Export to PCB — складання списків з'єднань схеми у форматі OrCAD і інших програм розробки друкованих плат
Створення схем
Елементна база
Ознайомтеся з утворювачами математичних функцій з використанням керованих джерел (схемний файл math.ca4)
Проведіть випробування семисегментного індикатора (схемний файл 7segdemo.ca4)
Конденсатори
Резистори
Цифрові мікросхеми
Навигация
Елементна база
Система моделювання Electronics Workbench
93932
знака
0
таблиц
57
изображений
3. Елементна база
У цій главі приводяться короткі зведення про моделі компонентів радіоелектронної апаратури (РЕА), що є в програмі EWB. Додаткові зведення по таких компонентах будуть приводитися в інших главах у міру їхнього використання в конкретних схемах. Додаткова інформація про реальні елементи РЕА (умови й області застосування, класифікаційні параметри, конструктивні особливості й ін.) поміщені в додатку 2.
3.1 Джерела струму
У загальному випадку джерела токи можуть бути представлені у вигляді генератора напруги або генератора струму (див. розд. 5.1). Джерела струму поділяються на джерела постійного струму, змінного струму і керовані (функціональні) джерела. Крім того, вони підрозділяються на вимірювальні джерела і джерела для електроживлення.
Прикладом вимірювального джерела є розглянутий у гл. 3 функціональний генератор. З джерел постійного струму в якості вимірювального широко використовується так називаний нормальний елемент (електрохімічне джерело), що володіє високою стабільністю вихідної напруги і використовуваний у високоточних зразкових установках для перевірки вольтметрів, амперметрів і інших вимірювальних приладів (див. розд. 16.6).
Джерела для електроживлення є самими масовими пристроями (див. додаток 6). Їх прийнято поділяти на первинні і вторинні. До первинних джерел відносяться: електрогенератори, що перетворять механічну енергію в електричну, термоелектрогенератори, сонячні й атомні батареї, електрохімічні джерела. В вторинних джерелах струму виробляється перетворення струму первинного джерела (див. гл. 12).
Джерела постійного струму в програмі EWB представлені на мал. 3.1.
а) б) в) г)
Мал.3.1. Джерела постійного струму.
Мал.3.2. Вікно задання ЕРС джерелу живлення.
Ідеальний (із внутрішнім опір Ri = 0) джерело постійної напруги +5 В (мал. 3.1, а) призначений, в основному, для логічних схем. На мал. 3.1. показане ідеальне джерело постійної напруги. ЕРС задається в діалоговому вікні на мал.3.2 .
Значення параметрів джерела напруги, які характеризуються ЕРС (Pull-Up Voltage) і внутрішнім опором (Resistance) (мал. 3.1, в), установлюються допомогою діалогового вікна (див. мал. 3.3).
Мал.3.3. Вікно установки параметрів джерела живлення.
Установка струму ідеального джерела струму (мал. 3.1, г) виробляється аналогічно установці ЭРС. Джерела змінного струму в програмі EWB підрозділяються на джерела не модульованих (мал. 3.4) і модульованих (мал. 3.8) сигналів. Для ідеального генератора змінної напруги (мал. 3.4, а) напруга (Voltage), частота (Frequency) і початкова фаза (Phase) синусоїдального сигналу задаються у вікні на мал. 3.5.
а) б) в)
Мал.3.3. Джерела змінного струму.
Мал.3.5. Вікно установки параметрів джерела синусоїдальної напруги.
Мал.3.6. Вікно установки параметрів джерела імпульсної напруги прямокутної форми.
Установка струму, частоти і початкової фази ідеального генератора змінного струму (мал. 3.4, б) здійснюється аналогічно джерелу синусоїдальної напруги.
Ідеальний генератор імпульсної напруги (мал. 3.4, в) є джерелом полярних імпульсів із задаються амплітудою, частотою проходження і коефіцієнтом заповнення (Duty Cycle), (вікно на мал. 3.6).
