Кафедра «Организация автомобильных перевозок

Кафедра «Организация автомобильных перевозок

И дорожного движения»

ЭЛЕКТРОННАЯ АВТОМАТИКА

И ТЕХНИКА

Лабораторные работы (практикум)

Часть 2

Минск 2009

Министерство образования Республики Беларусь

БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ

УНИВЕРСИТЕТ

Кафедра «Организация автомобильных перевозок

и дорожного движения»

 

ЭЛЕКТРОННАЯ АВТОМАТИКА
И ТЕХНИКА

 

Лабораторные работы (практикум)

для студентов специальностей

1-44 01 01 «Организация перевозок и управление

на автомобильном и городском транспорте»

и 1-44 01 02 «Организация дорожного движения»

В 2 частях

 

Часть 2

 

Работа в среде Electronics Workbench

 

Минск 2009

УДК 681.5 (076.5)

ББК 32.965я7

Э 45

 

 

Составитель

В.В. Мочалов

 

Рецензенты:

Ю.П. Важник, В.В. Напрасников

 

 

Э 45

Электронная автоматика и техника: лабораторные работы (практикум) для студентов специальностей 1-44 01 01 «Организация перевозок и управление на автомобильном и городском транспорте» и 1-44 01 02 «Организация дорожного движения»: в 2 ч. / В.В. Мочалов. – Минск: БНТУ, 2009. – Ч. 2: Работа в среде Electronics Workbench. – 90 с.

 

В части 1 были приведены методические указания по выполнению лабораторных работ по курсу «Электронная автоматика и техника» с использованием физических образцов элементов электронной автоматики и техники и электронного контрольно-измеритель-ного оборудования. В данном издании (части 2) приведены методические указания и контрольные задания для компьютерного моделирования и изучения работы электронных узлов автоматики с использованием программы Workbench, разработаны и приводятся задания для повариантной индивидуальной работы.

Практикум может быть использован студентами очной и заочной форм обучения при выполнении лабораторных, курсовых и дипломных работ с элементами электронной автоматики.

Часть 1 настоящего издания «Электронная автоматика и техника», автор В.В. Мочалов, вышла в свет в 2004 году в БНТУ.

Существенную помощь при составлении и апробации практикума внесли студенты дневной формы обучения М.Ю. Антощенко, А.И. Бобко, Т.О. Вайтуль, И.В. Дубковская, И.В. Лапковская, Е.Г. Сенкевич, О.Б. Смирнова, Е.С. Ходор, Г.З. Чирвоная, С.С. Чуевская
(гр. 101516) и заочной С.С. Семченков (гр. 301515).

 

ISBN 978-985-525-006-8 (ч. 2)

ISBN 978-985-525-217-8 © БНТУ, 2009

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1

ОСНОВЫ РАБОТЫ В СРЕДЕ ELECTRONICS WORKBENCH.

ИЗМЕРЕНИЕ ВОЛЬТАМПЕРНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПАССИВНЫХ КОМПОНЕНТОВ ЭЛЕКТРОНИКИ

 

Цель

Освоить работу с основными компонентами Workbench и получить вольтамперные характеристики резисторов при различном соединении.

Задание

1.1. Изучить основные компоненты Electronics Workbench.

1.2. Для заданного варианта N собрать схему измерения и, используя Workbench, получить вольтамперные характеристики (ВАХ) двух отдельных резисторов, а также их последовательного и параллельного соединений. Номинальные значения резисторов выбирать по номеру варианта: R1 = N×100, кОм, и R2 = N×33, кОм, из ближайших промышленно выпускаемых стандартных значений резисторов.

1.3. Построить графики ВАХ и проанализировать полученные результаты.

Общие сведения

Программа Еlectronics Workbench применяется в большинстве высших учебных заведений мира с целью замены дорогостоящего экспериментального оборудования. Она предназначена для проектирования электрических цепей (аналоговых и цифровых) средней и высокой сложности и анализа их электрических параметров в различных режимах. Входные воздействия моделируются с помощью генераторов напряжения разной формы (гармонические колебания, прямоугольные и треугольные импульсы). Реакции цепи можно наблюдать с помощью осциллографа (осциллоскопа), мультиметра, вольт- и амперметров, логического анализатора, светодиодов, сегментных индикаторов, ламп накаливания, динамика. Можно легко получать амплитудную и фазовую частотные характеристики электронных аналоговых устройств автоматики с помощью частотного графопостроителя (bode plotter). С помощью логического анализатора и конвертера легко и быстро можно изучать, исследовать и улучшать работу цифровых логических устройств.

