Панель элементов стенда ЭВ-4

В процессе экспериментов снимаются показания контрольно-измери­тель­ных приборов. После записи данных измерений рекомендуется не разбирать схему до проверки данных преподавателем. В случае необходимости, схему эк­с­периментов корректируют (например, изображают последовательно или парал­лельно соединенные элементы, используемые в эксперименте, вместо одного, указанного на принципиальной схеме, указывают фактические пределы измерений, используемых в эксперименте приборов и т.п. в рабочей тетради). По окончанию работы студент предъявляет рабочую тетрадь преподавателю для проверки и подписи.

Некоторые лабораторные работы выполняются в компьютерном классе с помощью программ имитационного и схемотехнического моделирования, в частности Electronics Workbench (разработчик Interactive Image Technologies Ltd.) При этом "экспериментальные" данные получаются с помощью виртуальных электроизмерительных приборов, используемых для измерений токов, напряже­ний и временных зависимостей (кривых на экране осциллографа) в исследуемых цепях. Эти работы могут быть выполнены и на домашних компьютерах.

Составление отчета включает обработку эксперименталь­ных данных, выполение расчетов, построение графических зависимостей, векторных диаграмм. Отчет выполняется в отдельной тетради или на отдельных листах бумаги формата А4.

Отчет должен содержать:

1) титульный лист с фамилией и шифром группы студента, наз­ванием работы и ее порядковым номером;

2) принципиальные электрические схемы экспериментов;

3) формулы для расчетов;

4) таблицы экспериментальных данных и результаты расчетов;

5) графические зависимости и векторные диаграммы.

Отчет должен соответствовать следующим требованиям:

1) все электрические схемы и векторные диаграммы должны быть выполнены с использованием чертежных инструментов;

2) названия электрических схем, графических зависимостей и векторных диаграмм должны размещаться под ними;

3) координатные оси графических зависимостей должны иметь равномерный масштаб, начиная с нуля;

4) векторные диаграммы должны строиться в масштабе; масштаб и номер опыта указываются около векторной диаграммы;

5) графические зависимости и векторные диаграммы должны вы­полняться в масштабе, удобном для анализа.

Защита лабораторной работы. На защите студент должен пред­ста­вить отчет, показать знание теоретической и экспериментальной частей работы, ответив на вопросы преподавателя, а также уметь объяснить полученные результаты. На защите следует иметь рабочую тетрадь.

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 0 (факультатив)

 

 

ИЗМЕРЕНИЯ ПОСТОЯННЫХ ТОКОВ И НАПРЯЖЕНИЙ

/Самостоятельная ознакомительная работа в виртуальной лаборатории /

 

Указание: работа является ознакомительной и выполняется на компьютере с помощью программы схемотехнического моделирования Electronics Workbench (Interactive Image Technologies Ltd.) Работу можно выполнять как на домашнем так и на компьютере в компьютерном классе. Основная задача: познакомиться с очень простой и удобной программой имитационного моделирования электрических цепей и электронных устройств, а также научиться измерять постоянные токи и напряжения. Хотя работа не является обязательной, но в методическом плане желательно ее выполнить.

 

1 ЗАДАНИЕ

1.1. Ознакомиться по данному описанию с основами работы в программе Electronics Work­bench (EWB);

1.2. Научиться запускать программу (EWB), "собирать схемы" и устанавливать параметры всех элементов;

1.3. "Подключить" амперметры и вольтметры для измерения токов и напряжений элементов, указанных в Вашем варианте;

1.4. Снять показания приборов для двух значений напряжений источника (заданного в Вашем варианте и в два раза больше);

1.5. Сохранить на жестком диске файл с собранной схемой;

1.6. Составить отчет по проделанной работе.

 

2 ВЫПОЛНЕНИЕ ЗАДАНИЯ

Запуск программы EWB

Для запуска программы необходимо: кликнуть мышью на кнопке "Пуск", выбрать группу "Программы", затем выбрать группу "Electronics Workbench" и выбрать команду "Electronics Workbench". Если на ра­бо­чем столе MS Windows лежит ярлык программы, то дважды клик­нуть мышкой на значке ярлыка программы Electronics Workbench.

