1.2. Правила работы с контрольно-измерительными приборами

В набор виртуальных контрольно-измерительных приборов входят: индикаторные и измерительные приборы.

Индикаторные приборы

В программе EWB индикаторные приборы представлены вольтметрами, амперметрами, лампами накаливания, светоиндикаторами и индикаторами цифровых сигналов. В стендах лабораторного практикума по аналоговой схемотехнике из этой группы приборов используются вольтметры и амперметры для измерения постоянного и переменного напряжения и тока. Условное изображение этих приборов на схемах показано на рис. 1.1.

Рис. 1.1. Условное изображение

вольтметра и амперметра

Отрицательная клемма для подключения этих приборов обозначена жирной черной полосой и может быть размещена на любой грани иконки при вращении изображения компонента (вращение выполняется нажатием комбинации клавиш Ctrl + R).

Редактирование параметров этих приборов осуществляется в диалоговом окне, раскрываемом двойным щелчком ”мыши” по изображению прибора. Оно имеет четыре закладки: Label, Value, Fault и Display.

В поле закладки Label в строке Label указывается позиционное обозначение прибора, выносимое на схему, а в строке Reference ID указывается позиционное обозначение, используемое в дальнейшем при выполнении команд меню Analysis.

В поле закладки Value задаются сопротивление прибора (входное сопротивление вольтметра или внутреннее сопротивление амперметра) – в строке Resistance [R] и режимы измерения: постоянного (DC) или переменного (AC) тока – в строке Mode.

В поле закладки Fault имитируется неисправность измерительного прибора, устанавливая в его цепи короткое замыкание – Short, обрыв – Open, либо конкретное значение сопротивления утечки прибора – Leakage, по умолчанию включена опция None, что означает отсутствие неисправности.

При выборе закладки Display задается характер вывода на экран обозначений прибора, по умолчанию устанавливается опция Use Schematic Options global setting, что означает использование установок, принятых для всей схемы в опции Schematic Options меню Circuit.

Измерительные приборы

Аналоговая измерительная техника рассматриваемой системы моделирования представлена следующими измерительными приборами.

Мультиметр, предназначенный для измерения постоянных и переменных напряжений и токов, а также сопротивления.

Двухлучевой осциллограф с возможностью регулировки усиления каналов, частоты развертки, смещения лучей по обеим координатам, подключения внешней синхронизации, использования открытых и закрытых входов.

Измеритель частотных характеристик (Bode Plotter).

Функциональный генератор сигналов, параметры которого можно легко редактировать (Functional Generator).

Цифровой мультиметр

Лицевая панель, раскрываемая двойным щелчком “мыши” по условному изображению прибора на схеме (иконке), представлена на рис. 1.2. С помощью кнопок на лицевой панели режим измерения тока (А), напряжения (V), сопротивления (Ω) и ослабления (затухания) (dB); выбор режима измерения переменного (≈) или постоянного (―) тока осуществляют нажатием соответствующей кнопки. При нажатии на кнопку Settings раскрывается диалоговое окно, в котором устанавливают необходимые количественные параметры мультиметра: внутреннее сопротивление амперметра (Ammeter resistance),

Рис. 1.2. Мультиметр

входное сопротивление вольтметра (Voltmeter resistance), ток через контролируемый объект (Ommeter current) и установка эталонного напряжения (Decibel standard) при измерении усиления или ослабления в децибелах (по умолчанию V=1 В).

Двухлучевой осциллограф

Лицевая панель осциллографа, раскрываемая двойным щелчком “мыши” по условному изображению прибора на схеме (иконке), представлена на рис. 1.3.

Рис. 1.3. Лицевая панель двухлучевого осциллографа

На лицевой панели соответствующими кнопками по каждому из каналов осуществляются регулировка чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел до

5 кВ/дел и смещение по вертикали (Y position). Выбор режима по входу производится кнопками AC, 0, DC. Режим AC (закрытый вход) предназначен для наблюдения сигналов только переменного тока. В режиме 0 входной зажим замыкается на землю. В режиме DC (открытый вход) проводятся измерения как постоянного, так и переменного тока.

