока, м2;
Defl — длина канала полевого транзистора, м; Defw — ширина канала, м;
Tnom — номинальная температура компонента;
Bypass — коммутация нелинейной части модели компонента;
Trytocompact — включение или выключение линейной части модели компонента.
2.5. Instruments — настройка параметров контрольно-измери-тельных приборов (рис. 1.6):

Рис. 1.6. Диалоговое окно настройки параметров
Pause after each screen — пауза (временная остановка мо-делирования) после заполнения экрана осциллографа по гори-зонтали (Oscilloscope);
Generate time steps auto-matically — автоматическая ус-тановка временного шага (ин-тервала) вывода информации на экран;
Minimum number of time points — минимальное количество отображаемых точек за период наблюдения (регистрации);
Тмах —промежуток времени от начала до конца моделирования;
Set to Zero — установка в нулевое (исходное) состояние контрольно-измерительных приборов перед началом моделирования;
User-defined — управление процессом моделирования проводится пользователем (ручной пуск и остановка);
Calculate DC operating point — выполнение расчета режима по посто-янному току;
Points per cycle — количество отображаемых точек при выводе амплитудно-частотных и фазо-частотных характеристик (Bode plotter);
Use engineering notation — использование инженерной системы обо-значений единиц измерения (например, напряжения будут выводиться в милливольтах (мВ), микровольтах (мкВ), нановольтах (нВ) и т.д.).
3. DC Operating Point —расчет режима по постоянному току. В ре-жиме DC из моделируемой схемы исключаются все конденсаторы и закорачиваются все индуктивности.

Рис. 1.8. Генератор Колпитца
Рассмотрение DC-режима и последующих команд меню Analysis це-лесообразно вести на примере практических устройств. В качестве таковых используем фильтр верхних частот на операционном усилителе (рис. 1.7) и генератор Колпитца (рис. 1.8).

Рис. 1.7. Фильтр высоких частот на операционном усилителе
Отметим, что при использованиикоманд меню Analysis целесообразно в меню Circuit>Schematic >Options>Show/Hide включить опции Show Reference ID и Show Nodes. Отметим также, что в схеме фильтра входное напряжение во всех случаях принято равным 100 мкВ.
Результаты расчета режима генератора Колпитца по постоянному току показаны на рис. 1.9. В верхней части рисунка указано имя схемного файла (для генератора Колпитца дены потенциалы узлов схемы в контрольных точках 1, 2, 3, 4 и на вы-водах транзистора. Переменные L0#branch и это 2m- oscil.ewb).
V0#branch обозначают токи через индуктивность LO и источник напряже-ния VO соответственно. Если курсор мыши поместить в окно (рис. 1.9), то правой ее кнопкой вызывается диалоговое окно для редактирования названия (по умолчанию принимается название схемного файла), изменения шрифта и т.д.

Рис. 1.9. Результат расчета режима по постоянному току генератора Колпитца
4. AC Frequency... — расчет частотных характеристик. Выполнение команды начинается с задания в диалоговом окне (рис. 1.10) следующих параметров:
Fstart, Fstop — границы частотного диапазона (минимальное и максимальное значение частоты соответственно);
Sweep type — масштаба по горизонтали: декадный (Decade), линейный (Linear) и октавный (Octave);
Number of points — числа точек;
Vertical scale — масшта-ба по вертикали: линейный (Linear), логарифмический (Log) и в децибелах (Decibel);

Рис. 1.10. Окно выбора параметров моделирования
Nodes in circuit — спи-ска всех узлов цепи;
Nodes for analysis — но-меров узлов, для которых рас-считываются характеристики схемы, перечень таких узлов устанавливаетсянажатием кнопок Add -> (добавить) и | <-Remove (удалить);
Simulate — кнопка запуска моделирования.
Результатымоделирования фильтра представлены на рис. 1.11 в виде амплитудно-частотной (АЧХ — верхняя кривая) и фазо-частотной (ФЧХ — нижняя кривая) ха-рактеристик. Аналогичные характеристики можно получить также и с по-мощью измерителя АЧХ-ФЧХ, причем с более высокой точностью за счет сканирования АЧХ и ФЧХ в выбранных точках визирной линейкой.

Рис. 1.11. Результаты расчета частотных характеристик фильтра
3846830106426000Дополнительные манипуляции с результатами расчета выполняются с помощью командных кнопок, расположенных в верхней части окна (рис. 1.11). Первые восемь кнопок являются стандартными и пояснений не требуют. Назначение третьей группы кнопок рассмотрено ниже.
4.1. Properties — параметры графического изображения, таково название первой кнопки. При ее нажатии открывается диалоговое окно (рис. 1.12), имеющее закладки General, Left Axis, Bottom Axis, Right Axis, Top Axis и Traces.

Рис. 1.12. Окно оформления результатов моделирования General
Окно General состоитиз четырех блоков:
Title — редактирование названия с возможностью изменения шрифта;
Grid — нанесение на графики сетки с возможно-стью редактирования толщи-ны линий и их цвета;
Trace Legend — ото-бражение на экране сигнала в контрольных точках схемы с указанием цвета соответствующих графиков;
Cursors — вывод на эк-ран характеристик АЧХ и ФЧХ в табличном виде для одного или всех выбранных узлов схемы.
При выборе заставки Left Axis диалоговое окно оформления резуль-татов моделирования имеет вид, показанный на рис. 1.13. Оно состоит из следующих блоков:
Label — редактирование обозначения оси Y с возможностью изме-нения шрифта и его атрибутов (например, можно заменить символ обозна-чения напряжения V на U);
Axis — изменение толщины линии оси Y и ее цвета;
Division — количество разбиений в одном большом делении сетки; Range — диапазон значений по оси Y;
Scale — установка масштаба по оси Y (линейный, логарифмический и т.д.).

Рис. 1.13. Окно оформления результатов моделированияLeft Axis
Для заставок Bottom Axis, Rigt Axis и Top Axis окна настроек имеют аналогичный вид. Для заставки Traces окно настроек показано на рис. 1.14.

