21.4. Содержание отчета

1. Схема экспериментальной установки.

2. Результаты расчетов и экспериментальные данные (заполненные таблицы 21.1, 21.2).

3. График амплитудно-частотной характеристики усилителя , амплитудная характеристика усилителя .

4. Выводы.

21.5. Контрольные вопросы

1. Что собой представляют основные параметры усилителей?

2. Приведите структурную схему и поясните принцип работы усилителя.

3. Изобразите принципиальную схему усилителя с общим эмиттером. Поясните назначение элементов схемы.

4. Запишите уравнение, описывающее зависимость тока коллектора транзистора от напряжения между его базой и эмиттером. Выведите выражение для дифференциального сопротивления перехода база-эмиттер транзистора, работающего в активном режиме.

5. Выведите выражение для коэффициента усиления каскада с общим эмиттером.

6. Выведите выражение для входного сопротивления усилителя с общим эмиттером.

7. Выведите выражение для выходного сопротивления усилителя с общим эмиттером.

8. Поясните способ температурной стабилизации работы усилителя.

Лабораторная работа №22 Элементная база и принципы работы электронной лаборатории Electronics Workbench

22.1. Цель работы

Приобрести практические навыки работы с программой моделирования электронных схем.

22.2. Теоретические сведения

Пакет  Elecnronics Workbench (EWB) предназначен для моделирования и анализа электрических и электронных схем и работает с операционными системами Windows 95/98/NT/2000/XP.

Пакет EWB запускается как любое другое приложение с помощью иконки в меню «Пуск».

Для моделирования устройств необходимо:

1. сформировать электрическую схему анализируемого устройства с помощью встроенного редактора, для чего нужные компоненты следует переместить с панели компонентов в рабочую область и соединить друг с другом с помощью проводников;

2. установить значения параметров компонентов;

3. к схеме подключить необходимые тестовые инструменты: функциональный генератор, вольтметр, амперметр, осциллограф, логический анализатор, пробник и др.;

4. активизировать работу схемы нажатием на виртуальный выключатель питания; результаты анализа (осциллограммы или амплитудно-частотная характеристика) могут быть сохранены для последующего использования.

Интерфейс пользователя EWB состоит из полоски меню, панели инструментов и рабочей области (рисунок 22.1).

Полоса меню состоит из следующих компонент:

File - организация работы с файлами. С помощью этого раздела меню пользователь осуществляет работу с файлами (открытие, создание, распечатку файлов и прочее).

Edit - с помощью этого раздела пользователь осуществляет редактирование и работу с текущем документом. Опции раздела позволяют копировать, удалять, перемещать элементы или блоки схемы. Кроме того возможна настройка визуальных параметров схемы (расположение и ориентация элементов схемы, настройка цветов и шрифта, поиск и другие стандартные функции).

Circuit - раздел, позволяющий вращать, менять свойства, приближать и отдалять элементы схемы.

Analysis - раздел служит для проведения различного рода анализов схем.

Window - раздел предназначен для настройки экранных настроек при работе с документами.

Help  -  раздел служит для доступа к справочной системе Electronics Workbench.

Рисунок 22.1 – Внешний вид интерфейса пользователя Electronics Workbench

Панель инструментов состоит из “быстрых кнопок”, имеющих аналоги в меню, кнопок запуска и приостановки схем, набора радиоэлектронных аналоговых и цифровых деталей, индикаторов, элементов управления и инструментов.

Основные компоненты электронной лаборатории EWB можно условно разбить на следующие группы: базовые компоненты, источники (все источники в Electronics Workbench идеальные), линейные компоненты, ключи, нелинейные компоненты, индикаторы, логические компоненты, узлы комбинационного типа, узлы последовательного типа, гибридные компоненты (таблица 22.1) и измерительные приборы (осциллограф, вольтметр и др.).

Осциллограф (Oscilloscope). Двухканальный осциллограф графически отображает законы изменения двух электронных сигналов во времени. Осциллограф имеет два канала (CHANNEL) А и В с раздельной регулировкой чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел (mV/Div) до 5 кВ/дел (kV/Div) и регулировкой смещения по вертика­ли (Y POS). Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок [AC], [DC], [0]. Ре­жим АС предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока. В режиме 0 входной зажим замыкается на землю. В режиме DC (включен по умолчанию) можно проводить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока. С правой стороны от кнопки DC расположен входной зажим.

Режим развертки выбирается кнопками [Y/T], [B/A], [A/B]. В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуются следующие режимы развертки: по вер­тикали — напряжение сигнала, по горизонтали — время; в режиме В/А: по вертика­ли — сигнал канала В, по горизонтали — сигнал канала А; в режиме А/В: по вертикали — сигнал канала А, по горизонтали — сигнал канала В.

В режиме развертки Y/T длительность развертки (TIME BASE) может быть за­дана в диапазоне от 0,1 не/дел (ns/div) до 1 с/дел (s/div) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, т.е. по оси X (X POS).

В режиме Y/T предусмотрен также ждущий режим (TRIGGER) с запуском развертки (EDGE) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала (выби­рается нажатием кнопок и ) при регулируемом уровне (LEVEL) запуска, а также в режиме AUTO (от канала А или В), от канала А, от канала В или от внешнего ис­точника (ЕХТ), подключаемого к зажиму в блоке управления TRIGGER. Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками [AUTO], [A], [B], [EXT].

Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы GROUND в правом верхнем углу прибора.

При нажатии на кнопку [Expand] лицевая панель осциллографа существенно ме­няется: увеличивается размер экрана, появляется возможность про­крутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за треугольные метки (они обо­значены также цифрами 1 и 2) могут быть курсором установлены в любое место эк­рана. При этом в индикаторных окнах 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].

Для получения разноцветных осциллограмм необходимо изменить цвет проводников (путем двойного нажатия на их изображение), подключенных к выводам осциллографа.

Боде-плоттер (Bode plotter) (графопостроитель) используется для получения амплитудо-частотных и фазо-частотных характеристик схемы.

Для создания принципиальной электрической схемы необходимо:

1) запустить Electronics Workbench;

2) подготовить новый файл для работы;

3) перенести необходимые элементы на рабочую область EWB, для чего выбрать раздел на панели инструментов (Sources, Basic, Diodes, Transistors, Analog Ics, Mixed Ics, Digital Ics, Logic Gates, Digital, Indicators, Controls, Miscellaneous, Instruments) с нужным элементом, и, щёлкнув мышью на нужном элементе, не отпуская кнопки, перенести в нужное место схемы; 

4) соединить контакты элементов, для чего щелкнуть по одному из контактов основной кнопкой мыши и, не отпуская клавишу, довести курсор до второго контакта, пока не появится точка, после чего кнопку мыши надо отпустить;

5) проставить необходимые номиналы и свойства каждому элементу, для чего дважды щелкнуть мышью на элементе и заполнить появившееся окно задания номиналов и свойств элементов.

Таблица 22.1 – Основные компоненты электронной лаборатории EWB

Базовые компоненты
	Соединяющий узел. Узел применяется для соединения проводников и создания контрольных точек. К каж­дому узлу может подсоединяться не более четырех проводников.
	Заземление. Компонент «заземление» имеет нулевой потенциал и обеспечивает ис­ходную точку для отсчета потенциалов. Не все схемы нуждаются в заземлении для моделирования, однако, любая схема, со­держащая: операционный усилитель, трансформатор, управляемый источник, осциллограф должна быть обязательно заземлена, иначе приборы не будут производить измерения или их показания окажутся неправильными.
Источники (Sources)
	Источник постоянного напряжения. Короткой чертой обозначается вывод, имеющий отрицательный потенциал по отношению к другому вы­воду. Батарея в Electronics Workbench имеет внутреннее сопротивление, равное нулю, поэтому, если необходимо использовать две параллельно подключенные батареи, то следует включить последовательно между ними небольшое сопротивление (например, в 1 Ом).
	Источник постоянного тока. Ток источника постоянного тока (direct current) измеряется в Амперах и задается производ­ными величинами (от мкА до кА). Стрелка указывает направление тока (от «+» к «-«).
	Источник переменного напряжения. Действующее значение (root-mean-square – RMS) напряжения источника измеряется в Вольтах. Имеется возможность уста­14елич частоты и начальной фазы. Напряжение источника отсчитывается от вывода со зна­ком «~».
	Источник переменного тока. Действующее значение тока источника измеряется в Амперах и задается производными 14еличиинами (от мкА до к А). Имеется возможность установки частоты и начальной фазы. Ток источника отсчитывается от вывода со знаком «~».
Линейные элементы
	Резистор. Сопротивление резистора измеряется в Омах и задается производными величинами (от Ом до Мом).
	Конденсатор. Ёмкость конденсатора измеряется в Фарадах и задается производными величинами (от пФ до Ф).

Продолжение таблицы 22.1

	Катушка индуктивности. Индуктивность катушки (дросселя) измеряется в Генри и задается производными вели­чинами (от мкГн до Гн).
	Трансформатор. Трансформатор используется для преобразования напряжения V1 в напряжение V2. Коэффициент трансформации n равен отношению напряжения V1 на первичной обмотке к напряжению V2 на вторичной обмотке. Параметр n может быть установлен в диалоговом окне свойств модели трансформатора. Трансформатор может быть выполнен с отводом средней точки. Схема, содержащая трансформатор, должна быть заземлена!
Нелинейные элементы
	Диод. Ток через диод может протекать только в одном направлении - от анода к катоду. Состояние диода (проводящее или непроводящее) определяется полярностью приложенно­го к диоду напряжения.
	Стабилитрон. Для стабилитрона (диода Зенера) рабочим является отрицательное напряжение. Обычно этот элемент используют для стабилизации напряжения.
	Операционный усилитель. Операционный усилитель (ОУ) - усилитель, предназначенный для работы с обратной связью. Он обычно имеет очень высокий коэффициент усиления по напряжению, высо­кое входное и низкое выходное сопротивление. Вход "+" является неинвертирующим, а вход "-" - инвертирующим. Модель операционного усилителя позволяет задавать пара­метры: коэффициент усиления, напряжение смещения, входные токи, входное и выход­ное сопротивления. Входные и выходные сигналы ОУ должны быть заданы относительно земли.
Биполярные транзисторы
	N-P-N транзистор
	P-N-P транзистор