Контрольно-измерительные приборы

При нажатии кнопки вызова контрольно-измерительных приборов (Instruments) в рабочем окне программы EWB разворачивается панель,

к оторая содержит иконки цифрового мультиметра, функционального генератора, двухканального осциллографа и еще нескольких специальных приборов.

Для выбора конкретного прибора необходимо ЛКМ отбуксировать его иконку на рабочее поле и соединить проводниками её соответствующие клеммы с исследуемой схемой. Для приведения прибора в рабочее (развернутое) состояние необходимо дважды щелкнуть ЛКМ по его иконке или вызвать его контекстное меню и выбрать пункт Open. Только в этом режиме с панели прибора можно считывать информацию. Следует помнить, что клеммы прибора активны (т.е. к ним можно подключаться) только в свёрнутом состоянии. В одной схеме можно использовать только один контрольно-измерительный прибор данного типа.

Функциональный генератор

Осциллограф

П ожалуй, самым универсальным прибором, наиболее часто используемым в электронике, является осциллограф (Oscilloscope).

Применяемый в среде EWB осциллограф имеет два канала (Channel) А и В с раздельной регулировкой смещения по вертикали (Y position). Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок AC, 0, DC . В режиме DC (по умолчанию) входной сигнал поступает непосредственно на вход усилителя вертикального отклонения, поэтому в этом режиме можно производить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока (режим “открытого входа”). Режим AC предназначен для наблюдения только переменной составляющей сигнала (режим “закрытого входа”), поскольку в этом режиме на входе усилителя осциллографа включается разделительный конденсатор. В режиме 0 соответствующий входной зажим замыкается “на землю”.

Режим развертки выбирается кнопками Y/T, B/A, A/B. В режиме Y/T (обычный режим, включенный по умолчанию) реализуется временная развертка, при которой на экране осциллографа по вертикали откладывается напряжение сигнала, а по горизонтали – время. В двух других режимах развертка осуществляется одним из подаваемых сигналов. В режиме B/A на усилитель вертикального отклонения поступает сигнал канала В, а на усилитель горизонтального отклонения – сигнал канала А. В режиме A/B наоборот: отклонение по вертикали вызывается сигналом канала А, а по горизонтали – сигналом канала В.

Лицевая панель осциллографа в режиме EXPAND

В режиме развертки Y/T длительность развертки (Time base) может быть задана в диапазоне от 0,1 нс/дел (ns/div) до 1 с/дел (s/div) с возможностью установки начального смещения по оси X (X position).

В режиме Y/T предусмотрен также ждущий режим Trigger с запуском развертки (Edge) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала при регулируемом уровне (Level) запуска, а также в режиме Auto, от канала А, от канала В или от внешнего источника (Ext), подключаемого к зажиму в блоке управления (Trigger). Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками : AUTO, A, B, EXT.

Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы Ground, помещенной в правом верхнем углу прибора.

При нажатии на кнопку Expand вид лицевой панели осциллографа существенно меняется. В этом режиме увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за «ушки» с помощью ЛКМ можно установить в любое место экрана. При этом в индикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линиями).

При желании изображение можно инвертировать нажатием кнопки Reverse и записать данные в файл нажатием кнопки Save. Возврат к исходному состоянию осциллографа – нажатием кнопки Reduce.

Измеритель характеристик четырехполюсника (Bode Plotter)

Прибор позволяет получать при моделировании работы четырехполюсника его амплитудно-частотные (АЧХ) и фазо-частотные (ФЧХ) характеристики. Для этого необходимо подключить прибор к исследуемой схеме с помощью расположенных слева клемм IN (вход) и OUT (выход), при этом правые клеммы соединяются с общей шиной. Для наблюдения характеристик ко входу четырехполюсника необходимо подсоединить функциональный генератор или какой-либо другой источник синусоидальных сигналов.

Библиотека компонентов

Basic (Пассивные элементы) – раздел, в котором собраны все пассивные компоненты, а также коммутационные устройства.

Sources (Источники питания) – не только источники питания, но и управляемые источники:

D iodes (Диоды) – раздел, содержащий библиотеку диодов, светодиодов, стабилитронов, тиристоров.

