ЗАКЛЮЧЕНИЕ
В свете перспектив развития современной радиоэлектроники ведущую роль приобретают теоретический анализ сигналов и качество их обработки, умение находить оптимальные структуры и алгоритмы. В этих условиях особое внимание должно отводиться методам анализа и синтеза с использованием компьютера. Следует практиковать широкое применение компьютеров в учебном процессе и самостоятельной работе студента. При этом важно, чтобы использование компьютерной техники касалось не только выполнения элементарных расчётов, но и в значительной мере затрагивало реализацию алгоритмов анализа и синтеза сигналов, а также функционирования устройств для обработки радиотехнических сигналов. С этой целью следует рекомендовать студентам лабораторные работы на основе имитационного моделирования.
Лабораторные работы, описанные в пособии, при грамотном выполнении призваны углубить знания по всем охватываемым темам, способствовать развитию творческого потенциала, привить навыки исследовательской работы. Кроме того, предлагаемые лабораторные работы должны убедить студента, что преобладающее большинство явлений и принципов, положенных в основу функционирования радиотехнических цепей может быть изучено не только по учебнику, но и исследовано практически в мини-лаборатории, каковой является домашний компьютер с установленным схемотехническим симулятором.
Проектирование цепей в современных условиях производится с использованием разнообразных САПР, поэтому студенту полезно овладеть основами работы в простейших симуляторах. И если в будущем придется работать с другой системой, приобретённые навыки позволят освоить её с меньшими временны́ми затратами.
190
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК
1.Иванов, М. Т. Радиотехнические цепи и сигналы [Текст]: учебник для вузов. Стандарт третьего поколения / М. Т. Иванов, А. Б. Сергиенко, В. Н. Ушаков; под ред. В. Н. Ушакова. – СПб.: Питер, 2014. – 336 с.
2.Гоноровский, И. С. Радиотехнические цепи и сигналы [Текст]: учебное пособие для вузов / И. С. Гоноровский. – 5-е изд., испр. и доп. – М.: Дрофа, 2006.
–719 с.
3.Баскаков, С. И. Радиотехнические цепи и сигналы [Текст]: учеб. пособие / С. И. Баскаков. – 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш. шк., 2003. – 462 с.
4.Андреев, В. С. Теория нелинейных электрических цепей [Текст]: учебное пособие для вузов / В. С. Андреев. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Радио и связь, 1982. – 280 с.
191
Приложение 1
МИНИМАЛЬНО НЕОБХОДИМЫЕ ДЛЯ РАБОТЫ СВЕДЕНИЯ О СИМУЛЯТОРЕ
П.1.1. Интерфейс пользователя
Интерфейс пользователя Electronics Workbench представлен полем меню, двухрядной панелью инструментов и рабочим (схемным) полем. В рабочем поле располагается моделируемая схема цепи с подключенными к ней контроль- но-измерительными приборами, панели которых размещаются в свободном месте поля и при необходимости могут быть свернуты.
Поле меню состоит из пяти компонент: меню работы с файлами («File»), меню редактирования («Edit»), меню работы со схемами («Circuit»), меню анализа схем («Analysis»), меню работы с окнами («Window») и с англоязычной справочной системой («Help»). Панель инструментов состоит из «быстрых» кнопок, имеющих аналоги в меню, кнопок запуска и приостановки моделирования схем, библиотек радиоэлектронных аналоговых и цифровых радиокомпонентов, индикаторов, элементов управления и контрольно-измерительной аппаратуры.
Меню «File» позволяет производить стандартные операции со схемными файлами. Наиболее важны команды:
♦«Open» – открытие уже существующего схемного файла; поскольку лабораторные работы, о которых пойдет речь ниже, выполняются с использованием заранее подготовленных преподавателем схемных файлов, следовательно, рассматриваемая команда будет использоваться наиболее часто (имеется соответствующая «быстрая» кнопка);
♦«Save As» – команда обеспечивает сохранение текущего схемного файла под новым именем без изменения схемы; команду следует использовать, чтобы безопасно экспериментировать с копией схемного файла без изменения оригинала;
♦«Print» – полная или частичная распечатка схемы и/или панелей задействованных приборов (есть «быстрая» кнопка).
Меню «Edit» позволяет производить редактирование схемных файлов. Поскольку при исследованиях используются готовые схемные файлы, то в их изменении не только нет необходимости, напротив, при наличии небольшого опыта работы в симуляторе неосторожное редактирование схемы может привести к потере ею работоспособности. Если все же изменения схемы были произведены, но возникла необходимость возврата к исходному варианту (на момент последнего сохранения), следует выполнить команду «Revert to Saved» меню «File». При подготовке отчетов пригодится команда «Copy as Bitmap». После ее выполнения курсор мыши превращается в перекрестье, которым по правилу прямоугольника можно выделить нужную часть схемного поля. Если отпустить
192
кнопку мыши, выделенная часть автоматически копируется в буфер обмена, после чего его содержимое может быть импортировано в любое приложение Windows (например, текстовый редактор).
