Глава 1. Интерфейс программы «electronics Workbench»

 

 

Общие сведения

 

 

Программа «Electronics Workbench» (EWB) относится к системам схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых электрон- ных схем. В данном учебном пособие рассматривается «Electronics Workbench, Version 5.12» (EWB 5.12).

EWB позволяет моделировать работу схем, включающих пассив-

ные электрические элементы (конденсаторы, индуктивности, резисторы,

трансформаторы), диоды, биполярные и полевые транзисторы, логиче-

ские элементы и тому подобное.

Программа предназначена для схемотехнического моделирования аналоговых и цифровых электронных устройств различного назначения.

Окно программы Electronics Workbench (далее по тексту EWB) показано на рис. 1.1.

Составитель должен предупредить пользователя о том, что далеко

не все условные графические обозначения (УГО), используемые в биб- лиотеках EWB, совпадают с требованиями российских ГОСТов (как по УГО, так и по шрифтовому исполнению). Поэтому использование соб- ранных в EWB электронных схем возможно только в виде рисунков, ане чертежей.

Кроме стандартных Windows–кнопок на панели инструментов расположены следующие:

• поворот;

• горизонтальное зеркальное отображение;

• вертикальное зеркальное отображение;

• создать модель;

• вывести график;

• свойства компонента;

• две кнопки изменения масштаба изображения.

 

 

Рис. 1.1. Окно программы EWB

 

Окно программы содержит линейку инструментов с компактным представлением библиотек (рис. 2):

1. Sources – источники питания;

2. Basic– группа пассивных компонентов;

3. Diodes– полупроводниковые диоды, стабилитроны и т.п.;

4. Transistors– полупроводниковые транзисторы;

5. AnalogICs– аналоговые микросхемы;

6. Mixed IСs – микросхемы смешанного типа (АЦП, ЦАП);

7. DigitalIСs– цифровые микросхемы;

8. LogicGates– логические цифровые микросхемы;

9. Digital – цифровые микросхемы (отличие от Digital IСs чуть поз-

же);

10.

11.

Indicators – индикаторные устройства;

Controls– аналоговые вычислительные устройства (дифферен-

циаторы, интеграторы и т.д.);

12. Miscellaneous – компоненты смешанного типа;

13. Instruments – контрольно-измерительные приборы.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

 

 

Рис. 1.2. Линейка библиотек

 

 

Рассмотрим подробнее содержимое тех библиотек, которые будут использоваться в лабораторных работах.

 

 

Источники питания

 

 

В данной библиотеке приведены различного вида источники пи-

тания, в том числе и управляемые (рис. 1.3):

1. Заземление.

2. Батарея (напряжение).

3. Источник постоянного тока (ток).

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

 

13 14

 

 

Рис. 1.3. Библиотека источников питания

 

4. Источник переменного синусоидального напряжения (эф-

фективное значение напряжения, частота, фаза).

5. Источник переменного синусоидального тока (эффективное значение тока, частота, фаза).

6. Источник напряжения, управляемый напряжением (коэффи-

циент передачи).

7. Источник напряжения, управляемый током (коэффициент передачи).

8. Источник тока, управляемый напряжением.

9. Источник тока, управляемый током.

10.

Питание ТТЛ-логики.

11. Питание КМОП-логики.

12. Кварцевый генератор.

13. Генератор амплитудно-модулированных

 

сигналов (напря-

жение и частота несущей, коэффициент и частота модуляции).

14. Генератор

фазо-модулированных

сигналов (напряжение и

частота несущей, индекс и частота модуляции).

 

 

Пассивные элементы

 

 

Раздел «Basic» содержит пассивные элементы (рис. 1.4).

 

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

 

 

12 13 14 15 16 17 18

Рис. 1.4. Библиотека пассивных элементов

 

В данный раздел входят следующие опции:

1. Точка ветвления.

2. Резистор.

3. Конденсатор.

4. Катушка (индуктивность).

5. Трансформатор с возможностью редактирования:

• Коэффициента трансформации;

• Индуктивности рассеивания;

• индуктивности первичной обмотки;

• сопротивления первичной обмотки;

• сопротивления вторичной обмотки.

6. Электромагнитное реле.

7. Контакт переключающий.