Рис. 1.14. Окнооформления результатов моделирования Traces
Окно состоит из следующих блоков:
Trace — выбор номера контрольной точки, для которой редактирует-ся изображение характеристики;
Label — задание метки рассматриваемой точки (на рис. 1.14 она совпадает с номером контрольной точки, однако здесь может быть размещена и другая информация в виде комментариев);
Pen Size — выбор ширины линии для изображения характеристики; Color — выбор цвета линии;
Sample — образец линии; Х Range — выбор оформления для оси X, аналогичного выбранному в окне Bottom Axis или Top Axis;
Y Range — выбор оформ-ления для оси Y, аналогичного выбранному в окне Left Axis (рис. 1.13) или Right Axis; Offsets — установка смещения координат по осям Х и Y.

Рис. 1.15. Задание режимов моделирования переходных процессов
4.2 — эти кнопки имеют соответственно названия Toggle Grid (вставить сетку), Toggle Legend (вставить обозначение контрольной точки), Toggle Cursor (вывести числовые данные), Restore Graph (восстановить графическое обозначение, т.е. проигнорировать введенные изменения), Reverse Color (инвертировать цвет).
5. Transient... — расчет переходных процессов. Диалоговое окно команды (рис. 1.15) содержит следующие данные:
Initial conditions — установка начальных условий моделирования; назначение составных частей этого блока рассматривались при описании окна, изображенного на рис. 1.6;
Tstart — время начала анализа переходных процессов; Tstop — время окончания анализа;
Generate time steps automatically — расчет переходных процессов с переменным шагом, выбираемым автоматически в соответствии с допус-тимой относительной ошибкой RELTOL, задаваемой в окне, изображенном на рис. 1.2; если эта опция выключена, то расчет ведется с учетом двух других опций, описанных при рассмотрении окна настройки параметров (см. рис. 1.6);
Tstep — временной шаг вывода результатов моделирования на экран монитора.
Порядок использования пара-метров Nodes in circuit описан при рассмотрении окна выбора парамет-ров моделирования (см. рис. 1.10).
При указанных в рассмотрен-ном окне параметрах результаты моделирования переходных процессов в фильтре представлены на рис. 1.16.

Рис. 1.16. Результаты моделирования переходных процессов в фильтре
Здесь показан также ярлык (он может быть размещен в любом месте экрана), с помощью которого можно узнать, в какой точке схемы снята синусоида.
Из рис. 1.16 видно запаздывание выходного сигнала относительно входного.
6. Fourier... — проведение Фурье-анализа (спектрального анализа). При выборе этой команды необходимо задать параметры моделирования с помощью диалогового окна (рис. 1.17), в котором опции имеют следующее назначение:

Рис. 1.17. Окно установки режима Фурье-анализатора следования выборок;
Output node — номер контрольной точки (узла), в которой анализи-руется спектр сигнала;
Fundamental frequency — основная частота колебания (частота пер-вой гармоники);
Number harmonic —число гармоник, подлежащих анализу;
Vertical scale — масштаб по оси Y (линейный, логарифмический, в децибелах);
Advanced — набор опций этого блока предназначен для оп-ределения более тонко структуры анализируемого сигнала путем введения дополнительных выбо-рок (по умолчанию выключены);
Number of points per har-monic — количество отсчетов (выборок) на одну гармонику;
Sampling frequency — час
Display phase — вывод на экран распределения фаз всех гармонических составляющих в виде непрерывной функции (по умолчанию выводится график только амплитуд гармоник);
Output as line graph — вывод на экран распределения амплитуд всех гармонических составляющих в виде непрерывной функции (по умолчанию — в виде линейчатого спектра).
Если в окне (см. рис. 1.17) установить последние две опции, то в результате анализа получают кривые распределения амплитуд в логарифмическом масштабе и
7. Monte Carlo... — статистический анализ по методу Монте-Карло. В диалоговом окне установки параметров моделирования для этой команды (рис. 1.18) задаются следующие параметры:

