Логічні елементи

Electronics Workbench містить повний набір логічних елементів і дозволяє задавати їхні основні характеристики, у тому числі тип елемента: ТТЛ чи КМОП. Число входів логічних елементів схем можна установити в межах від 2 до 8, але вихід елемента може бути тільки один.

Логічне НІ

Елемент логічне НІ або Інвертор змінює стан вхідного сигналу на протилежне значення. Рівень логічної 1 з'являється на його виході, коли на вході

не 1, і навпаки.

Таблиця істинності

Вхід А	Вихід Y
0	1
1	0

Вирази Булевої алгебри:

Логічне І

Елемент І реалізує функцію логічного множення. Рівень логічної 1 на його виході з'являється у випадку, коли на один і на інший вхід подається рівень логічної одиниці.

Таблиця істинності

Вхід А	Вхід В	Вихід Y
0	0	0
0	1	0
1	0	0
1	1	1

Вирази Булевої алгебри:

Логічне АБО

Елемент АБО реалізує функцію логічного додавання. Рівень логічної 1 на його виході з'являється у випадку, коли на один чи на інший вхід подається рівень логічної одиниці.

Таблиця істинності

Вхід А	Вхід В	Вихід Y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	1

Вирази Булевої алгебри:

Виключне АБО

Двійкове число на виході елемента виключне АБО є молодшим розрядом суми двоїчних чисел на його входах. Таблиця істинності

Вхід А	Вхід В	Вихід Y
0	0	0
0	1	1
1	0	1
1	1	0

Прилади для проведення вимірів Прилади з бібліотеки індикаторів

Найпростішими приладами в Electronics Workbench є вольтметр і амперметр, що розташовані в полі індикаторів (Indie). Вони не вимагають настроювання, автоматично змінюючи діапазон вимірів. В одній схемі можна застосовувати кілька таких приладів одночасно, спостерігаючи струми в різних частинах ланцюга і напруги на різних елементах.

Вольтметр

Вольтметр використовується для виміру змінної і постійної напруги. Виділена товстою лінією сторона прямокутника, що зображує вольтметр, відповідає негативній клемі.

Подвійним натисканням клавіші миші на зображенні вольтметра відкривається діалогове вікно для зміни параметрів вольтметра:

• виду вимірюваної напруги;

• величини внутрішнього опору.

Діалогове вікно приведене нижче на малюнку.

Величина внутрішнього опору вводиться з клавіатури в рядку Resistance, вид вимірюваної напруги (опція Mode) обирається зі списку.

При вимірі змінної синусоїдальної напруги (АС) вольтметр буде показувати діюче значення напруги UД, обумовлене по формулі:

де Um — амплітудне значення напруги.

Внутрішній опір вольтметра 1MОм, встановлений за замовчуванням, у більшості випадків має незначний вплив на роботу схеми. Його значення можна змінити, однак використання вольтметра з дуже високим внутрішнім опором у схемах з низьким вихідним імпедансом може призвести до математичної помилки під час моделювання схеми.

Примітка: Як вольтметр можна використовувати мультиметр.

Амперметр

Амперметр використовується для виміру змінного і постійного струму. Виділена товстою лінією сторона прямокутника, що зображує амперметр, відповідає негативній клемі.

Подвійним натисканням клавіші миші на зображенні амперметра відкри­вається діалогове вікно для зміни параметрів амперметра:

• виду вимірюваного струму,

• величини внутрішнього опору.

Діалогове вікно приведене нижче на малюнку.

Величина внутрішнього опору вводиться з клавіатури в рядку Resistance, від вимірюваного струму (опція Mode) вибирається зі списку.

При вимірі змінного синусоїдального струму (АС) амперметр буде показувати його діюче значення Ід.

де Іm — амплітуда змінного струму.

Внутрішній опір амперметра 1 МОм (мільйон), установлюване за замовчуванням, у більшості випадків не впливає на роботу схеми. Можна знизити цей опір, однак використання амперметра з дуже низьким опором у схемах з високим вихідним імпедансом (відносно виводів амперметра) може призвести до математичної помилки під час моделювання роботи схеми.

Примітка: Ви можете використовувати як амперметр мультиметр.

