Opis programu do tworzenia, symulacji i analizowania układów
advertisement
Opis programu do tworzenia, symulacji i analizowania układów elektronicznych „ Electronics Workbench 4.0 d ” Wykonawca: Marek Smyczek Bytom 9.08.2001 r. Program Electronics Workbench 4.0 d jest profesjonalnym narzędziem pozwalającym w prosty sposób badać zachowanie się zbudowanego układu elektronicznego. Układy mogą być analogowe lub cyfrowe; do dyspozycji mamy także szereg mierników i wskaźników wizualnych. Nie jest to jedyny dostępny program tego typu. Oprócz niego spotkać można jeszcze inne aplikacje o podobnym przeznaczeniu. Przykładem może być PC SPICE, PCB czy też Digital Works. Swoją łatwością i intuicyjnością obsługi program Electronics Workbench zdaje się jednak przewyższać wspomniane aplikacje, dlatego też warto przyjrzeć mu się z większą uwagą. Aby móc korzystać z programu należy go najpierw zainstalować. Procedura ta dla systemu Windows ma przebieg standardowy. W pierwszej kolejności przechodzimy w używanym eksploratorze dysku do katalogu, gdzie znajduje się wersja instalacyjna programu, odszukujemy plik Setup.exe i uruchamiamy go. W pierwszej kolejności program instalacyjny zapyta się o katalog docelowy, do którego mają zostać przekopiowane pliki programu Workbench (standardowo C:\WEWB4); później – po skopiowaniu plików zostaniemy poproszeni o wpisanie nazwy grupy, z której mają być dostępne skróty w menu Start do programu (standardowo Electronic Workbench 4.0). Po zakończeniu instalacji możemy uruchomić program z menu Start. Program najprościej odinstalować poprzez skrót o nazwie Uninstall znajdujący się w tej samej grupie menu Start co skrót do samego programu. Okno programu składa się zasadniczo z 5 części w skład których wchodzą : 1. Pasek menu, zawierający w pięciu kategoriach tematycznych wszystkie opcje i funkcje programu. 2. Pasek urządzeń. Znajdują się tu wskaźniki wizualne i generator przebiegów. 3. Pasek elementów. Stąd mamy dostęp do konkretnych elementów elektronicznych i elektrycznych ujętych w 10 kategorii. 4. Pole z konkretnymi elementami elektronicznymi, do których mamy dostęp po wybraniu jednej z dziesięciu kategorii na pasku elementów. 5. Pole robocze, zajmujące największą część okna programu. To właśnie tutaj można budować konkretne układy elektroniczne. Główne okno programu „ Electronics Workbench 4.0 d Pasek menu Pasek elementów Pasek urządzeń Pole elementów Główny włącznik Pole robocze Opis paska menu. 1. Polecenie File New – pozwala na stworzenie całkiem nowego szablonu pracy (nowe puste pole robocze). Jeżeli aktualnie pracowaliśmy nad jakimś układem i dotychczas nie był on zachowywany, to pojawi się stosowny komunikat ostrzegający o tym. Jest to pewnego rodzaju zabezpieczenie przed przypadkową utratą dotychczas wykonanej pracy. Open – daje możliwość otwarcia i edycji już istniejącego dokumentu (układu). Po wybraniu tej opcji pojawia się okno pokazane poniżej. Podobnie jak przy poleceniu New jeżeli nie zachowywaliśmy dotychczasowej pracy, to pojawi się odpowiedni komunikat. Okno pojawiające się po wybraniu polecenia open Otwarte menu File Save – wybierając to polecenie aktualizujemy aktualnie otwarty szablon. Za każdym razem, gdy wybieramy tą opcje program wyświetla pytanie czy na pewno chcemy zastąpić stary układ nowszą jego wersją. Save as... – pozwala na zapisanie aktualnie otwartego układu na dysku pod nową nazwą (standardową jest Untitled.ca4). Okno pojawiające się po wybraniu tej opcji jest niemal identyczne jak to, które pojawia się po wybraniu opcji Open. Revert to Saved... – daje możliwość przywrócenia ostatnio zapisanej wersji szablonu. Opcję tę stosujemy wtedy, gdy uznamy, że wprowadzone przez nas zmiany w jakimś otwartym układzie są złe. Jako zabezpieczenie przed przypadkową utratą dotychczasowej pracy program wyświetla przedstawiony obok komunikat informujący, że wszystkie dokonane zmiany będą utracone. Print – po wybraniu tej opcji wyświetlane jest przedstawione obok okno, w którym możemy zdefiniować, które elementy pola roboczego chcemy wydrukować. Print Setup – powoduje wyświetlenie zaawansowanych opcji drukowania. Wyświetlane okno nie jest już oknem programu, lecz oknem systemowym (Windows`owym). Exit – pozwala na opuszczenie programu. Jeżeli nie zachowano ostatnio zmodyfikowanego układu, to wyświetlony zostanie stosowny komunikat. Install... – daje możliwość doinstalowania wybranych komponentów programu i uaktualnień. Wyświetlane wtedy okno przedstawione jest obok. Import from SPICE – pozwala otworzyć szablon z układem wykonanym w konkurencyjnym programie PC SPICE. Export to SPICE – powoduje zapisanie aktualnie otwartego dokumentu w formacie obsługiwanym przez program PC SPICE. Export to PCB - powoduje zapisanie aktualnie otwartego dokumentu w formacie obsługiwanym przez program PCB. 2. Polecenie Edit Cut – wycina zaznaczony fragment układu. Copy – kopiuje zaznaczony fragment układu. Paste – wkleja zaznaczony fragment układu. Delete – usuwa zaznaczony fragment układu. Select All – powoduje zaznaczenie całego układu. Copybits – daje możliwość skopiowania zaznaczonego fragmentu układu i wklejenia go do innego dokumentu w postaci rysunku. Show Clipboard – pokazuje zawartość schowka. 