Рис. 1.18. Окно установки параметров моделирования распределения фаз гармонических составляющих.
Number of runs — количество статистических испытаний;
Global Tolerance — отклонения параметров резисторов, конденсаторов, индуктивностей, источников переменного и постоянного тока и напряжения;
Seed — начальное значение случайной величины (этот параметр оп-ределяет начальное значение датчика случайных чисел и может задаваться в пределах 1...32767 ;
Distribution type − закон распределения случайных чисел: Uniform − равновероятное распределение на отрезке (-1, +1) и Gaussian − гауссовское распределение на отрезке (-1, +1) с нулевым средним значением и средне-квадратическим отклонением 0,25. Требуемый закон распределения выбирается после нажатия кнопки в поле рассматриваемой опции.
Global tolerance — отклонение параметров резисторов, конденсато-ров, индуктивностей, источников переменного и постоянного тока и на-пряжения;
Collating function — характеристики схемы (выбираются из предла-гаемого списка): максимальное и минимальное значение величины (Max. value, Min. value), максимальная и минимальная частота (Frequency at max. Frequency at min), значение частоты (Rise edge frequency. Fall edge fre-quency), при котором происходит пересечение заданного уровня порогово-го напряжения Threshold снизу-вверх и сверху-вниз;
Output node — выбор выходной точки схемы.
В нижней части окна перечислены режимы моделирования, для ко-торых может быть проведен многовариантный анализ. В правом нижнем углу находятся кнопки для установки параметров этих режимов, диалоговые окна которых практически не отличаются от рассмотренных выше.
Результаты статистического анализа генератора Колпитца при указанных на рис. 1.18 значениях параметров приведены на рис. 1.19, а, на ко-тором ломаная кривая показывает изменения постоянной составляющей (напряжения покоя) на выходе схемы при случайном изменении параметров ее компонентов при числе испытаний 20.
В режиме анализа переходных процессов результаты статистических испытаний при числе испытаний 2 показаны на рис. 1.19, б (малое число испытаний выбрано из чисто оформительских соображений, поскольку каждый результат испытаний отображается другим цветом, и в чернобелом исполнении это выглядело бы не лучшим образом). На рис. 1.19 а,б приведены также среднее значение контролируемой
1638305715000
а)б)
Рис. 1.19. Результаты статистических испытаний генератора Колпитца:
а - изменение постоянной составляющей; б - режим анализа переходных процессов величины Mean, ее среднеквадратическое отклонение Standard deviation (std), процентное содержание данных с отклонениями в ±1 std, ±2 std и т.д.
8. Display Graph — этой командой вызываются на экран графики результатов выполнения одной из команд моделирования. Если в процессе моделирования использовано несколько команд этого меню, то результаты их выполнения накапливаются и в знакомом нам окне отображаются в виде закладок с наименованием команд, которые могут перемещаться кнопками, расположенными в правом верхнем углу окна. Это позволяет оперативно просматривать результаты моделирования без его повторного проведения. Отметим, что вызов команды происходит автоматически при выполнении первой же команды из меню Analysis. Если в схеме использует-ся осциллограф, то после запуска моделирования и предварительно установленной команды Display Graph в ее окне появляется закладка Oscillo-scope с изображением осциллограммы; если используется измеритель АЧХ-ФЧХ, то появляется закладка Bode с изображением АЧХ и ФЧХ и т.д. Одновременно графическая информация выводится также и на основ-ные приборы.
21 1.7. Обмен данными с программой PSpice
Обмен данными с PSpice и другими программами (OrCAD, EWB Layout и др.) производится с помощью команд Export и Import меню File.
Перед выполнением команды Export необходимо загрузить файл схемы.
В строке "Тип файла" можно выбрать следующие типы файлов: Spice (*.cir), WAD PCB (*.net). Tango (*.net). Eagle (*.scr), Layo1 (*.cmp), Ultimate (*.plc), EWB Layout (*.plc).
При выборе типа файла Spice получаем файл с расширением .cir (в данном случае 2m-osc.cir) с текстовым описанием схемы в формате PSpice. В случае импорта файлов в формате PSpice в программе EWB вы-полняется построение принципиальной схемы. После выбора команды Im-port открывается диалоговое окно, в котором необходимо указать имя импортируемого файла (только в формате SPICE). После этого вызывается меню размещения (Part Placement). Выбор в этом меню режимов Default (по умолчанию) и Quick (быстрый) приводит к достаточно быстрому вы-воду схемы, однако вид ее получается крайне неудобочитаемым. Выбор режима Customized (самостоятельная настройка) приводит к цепочке последовательно вызываемых меню, в которых корректируется размещение, скорость формирования изображения схемы, плотность размещения, максимальное количество проводников.