После запуска программы Вы попадаете в главное окно EWB, показанное на рис. 0.1. Главное окно программы устроено аналогично всем окнам MS Windows: под заголовком окна (синяя полоска вверху) находится строка меню с группами команд (F ile, E dit, C ircuit, A nalysis, W indow и H elp). Под строкой меню находятся две панели с кнопками: основная (для работы с файлами, элементами окна, параметрами внешнего вида) и панель с группами элементов. В правом верхнем углу окна находя­т­ся клавиша "Пуск – Стоп" для запуска – остановки моделирования (обозначена "0 / 1") и кнопка при­остановки моделирования (" Pause "). Под строкой заголовка схемы находится наборное поле для сборки цепи и подключения приборов.

Рис.0.1 Главное окно программы Electronics Workbehch

Сборка схемы

Прежде чем создавать принципиальную схему средствами программы EWB, необходимо на листе бумаги подготовить ее эскиз с примерным распо­ложени­ем компонентов (показано на рис. 0.2).

 

Рис. 0.2 Схема исследуемой цепи

Процесс создания схемы начинается с размещения на рабочем поле EWB элементов цепи из наборов компонентов программы в соответствии с подготовленным эскизом.

Для открытия нужного набора необходимо подвести курсор мыши к соответствующей кнопке наборов и нажать один раз ее левую клавишу, по­сле чего откроется окошко с кнопками – компонентами. На рис. 0.3 показана нажатая кнопка с набором элементов "Источники".

Рис. 0.3 Раскрыта группа элементов – источников

Необходимый для создания схемы элемент переносится из открывшегося окошка группы элементов на наборное поле программы движением мыши при нажатой левой кнопке. Из раскрытой группы "Источники" нужно перетащить элемент "Земля", обозначенный ^ (первый слева в первом ряду) и источник постоянного напряжения (второй слева в первом ряду). Результат таких действий показан на рис. 0.4.

Рис. 0.4 На наборное поле перетащены с помощи мыши два элемента

На рис.0.5 и рис.0.6 показаны аналогичные действия по переносу всех эле­ментов и приборов цепи по рис.0.2.

Требуемые параметры (например, сопротивление резистора, его метка – обоз­на­чение на схеме) устанавливаются в раскрывающемся диалоговом окне после двойного щелчка мышью по значку ко­м­понента (ввод значений производится с клавиатуры, а кратность /доль­ность единиц измерения с помощью мыши), выбор подтверждается нажатием кнопки Ок или клави­ши Enter.

Для установки сопротивлений резисторов (первоначально их сопротивление установлено в 1 кОм) нужно дважды щелкнуть мышью на значке резистора– откроется диалоговое окно свойств резистора (рис.0.7). Щел­к­нув мышью на вкладке " Value " ("Величина, значение"), нужно в поле ввода сопротивления ввести нужное число, а затем мышью (справа кнопки–переключатели €) выбрать кратность сопротивления (Ом, кОм или МОм).

Рис. 0.5 На наборное поле с помощью мыши перетащены 6 резисторов и два узла
(жирные точки)

Рис. 0.6 Перенос на наборное поле двух вольтметров и двух амперметров

Далее, щелкнув на вкла­дке " Label " ("Метка, обоз­на­че­ние") в поле вво­да, ну­жно ввести обоз­на­чение резистора. К сожалению, в прог­рамме невозможно вво­дить индексы, поэтому вместо R₁ при­ходится вводить R1.

Аналогично ну­жно установить па­ра­метры остальных резис­торов.

Диалоговое окно свойств ис­точни­ка постоянного напряжения приве­дено на рис.0.8. Поля ввода значения и кратности (или дольности) единиц измерения похожи на поля ввода резистора.

Приборы также имеют Свой­ства. Ниже на рис.0.9 показаны диалоговые окна свойств вольтметра и ампер­метра. Здесь на вкладке Value (Значения) мож­но выб­­рать режим измерений – Mode (DC – постоянное, АС – переменное напряжение) и ус­та­новить внутреннее сопротивление – Resistance. С по­мо­щью вкладки Label (Обозначение) можно обоз­на­чить прибор на схеме, нап­ри­мер, V1.

Рис. 0.7 Диалоговое окно свойств резистора

Рис. 0.8 Диалоговое окно свойств источника постоянного напряжения

Наиболее важным для приборов является режим измерений. В режиме DC измеряется сре­днее значение (постоянные напряжения, токи), а в режиме АС – действу­ющее (переменные напряжения, токи).

