 |
Выбор и подключение контрольно-измерительных приборов
|
|
|
|
В программе EWB используется большой набор приборов для проведения измерений: амперметр, вольтметр, осциллограф, мультиметр, Боде Плоттер (Bode Plotter) (графопостроитель частотных характеристик схем), функциональный генератор, генератор слов, логический анализатор и логический преобразователь.
Простейшими приборами в Electronics Workbench являются вольтметр и амперметр, которые расположены в поле индикаторов (Indicators) Они не требуют настройки, автоматически изменяя диапазон измерений. В одной схеме можно применять несколько таких приборов одновременно, наблюдая токи в различных ветвях и напряжения на различных элементах.
Амперметр – используется для измерения переменного и постоянного тока рис. 2.6. Выделенная толстой линией сторона прямоугольника, изображающего амперметр, соответствует отрицательной клемме. Двойным щелчком мыши на изображении амперметра открывается диалоговое окно для изменения параметров амперметра: вида измеряемого тока, величины внутреннего сопротивления.
Рис. 2.6. Изображение амперметра
Величина внутреннего сопротивления вводится с клавиатуры в строке Resistance, вид измеряемого тока (опция Mode) выбирается из списка. При измерении переменного синусоидального тока (АС) амперметр будет показывать его действующее значение 
,
где 
– амплитудное значение тока.
Внутренние сопротивление 1 мОм, установленное по умолчанию, в большинстве случаев оказывает пренебрежимо малое влияние на работу схемы. Его значение можно изменить, однако использование амперметра с очень маленьким внутренним сопротивлением в схемах с высоким выходным импедансом может привести к математической ошибке во время моделирования работы схемы. В качестве амперметра можно использовать мультиметр.
|
|
|
Вольтметр используется для измерения переменного и постоянного напряжения рис. 2.7.
Рис. 2.7. Изображение вольтметра
Выделенная толстой линией сторона прямоугольника, изображающего вольтметр, соответствует отрицательной клемме. Двойным щелчком мыши на изображении вольтметра открывается диалоговое окно для изменения параметров вольтметра: вида измеряемого напряжения; величины внутреннего сопротивления. Величина внутреннего сопротивления вводится с клавиатуры в строке Resistance, вид измеряемого напряжения (опция Mode) выбирается из списка. При измерении переменного синусоидального напряжения (АС) вольтметр будет показывать действующее значение напряжения U, определяемое по формуле
,
где 
– амплитудное значение напряжения.
Внутреннее сопротивление вольтметра 1 МОм, установленное по умолчанию, в большинстве случаев оказывает пренебрежимо малое влияние на работу схемы. Его значение можно изменить, однако использование вольтметра с очень высоким внутренним сопротивлением в схемах с низким выходным импедансом может привести к математической ошибке во время моделирования работы схемы. В качестве вольтметра можно использовать мультиметр.
Кроме описанных амперметра и вольтметра в Electronics Workbench имеется семь приборов, с многочисленными режимами работы, каждый из которых можно использовать в схеме только один раз. Эти приборы расположены на панели приборов. Слева на панели расположены приборы для формирования и наблюдения аналоговых величин: мультиметр, функциональный генератор, осциллограф, Боде-плоттер рис. 2.8.:
Рис 2.8. Аналоговые измерительные приборы.
Мультиметр используется для измерения: напряжения (постоянного и переменного), тока (постоянного и переменного), сопротивления, уровня напряжения в децибелах.
Для настройки мультиметра нужно двойным щелчком мыши на его уменьшенном изображении открыть его увеличенное изображение рис. 2.9.
|
|
|
Рис. 2.9. Изображения мультиметра
а – уменьшенное изображения для схем; б – увеличенное изображение для настройки мультиметра.
На увеличенном изображении нажатием левой кнопки мыши выбирается: измеряемая величина по единицам измерения – А, V, Ω или dB; вид измеряемого сигнала – переменный или постоянный; режим установки параметров мультиметра. Установка вида измеряемой величины производится нажатием соответствующей кнопки на увеличенном изображении мультиметра. Нажатие кнопки с символом «~» устанавливает мультиметр для измерения действующего значения переменного тока и напряжения, постоянная составляющая сигнала при измерении не учитывается. Для измерения постоянного напряжения и тока нужно на увеличенном изображении мультиметра нажать кнопку с символом «–». В качестве амперметра и вольтметра мультиметр используется так же, как и стандартные приборы.