2. ТЕХНОЛОГИЯ ПОДГОТОВКИ СХЕМПрежде чем создавать чертеж принципиальной схемы средствами программы EWB, необходимо на листе бумаги подготовить ее эскиз с примерным расположением компонентов и с учетом возможности оформления отдельных фрагментов в виде подсхем. Целесообразно также ознакомиться с библиотекой готовых схем программы (см. приложение) для выбора аналога (прототипа) или использования имеющихся решений в качестве подсхем.
В общем случае процесс создания схемы начинается с размещения на рабочем поле EWB компонентов из библиотек программы в соответствии с подготовленным эскизом. Разделы библиотеки программы EWB поочередно могут быть вызваны с помощью меню Window или с помощью “иконок”, расположенных рядом с линейкой контрольно-измерительных приборов (см. рис. 1.1). Каталог выбранной библиотеки устанавливается в любое место стандартным способом — перетаскиванием за шапку заголовка. Для открытия каталога нужной библиотеки необходимо подвести курсор мыши к соответствующей “иконке” и нажать один раз левую кнопку, после чего серый фон “иконки” меняется на желтый. Необходимый для создания схемы значок (символ) компонента переносится из каталога на рабочее поле программы движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается (для фиксирования символа) и производится двойной щелчок по значку компонента. В раскрывающемся диалоговом окне устанавливаются требуемые параметры (сопротивление резистора, тип транзистора и т.д.), выбор подтверждается нажатием кнопки Accept или клавиши Enter. На этом этапе необходимо предусмотреть место для размещения контрольных точек и “иконок” контрольно-измерительных приборов.
Если в схеме используются компоненты одинакового номинала (на-пример, резисторы с одинаковым сопротивлением), то номинал такого компонента рекомендуется задать непосредственно в каталоге библиотеки и затем переносить компоненты в нужном количестве на рабочее поле. Для изменения номинала компонента необходимо два раза щелкнуть мышью по символу его графического изображения и в раскрывающемся после этого в окне внести изменения.
При размещении компонентов схемы на рабочем поле программы EWB 5.0 можно воспользоваться динамическим меню.
После размещения компонентов производится соединение их выводов проводниками. При этом необходимо учитывать, что к выводу компонента можно подключить только один проводник. Для выполнения подключения курсор мыши подводится к выводу компонента, и после появлении прямоугольной площадки синего цвета нажимается левая кнопка. Появляющийся при этом проводник протягивается к выводу другого компонента до появления на нем такой же прямоугольной площадки, после чего кнопка мыши отпускается, и соединение готово.
При необходимости подключения к этим выводам других проводников в библиотеке Passive выбирается точка (символ соединения) и переносится на ранее установленный проводник. Чтобы точка почернела (первоначально она имеет красный цвет), необходимо щелкнуть мышью по свободному месту рабочего поля. Если эта точка действительно имеет электрическое соединение с проводником, то она полностью окрашивается черным цветом. Если на ней виден след от пересекающего проводника, то электрического соединения нет, и точку необходимо установить заново. После удачной установки к точке соединения можно подключить еще два проводника.
Если соединение нужно разорвать, курсор подводится к одному из выводов компонентов или точке соединения. При появлении площадки нажимается левая кнопка, проводник отводится на свободное место рабо-чего поля, после чего кнопка отпускается. 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. Следует отметить, что прокладка соединительных проводников производится автоматически, причем препятствия — компоненты и другие проводники — огибаются по ортогональным направлениям (по горизонтали или вертикали).
Точка соединения может быть использована не только для подключения проводников, но и для введения надписей (например, указания вели-чины тока в проводнике, его функционального назначения и т.п.). Для этого необходимо дважды щелкнуть по точке и в раскрывшемся окне ввести необходимую запись (не более 14 символов), причем запись можно смещать вправо путем введения слева нужного количества пробелов. Это свойство может быть использовано и в том случае, когда позиционное обо-значение компонента (например Cl, R10) накладывается на рядом проходящий проводник или другие элементы схемы.
Если необходимо переместить отдельный сегмент проводника, к нему подводится курсор, нажимается левая кнопка, и после появления в вертикальной или горизонтальной плоскости двойного курсора производятся нужные перемещения.
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. Цветные проводники целесообразны не только для обозначения проводников одинакового функционального назначения, но и для проводников, находящихся в разных частях схемы (например, проводники шины данных до и после буферного элемента). Примеры такого оформления можно найти в каталогах готовых схем (см. файл ad.c-dacl.ca4).
При обозначении компонентов необходимо придерживаться рекомендации правил, предусмотренных ЕСКД (единой системой конструкторской документации). Что касается пассивных компонентов, то при выборе их обозначений особых трудностей не возникает. Трудности возникают при выборе активных элементов микросхем, транзисторов и т.п., особенно при необходимости использования компонентов отечественного производства, когда требуется установить точное соответствие функциональных обозначений выводов и параметров зарубежных и отечественных компонентов. Для облегчения этой задачи можно воспользоваться таблицами соответствия зарубежных и отечественных компонентов.
При импортировании в создаваемую схему другой схемы или ее фрагментов целесообразно действовать в следующей последовательности:
• командой File>Save As записать в файл создаваемую схему, указав его имя в диалоговом окне (расширение имени файла указывать не обязательно, программа сделает это автоматически);
• командой File>0pen загрузить на рабочее поле импортируемую схему стандартным для Windows образом;
• командой Edit>Select All выделить схему, если импортируется вся схема, и выделить ее нужную часть;
• командой Edit>Copy скопировать выделенную схему в буфер; • командой File>0pen загрузить создаваемую схему;
• командой Edit>Paste вставить содержимое буфера обмена на рабочее поле; после вставки импортируемая схема будет выделена (и отмечена красным цветом) и может оказаться наложенной на создаваемую схему;
• клавишами управления или мышью отбуксируйте импортированную часть в нужное место, после чего можно отменить выделение;
• после подключения импортированной схемы необходимо щелчка-ми мыши пройтись по всем ее компонентам, чтобы исключить их смещения, возникающие при буксировке и приводящие к ступенчатым искажениям проводников.13563608860155001368425935672500
Перемещения отдельных фрагментов схемы при ее компоновке выполняются вышеописанным образом после выделения фрагмента.
После подготовки схемы рекомендуется составить ее описание (окно-ярлык вызывается из меню Window>Description), в котором указывается назначение; после проведения моделирования указываются его результаты. К сожалению, программа EWB позволяет вводить описание только на английском языке. Кроме того, в EWB не предусмотрены средства для редактирования графических изображений компонентов, а также введения новых шрифтов.

ПРАКТИЧЕСКИЕ ЗАНЯТИЯЛабораторная работа №1 «Знакомство с моделирующей программой Electronics Workbench 5.12»Цель работы: научиться пользоваться виртуальными измерительными  приборами 
Программы EWB для дальнейшего их использования в последующих лабораторных работах.
Описание контрольно-измерительных приборов в программе EWB.
Панель контрольно-измерительных приборов (Instruments) находится над полем рабочего окна программы EWB и содержит цифровой мультиметр, функциональный генератор, двухканальный осциллограф,  измеритель амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик:

Общий порядок работы с приборами такой: иконка прибора при помощи мыши переносится на рабочее поле и подключается проводниками к исследуемой схеме. Для приведения прибора в рабочее (развернутое) состояние необходимо дважды щелкнуть курсором по его иконке или вызвать его контекстное меню и выбрать пункт Open . 
Осциллограф (Oscilloscope)
Описание осциллографа. Лицевая панель осциллографа.
Описание осциллографа. Лицевая панель осциллографа.

Осциллограф имеет два канала ( Channel) А и В с раздельной регулировкой смещения по вертикали (Yposition). Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок AC, 0, DC. Режим AC предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (режим “закрытого входа”, поскольку на входе усилителя осциллографа включается разделительный конденсатор). В режиме 0входной зажим замыкается на землю. В режиме DC (по умолчанию) можно производить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока (режим “открытого входа”, поскольку входной сигнал поступает на вход вертикального усилителя непосредственно).
Режим развертки выбирается кнопками Y/T, B/A, A/B. В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуется  следующий режим развертки : по вертикали – напряжение сигнала, по горизонтали – время; в режиме B/A : по вертикали – сигнал канала В, по горизонтали – сигнал канала А в режиме A/B: по вертикали  - сигнал канала А, по горизонтали – сигнал канала В.
В режиме развертки Y/T длительность развертки ( Timebase) может быть задана в диапазоне от 0,1 нс/дел (ns/div ) до 1 с/дел ( s/div) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, то есть по оси X ( X position).
В режиме Y/T предусмотрен также ждущий режим Trigger с запуском развертки ( Edge ) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала при регулируемом уровне (Level ) запуска, а также в режиме Auto, от канала А, от канала  В или от внешнего источника (Ext), подключаемого к зажиму в блоке управления (Trigger). Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками : AUTO, A, B, EXT.
Можно установить режим однократной развертки через системное меню Analysis, опция Analysis Options на закладке Instruments установить флаг “Pause after each screen”. Для режима непрерывной развертки – выключить флаг “Pause after each screen”. В программе EWB по умолчанию стоит режим непрерывной развертки.
Соединительным проводам можно задать цвет. Выделив нужный провод, щелкните правой кнопкой мыши и из появившегося контекстного меню выберите пункт Wire Properties (Свойство проводов), задайте цвет.
Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы Ground в правом верхнем углу прибора.
При нажатии на кнопку Expand лицевая панель осциллографа существенно меняется:
 