В целом, практика использования программы в вузах стран СНГ показала ее эффективность и высокую степень гибкости для изучения и моделирования работы электронных узлов автоматики и техники.

Electronics Workbench реализована как реальная лаборатория, в которой имеются перед глазами все компоненты и инструменты, готовые к использованию. При наведении мышки на элемент меню и непродолжительном ожидании появляется подсказка с названием элемента. Имеется также текстовая помощь (на английском языке).

Основная панель Electronics Workbench 5.12 показана на рис. 1.1.

 

 

Рис. 1.1. Основная панель Electronics Workbench

 

Команды можно выбирать из следующих, разделов меню:

Файл (File), Правка (Edit), Схема (Circuit), Анализ (Analysis), Окно (Window), Помощь (Help).

Следующие пиктограммы обозначают возможные режимы работы (и горячие клавиши):

Создать (^N), Открыть (^O), Сохранить (^S), Печатать (^P) документ.

Вырезать (^X), Копировать (^C), Вставить (^V).

 

Повернуть (^R), «Flip Horizontal»– отразить вправо, «Flip Vertical» – отразить вниз, «Create Sub circuit» – создать подсхему (^B), «Display Graphs» – графики.

«Component Properties» – свойства компонентов, «Zoom Out» – уменьшить масштаб, «Zoom In» – увеличить масштаб, Масштабирование в процентах.

1 «Help» – Помощь – вызов справки о данной панели.

Дополнительные пиктограммы 1–14 на рис. 1.1 обозначают различные наборы электронных компонентов, основные из которых раскрыты ниже. Кнопка 15 (Пуск) служит для включения или выключения,
а кнопка 16 (Пауза) – для приостановки процесса работы устройства.

Поясним обобщенно основные наборы компонентов Electronics Workbench, которые понадобятся при выполнении заданий.

 

2 – Sources – источники сигналов:

 

 

21– общая шина (заземление),

22– источники напряжения

 

3 – Basic – основные, пассивные компоненты:

 

 

31– точка присоединения,

32 – резистор,

33 – конденсатор

 

4 – Diodes – диоды:

 

 

41 – полупроводниковый диод,

42 – стабилитрон,

43 – тиристор

5 – Transistors – транзисторы биполярные и полевые:

 

 

51 – транзистор биполярный n-p-n-типа,

52 – транзистор биполярный p-n-p-типа,

53 – полевой транзистор c P-N-переходом (c N-каналом)

 

6 – Analog ICs – аналоговые интегральные схемы (ИС):

операционные усилители, компаратор, цепь фазовой синхронизации

 

 

61– операционный усилитель

 

7 – Mixed ICs – cмешанные ИС:

 

 

аналогоцифровые и цифроаналоговые преобразователи, ждущий (одностабильный) мультивибратор, таймер

 

8 –Digital ICs – цифровые ИС:

 

 

81 – RS-триггеры,

82 – JK-триггеры,

83 – D-триггеры

9 – Logic Gates – логические элементы (внимательно их выбирайте!!!):

 

 

91 – И (AND),

92 – НЕ (NOT),

93 – ИЛИ (OR),

94 – И-НЕ (NAND)

 

11 – Indicators – индикаторные приборы:

 

 

111 – вольтметр,

112 – амперметр,

113 – красный индикатор уровня,

114 – семисегментный индикатор,

115 – динамик

 

14 – Instruments – приборы:

 

 

141 – мультиметр,

142 – функциональный генератор,

143 – двухлучевой осциллограф,

144 – построитель АЧХ (bode plotter),

141 142 143 144 145 146 147 145 – генератор цифровых слов (кодов) (word generator),

146 – логический анализатор (logic analizer),

147 – логический преобразователь (logic converter).

Основные компоненты меню программы Workbench показаны
на рис. 1.2.

