ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО РЫБОЛОВСТВУ
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ
"МУРМАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Власов А.Б.
ВИРТУАЛЬНЫЙ ЛАБОРАТОРНЫЙ ПРАКТИКУМ
″ЭЛЕКТРОНИКА″
по курсам
″судовая электроника и силовая преобразовательная техника″, Практическая схемотехника, ″Электротехника и электроника″
Мурманск 2010
УДК 621.382 (075)
ББК 32.85 + 32.844
Власов, А.Б. Виртуальный лабораторный практикум ″Электроника″, Учеб. пособие по дисциплинам ″Судовая электроника и силовая преобразовательная техника, ″Практическая схемотехника: Учеб. пособие для технических специальностей / А.Б. Власов. Мурманск: Изд-во МГТУ, 2010. 137с.
Представлены материалы виртуального лабораторного практикума по курсам ″Судовая электроника и силовая преобразовательная техника, Практическая схемотехника, ″Электротехника и электроника″, связанных с вопросами строения, принципами работы основных аналоговых и цифровых узлов электронной аппаратуры.
Предназначено в качестве дополнительного материала по самостоятельной работы для студентов всех форм обучения, обучающихся по специальностям Эксплуатация судового электрооборудования и средств автоматики, Техническая эксплуатация транспортного радиооборудования, Радиотехника, Программное обеспечение вычислительной техники и автоматизированных систем и других.
It is intended for the students of the following specialities: 180404.65 “Operation of Ship Electrical Equipment and Automation”, 160905.65 “Technical Maintenance of Transport Radio Equipment”, 210302.65 “Radio Engineering” and etc.
Илл. 80; список лит. – 21 названий.
Рецензенты: Ремезовский Вячеслав Михайлович, профессор кафедры ЭОС МГТУ,
Шиян Анатолий Федорович,
профессор кафедры ЭОС МГТУ.
Анатолий Борисович Власов: Виртуальный лабораторный практикум
″Электроника″
В авторской редакции
©Анатолий Борисович Власов
©Мурманский государственный
технический университет, 2010
ISBN
ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение |
4 |
Лабораторная работа №1 ″анализ переходных процессов в RL- и RС-цепях″ |
5 |
Лабораторная работа №2 ″анализ электронных схем с помощью программы EWB″ |
13 |
Лабораторная работа № 3 Синтез и анализ усилительных каскадов на транзисторах |
26 |
Лабораторная работа №4 ″Анализ элементов схемы авторулевого″ |
33 |
Лабораторная работа № 5 Исследование стабилизаторов |
46 |
Лабораторная работа № 6 Синтез и анализ аналоговых схем на основе операционного усилителя″ |
51 |
Лабораторная работа № 7 Синтез и анализ и логических схем |
56 |
Лабораторная работа № 8 ″Анализ логического элемента на основе триггера Шмитта″ |
66 |
Лабораторная работа № 9 Исследование триггеров на логических интегральных микросхемах |
72 |
Лабораторная работа № 10 Синтез и анализ импульсных схем на логических элементах |
81 |
Лабораторная работа № 11 Синтез и анализ регистров |
85 |
Лабораторная работа № 12 Синтез и анализ цифровых счетчиков |
94 |
Лабораторная работа № 13 Синтез и анализ шифраторов, дешифраторов и элементов АЛУ |
104 |
Лабораторная работа № 14 Анализ и синтез мультиплексоров и демультиплексоров |
117 |
Лабораторная работа № 15 Синтез и анализ АЦП и ЦАП |
126 |
Список литературы |
132 |
Введение
Практикум предназначен для помощи студентам при выполнении лабораторных работ. Описание практикума позволяет студентам подготовиться и выполнять лабораторные работы, помимо аудиторных занятий, самостоятельно. Особенностью практикума является выполнение виртуальных работ с использованием программы Electronics Workbench (EWB).