Мультиметр – единственный в Electronics Workbench стандартный прибор, предназначенный для измерения сопротивления. Для использования мультиметра в качестве омметра его следует подсоединить параллельно участку цепи, сопротивление которого нужно измерить, на увеличенном изображении мультиметра нажать кнопку Ω и кнопку с символом «–» переключения в режим измерения постоянного тока. Включить схему. На табло мультиметра при этом появится измеренное значение сопротивления.
Чтобы избежать ошибочных показаний, схема должна иметь соединение с землей и не иметь контакта с источниками питания, которые должны быть исключены из схемы, причем идеальный источник тока должен быть заменен разрывом цепи, а идеальный источник напряжения – короткозамкнутым участком.
Осциллограф, имитируемый программой Workbench, представляет собой аналог двулучевого запоминающего осциллографа и имеет две модификации:
1. простую модификацию с уменьшенным для создания схемы изображением рис. 2.10 а и увеличенным изображением для настройки осциллографа рис. 2.10 б
Рис. 2.10. Простая модификация осциллографа
а – изображение осциллографа в схеме, б – панель осциллографа для настройки
Расширенная модификация по своим возможностям приближается к лучшим цифровым запоминающим осциллографам рис. 2.11.
|
|
|
Рис. 2.11. Расширенная модификация осциллографа
Из-за того, что расширенная модель занимает много места на рабочем поле, рекомендуется начинать исследования простой моделью, а для подробного исследования процессов – использовать расширенную модель.
Осциллограф можно подключить к уже включенной схеме или во время работы схемы переставить выводы к другим точкам – изображение на экране осциллографа изменится автоматически. Двойным щелчком мыши по уменьшенному изображению открывается изображение передней панели простой модели осциллографа с кнопками управления, информационными полями и экраном.
Для проведения измерений осциллограф нужно настроить, для чего следует задать:
· расположение осей, по которым откладывается сигнал;
· нужный масштаб развертки по осям;
· смещение начала координат по осям;
· режим работы по входу: закрытый или открытый;
· режим синхронизации: внутренний или внешний.
Настройка осциллографа производится при помощи полей управления, расположенных на панели управления. Панель управления общая для обеих модификаций осциллографа и разделена на четыре поля управления:
· горизонтальной разверткой (Time base);
· синхронизацией (Trigger);
· каналом А;
· каналом В.
Поле управления горизонтальной разверткой (масштабом времени) служит для задания масштаба горизонтальной оси осциллографа при наблюдении напряжения на входах каналов А и В в зависимости от времени. Временной масштаб задается в: с/дел, мс/дел, мкс/дел, нс/дел (s/div, ms/div, ms/div, ns/div соответственно). Величина одного деления может быть установлена от 0,1 нс до 1 с. Масштаб может дискретно уменьшаться на один шаг при щелчке мышью на кнопке 
справа от поля и увеличиваться при щелчке на кнопке 
.
Нажатие клавиши Expand на панели простой модели открывает окно расширенной модели осциллографа.
Панель расширенной модели осциллографа в отличие от простой модели расположена под экраном и дополнена тремя информационными табло, на которые выводятся результаты измерений. Кроме того, непосредственно под экраном находится линейка прокрутки, позволяющая наблюдать любой временной отрезок процесса от момента включения до момента выключения схемы. В сущности, расширенная модель осциллографа это совершенно другой прибор, позволяющий намного удобнее и более точно проводить численный анализ процессов.
|
|
|
Чтобы вернуться к прежнему изображению осциллографа, следует нажать клавишу Reduce, расположенную в правом нижнем углу.
Боде-плоттер (графопостроитель)используется для получения амплитудно-частотных (АЧХ) и фазочастотных (ФЧХ) характеристик схемы рис. 2.12.
Рис. 2.12. Изображения Боде-плоттера
а – уменьшенное изображение для отражения в схеме, б – увеличенное для настройки прибора
Боде-плоттер измеряет отношение амплитуд сигналов в двух точках схемы и фазовый сдвиг между ними. Отношение амплитуд сигналов может измеряться в децибелах. Для измерения Боде-плоттер генерирует собственный спектр частот, диапазон которого может задаваться при настройке прибора. Частота любого переменного источника в исследуемой схеме игнорируется, однако схема должна включать какой-либо источник переменного тока.
