Елементи графічного інтерфейсу
Інтерфейс EWB подібний до реального робочого місця розробника електронних схем. Все що необхідно для розробки і тестування електронних схем зібрано разом, знаходиться під рукою і легкодоступне. Найбільша центральна область (див. малюнок) – робочий простір або схемне вікно (workspace) – область, на якій відбувається створення, редагування і тестуватимуться електричної схеми. При запуску EWB можна побачити таке вікно:
У верхній частині вікна розташовано головне меню EWB, яке складається із назв категорій команд: File (меню команд роботи із файлами), Edit (меню команд редагування, зокрема команди роботи із буфером обміну), Circuit (меню команд із перетворення електричних схем та їх елементів), Analysis (меню команд аналізу схем), Window (меню команд роботи із вікнами робочої області (workspace) та ремарок (description)), Help (меню команд роботи із файлами довідкової системи).
Незвичними для початківця є категорія команд Analysis, тому коротко зупинимось на командах цієї категорії.
Перші три команди Activate, Pause и Stop – активізація схеми (включення живлення), призупинення (фіксація поточного стану) і вимикання живлення відповідно.
DC Operating Point – розрахунок режиму по постійному струму. У цьому режимі з модельованої схеми виключаються всі конденсатори і закорочуються всі індуктивності.
AC Frequency – розрахунок частотних характеристик. Виконання команди починається із завдання в діалоговому вікні таких параметрів:
-
FSTART, FSTOP – межі частотного діапазону;
-
Sweep type – масштаб по горизонталі (декадний, лінійний або октавний);
-
Number of point – число точок, для яких виконується розрахунок;
-
Vertical scale – масштаб по вертикалі (лінійний, логарифмічний або в децибелах);
-
Nodes in circuit – список контрольних точок (nod) вузлів кола;
-
Nodes for analysis – номери контрольних точок, для яких розраховуються характеристики.
Transient – розрахунок перехідних процесів. Діалогове вікно команди містить такі пункти:
-
Initial conditions – установка початкових умов моделювання (Set to Zero – нульовий початковий стан; User-defined – під управлінням користувача; Calculate DC operating point – початкові умови беруться з розрахунку режиму по постійному струму);
-
TSTART і TSTOP – час початку і закінчення аналізу перехідних процесів.
-
Generate time steps automatically – розрахунок перехідних процесів із змінним кроком, який вибирається автоматично;
-
Tsteps – часовий крок виведення результатів моделювання на екран.
Fourier – проведення спектрального аналізу. Параметри моделювання задаються за допомогою діалогового вікна у якому опції мають наступні призначення:
-
Output node – номер контрольної точки, в якій аналізується спектр сигналу;
-
Fundamental frequency – основна частота коливання (частота першої гармоніки);
-
Number harmonic – число аналізованих гармонік;
-
Vertical scale – масштаб по осі Y;
-
Advanced – набір опцій цього блоку призначений для проведення тоншої структури аналізованого сигналу;
-
Number of points per harmonic – кількість відліків на одну гармоніку;
-
Sampling frequency – частота проходження вибірок;
-
Display phase – вивід на екран розподілу фаз всіх складових у вигляді безперервної функції (за умовчанням виводиться тільки графік амплітуд);
-
Output as line graph – вивід на екран розподілу амплітуд гармонік у вигляді безперервної функції (за умовчанням – у вигляді лінійчатого спектру).
Monte Carlo – статистичний аналіз за методом Монте-Карло. У діалоговому вікні задаються такі основні параметри:
-
Number of runs – кількість статистичних випробувань;
-
Tolerance – відхилення параметрів резисторів, конденсаторів, індуктивностей, джерел змінного і постійного струму і напруги;
-
Speed – початкове значення випадкової величини (0.32767);
-
Distribution type – закон розподілу випадкових чисел.
Під головним меню розташовується кнопки пришвидшеної активізації часто використовуваних команд:
– відкриває
схемне вікно (untitled – вікно схеми без
імені), яке можна використовуватися,
щоб створювати електричну схему
(клавіатурний еквівалент – CTRL+N);
– відкриває
заздалегідь створений схемний файл.
Показує стандартне діалогове вікно
відкриття файлу (CTRL+O);
– зберігає
поточний схемний файл. При першому
збереженні показує стандартне діалогове
вікно збереження файлу (CTRL+S);
– друкує
всю електричну схему або фрагмент схеми
(CTRL+P);
– команди роботи із буфером
обміну, відповідно «Вирізати» (CTRL+X),
«Копіювати» (CTRL+C),
«Вставити» (CTRL+V);
– обертає
відібрані компоненти на 90°. Текст
пов’язаний з компонентом, як наприклад
ярлики, значення і інша інформацію, при
цьому орієнтацію не змінюють (CTRL+R);
– горизонтально
віддзеркалює відібрані компоненти.
