5 Аппаратное и программное обеспечение
5.1 Рабочая станция локальной сети (персональный компьютер).
5.2 Графический манипулятор мышь.
5.3 Программа Electronics Workbench 5.0.
6 Порядок выполнения работы
6.1 Проверка подготовки студентов к лабораторной работе по вопросам самопроверки.
6.2 Получить инструктаж по технике безопасности.
ВНИМАНИЕ! Аккуратно обращайтесь с персональным компьютером и его периферийными устройствами. Соблюдайте требования эргономики. Проверьте наличие заземления устройств.
6.3 Включить персональный компьютер, для этого:
6.3.1 Включить рабочую станцию компьютерной сети с помощью сетевого переключателя на системном блоке “Power”.
6.3.2 Наблюдать загрузку компьютера.
6.3.3 Набрать на клавиатуре цифру 1 – загрузка с локального диска.
6.3.4 Для входа в систему нажать Ctrl + Alt + Delete.
6.3.5 После появления окна “Вход в систему” нажать Enter.
6.3.6 Наблюдать выход компьютера в операционную среду Windows.
6.3.7 Два раза щёлкнуть манипулятором мышь на ярлык “Мой компьютер”.
6.3.8 Выбрать диск D: найти папку Work, затем папку EWB 512 (программа Electronics Workbench 5.0); открыть файл WEWB 32. Получить изображение стандартного окна программы.
6.4 Собрать схему проведения исследований (рис. 10.1). Для этого из библиотек программы достать необходимые элементы. Необходимый элемент переносится из каталога на рабочее поле движением мыши при нажатой левой кнопке, после чего кнопка отпускается. После того, как все необходимые элементы будут вызваны из библиотек, производится соединение их выводов проводниками.
Для соединения необходимо нажать левую клавишу манипулятора мышь в точке соединения в момент появления стрелки. Удерживая клавишу, перемещать манипулятор мышь по коврику. Отпустить клавишу необходимо в момент появления другой точки в нужном месте соединения. Появляющаяся линия – подтверждение правильности соединения. Аналогично включить остальные элементы схемы.
Рис. 10.1 Умножитель частоты и сумматор
В данной схеме используются:
G - генератор сигнала - (генерирует сигналы различной частоты и длительности синусоидальной, треугольной и прямоугольной формы).
Осц. – осциллограф - для наблюдения формы сигналов на входе и выходе;
Е1, Е2, Е3 – генераторы гармонических колебаний соответственно частот f1, f2 = 2f1, f3 = 3f1.
Для исследования формы отдельных гармонических колебаний, сигнал снимается с соответствующих выходов при разомкнутых ключах S1, S2, S3.
S1, S2, S3 - переключатели, управляемые нажатием назначенной клавиши клавиатуры (по умолчанию клавиша Space - пробел). Для каждого ключа задать свою клавишу, которой он переключается. Для этого два раза щелкнуть на изображение переключателя и в появившемся окне поменять имя клавиши (Key).
При сложении напряжений различных сигналов, результирующий сигнал снимается с выхода сумматора (собран на операционном усилителе - ОУ) при замыкании соответственно ключей S1, S2, S3.
6.4.1 Установить значения R1=R2=R3=1 кОм, R4=30 Ом. Чтобы установить значение элемента, надо два раза щёлкнуть левой клавишей манипулятора мышь на изображение элемента и поменять его значение в раскрывшемся окне, с помощью манипулятора мышь. Нажать “OK”, окно закроется, значение элемента изменится.
6.4.2 Установить параметры генераторов гармонических колебаний. Для этого два раза щёлкнуть на изображение источника и в раскрывшемся окне установить значения: напряжения (Voltage), частоты (Frequency), начальной фазы (Phase) синусоидального напряжения изменяя эти параметры в соответствующих окошках. Установить размах напряжения равным 120 В, фазу равную нулю, частоту для Е1 : f1, для Е2 : f2 = 2f1, для Е3 : f3 = 3f1. Значение частоты f1 равно номеру записи студента в учебном журнале (в кГц).
6.4.3 Для сравнения опорного сигнала с исследуемым сигналом данной гармоники надо соединить выход генератора со вторым каналом осциллографа. Эту линию соединения (на рис. 10.1 – линия (1)) выделить другим цветом, для этого два раза щёлкнуть левой клавишей манипулятора мышь на линию и в раскрывшемся окне выбрать другой цвет. Нажать “OK”, окно закроется, цвет линии поменяется.
6.5 Щёлкнуть два раза на изображение генератора. Установить режим генерации синусоидальных импульсов, нажав на соответствующее изображение в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.
6.5.1 Установить частоту (frequency) равной частоте f1 см. п. 6.4.2, амплитуду (amplitude) 120 В, длительность импульса (duty cycle) 50% от периода, постоянную составляющую (offset) сигнала на выходе генератора равной нулю, изменяя эти данные в окошках напротив параметров в раскрывшемся окне лицевой панели генератора.
6.5.2 Щёлкнуть два раза на изображение осциллографа.
6.5.3 Включить режим анализа схемы, щелкнув манипулятором мышь на изображение I включателя, расположенного в правом верхнем углу панели инструментов.