3. Polecenie Circuit Activate – powoduje iż w utworzonym obwodzie zaczyna płynąć wyimaginowany prąd. Stop – polecenie odwrotne do Activate. Pause – oznacza chwilowe wstrzymanie przepływu prądu. Label – przypisuje zaznaczonemu elementowi dowolnie zdefiniowaną etykietę. Przykład wyświetlanego okna po dwukrotnym kliknięciuk na przykład na węźle obwodu znajduje się obok. Value – pozwala zmienić wartość i (lub) parametry wybranego elementu. Przykładowe okno dla rezystora jest podobne do innych tego typu na przykład dla kondensatora czy źródła napięcia stałego. Model – daje możliwość zmiany jakiegoś elementu na inny tego samego typu (na przykład tranzystor 2N2218 na 2N2222A). Dokładniejsze informacje o dostępnych w programie modelach elementów znajdują się w części poświęconej bibliotekom elementów. Zoom – po zaznaczeniu wskaźnika wizualnego i wybraniu tej opcji otwiera okno tegoż wskaźnika (na przykład po zaznaczeniu oscyloskopu – okno przebiegów w tym oscyloskopie). Rotate – pozwala obrócić element o kąt prosty. Fault... – opcje dotyczące symulacji uszkodzenia się elementu. Subcircuit... – zastępuje wybraną część obwodu „czarną skrzynką” z wyprowadzeniami wewnętrznego obwodu. Ukryty w „czarnej skrzynce” obwód można bezproblemowo modyfikować. Wystarczy dwukrotnie kliknąć na wybranej „czarnej skrzynce”. Wire Color... – pozwala zmienić kolor przewodu ( również po dwukrotnym jego kliknięciu ). Opcja jest bardzo przydatna na przykład podczas analizowania jednocześnie dwóch podobnych przebiegów w oscyloskopie ( równolegle z kolorami przewodów zmieniają się kolory przebiegów ). Okno pojawiające po wybraniu tej opcji znajduje się obok. Preferences... – wyświetla opcje wyświetlania. Pokazane obok menu umożliwia włączyć kolejno : wyświetlanie linii siatki, przeciąganie do nich, pokazywanie etykiet, modelu i wartości danego elementu. Analysis Options – opcje analizera. W przedstawionym z prawej strony oknie możliwe jest ustawienie : typu analizy, założenia o liniowości analizowanych przebiegów, sposobu wyświetlania przebiegów przez oscyloskop, tolerancji analizera, wielkości tymczasowego pliku zawierającego obliczenia własne programu. 4. Polecenie Window Arrange – powoduje przesunięcie wszystkich okien programu do standardowych położeń. Circuit – przekłada pole robocze na pierwszy plan Description – umożliwia opisanie układu w specjalnym polu edycyjnym. Dalsze polecenia powodują uaktywnienie wybranej grupy elementów z lewej strony okna programu (można to zrobić również korzystając z paska elementów ). Custom – w tej grupie znajdują się często używane i zdefiniowane przez użytkownika elementy. Standardowo okno to nie zawiera żadnych elementów. Aby jakiś dodać, na przykład rezystor, należy najpierw przejść do grupy elementów Passive, odszukać rezystor, przeciągnąć go na pole robocze, później uaktywnić grupę Custom i przeciągnąć rezystor z pola roboczego do tej grupy. Poniżej znajdują się szczegółowe opisy dostępnych w programie elementów. W nawiasach za nazwą elementu wypisano te pojęcia wartości, które można zmieniać. Dokonać tego można klikając podwójnie na wybrany element i konfigurując znajdującą się tam wartość domyślną. Passive – elementy bierne. Wśród nich znaleźć można: Węzeł, do którego można przyłączyć maksymalnie 4 gałęzie. Dg . Uziemienie. Źródło napięcia stałego (wartość napięcia). Źródło prądu stałego (wartość prądu źródłowego). Źródło napięcia sinusoidalnego (napięcie skuteczne, częstotliwość, faza przebiegu). . Źródło prądu przemiennego sinusoidalnego (wartość skuteczna prądu, częstotliwość przebiegu, faza). . . Rezystor ( wartość rezystancji). Kondensator (pojemność). Cewka (induktywność). Transformator (m.in. przekładnia, rezystancja uzwojenia pierwotnego i wtórnego Bezpiecznik (maksymalna wartość płynącego prądu bez przepalenia). Źródło napięcia stałego 5V. Rezystor podciągający napięcie do wartości napięcia zasilania (rezystancja, podciągnięte napięcie). Potencjometr (klawisz skrótu, którego przyciśnięcie powoduje zmniejszanie się rezystancji, zaś przyciśnięcie tego samego klawisza łącznie z SHIFT`em powoduje zwiększanie się rezystancji; wartość rezystancji; domyślna wartość rezystancji standardowo ustawiona na potencjometrze; procent całkowitej rezystancji, o którą zmieniać się będzie aktualnie ustawiona wartość przy manipulowaniu klawiszem skrótu do potencjometra). Kondensator o nastawnej pojemności (z wyjątkiem ustawianej wartości całkowitej pojemności wszystkie inne wartości są tego samego typu jak w potencjometrze). Cewka o nastawnej indukcyjności ( z wyjątkiem indukcyjności wszystkie inne wartości są tego samego typu jak w potencjometrze ). Kondensator elektrolityczny (wartość pojemności). Zegar do układów synchronicznych (częstotliwość, współczynnik wypełnienia, napięcie). Matryca rezystorowa (wartość rezystancji). Active – elementy aktywne. Wszystkie elementy z tej grupy posiadają zaawansowane parametry, które można zmieniać. Okno właściwości otwiera podwójne kliknięcie na danym elemencie. Dioda Dioda Zenera Tranzystor bipolarny typu NPN. Tranzystor bipolarny typu PNP. Dioda elektroluminescencyjna; gdy jest spolaryzowana w kierunku przewodzenia świeci określonym w opcjach kolorem. Wzmacniacz operacyjny Wzmacniacz operacyjny serii 741 Tyrystor Diak Triak Motek prostowniczy. Układ realizujący równanie Vwyj = k * Vx * Vy, gdzie k – stała układu którą można zmieniać. Field Effect Transistors – elementy FET. Tranzystor unipolarny złączowy JFET typu N Tranzystor unipolarny złączowy JFET typu P Tranzystor unipolarny MOSFET (B-S) z kanałem zubożanym typu N Tranzystor unipolarny MOSFET (B-S) z kanałem zubożanym typu P Tranzystor unipolarny MOSFET z kanałem zubożanym typu N Tranzystor unipolarny MOSFET z kanałem zubożanym typu P Tranzystor unipolarny MOSFET (B-S) z kanałem wzbogacanym typu N Tranzystor unipolarny MOSFET (B-S) z kanałem wzbogacanym typu P Tranzystor unipolarny MOSFET z kanałem wzbogacanym typu N Tranzystor unipolarny MOSFET z kanałem wzbogacanym typu P Control – w tej kategorii znajdują się różnego rodzaju przełączniki i przekaźniki. Przełącznik przełączany spacją. Przełącznik przełączany automatycznie po upływie ustalonego w opcjach czasu. Przełącznik przełączany napięciem (ustawić można wartość napięcia załączania i wyłączania). Przełącznik przełączany prądem (ustawić można wartość prądu załączania i wyłączania). Przekaźnik sterowany prądowo (zmienić można indukcyjność cewki, prąd załączający i podtrzymujący kotwicę). Źródło napięciowe sterowane napięciem. Źródło prądowe sterowane prądowo. Źródło prądowe sterowane napięciowo. Źródło napięciowe sterowane prądowo. Hybrid – elementy analogowo – cyfrowe. Przetwornik analogowo – cyfrowy. Zamienia doprowadzony sygnał analogowy na 8 – bitowe słowo cyfrowe. Przetwornik cyfrowo – analogowy. Zmienia doprowadzone 8 – bitowe słowo na proporcjonalną wartość prądu. . Przetwornik cyfrowo – analogowy. Zmienia doprowadzone 8 – bitowe słowo na proporcjonalną wartość napięcia. Monostabilny multiwibrator. 