Изучение основных возможностей программы Electronics Workbench

Министерство образования и науки РФ Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования Владимирский Государственный Университет Кафедра УИТЭС Моделирование и анализ цифровых устройств Лабораторная работа № 1

Изучение основных возможностей программы Electronics Workbench.

Выполнил:

студент гр. УИуб-109

Бачурин П.Н.

Владимир 2012

Цель работы: ознакомиться со средой моделирования электронных схем Electronics Workbench, провести анализ генератора Колпитца, исследовать характеристики биполярного транзистора, изучить структуры и алгоритмов работы асинхронных и синхронных триггеров.

Задание 1. Исследование генератора Колпитца.

1. Загрузить схему генератора Колпитца (открыть файл 2m-occil.ewb).

2. Рассчитать режим по постоянному току и зафиксировать результаты.

3. Произвести многовариантный анализ генератора в режимах, указанных преподавателем.

4. Произвести расчет частотных характеристик и зафиксировать результат в виде АЧХ, ФЧХ и в табличном виде.

5. Произвести расчет переходного процесса. Результаты вывести в виде графика и зафиксировать.

6. Произвести спектральный анализ. Результаты зафиксировать.

7. Произвести статистический анализ при заданных параметрах. Результаты зафиксировать.

Задание 2. Исследование биполярного транзистора

1. Исследовать зависимость тока коллектора от тока базы и напряжения база-эмиттер.

2. Выполнить анализ зависимости коэффициента усиления по постоянному току от тока коллектора.

3. Исследовать работу биполярного транзистора в режиме отсечки.

4. Получить входные и выходные характеристики транзистора.

5. Определить коэффициент передачи по переменному току.

6. Исследовать динамическое входное сопротивление транзистора.

Задание 3. Исследование триггеров

1. Изучить структуру и алгоритмы работы асинхронных и синхронных триггеров.

2. Исследовать функции переходов и возбуждения основных типов триггеров.

3. Изучить возможности взаимозаменяемости триггеров различных типов. генератор транзистор триггер Ход работы Задание 1. Исследование генератора Колпитца.

1. Загрузить схему генератора Колпитца (открыть файл 2m-occil.ewb).

2. Рассчитать режим по постоянному току и зафиксировать результаты.

3. Произвести многовариантный анализ генератора в режимах, указанных преподавателем.

4. Произвести расчет частотных характеристик и зафиксировать результат в виде АЧХ, ФЧХ и в табличном виде.

5. Произвести расчет переходного процесса. Результаты вывести в виде графика и зафиксировать.

6. Произвести спектральный анализ. Результаты зафиксировать.

7. Произвести статистический анализ при заданных параметрах. Результаты зафиксировать.

1. Открываем файл 2m-occil.ewb, который расположен в папке Circuits каталога программы. На экране появляется схема генератора Колпитца:

2. Выполняем расчет режима по постоянному току. Все данные касающиеся работы схемы можно получить, выполнив команду Analysis — DC Operating Point:

3. Многовариантный анализ генератора предполагает исследование схемы с несколькими значениями параметров одного из компонентов схемы. Мы будем варьировать значения индуктивности. При L₀=120мкГн период колебаний Т?608нс, амплитуда колебаний А? 5,72В:

При увеличении индуктивности до 240мкГн (в два раза больше предыдущего), получаем период колебаний Т?801нс, амплитуду колебаний А? 5,74В:

Меняя таким образом значения индуктивности, можно получить зависимость периода и амплитуды колебаний от L₀. Сведём её в таблицу:

Таблица 1.

4. Расчет частотных характеристик выполняется программой автоматически при выборе команды Analysis — AC Frequency и нажатии в появившемся окне кнопки Simulate. На экране появится окно:

5. Расчет переходного процесса выполняется при выборе команды Analysis — Transparent. Аналогично выводится результат:

6. Спектральный анализ. Команда Analysis — Fourier.

7. Статистический анализ при заданных параметрах.

а) анализ по постоянному току:

б) анализ по переходным процессам:

в) анализ по частотным характеристикам

Задание 2. Исследование биполярного транзистора

1. Исследовать зависимость тока коллектора от тока базы и напряжения база-эмиттер.

2. Выполнить анализ зависимости коэффициента усиления по постоянному току от тока коллектора.

3. Исследовать работу биполярного транзистора в режиме отсечки.

4. Получить входные и выходные характеристики транзистора.

5. Определить коэффициент передачи по переменному току.