После размещения элементов на наборном поле (перетаскиваются мышью), производится соединение их выводов провод­никами. При этом необходимо учитывать, что к выводу компонента можно подклю­чить только один проводник. Для выполнения подключения курсор мыши подводится к выводу компонента и после появлении кружочка черного цвета нажимается левая кнопка и появляющийся при этом проводник протягива­ется к выводу другого компонента до появления на нем такого же кружочка, после чего кнопка мыши отпускается, и сое­ди­нение готово.

Рис. 0.9 Диалоговые окна свойств вольтметра и амперметра

При необхо­димости подключения к этим выводам других проводников в библиотеке Basic вы­бирается узел (символ соединения, два таких символа показаны на рис.0.5) и переносится на ранее установленный про­водник. Что­бы точка почернела (первоначально она имеет красный цвет), необ­ходи­мо щелкнуть мышью по свободному месту рабочего поля. Если эта точка дейст­ви­тель­но имеет электрическое соединение с проводником, то она полностью окрашивается черным цветом. Если на ней виден след от пересека­ю­щего проводника, то электрического соединения нет и точку необходимо установить заново. Пос­ле удачной установки к точке соединения можно подключить еще два проводника. Ес­ли соединение нужно разорвать, курсор подводится к одному из выводов компонен­тов или точке соединения и при появлении кружочка нажимается левая кно­п­ка, проводник отводится на свободное место рабочего поля, после чего кнопка отпуска­ется. Если необходимо подключить вывод к имеющемуся на схеме проводнику, то проводник от вывода компонента курсором подводится к указанному проводнику и после появления точки соединения кнопка мыши отпускается. Следует отметить, что прокладка соединительных проводников производится автоматически, причем препятствия – ком­поненты и другие проводники – огибаются по ортогональным нап­равле­ни­ям (по горизонтали или вертикали).

Узел может быть использован не толь­ко для подключения про­вод­ни­­ков, но и для введения надписей (например, указания ве­личины тока в провод­нике, его функци­о­нального назначения и т.п.). Для этого необ­ходимо дважды щелкнуть по узлу и в рас­крывшемся ок­не свойств ввес­ти необхо­димую запись (не более 14 си­м­волов), причем запись можно смещать вправо путем введения слева нужного ко­личества пробелов. Это свойство может быть исполь­зова­но и в том случае, когда по­зиционное обоз­начение компонента (например, C1, R10) накладывается на рядом проходящий проводник или другие элементы схемы.

Если необходимо переместить отдельный сегмент проводника, к нему подво­дится курсор, нажимается левая кнопка и после появления в верти­ка­ль­­ной или в го­ризонтальной плоскости двойного курсора производятся нужные перемещения (не отпуская кнопки).

Для поворота элемента на 90° нужно щелкнуть на нем мышью (элемент выделяется красным цветом) и нажать комбинацию клавиш Ctrl+R, ли­бо нажать мышкой на кнопку на основной панели инструмен­тов (см. рис.0.1). Для поворота выделенного элемента вдоль вертикальной или горизонтальной оси следует нажать мышкой на кнопку или на основной панели инструментов. В результате всех выполненных манипуляций должна получится схема по рис. 0.2.

Далее для выполнения п.1.3 задания необходимо "подключить" амперметр для измерения тока в резистивном элементе с номером, указанном в Вашем варианте задания. К этому же резистору следует "подключить" и вольтметр. В результате будет выполнено задание п.1.3.

Ниже на рис.0.11 показаны приборы, подключенные к резистору R6.

При этом амперметр можно подключить перетаскиванием мышью так, чтобы выводы прибора совпали с соединительным проводником между R6 и точкой d. Как только это произойдет, следует отпустить кнопку мыши.

Вольтметр подключается иначе. Вначале он буксируется мышкой в нужное место. Затем к зажиму вольтметра подводится курсор и после возникновения черной точки проводится проводник к проводнику между R6 и точкой с. При этом должна возникнуть точка – узел. Следует быть внимательным, так как подключение может возникнуть как справа, так и слева от узла (выше показано на рисунке).

Рис. 0.11 Исследуемая схема цепи с подключенными приборами

Производство измерений

Для измерения тока и напряжения необходимо запустить программу в режиме моделирования. Для этого мышью нужно нажать на кнопку "1" кла­ви­ши " Пуск – Стоп " (рис.0.1). После того, как перестанут изменяться показания приборов, следует остановить процесс моделирования, нажав мышью на кнопку "0" кла­ви­ши " Пуск – Стоп ". Списав показания приборов, далее нужно установить напряжение источника в два раза больше и вновь произвести измерения. В результате будет выполнен п.1.4 задания.