Меню «Circuit» позволяет управлять положением графического изображения (иконки) компонента («Rotate», «Flip Vertical», «Flip Horizontal»: использовать не рекомендуется!), изменять масштаб изображения схемы («Zoom In», «Zoom Out»), изменять параметры элементов схемы, управлять отображением их идентификационных номеров и меток («Component Properties»), устанавливать вид и параметры всего рабочего поля («Schematic Options»), объединять выбранные элементы схемы в подсхему («Create Subcircuit» – использовать нежелательно).
Подменю «Component Properties» (есть «быстрая» кнопка) предназначено для изменения свойств выбранного компонента. Автоматически выводится при двойном щелчке мышкой по иконке компонента. При вызове открывается диалоговое окно «... Properties» (многоточие соответствует названию элемента, например, «Resistor», «Capacitor», «Inductor», «Diode», «Transistor» и т.п.), закладки которого зависят от типа компонента.
Типы закладок подменю «Component Properties»:
♦«Label» – установка (замена или выяснение) позиционного обозначения компонента и его системного идентификатора; уникальный идентификатор компонента (буквенно-цифровое обозначение, используемое симулятором при анализе) назначается системой; для проведения некоторых видов анализа требуется знать идентификаторы нужных элементов;
♦«Value»; поля закладки «Value» различаются в зависимости от типа компонента; так, основным параметром модели резистора является его сопротивление (Resistance), конденсатора – ёмкость (Capacitance), катушки – индуктивность (Inductance), источника гармонического напряжения – действующее значение напряжения (Voltage), частота (Frequency), начальная фаза (Phase) и т.п.; при установке или изменении значений параметров элементов следует иметь однозначное представление об используемых в EWB обозначениях дольных и кратных единиц измерения электрических величин (табл. П.1), часто применяемых при анализе сигналов и цепей;
|
|
Таблица П.1 |
|
|
|
Приставка к единице |
Соотношение |
Обозначение |
измерения в СИ |
с основной единицей |
в симуляторе EWB |
|
|
|
пико |
10−12 |
p |
нано |
10−9 |
n |
микро |
10−6 |
µ или u |
мили |
10−3 |
m |
кило |
10+3 |
k |
мега |
10+6 |
M |
193
♦«Models»; закладка используется для выбора модели (совокупности параметров, описывающих свойства компонента, например, диода, транзистора, операционного усилителя и т.п.) или её редактирования; компоненты по умолчанию «идеальны» (описываются моделью «Ideal»), что в большинстве случаев достаточно для удовлетворительного соответствия результатов моделирования и физического эксперимента; при необходимости учета паразитных параметров компонентов (например, межэлектродных емкостей транзистора), следует использовать более точную модель, по возможности соответствующую конкретному типу предполагаемого к использованию компонента;
♦«Fault» – позволяет имитировать неисправности компонента путем введения: «Leakage» – шунтирующего сопротивления с величиной, указываемой в смежном поле; «Short» – короткого замыкания выводов элемента; «Open» – обрыва внутреннего контакта выводов компонента.
Подменю «Schematic Options» предназначено для управления отображением рабочего поля схем. Содержит ряд закладок. Наиболее часто используется закладка «Show/Hide», в которой активация опции «Show nodes» обеспечивает отображение нумерации точек соединения компонентов (так называемых нод).
Номера последних часто используются при частотном, временно́м и других видах анализа цепей.
Меню «Analysis» позволяет осуществить различные виды анализа имитируемых радиотехнических цепей и сигналов.
П.1.2. Виды и методика анализа имитируемых цепей
Меню «Analysis» позволяет осуществлять различные виды анализа имитируемых радиотехнических цепей и сигналов. При моделировании специфической схемы часть команд данного меню может быть недоступна для активации.
Команда «Activate» (дублируется переключателем в правой части панели инструментов) запускает имитационное моделирование цепи. В наиболее общем случае процесс моделирования в EWB сводится к следующему. После запуска моделирования данные о структуре и параметрах цепи считываются программой (с экрана монитора), затем компоненты заменяются их математическими моделями и составляется система линейных, нелинейных или дифференциальных уравнений по методу, аналогичному методу узловых потенциалов (потенциал рассчитывается для каждой ноды). Далее система уравнений преобразуется, после чего итерационным методом определяются неизвестные потенциалы нод, а уже на их основе производится расчет токов и напряжений в цепи.
Команда «Pause/Resume» позволяет временно прерывать или наоборот возобновлять моделирование (есть «быстрая» кнопка). Приостановка имитации полезна при необходимости изучения кратковременных переходных процессов или изменения в инструментальных настройках. Команда «Stop» останавливает моделирование. При этом потенциалы всех нод, токи и напряжения в цепи обнуляются, цепь переходит к начальным условиям моделирования.
194