- •Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования московский государственный университет приборостроения и информатики
- •Часть 3 (Радиотехнические цепи и сигналы)
- •Содержание
- •Часть 1. Теоретические основы частотного принципа преобразования сигналов
- •Часть 2. Методические указания по использованию программы моделирования
- •Часть 3. Лабораторный практикум…………………………………………………..…39
- •Часть 1. Теоретические основы частотного принципа преобразования сигналов
- •1.1 Модулированные сигналы и их спектры
- •1.2 Электрические фильтры
- •1.3 Нелинейные преобразования сигналов
- •1.3.1 Нелинейный элемент и воздействие на него одного сигнала
- •1.3.2 Воздействие на нелинейный элемент двух сигналов.
- •Часть 2. Методические указания по использованию программы моделирования электрических и электронных устройств Electronics Workbench.
- •2.1. Основные элементы программы.
- •2.1.1 Интерфейс
- •2.1.1.1. Основные меню и команды.
- •2.1.1.2. Панели инструментов.
- •2.1.2 Рабочее поле.
- •2.2. Работа с контрольно–измерительными приборами.
- •2.2.2. Функциональный генератор.
- •2.3. Осциллограф.
- •2.2.4 Графопостроитель (Боде-плоттер).
- •2.2.5. Генератор слов.
- •2.2.6 Логический анализатор.
- •2.2.7 Логический преобразователь.
- •Часть 3. Лабораторный практикум.
- •1.3 Порядок выполнения работы.
- •3.2 Лабораторная работа №2. Преобразователь частоты и полосовой фильтр.
- •1.1 Подготовка к работе.
- •1.2 Краткая теоретическая часть.
- •1.3 Порядок выполнения работы.
- •3.3 Лабораторная работа №3. Детектор амплитудно-модулированных сигналов и фильтр нч.
- •3.1 Подготовка к работе.
- •3.2 Краткая теоретическая часть.
- •3.3 Порядок выполнения работы.
- •3.4 Лабораторная работа №4. Детектор частотно-модулированных сигналов.
- •4.1 Подготовка к работе.
- •4.2 Краткая теоретическая часть.
- •4.3 Порядок выполнения работы.
- •3.5 Приложение
- •Лабораторная работа № 1(отчетный бланк). Исследование амплитудного модулятора.
- •Лабораторная работа № 2(отчетный бланк). Преобразователь частоты и полосовой фильтр.
- •Лабораторная работа № 3(отчетный бланк). Детектор амплитудно-модулированных сигналов.
- •Лабораторная работа № 4(отчетный бланк). Детектор частотно-модулированных сигналов.
- •Список литературы.
Часть 2. Методические указания по использованию программы моделирования электрических и электронных устройств Electronics Workbench.
2.1. Основные элементы программы.
2.1.1 Интерфейс
Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench (EWB) предназначена для моделирования и анализа электрических схем.
Программа EWB позволяет моделировать аналоговые, цифровые и цифро-аналоговые схемы большой степени сложности. Имеющиеся в программе библиотеки включают в себя большой набор широко распространенных электронных компонентов, параметры которых можно изменять в широком диапазоне значений.
Программа EWB использует стандартный интерфейс Windows. На
рис 1.1 представлен внешний интерфейс пользователя программы EWB.
Рис. 1.1. Внешний вид экрана компьютера при работе с программой EWB.
Интерфейс пользователя состоит из полоски меню, панели инструментов и рабочей области.
2.1.1.1. Основные меню и команды.
Полоса меню состоит из следующих компонент: меню работы с файлами (File), меню редактирования (Edit), меню работы с цепями (Circut), меню анализа схем (Analysis), меню работы с окнами (Window), меню работы с файлами справок (Help).
Меню File (Файл) используется для работы с документами. В это меню входят:
New – для создания новых документов;
кнопка и команда Open – для открытия документов;
кнопка и команда Save – для сохранения документов;
кнопка и команда Print – для печати документов.
Меню Edit (Правка) для редактирования документов. В это меню входят:
кнопка и команда Cut – для вырезания фрагментов документов;
кнопка и команда Copy – для копирования фрагментов документов;
кнопка и команда Paste – для вставки фрагментов документов.