555 Timer; używany często jako astabilny multiwibrator. Indicators – różnego rodzaju wskaźniki i mierniki; przydatne przy analizowaniu układów. Woltomierz z możliwością regulacji rezystancji wewnętrznej i trybu pracy (napięcie stałe lub zmienne). Amperomierz z możliwością regulacji rezystancji wewnętrznej i trybu pracy (prąd stały lub zmienny). Żarówka o regulowanej mocy i napięciu. Jeżeli przekroczymy ustalone parametry pracy, to żarówka ulegnie przepaleniu. Jedno końcówkowa dioda, która świeci się gdy doprowadzony zostanie potencjał. Wyświetlacz cyfrowy. Każde wyprowadzenie odpowiada jednemu segmentowi wyświetlacza. Wyświetlacz cyfrowy. Do czterech wejść doprowadza się 4 – bitowe słowo binarne a wyświetlacz pokazuje jego hexadecymalną wartość. Układ umożliwia zapisanie do określonego pliku tekstowego przebiegu zmienności napięcia w funkcji czasu. Możliwe jest zarejestrowanie aż ośmiu linii sygnałowych. Urządzenie to umożliwia wykorzystanie głośniczka znajdującego się w komputerze. Jeżeli do jego zacisków przyłożymy napięcie to usłyszymy dźwięk z komputera. Gates – elementy cyfrowe – bramki logiczne. AND OR NOT NAND NOR Ex-OR Ex-NOR Bramka buforująca. Pełni ona rolę zaworu sterowanego stanem podawanym na boczne wejście. Jeżeli na boczne wejście podamy stan wysoki, to na wyjściu pojawi się stan wejściowy. Jeżeli natomiast na boczne wejście podamy stan niski, to na wyjściu pojawi się wysoka impedancja (stan niski) bez względu na stan znajdujący się na wejściu. Tablica prawdy tej bramki przedstawia się następująco: Wejście U ster. Wyjście 1 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 0 Wzmacniacz sygnału wejściowego. Pozwala na przyłączenie do wyjścia większej liczby odbiorników. Combinational – układy kombinacyjne. Układ sumatora liczb binarnych posiadający możliwość realizacji przeniesienia. Tablica prawdy przedstawia się następująco: A B Σ Co 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 Układ sumatora liczb binarnych posiadający możliwość realizacji przeniesienia i uwzględniający przeniesienie z poprzedniego segmentu. Tablica prawdy przedstawia się następująco: Σ Ci A B Co 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 Multiplekser 1 – z – 8 Demultiplekser 8 – do – 1 Dekoder pozwalający zamieniać 4 – bitowe słowa binarne BCD na impulsy sterujące siedmiosegmentowym wyświetlaczem cyfr. Dekoder 3 – do – 8 Enkoder 8 – do – 3 Sequential – układy sekwencyjne. Przerzutnik RS Przerzutnik JK z wejściami asynchronicznymi wysokiego poziomu Przerzutnik JK z wejściami asynchronicznymi niskiego poziomu Przerzutnik D Przerzutnik D z wejściami asynchronicznymi niskiego poziomu Czterobitowy licznik słów binarnych Uniwersalny 4 – bitowy rejestr przesuwny Integrated Circuits – układy zintegrowane. Ta kategoria zawiera układy serii: 74XX, 741XX, 742XX, 743XX, 744XX, 4XXX. Po wybraniu odpowiedniego układu należy wybrać jeszcze konkretny model. Przykład takiego blokowego układu przedstawia rysunek obok. 5. Polecenie Help Help – pomoc tematyczna. Dostępna w programie pomoc jest w języku angielskim. Help Index... – alfabetyczny spis haseł. About Electronics Workbench – informacje o programie. W prawie wszystkich podoknach menu obok konkretnej funkcji programu znajdują się skróty klawiaturowe, które umożliwiają korzystanie z tych opcji bez konieczności każdorazowego sięgania do danego menu. Opis narzędzi dostępnych z paska urządzeń Wygląd paska urządzeń 1. Multimeter Za pomącą multimetru można mierzyć wartości prądu i napięcia stałego jak i zmiennego, opór elektryczny oraz decybele. Pod przyciskiem SETTINGS kryją się zaawansowane właściwości tego urządzenia. Po dwukrotnym kliknięciu symbolu miernika pojawi się okno widoczne z prawej strony. Własności tego urządzenia można dodatkowo zmieniać w kolejnym oknie, które kryje, jak już wspomniano, się pod przyciskiem SETTINGS. Ustawić tu można: rezystancję amperomierza, rezystancję woltomierza, prąd omomierza i standard decybeli. Jak instruuje pomoc programu, nie należy ustawiać zbyt dużej rezystancji woltomierza w obwodach o małej rezystancji i bardzo małej rezystancji amperomierza w obwodach o dużej rezystancji gdyż może to spowodować pojawienie się komunikatu o błędzie. W oknie jednostek rezystancji prądu i napięcia dostrzec można literę ą zamiast Ω Błąd ten występuje we wszystkich oknach dialogowych, w których ustawia się wartość rezystancji. Na schemacie na szczęście widnieje jednak prawidłowy już symbol jednostki Ω 2. Function Generator Po dwukrotnym kliknięciu symbolu generatora pojawi się okno widoczne z prawej strony. Urządzenie to potrafi generować trzy rodzaje przebiegów: sinusoidalne, piłokształtne i prostokątne. Dodatkowo można ustawić: Frequency – częstotliwość Duty cycle – współczynnik wypełnienia Amplitude – amplituda przebiegu Offset - przesunięcie fazowe Generator umożliwia zasilanie symetryczne. 3. Oscilloscope Do oscyloskopu można podłączyć jednocześnie dwa tory sygnałów. Do parametrów, które można regulować należą : Time base – podstawa czasu, którą można regulować w zakresie : 0,10 ns/podziałkę – 1 s/podziałkę. X Pos – parametr umożliwia przesunięcie całego przebiegu w poziomie. Y/T, B/A, A/B – Przełączniki umożliwiają wybranie trybu wyświetlania przebiegów. Pierwszy z nich Y/T określa, że na osi X mamy czas a na B – Wartość przebiegu w woltach na podziałkę. Drugi – B/A umożliwia porównanie przebiegu B względem A. Oś X reprezentuje A (w woltach na podziałkę) a oś Y reprezentuje B (w takich samych jednostkach). Trzeci – A/B odpowiada dokładnie drugiemu przełącznikowi z tym że to przebieg A jest porównywany względem B. CHANNEL A – określa liczbę woltów sygnału podawanego na kanał A przypadającą na podziałkę. Y POS – parametr umożliwia dodanie do sygnału podawanego na kanał A składowej stałej (dodatniej lub ujemnej). Parametr CHANNEL B ma takie samo znaczenie jak CHANNEL A, tyle że w odniesieniu do drugiego toru sygnału wejściowego. W polach określających