2 Приложение

Размещено на http://www.allbest.ru/

Министерство высшего и среднего специального образования Республики Узбекистан

Авиационный факультет

Ташкентского государственного технического университета

Кафедра: "Радиоэлектронное оборудование летательных аппаратов и аэропортов"

УДК 629.382

"Electronics Workbench" - алгоритм инструмента моделирования электронных схем

Курбанов М.O.

Ташкент 2012 г.

Оглавление

• Введение
• 1. Установка программы Electronics Workbench
• 2. Интерфейс программы
• 3. Библиотеки компонентов
• 4. Методика сборки схемы
• 5. Опции отображения схемы
• 6. Установка параметров компонентов
• 7. Особенности установки параметров в EWB
• 8. Создание подсхемы
• 9. Работа с приборами
• 9.1 Мультиметр
• 9.2 Осциллограф
• 9.3 Функциональный генератор
• 9.4 Анализатор АЧХ/ФЧХ
• 9.5 Генератор слов
• 9.6 Логический анализатор
• 9.7 Логический конвертер
• 9.8 Вольтметр
• 9.9 Амперметр
• 9.10 Логический пробник
• 10. Источники тока и напряжения
• 11. Функциональные блоки
• 12. Примеры моделирования схем
• 12.1 Имитация работы DDS-синтезатора
• 12.2 Усилитель с непосредственной связью транзисторов
• 12.3 Схемы на операционных усилителях
• 12.4 Активный фильтр нижних частот Баттерворта
• 12.5 Генератор синусоидальных колебаний
• 12.6 Резонансный усилитель
• 12.7 Умножитель частоты
• 12.8 Амплитудный диодный детектор
• 12.9 Частотный детектор
• 12.10 Синхронный детектор
• 12.11 Преобразователь частоты
• 12.12 Работа с АЦП и ЦАП в "Electronics Workbench"
• 12.13 Цифроаналоговый преобразователь
• 12.14 Имитация работы DDS-синтезатора
• 12.15 Имитатор автоматического радиокомпаса
• Заключение
• Список рекомендуемой литературы
• Приложение

Введение

Эта работа посвящена изучению программы-симуляра электронных схем "Electronics Workbench", которая используется при проведении лабораторных работ по различным предметам кафедры, и надо отметить, намного упрощает их проведение.

Проведение лабораторных работ всегда представляет собой некоторую проблему в смысле наличия соответствующего оборудования для их выполнения. При этом нужное оборудование необходимо постоянно обновлять, производить его ремонт в случае поломки и, кроме того, от студента, выполняющего на нем лабораторную работу требуется умение работать с конкретным типом оборудования. Последнее имеет полезность лишь в том случае если оборудование новое и работе с ним необходимо научиться, а в остальных случаях это только затрудняет проведение лабораторных занятий - отнимает много времени на обучение учащихся пользованию этим оборудованием, причем самым различным.

Сегодня, когда компьютеры применяются уже всюду, актуально говорить о проведении виртуальных лабораторных работ, которые лишены недостатков описанных выше и, кроме того, у основной массы студентов компьютеры имеются дома, и они могут, помимо аудиторных занятий, выполнять эту же работу у себя дома в качестве самостоятельной работы.

Проведение лабораторных работ с помощью программ-симмуляторов позволяет студенту быстрее освоить теоретический материал. Из большого разнообразия программ-симуляторов имеющихся на сегодняшний день очень трудно выбрать какую-то одну - у всех есть свои преимущества и недостатки.

В других программах, несмотря на то, что качество моделирования радиотехнических цепей в них может быть и лучшее, чем в "Electronics Workbench", их интерфейс и сама методика моделирования схем сложней.

К таким программам относятся программы-симуляторы "Microcap", "Aplac" и другие. Но в любой из них, даже в программе "Multisim", которая является развитием программы "Electronics Workbench" моделировать электронные схемы гораздо сложнее, не говоря уже о такой мощной и многофункциональной программе как "Matlab", также используемой для проведения виртуальных лабораторных работ на кафедре.

Программа "Electronics Workbench" используется для проведения лабораторных работ в курсах "Радиотехнические цепи и сигналы", "Прием сигналов и радиоприемные устройства", "Формирование сигналов и радиопередающие устройства", "Электроника и схемотехника", "Цифровые устройства и микропроцессоры" и в некоторых других предметах.

Овладение работой с программой дает читателю возможность самостоятельно заниматься моделированием электронных схем и проверить полученные теоретические знания на практике. Программа также может помочь при проектировании какого-либо устройства, при выполнении курсовой или дипломной работы, при проверке рассчитанной схемы на работоспособность.

Сразу хочется отметить, что не следует полностью доверять результатам симуляции схемы - некоторые цепи, в особенности с нестандартным применением входящих в нее элементов (например, генератор синусоидальных колебаний на тиристоре) программа неправильно анализирует, но в большинстве случаев она дает достаточно верный результат, естественно при правильно установленных параметрах компонентов и настройках анализа.

Программа "Electronics Workbench" осваивается очень быстро и достаточно несколько раз с ней поработать, чтобы научится создавать в ней электронные схемы и проводить различные исследования.

Цель этой книги помочь студентам в освоении этой программы, дать представление о ее возможностях, достоинствах и недостатках. При написании книги мы стремились пояснить методику работы с программой так, чтобы на ее изучение ушло минимум времени. Моделирование схем поясняется на примерах, которые упрощают изучение программы и дают некоторую практику студенту, перед тем как он будет создавать свои схемы.

С целью показать возможности программы по анализу электронных схем, а также разъяснить применение приборов для анализа работы схемы и т.д., в конце книги приведено довольно большое количество схем для сборки их в программе "Electronics Workbench".

Применение программы "Electronics Workbench" не исключает проведение лабораторных работ на реальном оборудовании, так как в некоторых случаях работа с приборами и получение навыков работы с ними играет первостепенную роль (например, в предмете "Радиоизмерения").

В этом случае программа может служить вспомогательным средством, служащим для демонстрационных целей (наглядное пояснение сущности лабораторной работы выполняемой на реальном оборудовании).