6.5.4 Щёлкнуть на изображение Expand лицевой панели осциллографа. Наблюдать временные диаграммы входного и выходного сигналов на расширенном экране.
6.5.5 Нажать манипулятором мышь надпись Pause на панели инструментов, остановив анализ построения программой временных диаграмм или отключить формирование сигналов, нажав левой клавишей манипулятора мышь на изображение 0 в правом верхнем углу окна.
6.5.6 Щелчками манипулятора мышь установить на лицевой панели осциллографа переключателем “время на деление” (Time base) – время, соответствующее наблюдению двух периодов колебания.
6.5.7 Установить переключателем “Вольт на деление” (U/div) – масштаб по оси амплитуд. Убедиться (сравнить), что на выходе сигнал первой гармоники той же частоты, что и опорный, который для сравнения подается с генератора на второй канал осциллографа. Зарисовать полученные изображения в одних осях координат, разместив, осциллограммы одна под одной.
6.5.8 Подключить первый канал осциллографа к выходу генератора второй гармоники. Для этого щёлкнуть манипулятором мышь на изображение линии, которая соединяет осциллограф и выход генератора первой гармоники, и удалить её. Соединить первый канал осциллографа с выходом генератора второй гармоники аналогично п. 6.4. Включить режим анализа схемы. Убедиться, что частота генератора второй гармоники f2 = 2f1 . Зарисовать полученную осциллограмму в отчет.
6.5.9 Аналогично п. 6.4.2 изменить значение амплитуды и фазы сигнала второй гармоники. Зарисовать осциллограммы в отчет.
6.5.10 Повторить п.п. 6.5.8…6.5.9 для генератора третьей гармоники. Для этого подключить первый канал осциллографа к выходу генератора третьей гармоники.
6.6 Произвести сложение сигналов различных гармоник.
6.6.1 Сложить сигналы с частотами f1 и 2f1, т.е. первой и второй гармоники.
Для этого первый канал осциллографа подключить к выходу сумматора. Переключателями S1 и S2 включить генераторы первой и второй гармоник, переключателем S3 отключить генератор третьей гармоники. Включить режим анализа схемы. Зарисовать полученную осциллограмму в отчет.
6.6.2 Изменяя амплитуду сигнала второй гармоники, аналогично п. 6.4.2 исследовать форму суммарного сигнала. Зарисовать одну из полученных осциллограмм в отчет.
6.6.3 Для одного из положений п. 6.6.2 изменить фазу сигнала второй гармоники. Исследовать изменение формы сигнала. Одну из осциллограмм зарисовать в отчет.
6.7 Повторить п.п. 6.6.1…6.6.3 для сложения поочередно следующих гармоник:
1) первой и третьей;
2) второй и третьей;
3) первой, второй и третьей.
В результате исследований зарисовать в одной системе координат полученные негармонические сигналы.
6.8 Исследовать спектры сигналов всех гармоник и суммарных сигналов.
6.8.1 Отключить переключателями все сигналы, кроме сигнала первой гармоники. Включить режим анализа схемы, затем отключить работу схемы.
6.8.2 Включить режим обозначения нумерации узлов. Для этого нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Circuit вверху окна, затем Schematic Options и в раскрывшемся окне включить опцию Show Nodes.
6.8.3 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Analysis вверху окна, а затем Fourier в раскрывшемся окне.
6.8.4 Задать параметры анализа спектра: Output node – номер контрольного узла, в котором анализируется спектр сигнала (на рис. 10.1 – узел номер 2 – узел на выходе сумматора), Fundamental frequency – основная частота колебания (частота первой гармоники) равная f1, Number harmonic – число гармоник, подлежащих анализу – 5, Vertical scale – масштаб по вертикали – linear.
6.8.5 Нажать функцию Simulate и подождать появления на экране спектральных диаграмм. Зарисовать полученные диаграммы в отчет.
6.8.6 Нажать левой клавишей манипулятора мышь функцию Toggle Cursors в правом верхнем углу окна. Измерить значение спектральных составляющих с помощью визирных линий. Нажать кнопку манипулятора мышь на черном треугольнике визирной линии и перемещать её, не отпуская кнопки манипулятора мышь, на спектральную составляющую. Записать значение x1 – частота, y1 – амплитуда спектральной составляющей из таблицы Magnitude, V в отчет.
6.9 Повторить п.п. 6.8.1…6.8.6 для второй и третьей гармоник, для этого отключить первую гармонику и включить вторую, а затем отключить вторую и включить третью гармонику. Зарисовать полученные спектральные диаграммы в отчет.
6.10 Проанализировать спектр сигнала при сложении сигналов различных гармоник, для этого поочередно включать:
1) 1 и 2 гармоники,
2) 2 и 3 гармоники,
3) 1 и 3 гармоники,
4) 1,2 и 3 гармоники.
Для этих случаев повторить п.п. 6.8.1…6.8.6.
6.11 Показать результаты выполнения работы преподавателю.
6.12 Выключить оборудование.
6.13 Составить отчет по работе.