parametry sygnałów wejściowych znajdują się ponadto trzy przyciski – przełączniki, których znaczenie jest następujące: AC – pokazuje tylko składową zmienną przebiegu wejściowego 0 – pokazuje tylko składową stałą dołączoną do przebiegu parametrem Y POS DC – pokazuje cały przebieg wejściowy (składowa stała i zmienna). Okno pojawiające się po dwukrotnym kliknięciu ikony oscyloskopu i zawierające omówione wyżej parametry przedstawia się następująco: Po kliknięciu na przycisku ZOOM pojawi się inne okno zawierające dokładne informacje o przebiegu: Suwak 1 Pole informacyjne 1 Suwak 2 Pole informacyjne 2 Pole informacyjne 3 W drugim oknie mamy możliwość dokładnego zbadania zmienności przebiegu za pomocą trzech pól informacyjnych znajdujących się bezpośrednio pod oknem przebiegu. Pierwsze pole zawiera następujące informacje: T1 – wartość ta określa dokładny czas, który odpowiada punktowi wyznaczonemu przez miejsce przecięcia się osi czasu z suwakiem pionowym 1 (punkt wyjściowy, od którego rozpoczyna się odmierzanie czasu to chwila włączenia układu). VA1 – jest to wartość napięcia, która odpowiada punktowi przecięcia się suwaka 1 z pierwszym przebiegiem. VA2 – jest to wartość napięcia, która odpowiada punktowi przecięcia się suwaka 1 z drugim przebiegiem (jeżeli taki w ogóle występuje). Drugie pole informacyjne spełnia takie samo zadanie jak pole pierwsze, tyle że w odniesieniu do suwaka 2. Trzecie pole zawiera następujące dane: T1 – T2 – różnica pomiędzy czasami T1 a T2 VA2 – VA1 – różnica napięć VA2 a VA1 VB2 – VB1 – różnica napięć VB2 a VB1 Znajdujący się pod oknem przebiegów poziomy pasek przewijania umożliwia przeanalizowanie tych części przebiegu, które nie zmieściły się w oknie. Przycisk REDUCE umożliwia powrót do poprzedniego okna oscyloskopu, zaś przycisk SAVE – zapisanie przebiegu do pliku (zapis ten ma postać wartości czasów i odpowiadającym im wartości napięć na wejściach oscyloskopu; ponadto zawiera informacje o podstawie czasu, opóźnieniu czasowym początku przebiegu względem czasu załączenia układu, liczbie woltów przypadających na podziałkę dla kanału A i B, wartości dodanej składowej stałej do obu kanałów oraz informację o tym, które kanały wejściowe są zasilone). Przykład takiego pliku z dwoma wpisami otrzymanych wartości znajduje się poniżej (plik należy przeglądać w edytorze tekstu na przykład w notatniku): Oscilloscope data for OE.CA4 Time base: 0.0002 seconds per division Time offset: 0 seconds Channel A sensitivity: 0.1 volts per division Channel A offset: 0 volts Channel B sensitivity: 0.0005 volts per division Channel B offset: 0 volts Channel A connected: yes Channel B connected: yes Column 1 time (seconds) Column 2 channel A voltage Column 3 channel B voltage Time Channel A Channel B ------------------------------------------0.000000000000e+00 8.2224e-03 2.0449e+00 1.000000000000e-05 -4.8256e-03 1.0225e+00 4. Bode Ploter(Wobuloskop) Ważną rzeczą jest odpowiednie podłączenie urządzenia do układu. Otóż zaciski oznaczone jako IN należy przyłączyć do wejścia układu, zaś te oznaczone jako OUT – do wyjścia. Po dwukrotnym kliknięciu na ikonie elementu ukaże się następujące okno: Dostępny w programie wobuloskop umożliwia badanie wzmocnienia napięciowego i przesunięcia fazowego (przebiegu wyjściowego w stosunku do wejściowego) w zależności od częstotliwości. Aby móc badać wzmocnienie należy kliknąć na przycisku MAGNITUDE, aby badać przesunięcie fazowe – PHAZE. W obu przypadkach mamy możliwość konfigurowania osi pionowej (VERTICAL) oraz poziomej (HORIZONTAL). Jeżeli aktualnie badamy wzmocnienie, to na osi pionowej ustawiamy maksymalną F i minimalną I wartość wzmocnienia jaką chcemy obserwować. Jeżeli zaś badamy przesunięcie fazowe, to na osi pionowej ustawiamy maksymalną F i minimalną I wartość przesunięcia w stopniach jaką chcemy obserwować. W obu przypadkach na osi poziomej ustawiamy krańcowe częstotliwości pracy wobuloskopu (maksymalną F i minimalną I). W obu przypadkach mamy też możliwość wybrania odpowiedniej skali (logarytmicznej lub liniowej). Wobuloskop ten zawiera przydatny pionowy suwak, którego współrzędne punktu przecięcia się z wykresem są wyświetlane w oknie położonym w prawym dolnym rogu urządzenia. Dwa przyciski ze strzałkami pozwalają na dokładne ustawienie położenia suwaka. Podobnie jak w przypadku oscyloskopu otrzymane wyniki można zapisać do pliku tekstowego za pomocą przycisku SAVE. 5. Word Generator Urządzenie to jest generatorem słów binarnych definiowanych przez użytkownika. Możliwe jest zdefiniowanie szesnastu słów, które będą się pojawiać na wyjściach generatora w kolejności od zera do piętnastu. Edycji słów dokonuje się w oknie znajdującym się po lewej stronie tak jak w zwykłym edytorze tekstu. Dla ułatwienia w dolnej części okna znajduje się aktualny stan wyjść oraz szesnastkowa liczba będąca odpowiednikiem tego słowa binarnego. Po podwójnym kilikniciu na ikonie generatora pojawi się okno zamieszczone obok. Urządzenie to posiada wiele dodatkowych opcji, których znaczenie jest nast.ępujące: CLEAR – resetuje wszystkie wpisane słowa do wartości 0. LOAD – opcja pozwala na załadowanie tablicy słów zapisanych wcześniej. SAVE – pozwala na zapisanie aktualnej tablicy słów. STEP – każde naciśnięcie tego przycisku powoduje podanie na wyjście kolejnego jednego słowa binarnego. BURST – naciśnięcie tego przycisku powoduje wykonanie jednego cyklu podawania na wyjście wszystkich zdefiniowanych słów po kolei począwszy od aktualnego podświetlenia. CYCLE – naciśnięcie tego przycisku spowoduje, że generator będzie ciągle podawał na wyjście zdefiniowane słowa po kolei. FREQUENCY – parametr daje możliwość zdefiniowania częstotliwości zmian słów binarnych na wyjściu. CLK – zegar taktujący wykorzystywany przy układach sekwencyjnych. 6. Logic Analyzer Urządzenie służy do analizowania przebiegów cyfrowych (maksymalnie 8– bitowych słów). Wygląd okna po podwójnym kliknięciu na ikonie urządzenia przedstawia rysunek poniżej: Dla ułatwienia w dolnej części okna znajduje się aktualny stan wejść oraz szesnastkowa liczba będąca odpowiednikiem tego słowa binarnego. CLEAR – przycisk służy do czyszczenia aktualnie znajdujących się w oknie przebiegów (reset okna). TIME BASE – parametr ten to podstawa czasu. 