 

 

Рис. 1.2. Основные компоненты меню программы Electronics Workbench:

1 – общая шина; 2 – источники напряжения; 3 – точка присоединения; 4 – операционный усилитель; логические элементы: 5 – 2И, 6 – НЕ, 7 – 2И-НЕ, 8 – 2ИЛИ, 9 – 2ИЛИ-НЕ; 10 – вольтметр; 11 – амперметр; 12 – красный индикатор уровня; 13 – семисегментный индикатор; 14 – динамик; 15 – мультиметр; 16 – функциональный генератор; 17 – двухлучевой (двухвходовый) осциллограф; 18 – построитель амплитудно-частотных характеристик (bode plotter); 19 – генератор цифровых слов (кодов) (word generator); 20 – логический анализатор; 21 – логический преобразователь (конвертер) (Logic conventer); 22 – тумблер включения макета («ПУСК»); 23 – кнопка «ПАУЗА»

При запуске Workbench автоматически создается и открывается новый файл, который следует сохранить, используя команду File –Save as. Используя манипулятор «мышь», перенести необходимые элементы на рабочую область. Для этого нужно выбрать раздел на панели элементов и приборов (рис. 1.1, 1.2), в котором находится нужный элемент.

Для соединения двух выводов необходимо щелкнуть по одному из них левой кнопкой мыши и, не отпуская кнопку, довести курсор до вывода другого элемента.

Для изменения параметров (например, значения напряжения питания у источника питания или номинального значения у резистора, или количества входов у двухвходовых логических элементов) следует нажать правую кнопку мыши на компоненте, выбрать и изменить Component properties – свойства компонента.

Когда схема собрана следует, нажать на тумблер 15 – ПУСК – в верхнем правом углу рабочей области Workbench. Повторное нажатие приведет к остановке расчета. Следует отметить, что наличие элемента «Заземление» в схеме является обязательным условием ее работы.

Применение соответствующих приборов позволяет выполнить необходимые измерения, расчеты и вывести результаты.

Пассивные компоненты электроники (резисторы R, конденсаторы C и катушки индуктивности L) не требуют источника энергии (источника питания) для их работы. Вольтамперная характеристика (ВАХ) – зависимость тока I, протекающего через компонент от приложенного к нему напряжения V, – является важнейшей характеристикой.

 

Порядок выполнения работы

1.1. Изучив компоненты и работу в Workbench, собираем принципиальную электрическую схему измерения ВАХ, например, для варианта с номером N = 30 (R1 = 30*100 = 3000 кОм = 3Мом):

Изменяя значения источника питания U1, измеряем значения тока I через резистор R1 амперметром I1 и напряжения V на резисторе вольтметром V1. Результаты заносим в таблицу, например, в программе Excel. Далее повторяем измерения для второго резистора R2 = 30*33 = 990 (выбираем ближайшее значение по шкале промышленно выпускаемых номинальных значений R2 = 1000 кОм = 1 Мом), затем для последовательного и параллельного их соединения.

 

 

1.2. В программе Excel строим графики полученных ВАХ и анализируем их, используя известные соотношения, вытекающие из закона Ома и расчета общего значения сопротивления при различных соединениях резисторов.

1.3. Отвечаем письменно на контрольные вопросы и задания. Вопросы для самопроверки не требуют письменного ответа.

Контрольные вопросы и задания

1.1. По графическим зависимостям, используя выражение для расчета относительной погрешности рассчитать максимальную относительную погрешность при различном соединении резисторов.

1.2. Линейным или нелинейным элементом является резистор и различные соединения резисторов?

1.3. Как в среде Workbench автоматизировать процесс измерения ВАХ резисторов?

Вопросы для самопроверки

1.1. Что такое ВАХ?

1.2. Как маркируются резисторы и конденсаторы?

1.3. Как изменяется сопротивление неполупроводникового резистора при его нагревании?

1.4. Какие требования к внутреннему сопротивлению приборов должны быть при измерении токов, напряжений и сопротивлений?

Цель

Освоить методику аналитического расчета и получения ВАХ полупроводниковых диодов в среде Workbench.

Задание

2.1. Для заданного в соответствии с вариантом полупроводникового диода собрать электрическую схему измерения и получить ВАХ для прямого и обратного включения диода неавтоматизированным и автоматизированным способом изменения входного напряжения.