При зазначеному на мал. 3.6 значенні коефіцієнта заповнення 50% (тривалість імпульсу дорівнює половині періоду) періодична імпульсна послідовність називається меандром. Такий сигнал може бути представлений у виді суми гармонійних складових (простих синусоїд) шляхом розкладання в ряд Фур'є [35]:
U(x) = Um/2 + (2Um/7п)[cos(2п) - 0,333 cos(6 п F) + 0,2cos(10 п F) - ...]. (3.1)
Перший доданок вираження (3.1) — постійній складовій, рівна половині амплітуди Um, перше доданок у квадратних дужках — перша гармоніка, друге — третя гармоніка і т.д. У графічному виді таке розкладання звичайне представляється у виді так називаного лінійчатого спектра, коли по осі X відкладається частота (номер гармоніки), а по осі Y у виді вертикальної лінії — амплітуда гармоніки. Для одержання такого спектра засобами програми EWB 5.0 (див. гл. 1) необхідно скласти ланцюг із джерела (мал. 3.4, в), резистора, заземлення і застосувати команду Analysis>Fourier. Отримане при цьому спектральний розподіл гармонік для розглянутої імпульсної послідовності при Um = 2 В показано на мал. 3.7. Для того щоб у чорно-білому зображенні була видна постійна складова, у меню Graph Properties>Left Axis був обраний білий колір для осі X. З мал. 3.7 видно, що постійна складова дійсно дорівнює Um/2 = 1 В, амплітуда першої гармоніки 2Um/7i = 1,27 В. Помітимо, що для імпульсної послідовності при шпаруватості, не рівної 2, вираження (3.1) трохи ускладнюється [51].
Мал.3.7. Лінійчастий спектр послідовності прямокутних імпульсів типу меандр.
а) б)
Джерела модульованої напруги в програмі EWB представлені компонентами, показаними на мал. 3.8.
Джерело на мал. 3.8, а — ідеальний генератор амплітудно-модульованих коливань (AM), параметри якого задаються в діалоговому вікні (мал. 3.9), у якому позначено: Carrier Amplitude — амплітуда несучої, Carrier Frequency — частота несучої, Modulation Index — коефіцієнт модуляції, Modulation Frequency — частота коливання, що модулює.
Осцилограмма АМ-сигнала при М = 0,5 і значеннях інших параметрів, зазначених у вікні на мал. 3.9, показана на мал. 3.10. Коефіцієнт модуляції визначається як відношення амплітуди що обгинає (на осцилограмі — 0,5 В) до її середнього значення, тобто до амплітуди несучої (1 В). Коефіцієнт модуляції завжди менше або дорівнює одиниці.
Аналітичне вираження для АМ-сигнала записується в наступному виді [51]:
U(t) = Uc[l+ Msin(2пFm)t]sin(2пFс t)
Це вираження після тригонометричних перетворень може бути представлене в більш наочному виді [51]:
U(t) = Uc[cos(2пFc)t + 0,5Mcos2п(Fc + Fm)t + 0,5Mcos2п(Fc - Fm)t]. (3.2)
Перший доданок вираження (3.2) називається несущим коливанням, другий доданок — коливанням з верхньої бічний, третє — коливанням з нижньою бічною частотою.
Параметри джерела частотно-модульованих коливань (ЧМ) на мал. 3.8, б задаються в діалоговому вікні (мал. 3.11), аналогічному по наборі параметрів вікну на мал. 3.9.
Мал.3.9. Вікно установки параметрів джерела АМ-коливань.
Мал.3.10. Осцифалограма АМ-коливань.
Мал.3.11. Вікно установки параметрів джерела ЧM-коливань.
Аналітичне вираження для ЧМ-сигнала має такий вигляд [51]:
U(t)=Ucsin[27п, + M sin(2пFm)t]. Це вираження для зручності інтерпретації перетворюється до виду [51]:
U(t)=UcJo(z)cos(27пFr)t + Uc£ Jn(z) cos27п(Fс + n)t + Uс £cos2п(FС Гм )t,
n-l n-1
J0(z),J (z) — функції Бесселя нульового і л-го порядку від аргументу z = М.
У приведеному вираженні, як і у випадку АМ-сигнала, перший доданок називається несучим коливанням, другий доданок — гармонійними складової верхньої бічної смуги частот, третє — складової нижньої бічної смуги частот. Кількість верхніх і нижніх бічних частот теоретично нескінченно. Практично ж при великих значеннях М складові, починаючи приблизно з n = М+ 1, можна не враховувати.
Осцилограма Чм-коливання, отримана при індексі модуляції М = 5, приведена на мал. 3.12.
Мал.3.12. Осцифалограма ЧМ-коливань.
Керовані джерела програми EWB показані на мал. 3.13. Джерело на мал. 3.13, а являє собою джерело напруги, керований струмом (ИНУТ). У діалоговому вікні цього джерела задається єдиний параметр — коефіцієнт передачі, дорівнює відношенню вихідної напруги до струму керування; параметр має розмірність опору. Для джерела струму, керованого напругою (ИТУН, мал. 3.13, б), цей параметр має розмірність провідності, оскільки коефіцієнт передачі дорівнює відношенню вихідного струму до напруги керування.