1. Установка программы Electronics Workbench

Для корректной работы программы у вас на компьютере должна быть установлена операционная система Windows 95 или XP. Первая - потому, что эта программа предназначена именно для нее, а XP, потому, что позволяют запустить программу в режиме совместимости с Windows 95 (программа нормально работает также и в Windows 2000, хотя и не всегда).

Для того чтобы запустить программу в режиме совместимости необходимо (для Windows XP) нажать правую клавишу мыши на ярлыке программы и выбрать пункт "Свойства"; на вкладке "Совместимость" отметить галочкой пункт "Запустить программу в режиме совместимости и выбрать из списка пункт "Windows 95" (рис. 1.1).

Рис. 1.1 Окно свойств программы

Можно также поставить "галочку" в пункте отключить визуальное оформление. Другие параметры совместимости можно не трогать - они особо не влияют на работу. Или, можно запустить мастер совместимости программ, который находится в группе программ "Стандартные" и установить параметры совместимости с его помощью.

В случае если у вас на компьютере установлена программа типа "Window Blinds" (или схожая программа для визуального оформления Windows) то "Electronics Workbench" может не запускаться даже при установленных параметрах совместимости.

В случае если запустить программу не в режиме совместимости, а напрямую под управлением Windows XP то могут возникнуть некоторые неполадки в ее работе, например:

- невозможно запустить программу двойным щелчком по файлу схемы (точнее она вызывается, но потом показывается сообщение об ошибке и файл не загружается в программу - его можно открыть только через меню "Файл");

- невозможно перемещать проводники на схеме, они будут размещаться по усмотрению самой программы;

- при запуске программы будет появляться сообщение об ошибке, но после того как вы нажмете OK, она нормально продолжит загрузку и загрузится файл, который должен был загрузиться (untitled.ewb).

Есть и другие несоответствия в работе программы.

Минимальные системные требования для установки EWB следующие:

- Microsoft Windows 95 (можно даже и Windows 3.1);

- Оперативная память - 8 Mb (но рекомендуется 16 Mb);

- Свободное пространство на жестком диске - 8 Mb.

Отметим, что программа версии 5.12 может быть в двух вариантах:

- Electronics Workbench Professional Edition

- Electronics Workbench Personal Edition

Версии программы существенно не отличаются, поэтому нет никакой разницы, какую именно версию вы будете устанавливать на компьютер.

Обязательным является наличие мыши (хотя думаю, мало у кого сейчас нет мыши на компьютере), так как с ее помощью выполняются основные операции в программе (работа только при помощи клавиатуры невозможна).

Думаю что этих сведений вполне достаточно для корректной установки программы "Electronics Workbench" на ваш компьютер, и пора уже переходить к описанию самой программы и ее интерфейса.

2. Интерфейс программы

После запуска программы перед вами появиться окно, внешний вид которого представлен на рис. 2.1. Рассмотрим в первую очередь внешний интерфейс программы "Electronics Workbench".

Рис. 2.1 Окно программы Electronics Workbench

Первое что вы увидите, запустив программу, это "монтажный стол", на котором собирается модель исследуемой схемы. В самом низу окна находится строка состояния, на которой индицируются параметры моделирования и готовность программы к выполнению действий. При запуске симуляции схемы там будет показываться имитационное время (это время, которое займет моделируемый процесс при работе реального устройства). Время моделирования зависит от сложности схемы и количества элементов в ней.

Сверху располагаются панели инструментов и меню программы. На панелях инструментов находятся библиотеки компонентов и кнопки, обеспечивающие необходимые действия при сборке схем и управлении программой.

Интерфейс программы построен таким образом, что пользователь работает с программой, используя в основном панели инструментов, поэтому с них мы и начнем знакомство с программой.

Рассмотрим кратко назначение кнопок панелей инструментов.

(New) - создать новый файл.

(Open) - открыть существующий файл.

(Save) - сохранить файл.

(Print) - печать файла.

(Display graphs) - выводит на экран окно отображения результатов моделирования. В этом окне можно посмотреть показания всех приборов подключенных к схеме, и графики, полученные в результате анализа схемы (например, анализ Фурье, график переходного процесса, напряжения в узлах схемы, осциллограммы напряжений и т.д.), напряжения в узлах схемы и т.д.

(Zoom out) и (Zoom in), а так же меню (Scale factor) - позволяют выбирать масштаб создаваемой (просматриваемой) схемы.

(Help) - просмотр справки (если при этом выделен некоторый компонент схемы, то будет выдаваться справка именно по этому компоненту).

(Paste) - вставить из буфера обмена.

(Activate simulation) - кнопка запуска симуляции схемы.

(Pause simulation) - кнопка временной остановки симуляции. Повторное нажатие этой кнопки возобновляет симуляцию с места остановки.

Кнопки, приведенные ниже, становятся активными только при выделении определенного компонента (или группы компонентов) схемы:

(Cut) - вырезать в буфер обмена.

(Copy) - копировать в буфер обмена.

(Rotate) - вращать выделенный компонент.

(Flip horizontal) -отразить выделенный компонент по горизонтали.

(Flip vertical) -отразить выделенный компонент по вертикали.

(Create subcircuit) - создать подсхему (эта кнопка позволяет объединить выделенные компоненты в один блок, что в ряде случаев очень удобно).

(Component properties) - параметры компонента.

Стоит так же рассказать о содержимом различных меню программы, так как некоторые действия можно выполнить только с их помощью (анализ Фурье, настройка опций симуляции, копирование схемы как рисунок и т.д.).

Меню "Fail" содержит следующие пункты:

? New (создать новый документ): создает новый документ.

? Open (открыть документ): с помощью этого пункта можно открыть существующие файлы схем.

? Save (сохранить документ): этот пункт меню позволяет сохранить документ в формате версий программы 5.0c или 5.1.

? Save as (сохранить документ как): позволяет сохранить документ под другим именем или поменять версию файла.

? Revert to saved (возвратится к сохраненному документу): позволяет отменить все изменения, сделанные в схеме вплоть до последнего сохранения.

? Import (импорт файла): импортирует файл из формата SPICE [*.CIR]

? Export (экспорт файла): экспортирует файл в формате SPICE [*.CIR] и EWB Layout [*.PCL]

? Print (печать документа): позволяет распечатать схему.