Текст пов’язаний з компонентом при
цьому не віддзеркалюється;
– вертикально
віддзеркалює відібрані компоненти.
Текст пов’язаний з компонентом при
цьому не віддзеркалюється;
– об’єднує
відібрані елементи схеми в підсхему,
ефективно створюючи інтегральну схему.
Обрані в підсхему компоненти заміняються
в схемі прямокутником, позначеним ім’ям
підсхеми. Для з’єднаннями з іншими
елементами схеми, які не ввійшли до
підсхеми, прямокутник має точки
приєднання. Обрані компоненти з’являються
в переліку на палітрі підсхем. Ім’я
нової підсхеми додається до списку
доступних підсхем.
– виводить
графічні результати аналізу;
– команда
призначена для зміни властивостей
обраного компонента. Також активізується
при подвійному клацанні на компоненті
або через контекстне меню компонента.
– зміна
масштабу зображення електричної схеми.
– звертання
до довідкової системи EWB;
– активізує
електричну схему (електричне коло) –
«включає живлення».
Активізація кола запускає послідовність
математичних дій, щоб розрахувати
значення параметрів для контрольних
точок кола (точки включення вимірювальних
приладів). Вимикач залишається в положенні
«1», доки користувач не переводить його
в положення «0» або не призупиняє
моделювання, клацнувши на кнопці
.
Нижче розташовуються кнопки відкриття палітр електричних і електронних приладів та пристроїв.
Повторне клацання на кнопці прикриває палітру. Кожна палітра містить необмежений запас кожного елемента, крім палітри «Інструменти», на якій розміщені по одному екземпляру інструментального засобу електроніки, зокрема, цифровий мультиметр, функціональний генератор, осцилограф, логічний аналізатор і генератор слів.
1. Кнопка
відкриває перелік
доступних для поточної схеми підсхем,
які можна вивести в робочу область як
прямокутник із відповідними точками
приєднання інших компонентів схеми.
2. Кнопка
відкриває палітру
різноманітних доступних джерел
постійного і змінного струму:
Всі джерела в Electronics Workbench ідеальні. Внутрішній опір ідеального джерела напруги рівний нулю, тому його вихідна напруга не залежить від навантаження. Ідеальне джерело струму має нескінченно великий внутрішній опір, тому його струм не залежить від опору навантаження.
|
Кнопка |
Назва |
Коментар |
|
|
Заземлення |
Точка схеми із нульовим потенціалом, відносно якої вимірюється напруга в інших точках схеми як різниця потенціалів. |
|
|
Ідеальне джерело постійної напруги |
Може
мати значення в межах від µВ до kВ,
яке не залежить від струму. Позначенню
у EWB
відповідає
позначення
|
|
|
Ідеальне джерело постійного струму |
Може
мати значення в межах від µА до kА,
яке не залежить від напруги. Позначенню
у EWB
відповідає
позначення
|
|
|
Ідеальне джерело змінної напруги |
Може мати значення в межах від µВ до kВ, яке не залежить від струму. Як властивості, крім значення, можна задати частоту і початкову фазу. |
|
|
Ідеальне джерело змінного струму |
Може мати значення в межах від µА до kА, яке не залежить від напруги. Як властивості, крім значення, можна задати частоту і початкову фазу. |
|
|
Ідеальне джерело постійної напруги кероване вхідною напругою |
Величина вихідної напруги, яка може мати значення в межах від mВ до kВ, контролюється вхідною напругою. Параметром елемента є величина Е = Uвих/Uвх [від mВ/В до kВ/В]. |
|
|
Ідеальне джерело постійного струму кероване вхідною напругою |
Величина вихідного струму, яке може мати значення в межах від mА до kА, контролюється вхідною напругою. Параметром елемента є величина G = Iвих/Uвх [1A/1В = 1 mos (1 сименс)]. |
|
|
Ідеальне джерело постійної напруги кероване вхідним струмом |
Величина вихідної напруги, яка може мати значення в межах від mВ до kВ, контролюється вхідним струмом. Параметром елемента є величина H = Uвих/Iвх [від mОм до kОм]. |
|
|
Ідеальне джерело постійного струму кероване вхідним струмом |
Величина вихідного струму, яке може мати значення в межах від mА до kА, контролюється вхідним струмом. Параметром елемента є величина F = Iвих/Iвх [від mA/A до kA/A]. |
|
|
Джерело постійної напруги +5 В |
Джерело постійної напруги, яка відповідає рівню двійкової «1» або логічному значенню «правда». Використовується в схемах логічних елементів. |
|
|
Джерело постійної напруги +15 В |
Джерело постійної напруги, яка відповідає рівню двійкової «1» або логічному значенню «правда». Використовується в схемах логічних елементів. |