8. Реле времени.

9. Реле напряжения.

10. Реле тока.

11. Резистор напряжения, один конец которого подключен к це-

пи Vcc (см. «Источники питания»).

12. Потенциометр.

13. Ящик из 8 одинаковых сопротивлений.

14. Переключатель, управляемый напряжением.

15. Электролитический конденсатор.

16. Подстроечный конденсатор.

17. Катушка переменной индуктивности.

18. Элемент для построения моделей индуктивности.

 

Диоды

 

Раздел «Диоды» содержит полупроводниковые диоды, стабили-

троны, динисторы, тринисторы и т.д. (рис. 1.5):

1. Полупроводниковый диод.

2. Стабилитрон.

 

1 2 3 4 5 6 7 8

 

 

3. Светодиод.

Рис. 1.5. Библиотека диодов

4. Выпрямительный мост.

5. Диод Шокли.

6. Тиристор.

7. Двуханодный лавинный диод (симметричный динистор).

8. Симистор (симметричный тринистор).

 

Транзисторы

 

Группа Transistors содержит биполярные и полевые транзисторы

(рис. 1.6):

1 2 3 4 5 6 7 8

 

 

9 10 11 12 13 14

 

Рис. 1.6. Группа Transistors

 

1 и 2 – Биполярные n–p–n и p–n–p транзисторы.

3. n-канальный с управляющим p-n переходом.

4. p-канальный с управляющим p-n переходом.

5. Трехэлектродный n-канальный с изолированным затвором.

1. Трехэлектродный p-канальный с изолированным затвором.

2. Четырехэлектродный n-канальный с изолированным затвором.

3. Четырехэлектродный p-канальный с изолированным затвором.

4. Трехэлектродный n-канальный с обогащенным затвором.

5. Трехэлектродный p-канальный с обогащенным затвором.

6. Четырехэлектродный n-канальный с обогащенным затвором.

7. Четырехэлектродный p-канальный с обогащенным затвором.

8. n-канальный арсенид-галиевый полевой транзистор.

9. p-канальный арсенид-галиевый полевой транзистор.

 

Аналоговые микросхемы

 

В этой библиотеке представлены различные операционные усили-

тели (рис. 1.7):

 

1 2 3 4 5

 

Рис. 1.7. Аналоговые микросхемы

1. Операционный усилитель с фиксированным напряжением пита-

ния (линейная модель).

2. Операционный усилитель с изменяемым напряжением питания

(нелинейная модель).

3. Операционный усилитель с семью выводами.

4. Операционный усилитель с девятью выводами.

5. Компаратор.

6. Микросхема для системы автоподстройка частоты.

 

Измерительные приборы

 

В этой библиотеке представлены различные измерительные при-

боры (рис. 1.8):

1. Мультиметр.

2. Функциональный генератор.

3. Осциллограф.

4. Построитель частотных характеристик.

5. Генератор слов.

 

1 2 3 4 5 6 7

 

 

 

 

Данная

(рис. 1.9):

Рис. 1.8. Библиотека измерительных приборов

 

Библиотека Miscellaneous

 

библиотека содержит компоненты смешанного типа

 

1 2 3 4 5 6

 

Рис. 1.9. Библиотека Miscellaneous

1. Предохранитель.

2. Команда записи данных.

3. Генерация списка электрических связей.

4. Кварцевый генератор.

5. Коллекторный двигатель постоянного тока.

6. Электровакуумный триод.

 

Элементная база

 

Здесь будут приведены минимальные данные о моделях компо-

нентов, входящих в те или иные библиотеки.

 

Источники тока

 

В общем случае источники тока могут быть представлены в виде генератора напряжения или генератора тока. Источники тока делятся на источники постоянного тока, переменного тока и управляемые (функ- циональные) источники. Кроме того, они подразделяются на измери- тельные источники и источники для электропитания.

 

Источники постоянного тока

 

Источники постоянного тока в EWB приведены ниже:

 

Батарея с регулировкой напряжения (через использование диалогового окна «Свойства»).

 

 

Источники постоянного тока с регулировкой величины тока от µА до кА (рис. 9).

 

 

С заданным напряжением +5V. Чаще всего предназначено для питания цифровых микросхем ТТЛ-логики.