? Print setup (параметры печати): установка опций печати.

? Exit (выход): выход из программы.

? Install (установить): позволяет устанавливать обновление для программы.

Назначение трех последних пунктов разъяснять не буду, потому что и так ясно их назначение и мало вероятно, что их будут использовать.

? Export to PCB (экспорт в PCB)

? Import from SPICE (импорт из SPICE)

? Export to SPICE (экспорт в SPICE)

Меню "Edit" содержит такие пункты как:

? Cut (вырезать): удаляет выделенный компонент (или группу компонентов) в буфер обмена.

? Copy (копировать): копирует выделенный компонент (или группу компонентов) в буфер обмена.

? Paste (вставить): вставляет компонент (или группу компонентов) из буфера обмена в схему.

? Delete (удалить): удаляет выделенный компонент (группу компонентов).

? Select all (выделить все): выделить все элементы на схеме.

? Copy as bitmap (копировать как рисунок в формате BMP): эта команда копирует часть схемы как рисунок в формате BMP в буфер обмена.

? Show clipboard (просмотр содержимого буфера обмена): открывает папку обмена. Содержимое буфера обмена можно сохранить не только на странице папки обмена, но и в виде отдельного файла буфера обмена.

Меню "Circuit" позволяет выполнять операции над компонентами и настройками отображения схемы. Меню содержит следующие разделы:

? Rotate (вращать): поворот выделенного компонента (или группы компонентов) на 900 против часовой стрелки.

? Flip horizontal (отразить по горизонтали): зеркально отображает выделенный элемент схемы по горизонтали.

? Flip vertical (отразить по вертикали): зеркально отображает выделенный элемент схемы по вертикали.

? Component properties (свойства компонента): открывает окно свойств выделенного компонента.

? Create subcircuit (создать подсхему): создает подсхему из выделенных компонентов (объединяет их в блок).

? Zoom in (увеличить масштаб): увеличить масштаб схемы.

? Zoom out (уменьшить масштаб): уменьшить масштаб схемы.

? Schematic options (Свойства схемы): выводит окно свойств схемы, где можно задать опции отображения сетки, трассировки проводников и т.д.

Меню "Analysis" позволяет выполнять различные виды анализа схемы и изменять настройки симуляции (например, устанавливать время моделирования и т.д.), в него входят пункты:

? Activate (активировать): запускает симуляцию схемы.

? Pause (пауза): приостанавливает симуляцию схемы.

? Stop (остановка): остановка симуляции схемы.

? Analysis options (настройки анализа): установка параметров проведения анализа.

? DC operating point (постоянное напряжение в узлах): определяется напряжение в узлах схемы.

? AC frequency (частотный анализ): вычисляет передаточную характеристику (амплитудно-частотную характеристику).

? Transient (переходный процесс): показывает график переходного процесса.

? Fourier (Фурье): показывает спектр частот в определенном узле схемы.

? Monte Carlo (Монте Карло): анализ Монте Карло.

? Display graphs (вывод окна построения графиков): выводит на экран окно отображения результатов анализа, о котором говорилось выше.

Меню "Window" позволяет управлять окнами программы и состоит из нескольких пунктов, которые приведены ниже:

? Arrange (размещение): выстраивает окна на экране (если вы сместили или отодвинули окно, то эта команда возвращает его в первоначальное положение);

? Circuit (схема): показать монтажный стол (схему);

? Description (Описание): открывает окно описания схемы. Окно описания создается вместе со схемой, но по умолчанию не выводиться на экран;

Назначение пунктов меню "Help" рассматривать, наверное, не стоит, - там и без пояснений все понятно.

Мы рассмотрели кнопки панелей инструментов, но до сих пор не трогали библиотеки компонентов. Для этого выделен следующий раздел книги.

3. Библиотеки компонентов

На панелях инструментов находятся также кнопки библиотек компонентов, которые мы рассмотрим отдельно:

(Favorites) - наиболее часто используемые компоненты. Эта библиотека содержит компоненты, которые вы собираетесь часто использовать. О том, как добавить компонент в библиотеку "Favorites" будет сказано ниже.

(Sources) - источники. В этой библиотеке вы найдете источники постоянного и переменного тока (напряжения), источники частотно-модулированных и амплитудно-модулированных напряжений, источники импульсов, управляемые источники тока и напряжения (например, источник тока управляемый напряжением), а так же "землю" (ground), программируемые источники (линейно-изменяющегося напряжения и нелинейный) и др.

Описание компонентов входящих в состав библиотеки "Sources" отдельно рассматривается в разделе книги "Источники тока и напряжений".

(Basic) - основные элементы. Тут находятся пассивные радиоэлементы: постоянные и переменные резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности; трансформаторы и т.д. В этой библиотеке есть один очень полезный компонент (connector) - монтажная точка, которая позволяет соединить несколько проводников в одной точке, что очень удобно в сложных схемах.

(Diodes) - полупроводниковые диоды и приборы диодного типа. Здесь можно найти, например, выпрямительный диод (Diode), стабилитрон (Zener diode), светодиод (LED), динистор (Shockley diode), тиристор (Silicon-controlled rectifier), диодный мост (Full-wave bridge rectifier) и др. К сожалению, в программе нет варикапов и туннельных диодов.

(Transistors) - транзисторы. По названию библиотеки ясно, что в ней находятся различные виды транзисторов - биполярные, полевые со встроенным каналом, МДП и прочие.

(Analog ICs) - аналоговые интегральные микросхемы. Здесь находятся операционные усилители (причем различных видов и с разным количеством выводов), компаратор, схема ФАПЧ и т.д.

(Mixed ICs) - интегральные микросхемы смешанного типа. Библиотека содержит цифро-аналоговые и аналого-цифровые интегральные схемы, такие как АЦП, ЦАП, 555-таймер и др.

(Digital ICs) - цифровые интегральные микросхемы. Название этой библиотеки говорит о том, что в ней содержаться различные цифровые микросхемы (обратите внимание, что это именно существующие микросхемы).