7. Logic Converter(Analizator cyfrowy) Urządzenie służy do tworzenia kilku transformacji funkcji układu. Można go użyć do konwersji: • Układu na tablicę prawdy lub diagram układu. • Tablicy prawdy na wyrażenie w algebrze Boolea • Wyrażenia w algebrze Boolea na układ lub tablicę prawdy. Oznaczenia zacisków wejściowych b d Oznaczenie zacisku jś i Numer u Tablica prawdy – t jś i Przycis ki Pole edycyjne Tablica prawdy – stany wyjściowe Wygląd okna po podwójnym kliknięciu ikony urządzenia 1) Konwersja układu na tablicę prawdy ♦ Przeciągamy ikonę urządzenia na pole robocze. ♦ Przyłączamy wejścia układu cyfrowego (którego tablicę prawdy chcemy znać) do odpowiednich wejść urządzenia (tych oznaczonych od A do H). ♦ Przyłączamy wyjście układu cyfrowego do wejścia analizatora oznaczonego OUT. ♦ Klikamy podwójnie ikonę analizatora ♦ Klikamy pojedynczo te oznaczenia zacisków wejściowych badanego układu cyfrowego, do których zostały dołączone przewody ♦ Wciskamy przycisk ♦ Zamykamy okno analizatora ♦ Włączamy układ ♦ Otwieramy okno urządzenia ♦ Otrzymujemy w ten sposób kompletną tablicę prawdy badanego układu. 2) Konwersja tablicy prawdy na niezminimalizowane wyrażenie w algebrze Boolea. ♦ Postępujemy podobnie jak w poprzednim przypadku, tyle że wciskamy przycisk: ♦ W linii znajdującej się na samym dole okna otrzymujemy kompletne wyrażenie opisujące nasz układ. Apostrof za literą oznacza negację. 3) Konwersja tablicy prawdy na zminimalizowane wyrażenie w algebrze Boolea. ♦ Postępujemy dokładnie jak w poprzednim przypadku, tyle że wciskamy przycisk: ♦ W linii znajdującej się na samym dole okna otrzymujemy wyrażenie zminimalizowane opisujące nasz układ. Apostrof za literą oznacza negację. 4) Konwersja wyrażenia w algebrze Boolea na tablicę prawdy. ♦ W pole znajdujące się na samym dole okna wpisujemy wzór funkcji (o zmiennych od A do H na przykład: AB'C+ABC'+ABC [negacją jest symbol na klawiszu z cudzysłowem]) ♦ Następnie wciskamy przycisk : ♦ W polu wyżej otrzymujemy kompletną tablicę prawdy dla podanego wzoru funkcji. Możemy teraz wcisnąć przycisk co spowoduje dodatkowo zminimalizowanie wpisanego wzoru funkcji (w naszym przypadku otrzymamy wyrażenie AB+AC). 5) Realizacja układu logicznego na podstawie wyrażenia zapisanego w algebrze Boolea ♦ W pole edycyjne wpisujemy dowolną funkcję logiczną. ♦ Następnie wciskamy przycisk : ♦ W centralnej części pola roboczego mamy gotowy układ, który dla ułatwienia pracy już jest zaznaczony także można go swobodnie kopiować czy wycinać i wklejać do innych układów. 6) Realizacja układu logicznego za pomocą jedynie bramek NAND i NOT na podstawie wyrażenia zapisanego w algebrze Boolea ♦ W pole edycyjne wpisujemy dowolną funkcję logiczną. ♦ Następnie wciskamy przycisk : ♦ W centralnej części pola roboczego mamy gotowy układ, który podobnie jak w poprzednim przypadku już jest zaznaczony także można go swobodnie kopiować czy wycinać i wklejać do innych układów. Podczas pracy z programem Electronics Workbench nieustannie zachodzi konieczność edycji parametrów różnych elementów elektronicznych i elektrycznych. Najprościej jest to zrobić poprzez dwukrotne kliknięcie na edytowanym przez nas elemencie. Zawsze pojawi się wtedy okno, w którym będziemy mieli możliwość dostosowania danego podzespołu no naszych potrzeb poprzez dokonanie zmian standardowych parametrów na nasze własne. Część elementów posiada tylko kilka podstawowych dających się konfigurować opcji jak na przykład przedstawione poniżej źródło napięcia przemiennego. Jak widać zmienić możemy tutaj tylko napięcie skuteczne, częstotliwość przebiegu oraz jego fazę. Poza tymi trzema parametrami nasze źródło napięcia zachowuje się idealnie. Wiele jest jednak takich elementów, które posiadają o wiele bardziej zaawansowaną konfigurację. Do grupy tej należą elementy półprzewodnikowe (z wyłączeniem niektórych bramek logicznych) oraz transformator. Po dwukrotnym kliknięciu na ikonie któregokolwiek z tych elementów pojawi się okno podobne do tego poniżej. Mamy do dyspozycji gotowe biblioteki elementów – Library, w których znaleźć można konkretne modele elementów – Model. Możliwe jest stworzenie własnej biblioteki za pomocą przycisku New Library, bądź też edycja modelu już istniejącego poprzez przycisk Edit. Okno, które się wtedy pojawi przedstawia rysunek poniżej. Na przykładzie prostego sumatora cyfrowego widać, że możemy zmienić próg napięcia wysokiego i niskiego, czas propagacji przy zmianie sygnału z niskiego na wysoki oraz na odwrót, próg napięcia. Inne elementy elektroniczne na przykład tranzystory posiadają jeszcze większą możliwość konfiguracji. Znaczenie innych przycisków jest następujące: Copy – pozwala na skopiowanie elementu, Paste – wklejenie podzespołu na przykład do innej biblioteki, Delete – kasowanie modelu, Rename – zmiana nazwy, Accept – przyciskiem tym opuszczamy okno edycyjne z zachowaniem dokonanych zmian, Cancel – wyjście bez wprowadzania zmian. Z nieznanych powodów niemożliwe jest użycie tych bibliotek, które w nazwie zawierają litery x (na przykład nie można wykorzystać diod z biblioteki oznaczonej jako 1n3xxx). Po zbudowaniu każdego układu konieczne jest jego uruchomienie. Służy do tego celu przycisk znajdujący się w prawym górnym rogu okna programu. Bezpośrednio po włączeniu, jeżeli układ został zbudowany poprawnie obok przycisku pojawi się liczba oznaczająca czas, jaki pozornie upłynął dla układu od chwili jego zasilenia. Jeżeli w dowolnej chwili podczas działania układu przyciśniemy ten przycisk jeszcze raz, to zamiast czasu laki upłynął zobaczymy napis Stopped. Jeżeli zaś po upływie pewnego czasu od włączenia układu nastąpi samoczynne jego wyłączenie połączone z wyświetleniem komunikatu Steady State, to oznacza to, że nastąpiło ustalenie się wszystkich napięć i prądów w obwodzie, co można zresztą zaobserwować na dołączonych miernikach lub oscyloskopie. Może