Складемо схему 1 [lala1_01.EWB], на якій ознайомимось з роботою амперметра та вольтметра:

Крім описаних амперметра і вольтметра, у Electronics Workbench мається сім приладів, з численними режимами роботи, кожний з який можна використовувати в схемі тільки один раз. Ці прилади розташовані на панелі приладів.

Ліворуч на панелі розташовані прилади для формування і спостереження аналогових величин: мультиметр, функціональний генератор, осцилограф, Боде-плоттер:

Праворуч розташовані прилади для формування і спостереження логічних величин: генератор слів, логічний аналізатор, логічний перетворювач. Опис зазначених приладів приведено нижче.

Мультиметр

Мультиметр використовується для виміру:

напруги (постійної і змінної),

струму (постійного і змінного),

опору,

рівня напруги в децибелах.

Для настроювання мультиметра потрібно подвійним натисканням клавіші миші на його зменшеному зображенні відкрити його збільшене зображення. На збільшеному зображенні натисканням лівої клавіші миші вибирається:

вимірювана величина по одиницях виміру: А, V,

вид вимірюваного сигналу: змінний чи постійний,

режим установки параметрів мультиметра.

Установка виду вимірюваної величини

Установка виду вимірюваної величини виконується шляхом натисканням відповідної кнопки на збільшеному зображенні мультиметра. Натискання кнопки "~" установлює мультиметр для виміру діючого значення змінного струму і напруги, постійна складова сигналу при вимірі не враховується. Для виміру постійної напруги і струми потрібно на збільшеному зображенні мультиметра натиснути кнопку"-".

Проведення вимірів Вимір струму

Щоб використовувати мультиметр як амперметр, на розширеному зображенні мультиметра натисніть кнопку "А".

Для виміру струму ввімкніть мультиметр послідовно в коло схеми, у якому потрібно провести вимір. Ввімкніть схему. На табло мультиметра з'явиться значення струму що вимірюється в колі. Якщо потрібно виміряти струм в іншому колі схеми, від'єднайте мультиметр, ввімкніть його послідовно в потрібне коло і знову ввімкніть схему.

Примітка: Якщо необхідно виміряти струм у декількох галузях схеми

одночасно, то варто скористатися амперметрами, тому що на відміну від мультиметра, який можна ставити в схему один раз, амперметрів у схему можна ставити необмежену кількість.

Вимір напруги

Лівою клавішею миші натисніть на мультиметрі кнопку "V", щоб використовувати його як вольтметр. Для виміру напруги підключите мультиметр паралельно ділянці схеми, на якій потрібно виміряти напругу. Ввімкніть схему. На табло мультиметра з'явиться обмірюване значення напруги. Для виміру напруги на іншій ділянці схеми просто переставте виводи мультиметра до цієї ділянки схеми.

Примітка: Якщо Ви хочете виміряти напругу в декількох крапках схеми — необхідно скористатися вольтметрами, тому що на відміну від мультиметра, який можна ставити в схему один раз, вольтметрів можна ставити необмежену кількість.

Вимір опору

Мультиметр - єдиний у Electronics Workbench стандартний прилад, призначений для виміру опору. Для використання мультиметра як омметра приєднаєте його паралельно ділянці ланцюга, опір якого потрібно виміряти, на збільшеному зображенні мультиметра натисніть клавішу П, і кнопку "-" перемикання в режим виміру постійного струму. Ввімкніть схему. На табло мультиметра при цьому з'явиться вимірюване значення опору. Для виміру опору іншої ділянки схеми переставте виводи мультиметра до цієї ділянки схеми і знову ввімкніть схему.

Щоб уникнути хибних значень, схема повинна мати з'єднання з землею і не мати контакту з джерелами живлення. Джерела живлення повинні бути виключені зі схеми, причому ідеальне джерело струму повинне бути замінене розривом ланцюга, а ідеальне джерело напруги — короткозамкненою ділянкою.

Установки (SETTINGS)

Використовуйте клавішу SETTINGS для настроювання:

• вхідного опору вольтметра,

• послідовного опору амперметра,

• вимірювального струму омметра,

• опорної напруги для відліку в децибелах.