(Logic gates) - логические элементы. В этой библиотеке содержаться логические элементы, например элементы ИЛИ, НЕ, И, И-НЕ и т.д.

(Digital) - цифровые устройства. Здесь находятся базовые устройства цифровой техники - триггеры, счетчики, шифраторы, дешифраторы, мультиплексоры и др. В отличие от "Digital ICs" это не микросхемы, а просто блоки.

(Indicators) - индикаторные приборы - лампы накаливания, семисегментные индикаторы, логический пробник и т.д. Тут же находятся и некоторые измерительные приборы как вольтметр и амперметр, пользование которыми описано в разделе "Работа с приборами"

(Controls) - функциональные блоки и базовые элементы радиоавтоматики (перемножитель, сумматор, интегратор, дифференциатор и др.).

Описание компонентов входящих в состав библиотеки "Controls" отдельно рассматривается в разделе книги "Функциональные блоки"

(Miscellaneous) - прочее. В данной библиотеке создатели программы видимо поместили то, что не влезло в остальные.

Здесь находятся кварцевые резонаторы, двигатель постоянного тока, вакуумные лампы, предохранители и другие полезные компоненты.

(Instruments) - инструменты, приборы. Здесь находятся приборы для наблюдения процессов в схеме, или для генерации необходимых сигналов (осциллограф, мультиметр и т.д.). Работе с этими компонентами посвящен соответствующий раздел настоящей книги, где они подробно описываются.

Ну а теперь, после ознакомления с панелями инструментов программы и их назначением, можно приступить собственно к созданию самой схемы.

4. Методика сборки схемы

После того как мы разобрались с панелями инструментов и меню программы можно приступить к сборке и моделированию схем. Попробуем продвигаться вперед последовательно. Рассмотрим методику создания моделируемой схемы в программе Electronics Workbench на конкретном примере, в качестве которого выберем схему для снятия вольтамперных характеристик вакуумного триода (рис. 4.1).

Рис.4.1. Схема, используемая для снятия статических характеристик лампового триода

Для создания модели схемы нам понадобятся следующие компоненты:

- электронная вакуумная лампа (из библиотеки "Miscellaneous").

- переменные резисторы (из библиотеки "Basic").

- земля (из библиотеки "Sources").

- источники постоянного тока (из библиотеки "Sources").

- вольтметр (из библиотеки "Indicators").

- амперметр (из библиотеки "Indicators").

Для того чтобы установить компонент на монтажный стол нужно выбрать нужную библиотеку компонентов щелчком левой кнопки мыши на ней, после этого нажать на необходимый компонент, а затем, не отпуская кнопки мыши, перетащить его изображение на монтажный стол и отпустить кнопку мыши. Компонент на монтажном столе можете перемещать с помощью мыши или клавиатуры, размещая его как вам нравиться (или как требуется).

Компоненты на монтажном столе можно поворачивать на 90є (против часовой стрелки), зеркально отразить по горизонтали или по вертикали с помощью кнопок (Rotate), (Flip horizontal) и (Flip vertical) соответственно, или используя горячие клавиши (см. Приложение).

При соединении компонентов между собой нужно подвести указатель мыши к выводу компонента. При подведении указателя мыши к выводу на нем появляется точка (рис. 4.2, а). В этот момент нужно нажать на левую кнопку мыши и, не отпуская ее протянуть появившийся проводник к выводу другого элемента. На выводе этого элемента также появится точка (рис. 4.2, б), после чего кнопку мыши можно отпустить, и выводы элементов окажутся соединенные проводником, как показано на рис. 4.2, в (рекомендую посмотреть в пятом разделе книги описание пункта "Routing options").

Рис. 4.2. Соединение компонентов между собой.

Для соединения вывода компонента с проводником нужно проделать те же действия, что и при соединении компонентов (когда при подводе указателя мыши к проводнику на нем появится точка или изгиб, то можно отпустить кнопку мыши). Если нужно соединить несколько проводников в одной точке (до четырех проводников) то можно использовать для этого монтажную точку ("connector") из библиотеки "Basic" (о монтажной точке мы уже говорили, когда рассматривали назначение кнопок панелей инструментов).

При сборке схемы удобно пользоваться координатной сеткой (см. рис. 4.2). Что вывести ее на экран надо установить указатель мыши на свободное от компонентов поле и нажать правую кнопку мыши. В появившемся контекстном меню следует выбрать пункт "Schematic options". После этого в открывшемся окне на вкладке "Grid" установить галочку в пункте "Show Grid".

Наиболее часто используемые элементы (точнее компоненты) создаваемых вами схем можно добавить в библиотеку "Favorites". Для того чтобы добавить тот или иной компонент библиотеку "Favorites" откройте библиотеку с нужным элементом и кликните на нем правой клавишей мыши (рис. 4.3). В появившемся контекстном меню выберите пункт "Add to favorites" и выбранный вами компонент теперь окажется в библиотеке "Favorites".

Рис. 4.3. Добавление элемента в библиотеку "Favorites"

Из своей библиотеки компонент при этом не исчезнет. Если сохранить теперь файл как шаблон, который загружается по умолчанию (файл default.ewb) то при следующем запуске программы все компоненты, которые вы добавили в библиотеку "Favorites", будут всегда доступны (иначе при последующем запуске программы их там уже не будет).

Вернемся к сборке нашей схемы. Извлеките необходимые компоненты из библиотек, расположите их на монтажном столе и соедините между собой так, как показано на рис. 4.4. Несколько неудобно то, что в схемах применяются зарубежный стандарт обозначения элементов, отличающийся от принятого у нас стандарта на электрические схемы, но это несущественно.



Рис. 4.4. Схема, собранная в программе Electronics Workbench

Обязательно следует подключить к схеме "землю" ("Ground" из библиотеки "Sources") до того как запускать симуляцию схемы. Программа отказывается запускать симуляцию (за исключением схем с логическими элементами), если та не имеет земли, причем даже когда она вообще не нужна.

А теперь рассмотрим некоторые настройки программы "Electronics Workbench", позволяющие задать оформление для собираемой схемы, а также несколько повысить удобство ее сборки.