2.2. Для прямой ветви «экспериментальной» ВАХ рассчитать средние значения теплового потенциала и обратного теплового тока диода и построить расчетную ВАХ. Результаты занести в таблицы и по этим данным построить графики «экспериментальной» и расчетной ВАХ совместно. Графики с маркерами строить в программе Excel.

2.3. Ответить письменно на контрольные вопросы и задания.

2.4. Найти погрешность построения ВАХ и сделать выводы, сравнивая результаты.

Общие сведения

В части 1 практикума (лабораторная работа № 3 «Изучение полупроводниковых диодов») даются основные сведения по конструкции и принципу работы полупроводниковых диодов, методике экспериментального измерения и аналитического расчета ВАХ.

2.1. Для получения смоделированной в Workbench «экспериментальной» ВАХ собираем схему измерения с неавтоматизированным ручным изменением входного напряжения E 1=var.

Примечание: в обозначении вольтметра U и амперметра I выделенная толстой линией сторона прямоугольника соответствует отрицательной клемме и может быть размещена как нужно вращением с помощью клавиш Ctrl+R или выбором Rotate по правой кнопке мыши.

 

Изменяя значения источника входного напряжения E 1 от 0 до +15 В для прямой и от –15 В до 0 для обратной ветви, не менее чем в
8 точках для каждой, получаем значения тока I и напряжения U на диоде. Результаты заносим в таблицу, по которой строим в Excel график с маркерами для «экспериментальной» ВАХ. Для примера на рисунке показана прямая ветвь «экспериментальной» ВАХ.

 

Прямая ветвь диода

 

Для изучения способа автоматизированного изменения входного напряжения E 1=var собираем следующую схему измерения «экспериментальной» ВАХ2:

 

Поясним новые дополнительные элементы.

Функциональный генератор Function Generator находится в меню Instruments – инструменты. Настройки параметров линейного изменения входного напряжения для снятия ВАХ производятся двойным нажатием мышки на обозначении функционального генератора и проиллюстрированы на схеме измерения (Function Generator).

Источник напряжения, управляемый током I–>U (значение напряжения в вольтах численно пропорционально току в амперах), находится в меню Sources. Им измеряется ток через диод. Для записи результатов используется 8-входовое устройство записи напряжений U 3. Предварительно это устройство настраиваем по нажатию правой кнопки мыши в Component Properties–Value–Browse: назначаем имя файла для сохранения (с расширением.TXT). В схеме измерения был выбран для примера файл e:\Program Files\Workbench\LR2.txt. После запуска и остановки тумблером ПУСК результаты сохраняются в табличном виде в файле с указанным именем в колонках время, U 1 (I–U) – ток через диод, U 2 – напряжение на диоде. Нумерация напряжений идет сверху вниз на устройстве для записи напряжений U 3. Из указанного файла выбираем возрастающие в первом цикле значения. Эти значения либо набираем в таблице Excel, либо, что быстрее, используем конвертер форматов в Excel для преобразования формата TXT в формат Excel. По табличным значениям строим график ВАХ2 с маркерами в Excel.

 

2.2. Расчетная ВАХ диода описывается следующим выражением:

 

, (2.1)

 

где I, U – ток и напряжение на диоде;

I ₀ – обратный (тепловой) ток через диод;

– тепловой потенциал.

Из линеаризованного выражения (2.1) получаем уравнение для расчета I ₀и :

 

; (2.2)

 

; (2.3)

 

; , (2.4)

 

где , , , – первая и вторая произвольные точки на ВАХ соответственно;

n – количество точек для усреднения.

Результаты заносим в таблицу.

 

№ п/п
мА	В	мА	В	В	мА
…	...	…	…	…	…	…	…	…

 

Подставляя вычисленные средние значения теплового потенциала и тока в выражение (2.1) для ВАХ, изменяем произвольно значение напряжения U на диоде, полученные значения I и соответствующее U диода заносим в таблицу

№ п/п	U, мВ	I, мА
	–800	…
	–700	…
	–600	…
…	…	…
	+800	…

 

По указанной таблице строим график расчетной ВАХ. Наносим его на график экспериментальной ВАХ, выделив для отличия формой или цветом линии.

2.3. Отвечаем письменно на контрольные вопросы и задания. На вопросы для самопроверки можно письменно не отвечать.

2.4. Погрешность оцениваем аналогично тому, как делалось в лабораторной работе № 1.