|
|
Генератор прямокутних імпульсів напруги |
Як властивості, можна задати частоту за шкалою від Гц до МГц, робочий цикл (скважність – співвідношення тривалості додатного рівня до періоду імпульсу [%]) і амплітуду напруги в межах від mВ до kВ. В цифрових схемах використовується як генератор тактових імпульсів. |
|
|
Джерело амплітудно-модульованого сигналу |
Як властивості, можна задати: амплітуду несучого сигналу в межах від mВ до kВ (VC); частоту несучого сигналу в межах від Гц до МГц (FC); індекс модуляції (M); частоту модуляції в межах від Гц до МГц (FM). |
|
|
Джерело частотно-модульованого сигналу |
Як властивості, можна задати: пікову амплітуду несучого сигналу в межах від mВ до kВ (VА); частоту несучого сигналу в межах від Гц до МГц (FC); індекс модуляції (M); частоту модуляції в межах від Гц до МГц (FМ); постійну складову змінного сигналу (V0). |
|
… |
… |
Призначення інших джерел бажано розглянути самостійно. |
.
.
3. Кнопка
відкриває палітру
базових елементів
електричних схем:
|
Кнопка |
Назва |
Коментар |
|
|
З’єднувач (вузол) |
З’єднувач застосовується для з’єднання провідників і створення контрольних точок. До кожного з’єднувача може приєднуватися не більше чотирьох провідників. Після того, як схема зібрана, можна вставити додаткові з’єднувачі для підключення приладів. З’єднувачі створюються автоматично, якщо протягнути провідник так, що він торкнеться іншого провідника. |
|
|
Резистор |
Як властивість резистора задається опір резистора (R) в межах від Ом до МОм. Крім того, можуть задаватись температурні коефіцієнти ТС1і ТС2 для визначення опору за виразом R = R0 * {1 + TC1*(T–Т0) + TC2*[(T–T0)^2]} де: R – опір резистора; R0 = Опір резистора при нормальній температурі Т0 = 27°С (const); TC1 – перший температурний коефіцієнт; TC2 – другий температурний коефіцієнт; T – температура резистора. |
|
|
Конденсатор |
Ємність конденсатора (С) вимірюється у Фарадах і задається величинами в межах від рФ (пікофарад) до Ф. |
|
|
Котушка індуктивності |
Індуктивність котушки (L) вимірюється в Генрі і задається величинами в межах від μГ до Ф. |
|
|
Трансформатор |
Трансформатор використовується для перетворення напруги U1 в напругу U2. Коефіцієнт трансформації n, що дорівнює відношенню напруги U1 на первинній обмотці до напруги U2 на вторинній обмотці, може бути встановлений в діалоговому вікні корегування властивостей моделі трансформатора. Трансформатор може бути виконаний із відведенням від середньої точки. Схема, що містить трансформатор, повинна бути заземлена. |
|
|
Електромагнітне реле |
Електромагнітне реле може мати нормально замкнуті або нормально розімкнені контакти. Воно спрацьовує, коли струм в обмотці, що управляє, перевищує значення струму спрацьовування Ion. Під час спрацьовування відбувається перемикання пари нормально замкнутих контактів S2–S3 реле на пару нормально замкнутих контактів S2–S1 реле. Реле залишається в стані спрацьовування до тих пір, доки струм в керуючій обмотці перевищує утримуючий струм Ihd. Значення струму Ihd повинне бути менше, ніж Ion. Параметри реле можуть бути встановлені в діалоговому вікні корегування властивостей моделі реле. |
|
а)
б)
в)
г)
|
Ключі |
Ключі мають два стани: вимкнене (розімкнене) і включене (замкнуте). У вимкненому стані вони є нескінченно великим опором, у включеному стані їх опір рівний нулю. Ключі можуть управлятися: клавішею (а), таймером (б), напругою (в), струмом (г). Параметри включення задаються в діалоговому вікні корегування властивостей. |
|
|
Джерело «1» |
За допомогою цього джерела встановлюється рівень логічної одиниці у вузлі схеми. |
|
|
Потенціометр |
Змінний опір. Параметри (максимальний опір, клавіша керування, крок зміни) задаються в діалоговому вікні корегування властивостей. |
|
|
Батарея резисторів |
Збірка, що містить вісім однакових резисторів. Виводи для кожного резистора розташовані безпосередньо один напроти одного. Значення опорів резисторів задаються в діалоговому вікні корегування властивостей. |
|
|
Вимикач, контрольований напругою |
Коли контролююча напруга нижча за визначене значення виключення, вимикач роз’єднує вхідний і вихідний виводи. Коли контролююча напруга вища за визначене значення включення, вимикач сполучає вхідний і вихідний виводи через визначений опір. Значення параметрів задаються в діалоговому вікні корегування властивостей. |