5. Опции отображения схемы

Опции отображения схемы позволяют выбирать необходимое оформление схемы, которую вы собираете (например, вывести на экран координатную сетку, разрешить отображение на схеме номиналов или обозначений элементов схемы, установить опции трассировки проводников и т.д.).

Мы уже говорили об одном пункте "Schematic options" в предыдущем разделе, поэтому вы уже имеете представление о том, как вызвать окно этих настроек программы. Теперь мы остановимся на каждом из пунктов "Schematic options", и кратко раскроем их назначение, а некоторые пункты этих настроек я поясню более подробно. Рекомендую самостоятельно просмотреть изменения, происходящие в схеме при установке разных опций, - это позволит быстрей понять их назначение.

Вкладка "Grid" ("Сетка"). На этой вкладке можно задать будет ли отображаться на экране координатная сетка и привязку к ней объектов имеющихся на схеме.

? Show grid - Показать координатную сетку;

? Use grid - Привязка к сетке. Позволяет осуществить привязку объектов схемы к координатной сетке.

Вкладка "Show/Hide" ("Показать/Скрыть"). Здесь можно настроить отображение компонентов на схеме (т.е. будут ли выводиться номиналы элементов, номера узлов схемы и прочие надписи), настроить параметры отображения библиотек компонентов и т.д. На вкладке расположены две панели.

Панель "Display" ("Дисплей").

? Show labels - Показывать метки;

? Show reference ID - Показывать обозначение элемента;

? Show models - Показывать модель элемента;

? Show values - Показывать номинал элемента;

? Show nodes - Показывать номера узлов схемы.

Панель "Parts bins" ("Библиотеки элементов").

? Auto hides parts bins - Автоматически срывать библиотеки элементов (после того как вы вытащите нужный вам компонент из библиотеки, она автоматически закроется);

? Keep parts bin positions - Сохранять позиции библиотек элементов. При установке этой опции будет запоминаться положение окна библиотеки на экране, т.е. вы можете расположить окна библиотек по своему усмотрению.

Вкладка "Fonts" ("Шрифты"). Само название указывает назначение этой вкладки - установка шрифтов для отображения меток, номиналов элементов и других обозначений на схеме.

На этой вкладке также как и на предыдущей находятся две панели.

Панель "Label" ("Метка").

? Font name - Название шрифта;

? Font size - Размер шрифта;

? Set label font - Установка шрифта для отображения метки.

Панель "Values" ("Номиналы").

? Font name - Название шрифта;

? Font size - Размер шрифта;

? Set value font - Установка шрифта используемого для отображения номинала или модели элемента.

Вкладка "Wiring" ("Проводники"). Тут можно настроить опции маршрутизации проводников и т.п. Вкладка содержит три панели, назначение которых мы сейчас рассмотрим.

Панель "Routing options" ("Опции маршрутизации").

? Manual-route wires - Ручная маршрутизация проводов (проводков) на схеме. В этом режиме вы размещаете проводники на схеме по своему усмотрению;

? Auto-route wires - Автоматическая маршрутизация проводов (проводка) на схеме. Программа сама размещает проводники на схеме (причем она это делает довольно хорошо);

? Drag to connect - Тянуть до соединения (это наиболее близкий по смыслу перевод). Если эта опция снята, то вам не нужно удерживать левую кнопку мыши, когда вы соединяете проводником выводы двух компонентов. Когда на выводе первого компонента появится точка, то просто кликните левой кнопкой мыши и тяните проводник к выводу того элемента, с которым вы хотите его соединить. При подведении указателя мыши к выводу другого компонента на нем появится точка, и в этот момент вы должны еще раз кликнуть левой кнопкой мыши, после чего выводы компонентов окажутся соединенными между собой.

Панель "Rewiring options" ("Опции изменения монтажа").

? Always reroute wires - Всегда заново проводить проводники;

? If possible, do not move wires - Если возможно, не перемещать проводники (сравните самостоятельно эту опцию с предыдущим пунктом и вам сразу станет понятным ее назначение);

Третья панель без названия и содержит только один пункт:

? Auto-delete connectors - Автоматическое удаление лишних точек соединения ("connector" по-другому - узел схемы).

И последняя вкладка - "Printing" ("Печать"). Эта вкладка также не требует особых разъяснений. Тут можно выбрать масштаб печати, параметры печати содержимого подсхем и т.д.

? For printing zoom to - Изменения масштаба для печати;

? Use visual page breaks for workspace - Использовать визуальные разделители страниц для рабочей области (режим разметки страниц для печати). На экран выводятся разделители страниц.

? Use visual page breaks for subcircuit - Использовать визуальные разделители страниц для подсхемы (разметка страниц для печати, но уже для подсхем). Показываются разделители страниц.

Если вы внимательно просмотрели изменения, происходящие в схеме при установке тех или иных опций то все пункты "Schematic options" должны быть вам понятны. Если нет, то со временем станет понятно, а нам надо продвигаться дальше (тем более что из этих настроек некоторыми вы будете пользоваться крайне редко, а возможно вообще не будете пользоваться).

А теперь мы перейдем к следующему разделу и посмотрим, как устанавливать параметры у компонентов (сопротивление резисторов, емкость конденсаторов и т.д.) и некоторые особенности программы относительно установки этих параметров.

6. Установка параметров компонентов

Для того чтобы установить параметры конкретного элемента нужно его выделить, щелкнув по нему левой клавишей мыши, а затем нажать правую клавишу мыши и в вышедшем контекстном меню выбрать пункт "Component properties…", или нажать кнопку "Component properties…" на панели инструментов (это можно сделать и через меню "Circuit"). Либо можно два раза кликнуть на нем (компоненте) левой клавишей мыши. Рассмотрим установку параметров компонентов на конкретных примерах (вакуумном триоде и резисторе). Выделив компонент и нажав правую клавишу мыши, просмотрим пункты появившегося контекстного меню (рис. 6.1). Самым верхним пунктом будет стоять "Component properties…", туда-то нам и надо, но прежде хотелось бы пояснить назначение других пунктов:

Рис. 6.1. Контекстное меню для компонента

"Cut", "Copy" и "Delete" - соответственно "Вырезать", "Копировать" и "Удалить" компонент (есть и соответствующие этим командам кнопки на панели инструментов и на клавиатуре - [ctrl+x], [ctrl+c] и [del]).