Джерела на мал. 3.13, у, м являють собою джерела напруги і струму, керовані відповідно напругою і струмом (ИНУН і ИТУТ). Коефіцієнт передачі цих пристроїв — величина безрозмірна.
а) б) в) г) д)
Мал.3.13. Керуємі джерела напруги і струму.
Мал.3.13. Схеми включення поліномінального джерела.
Вихідний сигнал керованого джерела на мал. 3.13, д визначається поліноміальною функцією. Для більш детального знайомства з таким джерелом розглянемо деякі схеми їхнього включення (мал. 3.14). Перша (верхня) схема виконує підсумовування напруг VI і V3, середня схема — множення однойменних напруг, а нижня підносить до кубічну степеня напруга VI.
Вихідна напруга розглянутого джерела описується поліномом наступного виду:
Y=A+B*V1+C*V2+D*V3+E(V1)2+F*V1*V2+G*V1*V2+H(V2)+I*V1*V2+J(V3)2+K*V1*V2*V3 (3.3)
Коефіцієнти полінома задаються за допомогою вікна(мал.3.15)
Мал.3.15. Значення параметрів поліномінального джерела для піднесення V1 до другого степеня.
Контрольні питання і завдання
1- Мається джерело напруги 10 В с внутрішнім опором 10 МОм і навантаженням, що змінюється в межах від 10 до 100 Ом. Чи можна таке джерело назвати генератором струму?
2- Проведіть розрахунок вираження, що складається, (3.1) при Um = 2 В и порівняйте отримані результати з даними мал. 3.7.
3. Формула (3.3) отримана шляхом зіставлення даних на мал. 3.14 і значень коефіцієнтів полінома в діалоговому вікні джерела для кожної схеми. Проведіть такий порівняльний аналіз самостійно. Яким іншим, більш простим способом можна одержати формулу (3.3)?
3. Керуючись формулою (3.3), досліджуйте можливі варіанти зведення постійної напруги 3 В в кубічний ступінь, у четвертий і п'ятий ступінь на базі одного поліноміального джерела. Складіть схеми пристроїв і перевірте їхню працездатність.
Складіть схему для дослідження спектрального складу AM- і ЧМ-сигналів.
Результати моделювання зіставте з розрахунковими по формулах (3.2) і (3.2а).
6. Як відомо, потужність у ланцюзі постійного струму визначається за формулою: W = VI = V2/R- Для створення моделі найпростішого ватметра, що реалізує цю I формулу, використовуйте поліноміальне джерело, а в якості що показує I приладу — амперметр W, включений послідовно з навантаженням R = 100 Ом. I
Похожие работы
інюю промені) – технічні засоби радіозв'язку, зокрема призначені для віщання радіопрограм. Радіотехніка – область науки, що досліджує генерацію, випромінювання і прийом електромагнітних коливань і хвиль радіочастотного діапазону, а також область техніки, що займається розробкою, виготовленням і застосуванням пристроїв і систем, що генерують, випромінюючих і таких, що приймають електромагнітні ...
... ГРП М1-61ШУ2 Кео.364.006 ДТУ 2 XXXXXXX ПЕ Змін Літ № докум Підпис Дата Канал послідовної передачі даних Перелік елементів Літ Лист Листів Розроб. Xxxxxxx. К 1 1 Перевірив Xxxxxxx ...
... двокаскадні; – однокаскадні. Анотація УДК.631.317.18 Сисюк М.А. Підсилювач вертикального відхилення Українська мова, 23 стор., 10 іл. В даному курсовому проекті розроблений підсилювач вертикального відхилення осцилографа, діапазон напруг якого лежить у межах від 100мВ до 200B, а діапазон частот лежить у межах від 1кГц до 10МГц. Такі потужні підсилювачі використовуються для підсилення ...
... мінімальний завал. Отже розрахуємо конденсатор С1 у відповідності до опору гучності та необхідного завалу: Отже, обирається конденсатор С1 К50-15-32 мкФ. 2.2 Розрахунок підсилювача потужності на ІМС Резистор R2, що формуватиме вхідний опір буде типу С1-4-0,25 Вт-8,2 кОм2%. В типовій схемі включення даної мікросхеми [рисунок 1.2] резистори в зворотньому зв'язку розраховані на коеф ...
0 комментариев