При натисканні на клавішу SETTINGS відкривається вікно настроювання параметрів мультиметра, показане нижче на малюнку. Параметри мультиметра повинні мати таке значення, щоб вимірювальний прилад незначно впливав на схему, що тестується.

Примітка: Уникайте застосування вольтметра з високим внутрішнім опором у схемах з низьким вихідним імпедансом і амперметра з дуже низьким опором для виміру в схемах з високим вихідним імпедансом. Недотримання цих умов приводить до математичних помилок при моделюванні.

Складемо схему [laba1_02.EWD] з використанням мультиметра:

Боде-плоттер (Графобудівник)

Боде-плоттер використовується для одержання: амплітудно-частотних (АЧХ) і фазочастотних (ФЧХ) характеристик схеми.

Боде-плоттер вимірює відношення амплітуд сигналів у двох точках схеми і фазовий зсув між ними. Відношення амплітуд сигналів може вимірятися в децибелах. Для виміру Боде-плоттер генерує власний спектр частот, діапазон якого може задаватися при настроюванні приладу. Частота будь-якого змінного джерела в досліджуваній схемі ігнорується, однак схема повинна включати будь-яке джерело змінного струму.

На схему виводиться зменшене зображення плоттера.

Боде-плоттер має чотири виводи: два вхідних (IN) і два вихідних (OUT).

Для виміру відношення амплітуд чи фазового зсуву потрібно підключити позитивні виводи входів IN і OUT (ліві виводи відповідних входів) до точок, що досліджуються, а два інших виводи заземлити.

При подвійному натисканні клавіші миші по зменшеному зображенню Боде-плоттера відкривається його збільшене зображення.

Верхня панель плоттера Режим (MODE) задає вид потрібної характеристики:

АЧХ чи ФЧХ. Для одержання АЧХ натисніть кнопку MAGNITUDE, для одержання ФЧХ - кнопку PHASE.

Ліва панель керування (VERTIKAL) задає:

початкове (І - initial) і кінцеве (F - final) значення параметрів, що відкладаються по вертикальній осі, вид шкали вертикальної осі — логарифмічна (LOG) чи лінійна (LIN).

Права панель керування (HORIZONTAL) настроюється аналогічно.

При одержанні АЧХ по вертикальній осі відкладається відношення напруг:

у лінійному масштабі від 0 до 10Е9,

у логарифмічному масштабі від -200dB до 200dB.

При одержанні ФЧХ по вертикальній осі відкладаються градуси, - від -720° до 720°.

По горизонтальній осі завжди відкладається частота в Герцах чи у похідних одиницях.

На початку горизонтальної шкали розташований курсор. Його можна переміщати натисканням на кнопки зі стрілками, розташованими праворуч від екрана, або "тягти" за допомогою миші. Координати крапки перетинання курсору з графіком характеристики виводяться на інформаційних полях знизу праворуч.

За допомогою Боде-плоттера неважко побудувати топографічну діаграму на комплексній площині для будь-якої схеми.

Складемо схему з елементом Боде-плоттер, для кращого ознайомлення:

Функціональний генератор

Генератор є ідеальним джерелом напруги, що виробляє сигнали синусоїдальної, прямокутної чи трикутної форми.

На екран виводиться зменшене зображення генератора.

Середній вивід генератора при підключенні до схеми забезпечує загальну точку для відліку амплітуди змінної напруги. Для відліку напруги відносно нуля загальний вивід заземлюють. Крайні правий і лівий вивід використовують для подачі змінної напруги на схему. Напруга на правому виводу змінюється в позитивному напрямку відносно загального виводу, напруга на лівому виводу – у негативному.

Подвійним натисканням клавіші миші на зменшеному зображенні відкривається збільшене зображення генератора.

Можна задати наступні параметри:

частоту вихідної напруги;

шпаруватість;

амплітуду вихідної напруги;

• постійну складову вихідної напруги.