"Rotate", "Flip horizontal" и "Flip vertical" - "Вращать", "Отразить по горизонтали" и "Отразить по вертикали" соответственно (аналогичные им кнопки имеются на панели инструментов, а с клавиатуры сочетание клавиш [ctrl+r] - вращать). "Help" - вызывает справку именно по этому компоненту. Точно также можно выделить компонент левой клавишей мыши и нажать кнопку "help" на панели инструментов.

Контекстное меню свободного от компонентов поля (рис.6.2) отличается от контекстного меню компонента. Все пункты этого меню вам уже знакомы, кроме последнего. Этот пункт позволяет добавлять в схему один из ранее введенных в нее компонентов, в данном случае это ламповый триод (а в общем случае последние пять элементов, которые вводились в схему).

Рис. 6.2. Контекстное меню свободного от компонентов поля (рабочей области)

Вернемся к установке параметров компонентов. После того как вы выбрали из контекстного меню компонента пункт "Component properties…" (или другим способом выбрали "Component properties…") то перед вами появиться окно свойств компонента.

Рис. 6.3. Окно свойств резистора.

Окно открывается всегда на вкладке выбора модели (для сложных компонентов, например для операционного усилителя, транзистора или вакуумной лампы) или установки номинала (для простых элементов типа резисторов, конденсаторов и т.д.).

Рассмотрим для начала установку параметров такого простого элемента как резистор (окно свойств которого приведено на рис. 6.3). Как видно из рисунка в окне свойств компонента содержится несколько вкладок (у резистора их пять), и мы сейчас рассмотрим их более подробно.

Первая вкладка называется "Label" ("Метка"). На ней можно задать компоненту метку (то есть, например, можно резистору, регулирующему коэффициент усиления усилительного каскада присвоить метку "Усиление" (см. рис. 6.4) и т.п.). Метки предназначены в первую очередь для удобства пользования схемой. В поле ввода "Label" нужно задать значение метки.

Рис. 6.4. Метка "Усиление", присвоенная резистору, чтобы не забыть его назначение в схеме (в данном случае это регулятор усиления схемы).

В поле "Reference ID" ("Обозначение элемента") можно установить обозначение элемента, отличающееся от значения которое дает программа каждому элементу по умолчанию (например, это R1, R2 и т.д.). Это может быть полезно при задании обозначений транзисторам (которым программа дает обозначения Q1, Q2, Q3 и т.д. в отличие от принятого у нас обозначения VT1, VT2 …) и другим элементам схемы. А теперь перейдем к следующей вкладке, которая называется "Value" ("Номинал").

На этой вкладке можно установить номинал элемента. Для резистора это его сопротивление. Для этого нужно в поле ввода "Resistance (R)" ("Сопротивление") ввести его значение и выбрать множитель - Щ, kЩ или MЩ (Ом, кОм и МОм соответственно).

Помимо этого можно выбрать температурные коэффициенты изменения сопротивления первого и второго порядка. Это пункты "First-order temperature coefficient (TC1)" ("Температурный коэффициент сопротивления первого порядка") и "Second-order temperature coefficient (TC2)" ("Температурный коэффициент сопротивления второго порядка"). Кроме того, можно задать допуск на номинал резистора в пункте "Resistance tolerance" ("Допуск сопротивления"). Этот пункт станет активным, после того как вы уберете "галочку" в пункте "Use global tolerance" ("Использовать допуск, установленный по умолчанию").

Следующая вкладка имеет название "Fault" ("Дефект"). Само название этой вкладки говорит о том, что тут можно установить некоторый дефект у элемента, для выяснения того, как поведет себя схема при его появлении (например, утечка конденсатора, короткое замыкание или обрыв в резисторе и т.п.).

На вкладке нужно выбрать выводы элементов, между которыми происходит короткое замыкание, обрыв или утечка. После выбрать соответствующий дефект из пунктов:

- "Leakage" ("Утечка"): при выборе этого пункта следует указать сопротивление, соответствующее утечке.

- "Short" ("Короткое замыкание"): короткое замыкание между выводами компонента.

- "Open" ("Обрыв"): обрыв между выбранными выводами компонента.

- "None" ("Нет"): выбор этого пункта означает, что дефектов нет, и элемент работает нормально.

Вкладку "Fault" стоит проверять каждого элемента перед запуском симуляции схемы у, так как неправильная установка этих параметров может привести к срыву сценария симуляции схемы или к выдаче неправильного результата.

Следующая вкладка "Display" ("Дисплей") позволяет отображать элемент на схеме не так как остальные (для всех элементов эти параметры устанавливаются в "Schematic options").

По умолчанию в пункте "Use Schematic Options global setting" ("Использовать опции отображения установленные для всех") стоит "галочка". Если ее убрать, то становятся активными пункты "Show labels" ("Показывать метки"), "Show values" ("Показывать номинал") и "Show reference ID" ("Показывать обозначение"). Пояснять назначение этих пунктов дополнительно я не буду, так как мы с ними уже встречались ранее.

У резистора имеется еще одна вкладка - "Analysis setup" ("Установки анализа"), где можно настроить некоторые опции анализа схемы. Например, у резистора можно установить температуру, при которой производится симуляция и анализ его работы в схеме. Для того чтобы установить эту температуру необходимо снять "галочку" с пункта "Use global temperature" ("Использовать температуру, установленную по умолчанию") и ввести свое значение в поле ввода "Temperature" ("Температура").

С установкой параметров резистора мы закончили. У остальных элементов имеются аналогичные вкладки, и у некоторых компонентов появляются новые, которых нет у резистора, или наоборот - некоторых вкладок у них не будет. Так, например, у некоторых логических элементов (из библиотеки "Logic gates") появляется вкладка "Number of inputs" ("Количество входов") позволяющая выбирать, сколько входов будет у этого компонента. У компонента "red probe" ("Логический пробник") из библиотеки "Indicators" имеется вкладка "Choose Probe" ("Выбор пробника") на которой можно выбрать цвет пробника (их всего три - красный, зеленый и синий).