Содержание отчета

 

В отчете приводятся принципиальные схемы для снятия ВАХ, таблицы и графики выполнения указанных выше этапов задания, даются письменные ответы на контрольные вопросы и задания. Рекомендуется в отчете приводить рекомендации по выполнению наиболее сложных этапов работы.

Контрольные вопросы и задания

 

2.1. По ВАХ построить зависимость статического внутреннего сопротивления измеренного диода от напряжения на диоде: Линейно или нелинейно ?

2.2. Изобразить и подписать ВАХ германиевого и кремниевого диодов и стабилитрона.

2.3. Привести пример схемы устройства с использованием полупроводникового диода.

Вопросы для самопроверки

2.1. Что такое полупроводниковый диод, как он устроен?

2.2. Что такое точечные и плоскостные конструкции полупроводниковых диодов?

2.3. Что называется прямой и обратной ВАХ диода?

2.4. Чем отличается реальная ВАХ от идеальной ВАХ диода?

2.5. Как изменяется сопротивление полупроводниковых диодов при нагревании?

2.6. Как изменяется ВАХ при параллельном и последовательном соединении диода?

2.7. На какой ветви стабилитрон используют для стабилизации напряжения?

Литература

2.1. Карлащук, В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Лабораторный практикум на базе Electronics Workbench и MATLAB / В.И. Карлащук. – М.: СОЛОН-Пресс, 2004. – 800 с.

2.2. http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=12066&p_
page=4 – сборник лабораторных работ, выполняемых с использованием программы Electronics Workbench. – Таганрог: ТРТУ, 2003. – 37 с.

2.3. http://www.ict.edu.ru/ft/004289/virtpr.pdf – виртуальный физический практикум.

 

Цель

Исследовать параметры компенсационных стабилизаторов напряжения в среде Workbench, освоить пополнение библиотеки Workbench, создавая модели элементов.

Задание

3.1. Изучить принцип работы компенсационного стабилизатора напряжения и собрать принципиальную схему стабилизатора в Workbench.

3.2. Рассчитать номинальные значения используемых элементов для заданных по варианту компонентов и характеристик стабилизатора.

3.3. Создать модели заданных по варианту транзисторов и стабилитрона.

3.4. Построить график зависимости выходного U _вых от входного U _вх напряжения.

3.5. Определить коэффициент стабилизации K _{ст U} .

3.6. Построить график зависимости выходного напряжения от сопротивления нагрузки R _н.

3.7. Оформить отчет, куда включить исследуемую схему, таблицы и графики.

3.8. Сделать выводы.

Методические пояснения

Стабилизация среднего значения выходной электрической величины осуществляется с помощью дополнительного звена, коэффициент передачи которого по постоянной составляющей изменяется таким образом, чтобы уменьшить или полностью исключить отклонение выходной электрической величины от заданного значения. Звено, выполняющее данную функцию, называется стабилизатором. Существующие стабилизаторы непрерывного типа могут быть разделены на два класса: параметрические и компенсационные.

Параметрический стабилизатор обеспечивает поддержание выходного напряжения за счет собственной нелинейности используемого полупроводникового элемента.

Компенсационный стабилизатор является замкнутой системой автоматического регулирования (САР), в которой коэффициент передачи звена, включенного в цепь передачи электрической величины, зависит от разности входного и некоторого эталонного сигнала. Это типичный пример устройства, содержащего цепь обратной отрицательной связи (ООС).

В зависимости от стабилизируемой электрической величины различают стабилизаторы напряжения, тока или мощности.

Изменение коэффициента передачи стабилизатора в зависимости от изменения электрической величины в нагрузке происходит за счет включения в него одного или нескольких элементов с регулируемым коэффициентом передачи.

По способу управления стабилизаторы делятся на непрерывные и ключевые. Стабилизаторы непрерывного типа используют активный режим работы биполярного или полевого транзистора, в то время как стабилизаторы импульсного или релейного типов — ключевой режим работы полупроводниковых приборов.

Основным параметром стабилизатора, характеризующим стабильность среднего значения его выходной электрической величины, является коэффициент стабилизации

 

K _{cт U} = (Δ U _вх / U _{вх ном}) / (Δ U _вых / U _{вых ном}).