Настроювання генератора Установка форми сигналу

Виберіть необхідну форму вихідного сигналу і натисніть на кнопку з відповідним зображенням. Форму трикутного і прямокутного сигналів можна змінити, шляхом зменшення чи збільшення значення в полі DUTY CYCLE (шпаруватість). Цей параметр визначається для сигналів трикутної і прямокутної форми. Для трикутної форми напруги він задає тривалість (у відсотках від періоду сигналу) між інтервалом наростання напруги та інтервалом спаду. Встановивши, наприклад, значення 20, ми одержимо тривалість інтервалу наростання 20% від періоду, а тривалість інтервалу спаду - 80%. Для прямокутної форми напруги цей параметр задає співвідношення між тривалостями позитивної і негативної частини періоду.

Установка частоти сигналу

Частота генератора може регулюватися від 1Hz до 999MHz. Значення частоти встановлюється в рядку FREQUENCY за допомогою клавіатури і кнопок зі стрілками У лівому полі встановлюється чисельне значення, у правом - одиниця виміру (Hz, kHz, MHz - Гц, кГц, МГц відповідно).

Установка амплітуди вихідної напруги

Амплітуда вихідної напруги може регулюватися від 0 мВ до 999 кВ. Значення амплітуди встановлюється в рядку AMPLITUDE за допомогою клавіатури і кнопок зі стрілками У лівому полі встановлюється чисельне значення, у правом - одиниця виміру (j.iV, m, V, k - мкВ, мвВ, В, кВ відповідно).

Осцилограф

Двоканальний осцилограф показує зміну величини і частити електричних сигналів. Він може показати графік сили одного чи двох сигналів від часу, або дати змогу порівняти одну форму хвилі з іншою.

Одразу після того, як схема була запущена і її поведінка симульована, електроди осцилографа можна переміщувати в інші точки без перезапуску схеми. Переміщення електродів осцилографа автоматично перекреслює форми хвилі для нових точок. Настройки осцилографа можуть бути налагоджені або під час, або після симуляції.

Складемо схему [laba1_04.EWB], щоб краще ознайомитись з осцилографом.

Генератор слів

Введення Слів до Генератора Слова

В лівій частині генератора слова відображені 4 ряди 4-розрядних шістнадцяткових чисел. Значення 4-розрядних шістнадцяткових чисел змінюються від 0000 до FFFF (від 0 до 65535 десяткових). Кожний горизонтальний рядок відображає двійкове 16-бітове слово. Коли генератор слова запускається, рядок бітів посилається паралельно до відповідних терміналів в нижній частині інструмента.

Для зміни значення біта в генераторі слова треба:

- ввести 16-бітове число в рядок Binary (це змінить шістнадцяткове число), або

- змінити 4-розрядне шістнадцяткове число, або

- ввести еквівалентні ASCII символи.

Як тільки слова передані до генератора слова, значення бітів відображають вихід в нижній частині інструмента.

Адресування у генераторі слова.

Кожне слово у генераторі слова має адресу, виражену як 4-розрядне шістнадцяткове число. Коли слово у Scroll box змінюють, його адреса з’являється у Edit box. Як тільки генератор слова виводить слова, кожна адреса слова з’являється у Current box.

Для створення підмножини слів для виводу, введіть першу і останню адреси в Початковому і Кінцевому рядках.

Запуск Генератора Слова

Виберіть Внутрішній в розділі Тригер в генераторі слова для того, щоб мати внутрішній годинник генератора слова для запуску. Виберіть Зовнішній того, щоб мати зовнішній годинник генератора слова для запуску.

Готові дані у Генераторі Слова

Цей вихідний вивід дає схемі змогу знати, що дані з генератора слова готові.

Частота у Генераторі слова

Задайте частоту годинника генератора слова у Гц, КГц або МГц. Кожне слово поміщується на виходи на період одного годинникового циклу.

Складемо схему [laba1_04.EWB], щоб краще ознайомитись з генератор слів.

Висновок:

Ознайомившись з програмою Electronics Workbench, ми прийшли до висновку, що вона відмінно реалізує функцію моделювання аналогових, цифрових і цифро-аналогових схем. Широкий асортимент приладів пакету Electronics Workbench дозволяє робити виміри різних величин, задавати вхідні параметри, будувати графіки. Усі прилади зображуються у вигляді, який максимально наближений до реального, тому працювати з ними просто і зручно. Склавши декілька схем, ми детальніше ознайомились з роботою приладів, переконались в легкості та зручності використання програми.

13