Режим развертки выбирается кнопками Y/T, B/A, A/B. В режиме Y/T реализуется режим развертки (включен по умолчанию: по вертикали – напряжение сигнала, по горизонтали – время). В этом режиме длительность развертки (Time Base) может быть задана в диапазоне от 0.1 нс/дел до 1 с/дел с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали (Х position). Синхронизация развертки в данном режиме может осуществляться в ждущем режим (Trigger) с запуском развертки по переднему или заднему фронту запускающего сигнала (выбирается нажатием кнопок Edge) при регулируемом уровне (Level) запуска, а также в режимах Auto (от канала А или В) или от внешнего источника (Ext), подключаемого в блоке управления Trigger. Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками Auto, А, В, Ext.

При нажатии на кнопку Expand лицевая панель существенно меняется. Увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые курсором могут быть установлены 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 записать в текстовый файл нажатием кнопки SAVE (записанному файлу присваивается имя схемного файла с расширением .scp). Возврат к исходному состоянию осциллографа производится нажатием кнопки Reduce.

Измеритель частотных характеристик (Bode Plotter)

Лицевая панель измерителя АЧХ и ФЧХ, раскрываемая двойным щелчком “мыши” по его условному изображению на схеме (иконке), приведена на рис. 1.4.

Рис. 1.4. Лицевая панель измерителя АЧХ и ФЧХ

Измеритель отображает АЧХ исследуемой схемы (при нажатой кнопке Magnitude, включена по умолчанию) и ФЧХ (при нажатой кнопке Phase) в логарифмическом (кнопка Log, включена по умолчанию) или линейном (кнопка Lin) масштабе по осям Y (Vertical) и X (Horizontal).

Настройка измерителя заключается в выборе пределов измерения коэффициента передачи и вариации частоты с помощью кнопок в окошках: F – максимальное и I – минимальное значения.

Отсчет значений частоты и соответствующих им значений коэффициента передачи или фазы в отдельных точках АЧХ и ФЧХ получают путём перемещения по экрану с помощью курсора вертикальной визирной линейки (или кнопками (← ) и (→) на лицевой панели прибора), находящейся в исходном состоянии в начале координат. Значение частоты и величина коэффициента передачи или фазы соответствующее каждому положению визирной линейки, индицируются в окошках в правом нижнем углу лицевой панели.

АЧХ или ФЧХ, отображаемые на экране измерителя, могут быть записаны в текстовый файл. Для этого необходимо нажать кнопку Save и в диалоговом окне указать имя файла.

Подключение прибора к исследуемой схеме осуществляется с помощью зажимов In (вход) и Out (выход). Левые клеммы этих зажимов подключаются соответственно ко входу и выходу исследуемого устройства, а правые – к общей шине. К входу устройства необходимо подключить функциональный генератор или другой источник переменного напряжения, при этом каких-либо настроек на этих устройствах не требуется.

Функциональный генератор сигналов (Function Generator)

Лицевая панель прибора, раскрываемая двойным щелчком “мыши” по условному обозначению его на схеме (иконке), представлена на рис. 1.5.

Рис. 1.5. Лицевая панель

функционального генератора

Редактирование генератора осуществляется с помощью кнопок, расположенных на его лицевой панели. Кнопки, находящиеся вверху лицевой панели, на которых изображена форма выходного сигнала, обеспечивают выбор одной из них: синусоидальной (включена по умолчанию), треугольной или прямоугольной.

В окошке Frequency устанавливается частота выходного сигнала в Hz, kHz или MHz.

В окошке Duty cycle устанавливается коэффициент заполнения в процентах (%): для импульсных сигналов это отношение длительности импульса к периоду повторения – величина обратная скважности, для треугольных сигналов – соотношение между длительностями переднего и заднего фронтов.

В окошке Amplitude устанавливается амплитуда выходного сигнала в μV, mV, V, и kV.

В окошке Offset устанавливается смещение (постоянная составляющая) выходного сигнала в тех же единицах, что и амплитуда.

Численные значения указанных параметров сигнала и единицы их измерения изменяются с помощью кнопок “больше” и “меньше”, обозначенных треугольниками ▲ и ▼, соответственно (численные значения при этом могут также вписываться в соответствующее окно, но только в виде целого числа).

Измерение нелинейных искажений

В приборном парке системы моделирования EWB измеритель нелинейных искажений (ИНИ) непосредственно не представлен, однако определение уровня нелинейных искажений (Total harmonic distortion) можно осуществить с помощью программы Фурье анализа (Fourier), содержащейся в меню Analysis.

Эта программа может быть использована для определения уровня нелинейных искажений как при активизации схемы на некоторое время переключателем 0/1 (после перевода его в положение 0), так и без активизации. Порядок работы с этой программой описан в разделе 1.3.