Схематическое проектирование электронных устройств.

Развитие электроники и повышение сложности электронных устройств привело к необходимости моделирования или проектирования электронных устройств привело к необходимости моделирования или проектирования электронных устройств. Современные технологии позволяют проверить изучение электронных устройств по следующей схеме:

· Предварительный расчёт явлений и электрических схем с заданными параметрами;

· Компьютерное моделирование изучаемых явлений и электрических схем;

· Сравнительный анализ результатов расчётов и моделирования с результатами измерений на фактических макетах. Это позволяет студентам глубже усваивать теоретический материал и получать необходимые практические навыки работы с измерительной аппаратурой.

В представленной работе рассматриваются вопросы компьютерного моделирования, физических опытов и электрических схем, их преимущества и недостатки.

Развитие программного обеспечения персонального компьютера применительно к анализу изучаемых явлений и электрических схем создало приемлемую альтернативу учебной лаборатории – виртуальную электронную лабораторию, которая является программой численного расчёта схем с интерфейсом, имитирующим деятельность исследователя в реальной лаборатории. Причём моделированием схем на персональных компьютерах по сравнению с экспериментальными исследованиями реальных схем обладают преимуществами: не требуются измерительные приборы и макеты исследуемых схем; погрешность исследования схем путём моделирования на компьютере можно сделать достаточно малой; врем, затрачиваемое на компьютерное моделирование, несравненно меньше времени, расходуемого на изготовление макета и выполнение экспериментального исследования. Но есть и ряд недостатков: в моделях не учитываются некоторые реально существующие параметры элементов схем; внутренние сопротивления и проводимости источников; собственные индуктивности и ёмкости реальных регистров; потери в катушках индуктивности и конденсаторах и др.

На данный момент существует большое число программ моделирования электронных схем: Micro-capV, Design Center 6.2, P-spice A/D, APLAC 7.0. Некоторые из них требуют большое число программ предварительной подготовки и наличия специальных заданий. Для учебных целей необходима такая программа, в которой исследователь мог бы выполнить такие операции, как сборка электрической схемы, подключение к ней измерительных приборов, задание параметров генераторов входных воздействий и установить режимы работы на панелях измерительных приборов, получить результаты измерений в привычной для него форме. Такие возможности представляет наиболее доступная программа Electronics Workbench (EWB) – виртуальная электронная лаборатория на компьютере. В настоящее время широкое распространение получила версия EWB 5.0, которая работает в среде Windows 95/98 и NT 3.51, с объёмом дисковой памяти примерно 16 Мбайт.

Программа EWB располагает широким набором виртуальных элементов электрических схем, которые представлены в виде условных обозначений и обладает основными свойствами реальных физических элементов, используя эти элементы можно «собрать» на экране ПК необходимую виртуальную электрическую схему, провести её полный анализ и выполнить требуемые расчёты. Однако, методически неправильно подменять экспериментальные лабораторные работы – виртуальными. Инновационные технологии (компьютерное моделирование) позволяют только более широко пополнять знания студентов о действительных элементах и устройствах, а также о их физических свойствах.

 

 

Электрические цепи и их классификации.

 

Простейшая электрическая цепь состоит из источника, приемника и проводников электрической энергии. Эти элементы условно называют основными. Происходящие в электрических цепях процессы могут быть описаны с помощью понятий ЭДС, напряжение и сила эл. тока.

Источник эл. энергии преобразует другие виды энергии в электрическую. Сюда относят различные виды генераторов, аккумуляторы и др.

Приемник эл. энергии преобразуется эл. энергии в иные виды энергии. Сюда относя различные электробытовые приборы, инструменты и т. п.

Проводниками называют устройства для передачи эл. энергии от источника к потребителю. Как правило, это провода, кабели и др.

Часто в эл. цепях содержатся вспомогательные элементы, такие как измерительные приборы, приборы коммутации и т. п.

Вэлектрической цепи различают два участка: внутренний и внешний. Источник является внутренним участком цепи. Все остальные элементы относятся к внешним участкам электрической цепи.

Электрические цепи записывают в виде схем, на которых показываются основные и вспомогательные элементы и их соединения. Наиболее распространены три вида схем: монтажные, принципиальные и замещения.

На монтажных схемах элементы цепи и их соединение показываются в виде рисунков или эскиза. Эта схема часто используется при соединении кабелей и проводов приборов или установок.

Принципиальная схема определяет состав элементов входящих цепь и связь между этими элементами. С помощью принципиальной схемы получают детальное представление о принципах работы электрического изделия, установки.

Схема замещения — это схема, в которой реальные объекты и устройства замещаются идеализированными моделями. Эти схемы используют для облегчения расчетов. В схеме замещения электрические соединения между элементами такое же, как и в принципиальной схеме.

Все элементы эл. цепи на схемах указывают с помощью условных обозначений (исключение составляют монтажные схемы). Условные обозначения для электрических схем установлены стандартами системы ЕСКД. Условные обозначения некоторых основных элементов эл. цепи и приборов измерения приведены в табл. 1.

 

Линейные и нелинейные элементы цепи.

Элементы электрической цепи делятся на линейные и нелинейные, в зависимости от их вольт-амперной характеристики. Вольт-амперная характеристика - это зависимость напряжения на зажимах элемента от тока в нем.

Если сопротивление R элемента не зависит от тока в нем, то такой элемент называют линейным, а его вольт-амперная характеристика представляет собой прямую линию. Электрическая цепь, содержащая только линейные элементы, называется линейной.

Если сопротивление R элемента зависит от тока в нем, то такой элемент называют нелинейным, а его вольт-амперная характеристика носит нелинейный характер. Электрическая цепь, содержащая хотя бы один нелинейный элемент, называется нелинейной.

 

Простые и сложные цепи.

Цепи бывают простые и сложные.

Простыми электрическими цепями называют цепи, содержащие одни источник энергии. Цепь, содержащая два и более источника, называется сложной. Кроме того участок цепи, содержащий источник электрической энергии, принято называть активным А, не содержащий — пассивным П.

Участок электрической цепи, по которому проходит ток одного и того же значения и направления, называют ветвью.

Место соединения трех и более ветвей называют узлом. Узел электрической цепи на схеме отмечают жирной точкой. Если на схеме место скрещивания ветвей точкой не отмечено, это означает, что электрического соединения между ними в месте их пересечения нет.

Замкнутую электрическую цепь, образуемую одной или несколькими ветвями, называют контуром. Контур, внутри которого не лежат другие ветви, связывающие между собой его узлы, называют простыми.