Лицевая панель осциллографа в режиме EXPAND
Увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за ушки можно установить в любое место экрана, при этом в индикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линиями).
Изображение можно инвертировать нажатием кнопки Reverse и записать данные в файл нажатием кнопки Save. Возврат к исходному состоянию осциллографа – нажатием кнопки Reduce.
КРАТКАЯ ТЕОРИЯ
Сква́жность (в физике, электронике) — один из классификационных признаков импульсных систем, определяющий отношение его периода следования (повторения) к длительности импульса. Величина, обратная скважности и часто используемая в англоязычной литературе, называется коэффициентом заполнения (англ. Duty cycle).
Таким образом, для импульсного сигнала справедливы следующие соотношения:
,
где S — скважность, D — коэффициент заполнения, T — период импульсов,  — длительность импульса.
Скважность определяет отношение пиковой мощности импульсной установки (например, передатчика радиолокационной станции) к её средней мощности и таким образом является важным показателем работы импульсных систем. В устройствах и системах дискретной передачи и обработки информации недостаточно высокая скважность может приводить к искажению информации.
Содержание лабораторной работы
1. Запустить программу EWB.
2. Из панели контрольно-измерительных приборов (Instruments) выбрать осциллограф  и разместить его на  рабочее поле.
3. Установить режим однократной развертки - “Pause after each screen”.
4. Подключить источник  импульсов (библиотека компонентов Sources) с параметрами по умолчанию 50%,1 кГц, 5В.

4.1. Измерить амплитуду и период импульсов, вычислить скважность импульсов n=T/TИМП.
Осциллограф использовать в режиме однократной развертки Y/T, синхронизация Auto, вход DC.
4.2. Измерить время нарастания и спада импульсов.
Результаты  пунктов 4.1. и 4.2. занести в таблицу:
Амплитуда А, [В]  
Период Т, [мс]  
Длительность импульса ТИМП, [мкс]  
Скважность n  
Время нарастания ТНАР., [мкс]  
Время спада ТСПАД, [мкс]  
5. Собрать цепь, содержащую источник прямоугольных импульсов и интегрирующее RC звено. Ко входу звена подключить зеленым проводом канал А осциллографа, к выходу – канал В красным проводом.

5.1. Определить длительность импульса, период следования, зарисовать осциллограммы, определить нарастание выходного сигнала за время импульса. Полученные результаты занести в таблицу.
Период Т, [мс]  
Длительность импульса ТИМП, [мкс]  
Нарастание вых. сигнала, [В]  
6. Заменить источник прямоугольных импульсов на источник синусоидальных импульсов  с параметрами  5В, 1 кГц.
6.1. Определить амплитуду входного и выходного сигналов, коэффициент передачи звена на выбранной частоте и фазовый сдвиг.
Амплитуда входного сигнала, [В]  
Амплитуда выходного сигнала, [В]  
Фазовый сдвиг j , [мкс]  
Коэффициент передачи звена К  
6.2. Перейти из режима синхронизации Auto в режим А, затем в режим В. Зарисовать и объяснить полученные осциллограммы.
6.3. Перейти в режим развертки осциллографа В/А. Зарисовать полученную картину и объяснить результат.
6.4. Входы осциллографа переключить в режим АС. Перейти в режим непрерывной развертки (выключить флажок «Pause after each screen»),  Y/T, синхронизация Auto. Пронаблюдать за выходным сигналом в течение нескольких циклов развертки. Объяснить наблюдаемое явление. Почему осциллограмма входного сигнала не меняется, хотя оба входа осциллографа используются в одинаковом режиме АС?
6.5. Повторить пункт 6.1.-6.4., изменив частоту генератора с 1 кГц на 2 кГц.
7. Заменить интегрирующее звено цепью простейшего выпрямителя (использовать режим однократной развертки – « Pause after each screen»):

7.1. Зарисовать осциллограммы, определить максимальное напряжение на выходе во время положительной и отрицательной полуволны входного напряжения. Почему во время отрицательной полуволны на выходе имеется некоторое напряжение, хотя диод закрыт, а во время положительной полуволны выходное напряжение всегда меньше входного?
8. Содержание отчета.
8.1. Таблицы результатов измерений п. 4.1., 4.2., 5.1., 6.1.
8.2. Осциллограммы п.6.2., 6.3., 6.4. и пояснение к ним.
8.3. Что изменилось в осциллограммах при повышении частоты входного сигнала с 1 кГц до 2 кГц?
8.4. Осциллограммы и ответ на вопросы п. 7.1.

Лабораторная работа №2 «Исследование полупроводниковых приборов»Цель работы: экспериментальное изучение электрических свойств диодов и транзисторов и определение их характеристик
1. Задание: Исследовать параметры полупроводниковых диодов {модуль 1 глава 1.3}.
Порядок выполнения работы:
1.1. Запустите программу EWB 5.12.
1.2. Соберите схему для исследования параметров полупроводниковых диодов:
1.2.1. Из библиотеки компонентов источников питания  Sources на поле поместите источник заданного напряжения  и заземление – .
1.2.2. Из библиотеки пассивных элементов Basic на поле  поместите резистор , подстроечный резистор  и ключ .
1.2.3. Из библиотеки  индикаторных устройств Indicators  поместите амперметры  и вольтметры .
1.2.4. Из библиотеки Diodes  на поле поместить диод .
1.2.5. Соедините все компоненты по схеме. Установите необходимые параметры  компонентов:

 1.3. Снимите вольтамперные характеристики диода, меняя значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20% Увеличение  можно производить нажатием клавиши «R», уменьшение – «Shift+R». Шаг увеличения/уменьшения можно задать.
1.3.1. Исследуйте прямую ветвь диода. Для переключения ключа используйте клавишу Space (Пробел).
1.3.2. Исследуйте обратную ветвь диода.
1.3.3. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):
Прямая ветвь Обратная ветвь
       
       
       
       
       
       
I, мА U, мВ I, мкА U, В
1.4. Постройте  график вольтамперной характеристики.
1.5. Измените температуру работы диода (для этого щелкните два раза на диоде и в появившемся окне «Diode Properties» выберите закладку «Analysis Setup» установите температуру равную 60° С) и повторите пункты 1.3. и 1.4.
2. Задание: Исследовать параметры стабилитрона {модуль 1 глава 1.4}.
2.1. Соберите схему для исследования параметров стабилитрона.