Меню Circut (Цепь) для подготовки схем и задания параметров моделирования. В это меню входят:
кнопка и команда Rotate – для вращения компонентов схем;
кнопкаи командаFlip Horizontal – для зеркального отображения компонентов схем по горизонтали;
кнопкаи командаFlip Vertical – для зеркального отображения компонентов схем по вертикали;
кнопка и командаZoom Out – для уменьшения компонентов и схем;
кнопка и командаZoom In – для увеличения компонентов и схем.
1.1.1.4. Меню Analysis (Анализ) позволяет выполнить различные анализы. Анализ будет выполнен только в том случае когда это возможно для данной схемы.
1.1.1.5. Меню Window (Окно) позволяет осуществить операции работы с окнами. В это меню входят:
команда Arrange - команда аккуратно расставляет открытые окна и может выполняться при одновременном нажатии клавиш CTRL+W;
команда Circuit (Цепь) - команда переносит окно схемы на передний план;
команда Description (Описание) - команда открывает окно описания, при этом если окно описания уже открыто, переносит его на передний план. Операция также может выполняться при одновременном нажатии клавиш CTRL+D.
1.1.1.6. Меню Help (Помощь) предоставляет вызов файла-справки и может быть осуществлено нажатием клавиши F1.
2.1.1.2. Панели инструментов.
Панель инструментов состоит из “быстрых кнопок”, имеющих аналоги в меню кнопок запуска и приостановки схем, набора радиоэлектронных аналоговых и
цифровых деталей, индикаторов, элементов управления и инструментов.
На рис. 1.2 представлен внешний вид строки групп компонентов схем.
Рис.1.2. Строка основных групп компонентов схем.
1.1.2.1. Кнопка и группа компонентовSources – для моделирования источников питания электрических схем. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели источников, в которую входит 23 компонента. На рис. 1.3 представлен внешний вид строки группы Sources.
Рис.1.3. Строка группы Sources.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Sources:
кнопка и компонент «Земля» - компонент "Заземление" имеет нулевое напряжение и служит точкой для отсчета потенциалов;
кнопка и компонент «Источник постоянного напряжения», величина которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Источник постоянного тока», величина которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Источник переменного напряжения», величина которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Источник переменного тока», величина которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Источник напряжения, управляемый напряже-нием», коэффициент передачи которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Источник тока, управляемый напряжением», коэффициент передачи которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Генератор амплитудно-модулированных колеба-ний», напряжение, частота несущей, индекс и частота модуляции которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Генератор фазо-модулированных колебаний», напряжение, частота несущей, индекс и частота модуляции которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
1.1.2.2. Кнопка и группа компонентовBasic для моделирования пассивных компонентов электрических схем. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели базовых компонентов, в которую входит 20 компонента. На рис. 1.4 представлен внешний вид строки группы Sources.
Рис.1.4. Строка группы Basic.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Basic:
кнопка и компонент «Соединение» - точка соединенияч проводников, используемая также для введения надписей в схему;
кнопка и компонент «Резистор», сопротивление которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Потенциометр», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Конденсатор», ёмкость которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Катушка», индуктивность которой задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Воздушный трансформатор», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Трансформатор с сердечником», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Переключать, управляемый нажатием задава-емой клавиши клавиатуры», управляющая клавиша которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
1.1.2.3. Кнопка и группа компонентовDiodes для моделирования полупроводниковых диодов. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели полупроводниковых диодов, в которую входит 8 компонентов. На
рис. 1.5 представлен внешний вид строки группы Diodes.
Рис.1.5. Строка группы Diodes.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Diodes:
кнопка и компонент «Полупроводниковый диод», параметры кото-рого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Стабилитрон», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Светодиод», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Мостовой выпрямитель», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
1.1.2.4. Кнопка и группа компонентовTransistors для моделирования биполярных и полевых транзисторов. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели транзисторов, в которую входит 14 компонентов. На рис. 1.6 представлен внешний вид строки группы Transistors.
Рис.1.6. Строка группы Transistors.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Transistors:
кнопка и компонент «Биполярный транзистор типаn-p-n», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Биполярный транзистор типаp-n-p», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Полевой транзистор сn-каналом и управля-ющим p-n переходом», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Полевой транзистор с р-каналом и управля-ющимp-n переходом», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Полевой транзистор на основе металлооксидной плёнки (МОП – транзистор) сn-каналом», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Полевой транзистор на основе металлооксидной плёнки (МОП – транзистор) с р-каналом», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
1.1.2.5. Кнопка и группа компонентовAnalog ICs для моделирования операционных усилителей. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели операционных усилителей, в которую входит 6 компонентов. На рис. 1.7 представлен внешний вид строки группы Analog ICs.