się zdarzyć, że będziemy próbowali uruchomić niepoprawnie zbudowany układ (na przykład w układzie zawierającym transformator oba uzwojenia nie będą uziemione) lub próbując uruchomić dobry układ nie skonfigurujemy odpowiednio opcji programu (na przykład ustawimy zbyt małą tolerancję). Prawdopodobnie program wyświetli wtedy komunikat, który przedstawiono obok. Wnioski i spostrzeżenia 1. Podczas pierwszego zapisywania układu i nadawania mu nazwy najlepiej nie korzystać z polskich liter „ z ogonkami ” . Postępowanie takie może się bowiem skończyć niemożnością otworzenia tak nazwanego układu w przyszłości. Program wyświetli wtedy komunikat przedstawiony obok o braku dostępu do pliku. Na szczęście istnieje prosty sposób na wybrnięcie z takiej sytuacji. Wystarczy na przykład w Exploratorze Windows przejść do katalogu, w którym znajduje się nasz zapisany układ i zmienić jego nazwę tak, aby nie zawierała „ ogonków ”. 2. Podczas zapisywania układów należy nadawać im rozszerzenia .ca4. Próba nadania im innego rozszerzenia na pewno się nie powiedzie. Program automatycznie zmieni proponowane przez nas rozszerzenie na domyślne wyświetlając przy tym komunikat The file extension is invalid. It has been changed to: Nazwa_pliku.ca4. 3. Nie uruchomimy układu, w którym jest chociażby jeden kondensator, którego okładziny nie są dołączone do reszty układu. Program wyświetli wtedy komunikat A capacitor is open–circuited. 4.Zdarza się, że w układzie złożonym z kondensatorów i źródeł napięcia stałego po włączeniu zasilania napięcia jakie się ustalą na kondensatorach są błędne. 5. Jeżeli zdarzy nam się czegoś nie wiedzieć, to tak jak w wielu aplikacjach pod Windows’a mamy możliwość skorzystania z pomocy kontekstowej po naciśnięciu klawisza F1. 6. Program nie toleruje długich nazw układów (właściwa nazwa musi składać się z ośmiu liter i standardowego rozszerzenia .ca4). Przykłady układów wykonanych w programie Electronics Workbench. Opis, ze względu na swoją prostotę, przeznaczony jest raczej dla osób które po raz pierwszy stykają się z programem. Jednak niewykluczone, że inni też znajdą w nim coś dla siebie. Poniżej pokazany zostanie praktyczny sposób wykonywania i zbadania konkretnych układów elektronicznych. W przykładach znajdą się następujące dwa układy analogowe i dwa cyfrowe: 1. Wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym w układzie OE. 2. Wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym w układzie OB (dla porównania z poprzednim układem) 3. Wyświetlacz cyfrowy. 4. Licznik 0 – 15 zbudowany na przerzutnikach typu D. Wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym w układzie OE Po uruchomieniu programu (na przykład z menu Start) mamy przed sobą puste pole robocze gotowe do pracy. Dobrym nawykiem jest jego zachowanie jeszcze przed jej rozpoczęciem i systematyczne powtarzanie tej czynności po to, aby nie utracić dotychczas wykonanej pracy (na przykład wskutek zawieszenia się systemu). Przystępując już do właściwej pracy najpierw odszukujemy w poszczególnych kategoriach elementów potrzebne nam podzespoły i przenosimy je pojedynczo na pole robocze (metodą przeciągnij i upuść). Następnie odpowiednio je łączymy chwytając myszką końcówkę jednego elementu i przeciągając ją do końcówki drugiego elementu (podczas chwytania i puszczania przycisku myszki powinny się pojawić niewielkie czarne kropki na końcówkach elementów). Wedle uznania można przesuwać podzespoły po polu roboczym i obracać je korzystając z polecenia Rotate z menu Circuit lub skrótu klawiaturowego Ctrl–R (po uprzednim zaznaczeniu jednego lub kilku elementów). Jeżeli układ nie mieści się na polu roboczym widocznym na ekranie, to można wykorzystać paski przewijania. Mając złożony układ można przystąpić do edycji elementów. Jak już wcześniej wspomniano dokonuje się tego poprzez dwukrotne kliknięcie na wybranym elemencie i dokonanie odpowiednich zmian w otwartym w ten sposób oknie. Ostatecznym potwierdzeniem dokonanych zmian jest kliknięcie na przycisku Accept. Kolejną czynnością jest zasilenie układu. Źródła zasilania znajdują się w grupie Passive. W naszym przypadku wybieramy źródło napięcia stałego, zaś do wejścia układu podłączamy źródło napięcia sinusoidalnego. Dla opisywanego tu układu wzmacniacza dane na temat wartości elementów można uzyskać z literatury. Aby mieć możliwość przeanalizowania napięć wejściowego i wyjściowego wykorzystamy oscyloskop. W tym celu przeciągamy jego ikonę z paska urządzeń na pole robocze, po czym przeciągamy przewód z pierwszego kanału urządzenia do przewodu wychodzącego ze źródła napięcia sinusoidalnego. W chwili gdy czubek kursora dotknie przewodu pojawi się w tym miejscu niewielki okrąg – jest to znak, że po zwolnieniu przycisku myszki powstanie w tym miejscu trwałe połączenie przewodów. Analogicznie postępujemy z drugim wyjściem kanału oscyloskopu, tyle że podłączamy go do wyjścia wzmacniacza. Nie wolno zapomnieć o uziemieniu całego układu i oscyloskopu. W celu późniejszego rozróżnienia przebiegów w oknie oscyloskopu można zmienić ich standardowe – czarne kolory na inne. Dokonuje się tego poprzez dwukrotne kliknięcie na przewodach dołączonych do obu kanałów oscyloskopu i wybranie w oknie, które się wtedy pojawi wybranej barwy. Podczas składania obwodów istnieje wygodna możliwość włączania nowych elementów do istniejącego już układu. Wystarczy przeciągnąć wybrany element na przewód, w którego szereg chcemy włączyć ów element. Jedynym warunkiem jest aby kierunek elementu pokrywał się z kierunkiem gałęzi, w którą włączamy podzespół. Końcowy układ, po dołączeniu dodatkowych woltomierzy na wejście i wyjście powinien przedstawiać się następująco: Dysponując gotowym układem można przystąpić do jego uruchomienia za pomocą oczywiście przycisku znajdującego się ponad prawym górnym rogiem pola roboczego. Widzimy, że napięcie wyjściowe jest większe od napięcia wejściowego – jest to pierwsze ważne spostrzeżenie, które mówi nam, że układ wzmacniacza działa poprawnie. Możliwe jest teraz przeanalizowanie przebiegów napięcia za pomocą