Схема аналогична схеме для исследования параметров полупроводникового диода. Из библиотеки Diodes на рабочее поле поместите стабилитрон:
2.2. Снимите вольтамперные характеристики стабилитрона, меняя значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20%:
2.2.1. Исследуйте прямую ветвь стабилитрона. Для переключения ключа используйте клавишу Space (Пробел).
2.2.2. Исследуйте обратную ветвь стабилитрона.
2.2.3. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):
Прямая ветвь Обратная ветвь
I, мА U, мВ I, мА U, В
2.3. Постройте  график вольтамперной характеристики стабилитрона.
2.4. Измените температуру работы стабилитрона и повторите пункты 2.2. и  2.3.
3. Задание: Исследовать параметры транзистора {модуль 1 глава 1.5}.
3.1. Из библиотеки транзисторов Transistors  поместите на поле  p-n-p транзистор . Соберите схему для исследования параметров транзистора:

3.2. Снимите семейство входных и  выходных характеристик биполярного транзистора, меняя  значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20%. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения два знака после запятой):
  Uкб=12 В (R2=100%) Uкб=7,2 В (R2=60%) Uкб=2,4 В (R2=20%) Uкб=0 В
(R2=0%)
Iэ=19,69 мА
(R1=100%)          
Iэ=9,35 мА
(R1=80%)          
Iэ=3,24 мА
(R1=40%)          
Iэ=0 мА
(R1=0%)          
  Iк, мА Iк, мА Iк, мА Iк, мА Uэб,  мВ
3.3. Построить  графики входных и выходных характеристик транзистора:
IЭ=f(UЭБ) при UКБ=const
IК=f(UКБ) при IЭ=const
3.4. По характеристикам транзистора определить его параметры h11б и h21б при Uкб=0 В и Iэ = 3,24 мА.
3.5. Изменить температуру работы транзистора и повторите пункты 3.2. – 3.4.
4. Содержание отчета.
4.1. Таблицы результатов измерений п. 1.3. (для разных температур работы диода).
4.2. График ВАХ диода п. 1.4. (для разных температур работы диода).
4.3. Таблицы результатов измерений п. 2.2. (для разных температур работы стабилитрона);
4.4. График ВАХ стабилитрона п. 2.3. (для разных температур работы стабилитрона).
4.5. Таблицы результатов измерений п. 3.2. для разных температур работы транзистора.
4.6. Графики п. 3.3.  для разных температур работы транзистора.
4.7. Решение задания п. 3.4

Лабораторная работа №3 «Исследование комбинационных логических схем»Цель работы: научиться реализовывать любые логические функции с помощью элементарных логических схем. Ознакомиться с построением генераторов импульсов, построением формирователей импульсов на основе логических интегральных схем {модуль 2 глава 1}.
1. Реализация простых логических функций. Задание:
1.1. На основании определения логических операций НЕ (инверсии), И (коньюнкции), ИЛИ (дизъюнкции) заполните табл.1.1.
Таблица 1.1.
Входные переменные Значение выходных функций F
А В С НЕ А И И-НЕ ИЛИ ИЛИ-НЕ
0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 0 1 1 1 1.2. Нарисуйте принципиальные схемы для реализации функций , , , ,  на логических элементах типа И-НЕ.
Для функции  соберите нарисованную схему и проверьте, что она выполняет логическую операцию ИЛИ для трех переменных А, В, С.
2. Минимизация сложных логических функций и их реализация.
2.1. Пример. Реализуем логическую функцию, представленную в табл. 1.2.
Таблица 1.2.
А В С F
0
1
0 1
1
0 1
1
1 1
1
1
Остальным комбинациям А, В, С, не указанным в таблице, соответствует значение F=0. Табл. 1.2. соответствует логическое выражение .
По правилам алгебры логики проведем минимизацию функции F. Выносим общий множитель за скобки
Используя очевидное соотношение , можем в скобках еще раз повторить любой из членов. Добавим член . Тогда , но , поэтому  (1).
Для реализации выражения (1) с помощью элементов И-НЕ необходимо исключить операцию дизъюнкции, выразив ее по формуле Де Моргана: .
Поэтому (2)
Выражение (2) реализуется в схеме (рис.1.2.).

Рис.1.2.
Соберите схему (рис.1.2) и проверьте, что она реализует функцию, заданную в табл.1.2.
2.2. Задание:
Из табл.1.3 выберите логическую функцию для своего варианта, составьте соответствующее логическое выражение, минимизируйте его и приведите к виду, удобному для схемной реализации.
Из типовых элементов И-НЕ соберите схему и проверьте, что она реализует логическую функцию вашего варианта.
Таблица 1.3.