Рис.1.7. Строка группы Analog ICs.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Analog ICs:
кнопка и компонент «Линейная модель операционного усилителя», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Нелинейная модель операционного усилителя», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Компаратор - операционный усилитель, предназначенный для сравнения напряжений», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна.
1.1.2.6. Кнопка и группа компонентовMixed для моделирования аналого-цифровых схем. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели аналого-цифровых схем, в которую входит 5 компонентов. На рис. 1.8 представлен внешний вид строки группы Mixed.
Рис.1.8. Строка группы Mixed.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Mixed:
кнопка и компонент «Аналого-цифровой преобразователь», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Цифро-аналоговый преобразователь с внешним опорным источником тока», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Цифро-аналоговый преобразователь с внешним опорным источником напряжения», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Одностабильный мультивибратор», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Таймер», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
1.1.2.7. Кнопка и группа компонентовDigital ICs для моделирования цифровых устройств. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели цифровых устройств, в которую входит 6 компонентов. На рис. 1.9 представ-
Рис.1.9. Строка группы Digital ICs.
лен внешний вид строки группы Digital ICs.
1.1.2.8. Кнопка и группа компонентовLogic Gates для моделирования логических элементов. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели логических элементов, в которую входит 18 компонентов. На рис. 1.10 представлен внешний вид строки группы Logic Ggates.
Рис.1.10. Строка группы Logic Gates.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Logic Gates:
кнопка и компонент «Логический элемент И», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Логический элемент И-НЕ», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Логический элемент ИЛИ», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Логический элемент ИЛИ-НЕ», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Логический элемент НЕ», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Триггер Шмитта», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
1.1.2.9. Кнопка и группа компонентовDigital для моделирования цифровых элементов. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели цифровых элементов, в которую входит 14 компонентов. На рис. 1.11 представлен внешний вид строки группы Digital.
Рис.1.11. Строка группы Digital.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Digital:
кнопка и компонент «RS - триггер», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «JK - триггер», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «D - триггер», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
1.1.2.10. Кнопка и группа компонентовIndicator для моделирования индикаторных устройств. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели индикаторных устройств, в которую входит 9 компонентов. На рис. 1.12 представлен внешний вид строки группы Indicator.
Рис.1.12. Строка группы Indicator.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Indicator:
кнопка и компонент «Вольтметр», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Амперметр», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Лампа накаливания», параметры которой задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Светоиндикатор», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Семисегментный индикатор», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
1.1.2.11. Кнопка и группа компонентовControl для моделирования аналоговых функциональных устройств. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели аналоговых функциональных устройств, в которую входит 12 компонентов. На рис. 1.13 представлен внешний вид строки группы Control.
Рис.1.13. Строка группы Control.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Control:
кнопка и компонент «Аналоговый умножитель», коэффициент передачи которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Аналоговое устройство деления», коэффициент передачи которого задаётся с помощью соответствующего диалогового окна;
1.1.2.12. Кнопка и группа компонентовMiscellaneous для моделирования компонентов смешанного типа. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели компонентов смешанного типа, в которую входит 13 компонентов. На рис. 1.14 представлен внешний вид строки группы Miscellaneous.
Рис.1.14. Строка группы Miscellaneous.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Miscellaneous:
кнопка и компонент «Плавкий предохранитель», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Кварцевый резонатор», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
1.1.2.13. Кнопка и группа компонентовInstruments для моделирования контрольно–измерительных приборов. Нажатие на эту кнопку вызывает появление панели контрольно–измерительных приборов, в которую входит 7 компонентов. На рис. 1.15 представлен внешний вид строки группы Instruments.
Рис.1.15. Строка группы Instruments.
Далее рассмотрены некоторые компоненты группы Instruments:
кнопка и компонент «Мультиметр», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Функциональный генератор», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Осциллограф», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Графопостроитель», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Генератор слова», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Логический анализатор», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;
кнопка и компонент «Логический преобразователь», параметры которого задаются с помощью соответствующего диалогового окна;