6. Исследовать динамическое входное сопротивление транзистора.

1. Определение коэффициента передачи транзистора по постоянному току Открываем файл с10₀₀₁.са4, содержащий схему:

а) Включаем схему. Записываем результаты измерения тока коллектора, тока базы и напряжения коллектор-эмиттер. По полученным результатам рассчитываем статический коэффициент передачи транзистора в_DC.

— напряжение источника ЭДС Е_б=5,7В

— ток базы транзистора I_в=49,19мкА

— ток коллектора транзистора I_к=10,69мкА

— напряжение коллектор-эмиттер U_кэ=10В

— статический коэффициент передачи транзистора в_DC=217,32

б) Изменяем номинал источника ЭДС Е_Б до 2,68 В. Включаем схему. Аналогично получаем результаты:

— напряжение источника ЭДС Е_б=2,68В

— ток базы транзистора I_в=19,24мкА

— ток коллектора транзистора I_к=4,089мА

— напряжение коллектор-эмиттер U_кэ=10В

— статический коэффициент передачи в_DC=212,52

в) Изменяем номинал источника ЭДС Е_К до 5 В. Запускаем схему. Записываем результаты подобно действиям, выполненным в предыдущем пункте и устанавливаем Е_К равным 10 В.

— напряжение источника ЭДС Е_б=5В

— ток базы транзистора I_в=19,24мкА

— ток коллектора транзистора I_к=3,917мА

— напряжение коллектор-эмиттер U_кэ=5В

— статический коэффициент передачи в_DC=203,58

2. Измерение обратного тока коллектора Изменяем номинал источника ЭДС Е_в до 0 В. Включаем схему, записываем результаты измерения тока коллектора для данных значений тока базы и напряжения коллектор-эмиттер:

Обратный ток коллектора I_К0=10мкА Ток базы транзистора I_Б=0

Напряжение коллектор-эмиттер U_КЭ=10В

3. Получение выходной характеристики транзистора в схеме с ОЭ.

Выходные характеристики исследуемого транзистора представлены в таблице:

Таблица 2.

Выходные характеристика исследуемого транзистора:

Задание 3. Исследование триггеров

1. Изучить структуру и алгоритмы работы асинхронных и синхронных триггеров.

2. Исследовать функции переходов и возбуждения основных типов триггеров.

3. Изучить возможности взаимозаменяемости триггеров различных типов.

1. Изучение структуры и алгоритма работы асинхронных и синхронных триггеров.

а) Исследование RS-триггера. Открываем файл с14₀₁.са4. Файл содержит схему, изображённую на рисунке:

Включаем схему и последовательно подаём сигналы S=0, R=1; S=0, R=0; S=1, R=0; S=0, R=0. Находим закономерности:

— при S=0, R=1 триггер устанавливается в состояние Q=0;

— при переходе к S=0, R=0 триггер сохраняет прежнее состояние выхода Q=0;

— при S=1, R=0 триггер устанавливается в состояние Q=1;

— при переходе к 8=0, R=0 триггер сохраняет прежнее состояние выхода Q=1.

Изменяя состояния входных сигналов, можно составить таблицу состояний:

Таблица 3.

б) Исследование JK-триггера, построенного на основе логических элементов и RS-триггеров.

Открываем файл с14₀₂.са4, содержащий схему JK-триггера:

Аналогично действиям предыдущего пункта составляем таблицу состояний триггера:

Таблица 4

в) Исследование D-триггера. Схема триггера содержится в файле с14₀₃.са4

При R=1, S=0 триггер устанавливается в 1 (Q=1, Q'=0) независимо от состояния остальных входов; при R=0, S=1 триггер устанавливается в 0 (Q=0, Q'=1) независимо от состояния остальных входов. По указанным данным можно составить характеристическую таблицу работы триггера:

Таблица 5

2. Исследование работы вычитающего счетчика.

Открываем схему вычитающего счетчика, которая содержится в файле с14₀₇.са4; её внешний вид следующий:

Если входы логического анализатора подключить к инверсным выходам триггеров, то сигналы Q1, Q2 и Q3 инвертируются. Если на логический анализатор подать инверсный сигнал с тактового генератора, то получим суммирующий счетчик. Временные диаграммы счётчика:

Также временные диаграммы можно просматривать в окне элемента Logic Analyzer, к которому подключены прямые выходы триггеров:

Вывод: в ходе работы изучены возможности программы Electronics Workbench, предназначенной для моделирования электронных схем, её инструментальный состав и назначение.