3. Синтез логических схем.
3.1. Задание:
3.1.1. Синтезируйте и реализуйте схему электронного замка, открываемого (F=1) комбинацией входных сигналов А1А2А3А4, определяющих номер вашего варианта. Например, для варианта 9 замок должен открываться комбинацией 1001.
3.1.2. Синтезируйте и реализуйте схему, моделирующую автомат для голосования на примере трех участников. Алгоритм голосования: решение принято (F=1), когда за него голосует не менее двух человек из трех.
3.1.3. Синтезируйте и реализуйте схему “исключающее ИЛИ” (2 варианта), пользуясь элементами 2И-НЕ схемы К155ЛА3. Первый вариант имеет более простую запись и реализуется на пяти элементах 2И-НЕ, второй более сложную запись, но требует для реализации только 4 элемента.
3.1.4. Синтезируйте и реализуйте схему одноразрядного компаратора, работающего по алгоритму:
F=0, если А1>А2  и F=1, если А1=А2
3.1.5. Синтезируйте и реализуйте схему коммутатора сигналов, работающую по алгоритму: F=В1, если А=1 и F=В2, если А=0.
Здесь А-коммутирующий сигнал, В1,В2-коммутируемые сигналы.
3.1.6. С помощью логического преобразователя подтвердите результаты пп 3.1.4., 3.1.5 (задайте таблицу истинности, на ее основе получите минимизированное логическое выражение и схему устройства только на элементах И-НЕ).
4. Укоротитель импульсов.
4.1. Задание:
4.1.1. Соберите схему (рисунок 1). Зарисуйте осциллограммы в точках А, В, О, D при подаче на вход импульсов от внешнего генератора (соедините канал В осциллографа с выходом D, а к каналу А - поочередно подключите точки А, В, О исследуемой схемы).

Рисунок 1
5. Удлинитель импульсов (одновибратор).
5.1. Задание:
5.1.1. Соберите схему одновибратора (рисунок 2). Подайте на вход одновибратора импульсы от внешнего генератора. Зарисуйте осциллограммы напряжений в точках А, В, О, D.

Рисунок 2

Параметры функционального генератора:
-  вид входных сигналов – прямоугольный;
-  частота – 50 Гц;
-  амплитуда входных сигналов – 10 В;
-  скважность – 10%
6. Схема задержки импульсов.
6.1. Задание:
6.1.1. Синтезируйте схему, обеспечивающую выдачу положительных импульсов постоянной длительности, сдвинутых относительно коротких отрицательных импульсов на некоторое время t. Для этого воспользуйтесь схемами 1 и 2. Постройте диаграммы для характерных точек схемы.
6.1.2. Соберите синтезированную схему и пронаблюдайте ее работу.
7. Содержание отчета.
7.1. Результаты выполнения п. 1.1, 1.2.
7.2. Исходное логическое выражение, его минимизация и схемная реализация по п. 2.2.
7.3. Аналогично для п. 3.1.1, 3.1.2, 3.1.3, 3.1.4, 3.1.5.
7.4. Пункт 3.1.6. продемонстрировать при сдаче отчета.

Параметры функционального генератора:
-  вид входных сигналов – прямоугольный;
-  частота – 50 Гц;
-  амплитуда входных сигналов – 10 В
7.5. Схема рис. 1 и результаты п.п. 4.1.1.
7.6. Схема рис. 2 и результаты п.п. 5.1.1.
7.7. Синтезированная схема задержки и результаты п.п. 6.1.1

Лабораторная работа №4 «Исследование мультиплексоров, дешифраторов, сумматоров»Цель работы: изучить алгоритмы работы этих схем {модуль 2 глава 5}.
1. Мультиплексор 74151.
Выберите из  библиотеки Digital (библиотека MUX) интегральную схему мультиплексора MUX 74151 [1-of-8 Data Sel/Mux]. Данная интегральная схема содержит: восемь входов - D0…D7; адресные входы А, В и С (С является старшим битом адреса); прямой выход – Y и инверсный выход – W. Питание микросхемы: 8 (GND) – общий провод, 16 (VCC) – +5 В. Примечание: выход G’ не использовать.
1.1. Задание:
1.1.1. Соберите схему включения мультиплексора. На выходы Y и W подключите светодиоды. Поочередно на один из входов D0, D1, .., D7 подайте сигнал и проверьте работу мультиплексора. Результаты занесите в таблицу:

1.1.2. Воспользуйтесь мультиплексором как универсальным логическим элементом и на основе его постройте схему:
а) выполняющую операцию дизъюнкции трех переменных (у=А+В+С). Соберите  схему и проверьте ее работу;
б) выполняющую операцию конъюнкции с отрицанием (). Соберите схему и проверьте ее работу. С какого выхода нужно снимать сигнал?
2. Дешифратор 74155.
Выберите из библиотеки Digital (библиотека DEC) интегральную схему дешифратора 74155 [Dual 2-to-4 Dec/DEMUX]. ИС 74155 –представляет собой сдвоенный дешифратор 2-4. Данная интегральная схема содержит: входы – А, В, 1С и 2С’ (входу А соответствуют младшие биты сигнала); инверсные выходы 1Y0, 1Y1, 1Y2, 1Y3 и 2Y0, 2Y1, 2Y2, 1Y3. Сигналы 1G’ и 1С открывают выходы 1Yi, а сигналы 2G’ и 2С’ – выходы 2Yi. Питание микросхемы: 8 (GND) – общий провод, 16 (VCC) – +5 В.
2.1. Ознакомьтесь с работой дешифратора.
2.2. Задание:
2.2.1. Перепишите таблицу состояний сдвоенного дешифратора 2-4 и проверьте ее, собрав схему.
2.2.2. На основе дешифратора 2-4 постройте схему дешифратора 3-8. Составьте таблицу состояний и проверьте ее на собранной схеме.
Таблица состояний дешифратора 74155.