С работой программы EWB следует ознакомиться по литературе [5], [6], [7], [16] и в процессе выполнения настоящего практикума. Возможности программы отражаются в лабораторных работах. В литературе [5] приведены элементы EWB, прототипы различных схем. В тексте приводится информация о рекомендованных файлах, например, из библиотеки EWB [5], [7].
Учитывая, что в библиотеке EWB используются импортные элементы (диоды, транзисторы, ИМС) следует ознакомиться как с их свойствами, так и свойствами отечественных аналогов по литературе [5], [9], [11].
Подготовка к работе включает изучение материалов анализируемых схем, анализ работы, используя лекции и литературу.
Лабораторные работы оформляются в отдельной тетради. Перед лабораторной работой студент выполняет заготовку лабораторной работы в соответствии с требованиями, предъявляемыми в описании лабораторной работой. Электронные представления заготовок не допускаются.
В ″заготовке″ описываются: цель работы, схемы, формулы, описания последовательности выполнения, таблицы, качественные графики тех зависимостей, которые будут исследоваться в работе.
Оси на рисунках, схемы, рисуются под линейку (можно карандашом). Схемы, нарисованные от руки, не допускаются.
Отчетная информация представляется в тетради для лабораторных работ: схем, таблиц, осциллограмм, выводов и т.п. К отчетным документам прилагаются файлы со сформированными схемами, например, Э321л1_ Иванов.ewb. Желательно представлять распечатку схемы и осциллограмм.
Для копирования отчетной информации с экрана EWB можно использовать PrtScreen и вставку (Paste), например, в редактор Paint. В режиме Аnalysis\Display Graphs можно копировать осциллограммы сигналов.
Параметры схемы выбираются в соответствии с вариантом. Тип транзистора и параметры схемы по согласованию с преподавателем могут быть скорректированы для более оптимальной и устойчивой работы схемы.
Задания повышенной сложности, отмеченные знаком (*), выполняются по указанию преподавателя.
Лабораторная работа № 1
″анализ переходных процессов в RL- и RС-цепях″
Цель работы: ознакомиться с основными функциями программы EWB, произвести анализ переходных процессов в RL- и RС-цепях.
1. Панели и элементы ewb
Программа EWB содержит основные блоки с библиотеками элементов (рис. 1, а): Sources (левый), Basic, …, Instruments (правый).
Рис. 1. Основные блоки (а) и элементы (б) программы EWB
Формирование схемы производится ″захватом″ элемента мышью и перетаскивания его на поле рабочего окна. Заземление какой-либо точки схемы обязательно. Работа схемы активируется кнопкой I/0.
Активация приборов (генератора, осциллографа и т.п.) производится кнопкой мыши.
Генератор вырабатывает прямоугольные импульсы (положительной и отрицательной полярности) в форме ″меандра″ с частотой f амплитудой Uс (например, Uс = 25 В) (рис. 2, а). Частота входного сигнала устанавливается на генераторе, например, f = 20 Гц, амплитуда Uс = 25 В.
а) б) в)
Рис. 2. Форма сигнала в виде меандра (а) и прямоугольного одной полярности (б)
Опция Offset смещения по напряжению UО позволяет преобразовать знакопеременный сигнал с амплитудой Uс в прямоугольный сигнал одной полярности с общей суммарной амплитудой Uвх. Например, при установке значений: UО = 25 В; Uс = 25 В (рис. 2, б), имеем: на вход схемы подается импульсное напряжение положительной полярности амплитудой Uвх = 50 В с периодом Т:
T = 1/f , (1)
а время импульса Ти и паузы Ти – одинаковы.
Опция ″Duty cycle″ определяет величину скважности Q прямоугольного сигнала, равную,
Q = 100·Tи/T, %. (2)
Коэффициент заполнения определяется по соотношению:
= 100/Q. (3)
В рассматриваемом примере имеем: Т = 1/20 = 0,05 с = 50 мс; Ти = Ти = Т/2 = 25 мс, Q = 50 %, = 2.