T ransistors (Транзисторы) – раздел, содержащий как биполярные, так и полевые транзисторы различных типов.

I ndicators (Индикаторные устройства) – раздел, содержащий амперметры, вольтметры и другие индикаторные устройства. Среди этих устройств отметим Red Probe (дословно - красный пробник) – индикатор логического уровня сигнала, который светится при подсоединении его к цепи с высоким логическим уровнем. Индикатор имеет один подключаемый к схеме вывод (предполагается, что второй вывод уже подсоединен к общему проводу). Цвет свечения пробника может быть изменен на голубой или зеленый, если после нажатия на правую кнопку мыши (ПКМ) выбрать в меню Component Properties закладку Choose Probe и внести необходимые изменения.

В отличие от контрольно-измерительных приборов число индикаторов (например, вольтметров), включаемых в одну схему, не ограничено.

При необходимости участок схемы, не содержащий контрольно-измерительных приборов, можно скопировать стандартным способом, выделив ЛКМ нужный прямоугольный фрагмент с помощью команды Copy, и затем вставить его в этот же или в другой файл. Если при этом произошло наложение изображений, необходимо сразу же (пока вставленный фрагмент активен и выделен красным цветом) «растащить» изображения, отбуксировав ЛКМ вставляемый фрагмент схемы на нужное место. В противном случае разделить наложившиеся схемы не удастся.

Размещенные на поле компоненты, можно поворачивать на угол 90, отображать относительно вертикали и горизонтали. Для этого служат кнопки меню:

R otate – вращение выделенного компонента против часовой стрелки на 90 при каждом выполнении команды, для измерительных приборов меняются местами клеммы подключения.

Flip Vertical – отобразить по вертикали.

Flip Horizontal – отобразить по горизонтали.

Все элементы при установке из библиотек на поле программы EWB имеют параметры «по умолчанию». Для изменения параметров выбранного элемента щелчком ПКМ необходимо выбрать пункт контекстного меню Component Properties... (Свойства компонента) и в появившемся окне задать новые параметры. Окно имеет несколько закладок:

• Закладка Label (метка) – позволяет осуществить ввод позиционного обозначения выделенного компонента.

• Закладка Value (величина) – позволяет изменить номинальное значение параметра компонента.

• Закладка Model – выбор модели компонента (полупроводникового прибора, логического элемента и т.д.).

• Закладка Number of Inputs (число входов) – позволяет менять число логических входов вентиля от 1 до 8.

ВНИМАНИЕ!

Не смотря на достаточно высокую степень адекватности виртуальных экспериментов в среде EWB поведению реальных электронных устройств, в моделировании их работы предполагается некоторая условность. Укажем только на некоторые особенности, незнание которых может привести к недоразумениям.

В цифровых схемах, собранных из моделей компонентов (а не на конкретных типах микросхем!), неявно предполагается, что источник питания уже подключен (соответственно эти компоненты не имеют выводов питания).

Для получения сигналов высокого логического уровня в ТТЛ‑схемах используется источник постоянного напряжения +5В, обозначаемый V_cc. Этот источник, как и ряд других виртуальных логических компонентов EWB, имеет только один вывод (предполагается, что второй соединен с общим проводом). Аналогичный источник постоянного напряжения +15В обозначается символом V_dd.

На неподключенных входах логических элементов при моделировании предполагается наличие нулевого потенциала, что, мягко говоря, не согласуется с реальностью.

В математических моделях, положенных в основу работы цифровых устройств, не предусмотрена временная задержка между входным и выходным сигналом. Из-за этого в большинстве случаев «не работают» обратные связи, например, оказываются неработоспособными модели схем автогенераторов на логических элементах.

Осуществляя моделирование электронных устройств в среде EWB, необходимо помнить фундаментальный принцип: любая сколь угодно сложная модель не может воспроизвести всех особенностей работы реального физического устройства и адекватна реальности лишь в определенных рамках, которые были предопределены при ее (модели) создании!!

Однако при правильном использовании значение модельного эксперимента трудно переоценить: он существенно экономит время, силы и средства, особенно в учебном процессе.