2. Сумматор 4008 .
Выберите из библиотеки Digital ICs(серия 4ххх) интегральную схему сумматора 4008 [4-bit Binary Full Adder]. ИС представляет собой четырехразрядный сумматор кодов А0…А3 и В0…В3. Выходы S0, S1, S2 и S3. Сигналы СOUT и CIN подключить к общему проводу (земле). Питание микросхемы: 8 (VSS) – общий провод, 16 (VDD) – +5 В.
3.1. Задание:
3.1.1. Соберите схему сумматора, подав на входы А0, А1 и  В0, В1 коды слагаемых (А1А0 + В1В0), остальные входы соедините на общий провод. К выходам S0, S1, S2 подключите светодиоды.
3.1.2. Выполните сложение кодов (А1А0 + В1В0) и проверьте результат, используя сумматор:
       10+01=   ;        11+01=    ;         01+01=    ;         01+11=
3.1.3. Соберите схему полусумматора, построенную из элементарных логических элементов, и проверьте его работу.
4. Содержание отчета.
4.1. Таблица состояний и схема включения п. 1.1.1.
4.2. Схемы п. 1.1.2.
4.3. Таблица и схема п. 2.2.1.
4.4. Результаты п. 2.2.2.
4.5. Схема п. 3.1.1
4.6. Схема п. 3.1.3.

Лабораторная работа №5 «Исследование счетчиков и сдвиговых регистров»Цель работы: Изучить алгоритмы работы последовательных логических схем, научиться строить счетчики с заданным коэффициентом пересчета
1. Счетчик 74190.

1.1. Выберите из библиотеки Digital (библиотека Counter) интегральную схему счетчика 74190 (Sync BCD Up/Down Counter).
Схема представляет собой двоично-десятичный четырехразрядный реверсивный счетчик с предварительной установкой. Питание микросхемы: 8 (GND) - общий провод, 16 (VCC) - Uпит. Счетчик содержит: выходы QA, QB, QC и QD. Вход U/D’ используется для прямого и обратного счета («0» прямой счет, «1» - обратный счет). На входе МAX/MIN появляется «1» после достижения кода 9 или 0 при прямом и обратном счете соответственно. Вход RCO’ является инверсным входу МAX/MIN (в схеме вход RCO’ не использовать). А, В, С и D - входы предустановки, на которые подаются «0» или «1» для задания соответствующего кода. Вход LOAD’ используется для установления на выходах Qi значений входов ABCD (LOAD’= 0). При LOAD’=1 происходит счет от установленного кода. Вход CTEN’ используется для остановки счетчика во время счета (CTEN’ = 0 - счет, CTEN’ = 1 - остановка). Работа интегральной схемы счетчика осуществляется по переднему фронту перепада 0-1 на входе CLK.
1.2. Задание:
1.2.1. Соберите схему счетчика. На вход CLK от генератора слова задайте последовательность импульсов 1-0. На выходы Qi и MAX/MIN подключите светодиоды. Проверьте процесс счета, реверсирования. В каких случаях возникает сигнал MAX/MIN?
1.2.2. Задав необходимый код на входы предустановки А и В, реализуйте счетчик, считывающий 6 импульсов до заполнения. Проверьте его работу.
1.2.3. Синтезируйте схему счетчика, считывающего от 0 до 5, используя ИС 74190 и необходимый логический элемент.
Четырехразрядный универсальный сдвиговый регистр 74194.

2.1. Выберите из библиотеки Digital (библиотека > Shift Regs)интегральную схему сдвигового регистра 74194 (4 - bit Bidrectional).
Питание микросхемы: 8 (GND) - общий провод, 16 (VCC) - Uпит. Регистр имеет последовательные входы данных SR и SL; четыре параллельных входа A, B, C и D;  четыре выхода QА, QВ, QС и QD. Данные на выходах появляются при перепаде с 1 на 0 тактового импульса на входе CLK. Вход CLR’ - сброс схемы в ноль. Для записи параллельного кода устанавливают S1=S0=1. Сигнал S1=0 осуществляет сдвиг влево, а S0=0 осуществляют сдвиг вправо. Для записи последовательного кода используют один из двух входов: SR или SL (SR - сдвиг кода вправо, SL - сдвиг кода влево). При записи данных через вход SR устанавливают S1=0, S0=1, а при значении S1=1, S0=0 происходит сдвиг вправо. При записи данных через вход SL установление сигналов S1, S0 противоположно, а сдвиг записанного кода будет влево.
2.2. Задание:
2.2.1. Занесите в регистр параллельный код 1111, на вход SR подайте «0». Перейдите в режим сдвига влево и пронаблюдайте, как при сдвиге единицы постепенно заменяются нулями.
2.2.2. Занесите в регистр параллельный 1010, на вход SR подайте «1», перейдите в режим сдвига вправо. Какой будет результат?
2.2.3. Занесите в регистр последовательный код 0100 через вход SR, осуществите сдвиг кода.
2.2.4. Повторите п. 2.2.3., используя вход SL.
2.3. Соберите и проверьте схему преобразователя 8 разрядного параллельного кода в последовательный с побайтовым преобразованием (использовать схемы: регистр 74194, счетчик 74160 и другие необходимые логические ИС).
Примечание:
На входы LOAD, ENT, ENP счетчика 74160 подайте «1». На параллельные входы регистра 74194 подайте код от генератора слова: 00AA16=0000.0000.1010.1012, затем 00DB16=0000.0000.1101.10112, затем 008816=0000.0000.1000.10002 и пронаблюдайте передачу кода. На вход S0 и СLR’ подайте «1», вход S1 является переключением  с записи кода на его сдвиг.
На вход CLK регистра 74194 и счетчика 74160 подайте последовательность прямоугольных импульсов от функционального генератора (Function Generator).
3. Содержание отчета.
3.1. Схемные обозначения счетчика 74190, регистра 74194 и описание их работы.
3.2. Схема преобразователя п. 2.3.

ЛИТЕРАТУРАПанфилов В.А. Электрические измерения: Учебник для студ. образовательных учреждений среднего профессионального образования. – М: Издательский центр «Академия», 2013г. – 288 стр.
Петленко Б.И. Электротехника и Электроника: Учебник для студ. образовательных учреждений сред. проф. образования. 2 – е изд. – М.: Издательский центр «Академия», 2012. – 368 стр.
Шишмарёв В.Ю. Измерительная техника: Учебник для студ. образовательных учреждений сред. проф. образования. 3 – е изд. – М.: Издательский центр «Академия», 2011г. – 288 стр.

Приложенные файлы


Добавить комментарий