|
|
Електролітичний конденсатор |
У разі неузгодженості полярності підключення такого конденсатора з’явиться повідомлення про помилку. Його ємність у Фарадах, може бути значенням межах від pФ до Ф. |
|
|
Змінний конденсатор |
Змінний конденсатор допускає можливість зміни величини ємності. Величину ємності встановлюють, використовуючи її початкове значення і значення коефіцієнта пропорційності таким чином: C = (початкове значення /100)·коефіцієнт пропорційності. Значення ємкості може встановлюватися за допомогою клавіш-ключів так само, як і положення движка змінного резистора. |
|
|
Змінна індуктивність |
Величину індуктивності встановлюють, використовуючи початкове значення індуктивності і коефіцієнт пропорційності так: L = (початкове значення /100)·коефіцієнт. Значення індуктивності може встановлюватися за допомогою клавіш-ключів так само, як і положення движка змінного резистора. |
|
|
Імітатор магніторушійної сили |
Цей елемент – модель, яка дозволяє імітувати утворення магніторушійної сили – МРС (magnetomotive force – mmf) – скалярної величини, що характеризує здатність стороннього поля і індукованого магнітного поля викликати магнітний потік або магнітний струм. Напруга на виході елемента V0 співвідносна МРС, яка утворюється за рахунок протікання вхідного струму Iin у замкнутому контурі. Магнітний потік Ф залежить від числа витків w обмотки і протікаючого по ній струму І. Чим більше w і I , тим при інших рівних умовах більший магнітний потік Ф. Добуток Iw = F [А] отримав назву намагнічуючої сили (магніторушійна сила – МРС). Кількість витків замкнутого контуру (N) задаються в діалоговому вікні корегування властивостей. |
|
|
Дросель |
Прилад, що уявляє котушку індуктивності, зазвичай з металевим осердям, яка включається в коло послідовно для фільтрації високих частот в колі. |
|
|
Нелінійний трансформатор |
Використовуючи цей перетворювач, можна моделювати різні фізичні ефекти як наприклад нелінійна магнітна насиченість. |
4. Кнопка
відкриває палітру
напівпровідникових
діодів:
|
Кнопка |
Назва |
Коментар |
|
|
Діод |
(Від ді- і електрод) – двохелектродний електронний прилад, який проводить струм тільки в одному напрямі. В схемі при одній полярності підведеної напруги («+» – до анода, «–» – до катода) струм через діод проходить (діод відкритий), а при протилежній – («–» – до анода, «+» – до катода) струм через діод не проходить (діод закритий). |
|
|
Стабілітрон (діод Зенера) |
При зміні в певних межах зворотного струму через такий діод напруга на ньому залишається незмінною. Використовується в схемах стабілізації напруги. |
|
|
Світлодіод |
При проходженні «прямого струму» випромінює світло в різних частинах спектру в залежності від типу світлодіода. |
|
|
Діодний міст |
Використовується в схемах спрямовувачів. Складається із чотирьох діодів. В діагоналі мосту включені джерело змінної напруги (вторинна обмотка трансформатора) і споживач постійного струму (навантаження). Забезпечує двопівперіодне спрямлення, оскільки струм через навантаження проходить протягом обох півперіодів за період зміни напруги живлення. |
|
|
Діністор |
Діністор (діодний тиристор, діод Шоклі) – напівпровідниковий прилад багатошарової структури із трьома p-n переходами, який може перемикатись із закритого стану у відкритий і навпаки. |
|
|
Тиристор |
Тиристор (діністор) – напівпровідниковий прилад, виконаний на основі монокристала напівпровідника з чотиришаровою структурою р-n-p-n-типу, має в прямому напрямі два стійких стани – стан низької провідності (тиристор замкнутий) і стан високої провідності (тиристор відкритий). У зворотному напрямі тиристор має тільки замикаючі властивості. Тобто тиристор – це керований діод. Перехід тиристора із закритого стану у відкритий в електричному колі здійснюється зовнішньою напругою. |
|
|
Двонапрямний діод |
Симетричний діністор або діак |
|
|
Симістор |
Симістори (симетричний триністор або триак) – це група тиристорів багатошарової структури і симетричною відносно початку координат ВАХ, тобто із ділянками від’ємного опору не тільки на прямій, а і на зворотній гілках. Отже, маючи двонаправлену провідність, симістор може бути закритим і відкритим при напрузі будь-якої полярності. |
5. Кнопка
відкриває палітру
напівпровідникових
тріодів:
|
Кнопка |
Назва |
Коментар |