Боде-плоттер имеет четыре зажима: два входных (IN) и два выходных (OUT). Для измерения отношения амплитуд или фазового сдвига нужно подключить положительные выводы входов IN и OUT (левые выводы соответствующих входов) к исследуемым точкам, а два других вывода заземлить. При двойном щелчке мышью по уменьшенному изображению Боде-плоттера (рис. 2.12 а) открывается его увеличенное изображение (рис. 2.12 б).
Верхняя панель плоттера задает вид получаемой характеристики: АЧХ или ФЧХ. Для получения АЧХ следует нажать кнопку Magnitude, для получения ФЧХ – кнопку Phase. Левая панель управления (Vertical) задает:
· начальное (I – initial) и конечное (F – final) значения параметров, откладываемых по вертикальной оси,
· вид шкалы вертикальной оси – логарифмическая (LOG) или линейная (LIN).
Правая панель управления (Horizontal) настраивается аналогично.
При получении АЧХ по вертикальной оси откладывается отношение напряжений:
· в линейном масштабе от 0 до 109;
· в логарифмическом масштабе от –200 dB до 200 dB.
При получении ФЧХ по вертикальной оси откладываются градусы: от –720 до +720. По горизонтальной оси всегда откладывается частота в герцах или в производных единицах.
В начале горизонтальной шкалы расположен курсор. Его можно перемещать нажатием на кнопки со стрелками, расположенными справа от экрана, либо «тащить» с помощью мыши. Координаты точки пересечения курсора с графиком характеристики выводятся на информационных полях внизу справа. С помощью Боде-плоттера нетрудно построить топографическую диаграмму на комплексной плоскости для любой схемы.
|
|
|
Функциональный генератор является идеальным источником напряжения, вырабатывающим сигналы синусоидальной, прямоугольной или треугольной формы рис. 2.13.
Рис. 2.13. Изображение функционального генератора
а – уменьшенное изображение для формирования схемы. б – увеличенное для настройки генератора.
Средний вывод генератора при подключении к схеме обеспечивает общую точку для отсчета амплитуды переменного напряжения. Для отсчета напряжения относительно нуля общий вывод заземляют. Крайние правый и левый выводы служат для подачи переменного напряжения на схему. Напряжение на правом выводе изменяется в положительном направление, а напряжение на левом выводе – в отрицательном, относительно общего вывода.
При двойном щелчке мышью по уменьшенному изображению функционального генератора открывается его увеличенное изображение, с помощью которого осуществляют:
· установка формы сигнала.
· установка частоты сигнала.
· установка амплитуды выходного напряжения.
· установка постоянной составляющей выходного напряжения.
1 Установка формы сигнала. Для выбора требуемой формы выходного сигнала необходимо нажать на кнопку с соответствующим изображением. Форму треугольного и прямоугольного сигналов можно изменить, уменьшая или увеличивая значение в поле Duty Cycle (скважность). Этот параметр определяется для сигналов треугольной и прямоугольной формы. Для треугольной формы напряжения он задает длительность (в процентах от периода сигнала) между интервалом нарастания напряжения и интервалом спада.
Установив, например, значение 20, можно получить длительность интервала нарастания 20 % от периода, а длительность интервала спада – 80 %. Для прямоугольной формы напряжения этот параметр задает соотношение между длительностями положительной и отрицательной части периода.
2 Установка частоты сигнала. Частота генератора регулируется от 1 Hz до 999 MHz. Значение частоты устанавливается в строке Frequency с помощью клавиатуры и кнопок со стрелками. В левом поле устанавливается численное значение, в правом – единица измерения (Hz, kHz, MHz – Гц, кГц, МГц соответственно).
3 Установка амплитуды выходного напряжения. Амплитуду выходного напряжения можно регулировать от 0 мВ до 999 кВ. Значение амплитуды устанавливается в строке Amplitude с помощью клавиатуры и кнопок со стрелками. В левом поле устанавливается численное значение, в правом – единица измерения (mV, mV, V, kV – мкВ, мВ, В, кВ соответственно).
4 Установка постоянной составляющей выходного напряжения. Постоянная составляющая переменного сигнала устанавливается в строке Offset при помощи клавиатуры или кнопок со стрелками. Она может иметь как положительное, так и отрицательное значение. Это позволяет получить, например, последовательность однополярных импульсов.
|
|
|