Вкладка "Analysis setup" имеется только у некоторых компонентов - постоянных резисторов, выпрямительных диодов, стабилитронов, светодиодов, биполярных и полевых транзисторов (у транзисторов из арсенида галлия это вкладки нет) и у источников питания постоянного и переменного тока. Для источников питания эта вкладка отличается от аналогичной вкладки для всех остальных (на ней устанавливаются настройки анализа по переменному току). Установки анализа стоящие по умолчанию вполне подходят для симуляции большинства схем, которые вы будете изучать или собирать сами. Поэтому мы не будем в этой книге останавливаться подробно на настройках анализа схем, так как это затруднит усвоение основного материала (к тому же при этом работа увеличится раза в два, если объяснять назначение этих настроек подробно и доступно). Если вы желаете узнать об этих настройках больше, то рекомендую обратиться к справочной системе программы "Electronics Workbench".

Вкладка "Value" для всех компонентов естественно отличается (не будем же мы устанавливать напряжение у резистора, или сопротивление у конденсатора, хотя это можно сделать, если вы вспомните про вкладку "Fault" и для чего она нужна).

И, наконец, у таких компонентов как микросхемы (аналоговые или цифровые), транзисторы, диоды и т.п. вместо вкладки "Value" появляется вкладка "Models", к рассмотрению работы с которой мы с вами сейчас приступим. В качестве примера возьмем вакуумный триод, и попробуем установить его параметры так, как нам требуется.

Откройте окно параметров вакуумного триода двойным щелчком по его изображению на схеме. Перед вами появится окно, внешний вид которого показан на рис.6.5, и как я уже говорил вместо вкладки "Value" появилась вкладка "Models", на которой мы можем выбрать нужную нам лампу и отредактировать при необходимости ее параметры.

Рис. 6.5. Окно свойств вакуумного триода.

На вкладке "Models" можно выбрать одну из библиотек (в списке выбора "Library") в которой хранятся модели компонентов данного типа, а в списке выбора "Model" можно выбрать некоторую конкретную модель из моделей, имеющихся в библиотеке. Справа от списков выбора находятся кнопки, с помощью которых можно выполнять некоторые операции над отдельными моделями и библиотеками (в основном операции с моделями). Рассмотрим, какие именно операции они позволяют выполнять.

С помощью кнопки "New library" вы можете создать новую библиотеку. При нажатии на нее перед вами появиться окно, показанное на рис. 6.6. В этом окне вы должны ввести имя библиотеки. Имя библиотеки должно состоять из латинских букв и не содержать пробелов (количество букв в названии ограничено восьмью знаками). В созданную библиотеку вы можете скопировать модели из других библиотек (но только касающихся данного элемента, то есть вы не можете в библиотеку для транзисторов вложить модель диода и т.д.). Создание новой библиотеки потребуется в случае, если вы захотите создать библиотеку моделей транзисторов, которых нет изначально в программе (или вы можете для удобства создать библиотеку с компонентами, которыми вы пользуетесь чаще всего) и т.п.

Рис. 6.6. Окно для ввода имени создаваемой новой библиотеки

Кнопки "Copy", "Paste", "Delete" и "Rename" (соответственно "Копировать", "Вставить", "Удалить" и "Переименовать") предназначены для выполнения операций только с моделями компонентов. Для того чтобы скопировать, удалить или переименовать модель компонента ее нужно выделить и нажать соответствующую кнопку, а для того чтобы вставить модель в какую-нибудь библиотеку нужно выделить эту библиотеку, и нажать кнопку "Paste". При этом программа вам сразу выдаст предложение переименовать модель (и лучше это сделать). С моделями выполнять операции просто, а вот операции с библиотеками сложней, - вы не можете удалить или переименовать библиотеку непосредственно из программы. Для того чтобы удалить или переименовать библиотеку вам нужно найти папку с моделями и библиотеками. Эта папка находится в папке с программой и называется [MODELS]. Найдя нужную вам библиотеку (или модель) вы можете изменить ее имя или удалить ее.

И, наконец, мы добрались до кнопки "Edit", которую я намеренно вначале пропустил. При ее нажатии на экран выводится окно свойств выбранной модели, которые можно просмотреть или отредактировать.

На рис. 6.7. показано окно параметров лампового триода.

Рис. 6.7. Окно установки параметров компонента

Чтобы установить нужные параметры требуются некоторые знания о них, и о том в каких пределах они находятся. Поэтому, прежде чем устанавливать параметры лампового триода, давайте немного отвлечемся от самой программы и вспомним, какими параметрами он характеризуется.

Анодный ток триода зависит от напряжения на аноде и на управляющей сетке. Характер этой зависимости, определяется его основными параметрами. К таким параметрам триода относятся: крутизна характеристики S, внутреннее сопротивление Ri и коэффициент усиления м. Основные параметры вакуумного триода можно найти в справочниках по электронным лампам или легко определить по его вольтамперным характеристикам.

Итак, рассмотрим, какими же основными параметрами обладает вакуумный триод и как их можно определить.

Крутизна характеристики S показывает, на сколько миллиампер изменяется анодный ток при изменении сеточного напряжения на 1В при неизменном напряжении на аноде, ее размерность - [mA/B]. Этот параметр легко определяется из семейства анодно-сеточных характеристик лампового триода (см. рис.6.8) на прямолинейных участках этих характеристик

при .

Крутизна характеристики часто указывается в справочниках, и нет необходимости ее вычислять (конечно, если только параметры лампы не устанавливаются экспериментальным путем). Перейдем теперь к рассмотрению следующего параметра триода - внутреннего сопротивления Ri.

Рис. 6.8. Семейство анодно-сеточных характеристик лампового триода

Внутренним сопротивлением триода Ri называют отношение изменения анодного напряжения к соответствующему изменению анодного тока при неизменном напряжении на сетке

, при

Величину Ri можно легко определить из семейства анодных характеристик (см. рис. 6.9). Ri имеет размерность [кОм] или [МОм].