 

В зависимости от стабилизируемой электрической величины различают коэффициенты стабилизации по напряжению K _{ст U} , току K _{ст I} или мощности K _{ст P} .

Структурная схема компенсационного стабилизатора приведена на рис. 3.2.

 

U вых

U ош

U из

U эт

Е эт

U вх

 

Рис. 3.2. Структурная схема стабилизатора

 

Принцип работы компенсационного стабилизатора основан на использовании цепи ООС. Для реализации указанного принципа устройство кроме регулирующего (исполнительного) элемента (РЭ) должно содержать измерительный элемент (ИЭ), элемент сравнения и источник эталонного напряжения U _эт. Выходное напряжение измерительного элемента, пропорциональное стабилизируемому параметру, сравнивается в элементе сравнения с эталонным напряжением, и полученный сигнал ошибки

 

U _ош = U _эт – U _из

 

управляет коэффициентом передачи РЭ. Увеличение U _ош, вызванное уменьшением выходного параметра, увеличив коэффициент передачи РЭ, что ведет к восстановлению исходного значения выходного напряжения. И наоборот, увеличение выходного напряжения, уменьшая сигнал ошибки, уменьшает коэффициент передачи РЭ. Если выходное напряжение ИЭ пропорционально выходному напряжению устройства, то реализуется режим стабилизации напряжения (соответственно при измерении тока или выходной мощности можно получить стабилизаторы тока и мощности).

Параметрический стабилизатор напряжения использован в схеме на рис. 3.1 в качестве источника опорного напряжения (R2, VD1). Выходным напряжением источника опорного напряжения является падение напряжения на стабилитроне VD1. Стабилитрон работает в режиме обратимого обратного пробоя при токе, ограниченном резистором R2. Стабилитроны выпускаются на очень широкий диапазон стабилизируемых напряжений (от 3,3 до 200 В) и допускаемых токов (от 5 мА до сотен мА).

Контрольные вопросы и задания

 

3.1. Приведите схему параметрического стабилизатора напряжения и поясните принцип работы.

3.2. Поясните принцип работы и назначение элементов компенсационного стабилизатора напряжения по схеме рис. 3.1.

3.3. Для чего используют последовательное и параллельное соединение стабилитронов?

Вопросы для самопроверки

3.1. Поясните с каким значением динамического сопротивления (высоким или низким) лучше использовать стабилитрон для стабилизации напряжения?

3.2. Какой марки стабилитрон имеет наилучшее значение динамического сопротивления для использования в стабилизаторах?

3.3. Приведите формулу для расчета коэффициента стабилизации.

3.4. Укажите факторы, вызывающие изменение выходного напряжения стабилизатора.

3.5. Как изменяются характеристики полупроводниковых стабилитронов при их нагревании?

3.6. Укажите маркировку отечественных стабилитронов.

3.7. Как изменяется ВАХ стабилитронов при их параллельном и последовательном соединении?

Дополнительная литература

3.1. http://window.edu.ru/window_catalog/pdf2txt?p_id=26373 – моделирование электронных устройств в системе Electronics Workbench: методические указания к лабораторным работам по курсу «Электроника». – Пенза: Изд-во Пензенского государственного университета, 2006. – 111 с.

Цель

Изучить принципы работы операционных усилителей и создания на их базе гармонических и негармонических RC-генераторов.

Задание

4.1. Составить схему инвертирующего масштабирующего усилителя на базе ОУ с коэффициентом передачи по напряжению

 

K_u = <номер варианта> × 10.

 

В Workbench определить коэффициент передачи K_u, сравнить его с расчетным значением. Построить амплитудную характеристику – зависимость выходной амплитуды А _вых сигнала от входной А _вх.

4.2. Собрать схему гармонического генератора на ОУ: для варианта с нечетным номером генератора – с фазосдвигающей CR-цепочкой, а для варианта с четным номером – с мостом Вина. Обеспечить квазирезонансную частоту

 

F_K = <номер варианта> × 10 + 100, Гц.

 

Определить погрешность (в процентах) по отношению к расчетному значению.

4.3. Собрать схему негармонического генератора – мультивибратора на ОУ. Обеспечить изменением параметров компонентов генератора в Workbench заданную частоту генерации

 

F = <номер варианта> × 10 + 100, Гц.