oscyloskopu. W tym celu klikamy jego ikonę dwukrotnie. Powinno mam się pojawić następujące okno: Widać w nim co prawda oba przebiegi, lecz nie o takie wykresy nam chodzi. Aby wszystko było lepiej widoczne należy „rozciągnąć nieco przebiegi w pionie”. Zmniejszamy zatem liczbę woltów przypadających na podziałkę zarówno dla pierwszego jak i drugiego kanału do tego stopnia, aby przebiegi „bardziej wypełniały” okno (nie do tego stopnia jednak, aby nastąpiło obcięcie wierzchołków sinusoid). Gdybyśmy analizowali sygnały o dużo większej lub mniejszej częstotliwości, musielibyśmy również zmienić podstawę czasu. Po małej korekcji ustawień domyślnych oscyloskopu powinniśmy otrzymać następujący efekt: Teraz o wiele dokładniej widać oba przebiegi niż poprzednio. Można stwierdzić na przykład, że dla podanego sygnału wejściowego (o takich parametrach a nie innych) napięcie wyjściowe jest nie zniekształcone, lub że z obranej liczby woltów przypadających na podziałkę wynika, że przebieg wyjściowy – czerwony w rzeczywistości powinien być 100 razy większy tego widocznego w oknie oscyloskopu (aby proporcje między napięciem wejściowym a wyjściowym były zachowane). Mając tyle wykonanej pracy za sobą można się teraz pokusić o dokładniejsze zbadanie wzmacniacza – wyznaczenie kilku podstawowych charakterystyk i parametrów określających dokładnie pracę tego układu. 1. Charakterystyka przejściowa. Charakterystykę przejściową wzmacniacza wyznacza się metodą statyczną. Metoda ta polega na podawaniu na wejście badanego układu napięcia sinusoidalnego o stałej częstotliwości i odczytywaniu w tym stanie wzmacniacza wartości napięcia wyjściowego. W celu wyznaczania charakterystyki należy zwiększać amplitudę napięcia wejściowego od zera do przesterowania (przejawiającego się zniekształceniem sygnału wyjściowego) i odczytywać wartości napięcia wejściowego i odpowiadające im wartości napięcia wyjściowego. Zebrane w ten sposób dane łatwo przekształcić na charakterystykę w arkuszu kalkulacyjnym na przykład w Excel’u. Otrzymana w ten sposób charakterystyka łącznie z danymi użytymi do jej stworzenia przedstawia się następująco: 2. Napięcie przesterowania Na podstawie otrzymanej wcześniej charakterystyki można dokładnie wyznaczyć metodą graficzną wartość napięcia przesterowania. Należy w tym celu poprowadzić prostą styczną do charakterystyki przejściowej wzmacniacza w początkowym fragmencie i zaznaczyć punkt rozejścia się obu linii. Współrzędne tego punktu określają napięcie przesterowania Up i maksymalne niezniekształcone napięcie wyjściowe Uop. Tak więc odczytane wartości wynoszą: Up = 20mV Uop = 3,35V 3. Charakterystyka amplitudowa Charakterystykę tą można wyznaczyć metodą statyczną – podobnie jak charakterystykę przejściową. Pomiar polega na podawaniu na wejście wzmacniacza napięcia sinusoidalnego o stałej amplitudzie i zmieniającej się częstotliwości, a następnie obliczaniu wzmocnienia wzmacniacza (jako stosunek Uwy/Uwe) dla każdej z przyjętych częstotliwości sygnału wejściowego. Częstotliwość należy zmieniać w zakresie szerszym niż pasmo przenoszenia, najlepiej do wartości, przy których wzmocnienie wzmacniacza spada dziesięciokrotnie w stosunku do swojej maksymalnej wartości. Wykres takiej funkcji można również wykonać w Excel’u. Konieczne jest przyjęcie skali logarytmicznej. Charakterystyka otrzymana w ten sposób przedstawia się następująco: Nie jest to jednak jedyny sposób wyznaczenia tej charakterystyki w tym programie. Wszystko można było zrobić o wiele szybciej korzystając z wobuloskopu znajdującego się na pasku urządzeń. Po przeniesieniu go na pole robocze łączymy jego zaciski oznaczone jako IN równolegle z źródłem sygnału wejściowego a te oznaczone jako OUT podłączamy do wyjścia. Cały układ pomiarowy powinien wyglądać mniej więcej jak na rysunku obok. Otwieramy teraz okno wobuloskopu klikając dwukrotnie na jego ikonie. Po włączeniu zasilania i skorygowaniu domyślnych ustawień urządzenia otrzymamy następujący efekt w oknie urządzenia: Charakterystyka otrzymana tym sposobem jest równoważna tej otrzymanej wcześniej. Korzystając z suwaka możemy odczytać wzmocnienie wzmacniacza dla dowolnej częstotliwości. 4. Pasmo przenoszenia Na podstawie charakterystyki amplitudowej można obliczyć pasmo przenoszenia wzmacniacza. Należy znaleźć maksymalne wzmocnienie układu, a następnie określić dwa punkty charakterystyki, które odpowiadają spadkowi wzmocnienia do wartości 0,707 * Kumax (spadek wzmocnienia o 3dB). Graficzne rozwiązanie przedstawiono na charakterystyce amplitudowej. Otrzymane w ten sposób Wartości wynoszą: fd = 700 Hz fg = 34.5 Hz 5. Charakterystyka fazowa Charakterystyka fazowa wzmacniacza przedstawia zależność kąta przesunięcia fazowego ϕ między napięciem wejściowym i wyjściowym, wnoszonego przez wzmacniacz w funkcji częstotliwości. Łatwo wyznaczyć tą charakterystykę korzystając jeszcze raz z wobuloskopu przełączając tryb pracy na PHASE. Okno wobuloskopu po włączeniu zasilania będzie wyglądać wtedy następująco: Za pomocą suwaka możemy zbadać przesunięcie fazowe dla dowolnej częstotliwości. 6. Rezystancja wejściowa Aby dokonać pomiaru rezystancji wejściowej Rwe należy w obwód wejściowy układu , między wyjście generatora sygnału sinusoidalnego a wejście wzmacniacza, włączyć szeregowo rezystor regulowany. Aby wyznaczyć wartość rezystancji wejściowej wzmacniacza należy zwiększać dołączoną rezystancję dołączoną od zera do wartości, przy której napięcie wyjściowe zmniejszy się dwukrotnie. Wówczas rezystancja wejściowa wzmacniacza będzie równa rezystancji ustawionej na rezystancji dołączonej. Wyznaczona doświadczalnie wartość rezystancji wejściowej wynosi Rwe = 2,76 kΩ Ω Układ do doświadczalnego wyznaczania wartości Rwe przedstawia rysunek zamieszczony na następnej stronie. Układ do wyznaczania rezystancji wejściowej 7. Rezystancja wyjściowa Podczas pomiaru rezystancji wyjściowej, wzmacniacz stanowi źródło napięcia, do którego jest przyłączany równolegle rezystor pełniący funkcję obciążenia. Napięie wyjściowe wzmacniacza dzieli się między rezystancję wyjściową Rwy