 

С заданным

напряжением +15V. Чаще всего предназначены

для питания цифровых микросхем КМОП-логики.

 

Величина напряжения выхода источника напряжения зависит от тока, приложенного на входе. Два эти параметра связыва- ются коэффициентом, названным transresistance (H) – выход- ное напряжение, деленное на величину входного тока. Он мо- жет иметь любую величину от mW до kW.

 

Величина напряжения выхода источника напряжения зависит от напряжения, приложенного на входе. Два эти параметра связываются коэффициентом прироста (E) – выходное напря- жения, деленное на входное напряжение. Коэффициент при- роста может иметь любую величину от mV/V до kV/V.

 

Величина выходного тока зависит от тока входного термина- лы. Два эти параметра связываются коэффициентом прироста (F) – выходной ток, деленный на входной. Коэффициент при- роста может иметь любую величину от mA/A до kA/A.

 

Величина текущего выходного напряжения зависит от напряже- ния, приложенного входа. Два эти параметра связываются коэф- фициентом, названным transconductance (G), – выходной ток за- висит от входного напряжения. Измеряется в mhos (также что и сименс) и может иметь любую величину от m · mhos до kmhos.

 

Доступ до параметров источников питания осуществляется двой- ным нажатием на левую кнопку мыши. При этом открывается диалого- вое окно (рис. 9), в котором устанавливаются необходимые величины.

 

 

Рис. 1.10. Диалоговое окно установки требуемых параметров источника тока

 

Источники переменного тока

 

Источники переменного тока в EWB приведены ниже:

 

Источник переменного напряжения (от V до kV) с возможностью указания частоты и фазового угла.

 

Источник переменного тока, у которого пользова- тель может указать любую величину тока (от µА до кА), а также частоту и фазовый угол.

 

Генератор прямоугольных импульсов с возможно-

стью регулировок амплитуды, частоты импульсов.

 

 

Пассивные элементы

 

Резисторы

 

Сложно представить любое изделие электронной техники без ре- зисторов. В EWB резисторы представлены тремя вариантами: постоян- ный, подстроечный и набором из восьми резисторов.

На рис. 1.11 показано диалоговое окно установки параметров под-

строечного резистора. В закладке Label устанавливается позиционное обозначение R; в закладке Value – номинальное значение, разбаланс

«плеч» (зона «Setting») и шаг установки изменения значения номинала

(клавишей < R >).

 

Рис. 1.11. Диалоговое окно задания параметров резистора

 

Конденсаторы

 

Аналогично резисторам конденсаторы также широко распростране-

ны в электронной технике. В EWB конденсаторы представлены тремя ти-

пами:

постоянные (охватывают практически все конденсаторы), электро-

литические, подстроечные. Значение емкости для всех типов может быть установлено от 10-8 пФ до 108 Ф. Емкость подстроечного конденсатора может меняться нажатием клавиши < С > с заданным шагом (от 1 до 100%). Диалоговое окно задания параметров конденсаторов приведен на рис. 1.12.

 

 

Рис. 1.12. Диалоговое окно задания параметров для подстроечного конден-

сатора

 

Индуктивные элементы

К индуктивным элементам относятся катушка индуктивности,

подстраиваемая катушка индуктивности и трансформатор.

Параметры катушек индуктивности и подстраиваемой индуктивно-

сти задаются с помощью диалоговых окон, аналогичных окнам для рези-

сторов и конденсаторов (используется клавиша < L >). В диалоговом окне установки параметров линейных трансформаторов задаются (рис. 1.13) коэффициент трансформации N, индуктивность рассеивания LE, индук- тивность первичной обмотки LM, сопротивление первичной RP и вто- ричной RS обмоток.

 

 

Рис. 1.13. Диалоговое окно редактирования параметров трансформатора

 

Доступ к окну задания параметров трансформатора становится возможным после нажатия на кнопку Edit диалогового окна Transformer Properies.

 

При N >1 трансформатор является понижающим, в противном слу-

чае – повышающим.

Полупроводниковые диоды

 

Комбинация двух полупроводниковых слоев с разным типом про- водимости обладает выпрямляющими свойствами: она гораздо лучше пропускает ток в одном направлении, чем в другом.