 

4.4. В отчете привести принципиальные схемы, расчеты и осциллограммы генерируемых сигналов.

4.5. Сделать выводы.

Вопросы для самопроверки

4.1. Укажите маркировку отечественных операционных усилителей.

4.2. Как улучшить форму гармонического сигнала, приблизив ее к синусоидальной?

4.3. Какой параметр усилителя характеризует «синусоидальность» сигнала?

4.4. Какое отклонение от чистого синусоидальной формы генератора звуковых частот заметно на слух?

 

Литература

4.1. Электронная автоматика и техника: лабораторные работы (практикум): в 2 ч. – Минск: БНТУ, 2004. – 60 c.

4.2. Основы промышленной электроники / под ред. В.Г. Герасимова. – М.: Высшая школа, 1986.

4.3. http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/op/funop_14_1_1.htm – автоколебательный мультивибратор на ОУ.

4.4. http://www.gaw.ru/html.cgi/txt/doc/op/funop_14_2_2.htm – RC-генераторы на ОУ.

4.5. http://ru.wikipedia.org/wiki/Фазосдвигающий_генератор – фазосдвигающий генератор. Материал из Википедии – свободной энциклопедии.

Цель

Изучить работу и принципы минимизации цифровых логических устройств аналитическим способом и с помощью компьютерного программного моделирования.

Задание

Необходимо минимизировать логическую функцию по заданному варианту аналитически и с помощью Workbench. Номер варианта для заочной формы обучения определяется как остаток от целочисленного деления числа, состоящего из двух последних цифр зачетной книжки, на 20. Например, для номера зачетной книжки, заканчивающегося на 21, получим вариант 1, а для 53 – 13, для 20 – 0, для 80 – 0.

5.1. Аналитическая минимизация использует аксиомы и тождества алгебры логики и включает следующие этапы работы:

5.1.1. Составить принципиальную схему для реализации исходной логической функции на логических элементах в любом из двух базисов (на элементах И, ИЛИ, НЕ или И–НЕ, ИЛИ–НЕ) и соответствующую исходную таблицу истинности.

5.1.2. Упростить (минимизировать) исходную логическую функцию.

5.1.3. Составить принципиальную схему и таблицу истинности для упрощенной (минимизированной) логической функции.

5.1.4. Провести минимизацию на другом минимально-полном наборе элементов.

5.2. Компьютерная минимизация выполняется в среде Workbench и включает этапы, аналогичные этапам раздела 5.1.

5.3. Сопоставить полученные результаты и результаты расчетов, выполненных аналитическим и компьютерным способами, и сделать выводы.

Варианты заданий

 

0.

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

17.

18.

19.

 

Общие сведения и методические указания
по выполнению заданий

 

В основе техники передачи информации дискретными сигналами, а также цифровой вычислительной техники и автоматики лежит применение так называемых логических или переключательных схем. Логические схемы в общем случае представляют собой совокупность логических элементов и элементов памяти. Как правило, состояниям логических элементов соответствуют электрические сигналы, которые могут принимать два дискретных значения, условно обозначаемых 0 или 1.

Существуют два класса логических схем: 1) комбинационные схемы, в которых значение выходной переменной зависит только от значений входных переменных в данный момент времени; 2) последовательностные схемы, в которых значение выходной переменной зависит не только от значений входных переменных в данный момент времени, но и от состояний элементов памяти. Такие схемы имеют, как правило, обратные или перекрестные связи, когда выход последующего элемента связан со входом предыдущего элемента.

Будем рассматривать комбинационные логические схемы.

В теории логических схем логика работы элементов и всех систем в целом отображается алгебраическими формулами, базирующимися на так называемой алгебре Буля или булевой алгебре (алгебре логики), разработанной английским математиком Дж. Булем для использования в формальной логике. Это дает возможность прежде всего произвести анализ заданной логической системы, т.е. определить значения выходных двоичных переменных при всех возможных комбинациях входных двоичных переменных в этой схеме. При этом удобно использовать таблицы истинности, куда заносятся все возможные комбинации входных состояний и соответствующие выходные.

Другой, наиболее важной, задачей является синтез логической схемы по заданной каким-либо образом логике ее работы. При этом вначале схема описывается логическими уравнениями (как алгебраическими формула