stanowiącą rezystancję wyjsciową źródła napięcia, jakim jest teraz wzmacniacz oraz rezystancję obciążenia. Jeżeli wartość rezystancji obciążenia zostanie dobrana tak, że napięcie wyjściowe zmaleje do połowy swojej wartości początkowej, to rezystancja wyjściowa wzmacniacza będzie równa dołączonej rezystancji obciążenia. Ukłąd do wyznaczania wartości rezystancji wyjściowej przedstawia rysunek: Wyznaczona w ten sposób wartość rezystancji wynosi: Rwy = 1,05 kΩ Ω 8. Statyczny punkt pracy Jest to wartość prądu bazy, która odpowiada sytuacji, w której napięcie wejściowe jest równe zero. Prąd ten można uznać, za prąd spoczynkowy wzmacniacza. Układ do pomiaru tego prądu zawiera jedynie amperomierz włączony szeregowo z bazą tranzystora ustawiony na pomiar prądu stałego. Wyznaczona w ten sposób wartość prąd wynosi: I0 = 15,4 µA Wartość wzmocnienia napięciowego Ku można łatwo wyznaczyć na podstawie charakterystyki przejściowej. Należy z liniowego zakresu obrać punkt, którego współrzędne podzielone przez siebie (Uwy/Uwe) dadzą właściwy współczynnik. Ku = 167 (dla 1 kHz) Wzmacniacz na tranzystorze bipolarnym w układzie OB. Ponieważ dla tego wzmacniacza sporządzałem te same charakterystyki i wyznaczałem te same parametry co dla wzmacniacza OE, dlatego też tym razem ograniczę się jedynie do samego zaprezentowania wyników z pominięciem pisania tych samych opisów co poprzednio. Układ wzm. w układzie OB 1. Charakterystyka przejściowa 2. Napięcie przesterowania Up = 40 mV Uop = 2,1 V 3. Charakterystyka amplitudowa Jak widać w oknie wobuloskopu nie mieści się cała charakterystyka pomimo ustawienia maksymalnego zakresu – oznacza to, że program nie potrafi obsłużyć tak dużych częstotliwości (większych niż 999 GHz). 4. Pasmo przenoszenia fd = 1,5 kHz fg > 1 THz 5. Charakterystyka fazowa 6. Rezystancja wejściowa 7. Rezystancja wyjściowa Rwe = 25 Ω Rwy = 1 kΩ Ω 8. Statyczny punkt pracy 9. Wzmocnienie J0 = 31,5 µΑ Ku = 53 Wyświetlacz cyfrowy Opisywany tu wyświetlacz cyfrowy jest rozszerzeniem funkcjonalnym wyświetlacza już istniejącego w programie (0–F) i dostępnego z kategorii elementów Indicators. Różni się on od pierwowzoru tym, że składa się z dwóch segmentów i przedstawiać może liczby od 0 do 15 w układzie dziesiętnym a nie szesnastkowym. Budowa takiego urządzenia logicznego przebiega w kilku krokach: 1. Opis słowny Układ jest przeznaczony do przeliczania liczby binarnej (maksymalnie czterobitowej) na swój odpowiednik dziesiętny. Składa się z gotowych wyświetlaczy 0–F dostępnych w programie, i układu logicznego dostosowującego, który musi zostać tak zbudowany, aby ograniczał wartość słowa podawanego na wejście każdego z wyświetlaczy 0–F, aby nie wskazywały one liczby większej niż 9. 2. Rysunek schematyczny układu 3. Tablica prawdy 4. Tabele Karnaugha Należy zbudować osiem takich tabel (po jednej dla każdego z wejść wyświetlaczy 0–F). Słowem wejściowym jest abcd. cd ab 00 01 11 10 00 0 0 0 0 01 0 0 0 0 11 0 0 0 0 10 0 0 0 0 11 0 0 0 0 10 0 0 0 0 11 0 0 0 0 10 0 0 0 0 A1 = 0 cd ab 00 01 11 10 00 0 0 0 0 01 0 0 0 0 B1 = 0 cd ab 00 01 11 10 00 0 0 0 0 01 0 0 0 0 C1 = 0 cd ab 00 01 11 10 00 0 0 1 0 01 0 0 1 0 11 0 0 1 1 10 0 0 1 1 D1 = ab + ac = a(b+c) cd ab 00 01 11 10 00 0 0 0 1 01 0 0 0 1 11 0 0 0 0 10 0 0 0 0 11 0 1 1 0 10 0 1 1 0 __ A2 = abc cd ab 00 01 11 10 00 0 1 0 0 01 0 1 0 0 _ _ B2 = ab+bc = b(a+c) cd ab 00 01 11 10 00 0 0 1 0 01 0 0 1 0 11 1 1 0 0 _ _ C2 = ac + abc 10 1 1 0 0 cd ab 00 01 11 10 00 0 0 0 0 01 1 1 1 1 11 1 1 1 1 10 0 0 0 0 D2 = d 5. Budowa układu Podczas samej budowy układu można zaoszczędzić dwa funktory NOT ponieważ wykorzystuje się dwa razy negację a i c. Poprawność pracy układu łatwo sprawdzić za pomocą widocznego na rysunku generatora słów binarnych. W jego okno edycyjne należy po prostu wpisać kolejne liczby od 0 do 15 w zapisie binarnym, zmienić częstotliwość na 1 Hz (aby widać było kolejne przejścia) i włączyć układ. Powinniśmy zobaczyć na wyświetlaczach kolejne liczby dziesiętne od 0 do 15. Do zacisków A1, B1, C1 nie przyłączono nic ponieważ ma być tam zawsze zero. W rzeczywistości – podczas budowy takiego układu z konkretnych elementów należałoby zewrzeć je do masy. Dla większej funkcjonalności wyświetlacza można cały układ pomniejszyć stosując polecenie Subcircuit w dodatku dwukrotnie tak jak widać to na rysunku. Po dwukrotnym kliknięciu na DISPLAY pojawi nam się okno widoczne poniżej, zaś po dwukrotnym kliknięciu na UKLAD pojawi nam się układ, który zbudowaliśmy wcześniej. Zbudowany układ możemy w przyszłości swobodnie kopiować do innych układów na przykład w celu badania poprawności zbudowanych układów cyfrowych. Licznik 0 – 15 zbudowany na przerzutnikach typu D 1. Opis słowny Zadaniem budowanego układu jest generowanie kolejnych czterobitowych słów binarnych, których wartość jest o jeden większa od wartości poprzedniej. Jedynie dla maksymalnej wartości 15 kolejna po niej to nie 16 tylko 0. Do dyspozycji mamy przerzutniki typu D i bramki logiczne oraz generator zegara taktującego, który standardowo znajduje się w generatorze słów binarnych. 2. Tablica wzbudzeń 3. Tablice Karnaugha Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 10 00 0 0 1 1 01 0 0 1 1 11 0 1 0 1 10 0 0 1 1 _ _ _ _ _ _ _ _ D3 = Q3Q2 + Q3Q1 + Q3Q0 + Q3Q2Q1Q0 = Q3(Q2 + Q1 + Q0) + Q3Q2Q1Q0 _____ _ D3 = Q3Q2Q1Q0 + Q3Q2Q1Q0 = Q3 ⊕ Q2Q1Q0 Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 10 00 0 1 1 0 01 0 1 1 0 11 1 0 0 1 10 0 1 1 0 _ _ _ ____ _ D2 = Q2Q1 + Q2Q0 + Q2Q1Q0 = Q2Q1Q0 + Q2Q1Q0 = Q2 ⊕ Q1Q0 Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 10 00 0 0 0 0 01 1 1 1 1 11 0 0 0 0 10 1 1 1 1 _ _ D1 = Q1Q0 + Q1Q0 = Q1 ⊕ Q0 Q1Q0 Q3Q2 00 01 11 10 4. Budowa układu 00 1 1 1 1 01 0 0 0 0 11 0 0 0 0 10 1 1 1 1 _ D0 = Q 0 Chociaż układ w zasadzie został zaprojektowany jako licznik 0 – 15, to można go także wykorzystać jako licznik 15 – 0. Wystarczy jedynie „podłączyć się” do zanegowanych wyjść przerzutników. Podczas sprawdzania poprawności działania układu można wykorzystać wyświetlacz zbudowany w poprzednim przykładzie. Układ licznika od 0 do 15