|
|
Біполярний транзистор типу n–p–n |
Дві n-області (колектор і емітер) розділені p-областю (базою). Електрод із стрілкою – емітер. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Біполярний транзистор типу p–n–p |
Дві p-області (колектор і емітер) розділені n-областю (базою). електрод із стрілкою – емітер. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Польовий транзистор із керованим p-n переходом і каналом n–типу. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Польовий транзистор із керованим p-n переходом із каналом p–типу. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Транзистор польовий з ізольованим затвором збідненого типу з n-каналом, із внутрішнім з’єднанням витоку і основи. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Транзистор польовий з ізольованим затвором збідненого типу з p-каналом, із внутрішнім з’єднанням витоку і основи. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Транзистор польовий з ізольованим затвором збідненого типу з n-каналом. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Транзистор польовий з ізольованим затвором збідненого типу з p-каналом. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Транзистор польовий з ізольованим затвором збагаченого типу з n-каналом, із внутрішнім з’єднанням витоку і основи. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Транзистор польовий з ізольованим затвором збагаченого типу з p-каналом, із внутрішнім з’єднанням витоку і основи. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Транзистор польовий з ізольованим затвором збагаченого типу з n-каналом. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Транзистор польовий з ізольованим затвором збагаченого типу з p-каналом. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Одноперехідний транзистор із n-каналом на збідненій основі p-типу із p–n-переходом. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
|
|
Транзистор польовий |
Одноперехідний транзистор із p-каналом на збідненій основі n-типу із n–p-переходом. У вікні властивостей можна конкретизувати характеристики, вибравши тип транзистора. |
6. Інші кнопки
відкривають палітри логічних елементів,
а також елементів цифрових електронних
схем. В лабораторних роботах курсів
зазначених дисциплін ці елементи
практично не використовуватимуться і
тому їх опис не наводиться. Виключенням
є кнопка відкриття палітри індикаторів
,
із якої використовуватимуться вольтметр
і амперметр:
|
Кнопка |
Назва |
Коментар |
|
|
Вольтметр |
Вимірює в режимі DC постійну напругу і в режимі AC – діюче значення змінної наруги. Потовщеній лінії бордюру відповідає вивід «+». У разі невідповідності полярності при підключенні показання вольтметра будуть від’ємними. |
|
|
Амперметр |
Вимірює в режимі DC постійний струм і в режимі AC – діюче значення змінного струму. Потовщеній лінії бордюру відповідає вивід «+». У разі невідповідності полярності при підключенні показання амперметра будуть від’ємними. |
Кількість зазначених індикаторів не обмежена.
Для вказівки типу вимірюваних напруги або струму (змінний або постійний) належить здійснити подвійне клацання лівою кнопкою мишки на іконці вольтметра або відповідно амперметра і в діалоговому вікні вибрати необхідний режим. Коли встановлюється режим змінних напруги або струму, вольтметр або амперметр показує середньоквадратичні (RMS) значення напруги або відповідно струму.
Внутрішній опір амперметра дуже малий (1 мОм), що забезпечує незначний вплив на параметри схеми. Можна зменшити цей опір; проте, використання амперметра з дуже низьким внутрішнім опором в схемах з великим опором може призвести до математичної помилки при моделюванні.
Аналогічно, вольтметр має дуже високий внутрішньо опір (1 Мом), який практично не робить впливу на роботу схеми. Можна збільшити цей опір; проте, використання вольтметра з дуже високим внутрішнім опором в схемах з низьким опором може призвести до математичної помилки при моделюванні.
7. Кнопка
відкриття палітри вимірювальних
інструментів Instruments
Відкриває палітру
контрольно-вимірювальної апаратури.
Набір вимірювальних інструментів
включає цифровий мультиметр
,
функціональний генератор
,
двоканальний осцилограф
,
вимірювач амплітудно-частотних
характеристик
,
генератор слів (кодовий генератор)
,
16-канальний логічний аналізатор
і логічний перетворювач
.