Рис. 6.9. Семейство анодных характеристик лампового триода

Коэффициентом усиления м называют отношение изменения анодного напряжения к изменению сеточного напряжения, вызывающего одинаковое изменение анодного тока. Коэффициент усиления безразмерная величина. Его можно определить из анодно-сеточных или анодных характеристик:

при ;

Коэффициент усиления зависит от конструктивных особенностей лампы. Чем ближе сетка расположена к катоду (и чем она гуще), тем более сильное влияние оказывает сеточное напряжение на анодный ток, и соответственно, тем большим будет коэффициент усиления триода. Величина, обратная коэффициенту усиления, называется проницаемостью D

.

Соотношение, связывающее между собой параметры триода S, м и Ri называют основным уравнением триода

, или просто .

Важными параметрами триода являются также максимально допустимые напряжения на его электродах и ток через него (напряжение анод-катод, напряжение катод-сетка, максимальный анодный ток и т.д.). Эти параметры всегда указывают в справочниках на все лампы (независимо от типа лампы).

На частотный диапазон лампы влияют паразитные межэлектродные емкости (например, емкость между сеткой и катодом лампы). Величина этих емкостей определяет максимальную частоту, на которой эту лампу можно использовать. Межэлектродные емкости обычно указываются в справочниках. Если этих данных нет, то этот триод, скорее всего низкочастотный, и межэлектродные емкости не так важны, поэтому вы можете установить их приблизительное (т.е. типовое) значение. Теперь, когда мы немного вспомнили параметры вакуумного триода, можно устанавливать их для моделей триодов имеющихся в программе. Сначала переведем обозначения параметров вакуумного триода, которые используются в программе EWB:

- "Plate-cathode voltage": "Напряжение анод-катод";

- "Grid-cathode voltage": "Напряжение катод-сетка";

- "Plate current": "Анодный ток";

- "Amplification factor": "Коэффициент усиления";

- "Grid-cathode capacitance": "Емкость сетка-катод";

- "Plate-cathode capacitance": "Емкость анод-катод";

- "Grid-plate capacitance": "Емкость сетка-анод".

Справа от поля ввода значения параметра указана его размерность. Размерность нужно учитывать при вводе числового значения параметра (например, если величина емкости равна 47 мкФ, то не следует записывать в поле ввода с размерностью "F" ("Фарад") значение "47", это будет ошибкой; вместо этого вы должны записать в него значение "0.000047").

Теперь, когда вы сможете установить параметры вакуумного триода, попробуйте установить такие параметры, какие показаны на рис. 6.7. и нажмите кнопку "OK". Не получается, и ни чего удивительного в этом нет …

У вас, наверное, возник вопрос - "А почему не получается, ведь все сделано правильно?". На этот вопрос отвечает следующий параграф книги, который специально выделен отдельно, хотя, в сущности, является продолжением текущего параграфа. Этому разделу необходимо выделить особое внимание, так как от правильной установки параметров компонентов во многом зависит и достоверность полученных результатов анализа схемы. Из-за того, что установка параметров некоторых компонентов невозможна непосредственно из программы, приходится описывать ее отдельно.

7. Особенности установки параметров в EWB

Программа "EWB" не позволяет устанавливать числа в формате z = x•10y, хотя в окнах параметров элементов они могут быть записаны именно в таком формате (например, 2.1е-12). Если вы сами попытаетесь установить число в таком формате, то программа сильно удивляется и появляется сообщение, показанное на рис. 7.1. Видимо, в программе допущена ошибка.

Рис. 7.1 Окно с сообщением об ошибке в написании устанавливаемого параметра.

Следует также учитывать, что при записи параметра в виде десятичной дроби разделителем служит не запятая, а точка. Кроме того, программа понимает только английскую раскладку клавиатуры (это следует учесть при назначении букв отвечающих за регулирование величины сопротивления переменных резисторов, индуктивностей вариометров, емкости переменных конденсаторов, а также различных переключателей и т.д.).

Существует также проблема с отображением русского шрифта (кириллицы). Для создания описания схемы я обычно использую компонент , - это именно потому, что в этом компоненте текст, написанный на русском языке, нормально отображается, а в окне описания (которое именно для этого предназначено) он отображается как набор иероглифов.

На рис.6.7 видно, что я установил у вакуумного триода такие параметры (межэлектродные емкости 120 нФ), которые непосредственно в программе установить не получается, и соответственно возникает вопрос - "как же тогда я это сделал…?" Ответ на этот вопрос очень простой: - я отредактировал файл в библиотеке моделей (о том, где находятся эти файлы, я говорил в предыдущем параграфе). Большинство компонентов позволяют проводить установку параметров с помощью редактирования файла, но, к сожалению далеко не все. Открываете файл "vacmtub.m73" программой "Блокнот" (можно и другим текстовым редактором, например, открыть этот файл в "Word") и перед вами появится окно, примерно как на рис.7.2.

В этом файле вы можете установить практически любые параметры (конечно, если они допустимые) компонента, которые вам требуются. Параметры записываются в строку с пробелом в качестве разделителя. Разделителем целой и дробной части параметра служит точка (это следует запомнить, так как если вы поставите запятую, то программа ее проигнорирует).

Рис. 7.2. Файл библиотеки открытый в текстовом редакторе.

При установке параметров необходимо также соблюдать знак параметра там, где это необходимо. Если вы установите отрицательный параметр положительным, то при попытке запустить симуляцию схемы содержащей компонент с отредактированными параметрами будет, как правило, выдаваться сообщение об ошибке и прерываться выполнение моделирования.

Еще хуже если сообщение об ошибке выдаваться вообще не будет, - схема не будет работать должным образом, но так как мы об этом незнаем, это приведет к неправильным представлениям о работе схемы и т.д.

После того как параметры всех компонентов установлены, вы можете запустить симуляцию схемы и посмотреть на то, как она работает и сделать соответствующие выводы. Очень рекомендую поэкспериментировать с настройками программы, тогда вы быстрей ее освоите. Ну а после того как вам это надоест, мы продолжим наше знакомство с возможностями программы.

Программа "EWB" позволяет объединить несколько компонентов (точнее часть схемы) в отдельный блок (или иначе подсхему). О том, как именно это можно сделать рассказывается в следующем разделе книги.

Пользоваться блоками вы будете не так часто, но иногда это просто необходимо, и кроме того весьма удобно.