Элементы управления Electronics Workbench

В верхней части окна программы расположена строка меню. Она содер- жит шесть заголовков (рис. 1):

Рис. 1. Меню программы Electronics Workbench

1. File. Здесь находятся команды открытия (New, Open) и сохранения файла

(Save, Save as), команды печати (Print, Print Setup), операций экспорта

(Export, Export to PCB, Export to Spice) и импорта (Import, Import from Spice) файлов из других программ, команда запуска мастера установки программных дополнений (Install) и команда отказа от сохранения внесен- ных в схему в текущем сеансе изменений (Revert to Saved);

2. Edit. Меню редактирования кроме обычных команд выделения (Select All), копирования (Copy), вставки (Paste) и удаления (Cut, Delete) элементов электронной цепи, содержит команды отображения содержимого буфера обмена (Show Clipboard) и специального копирования в виде рисунка

(Copy as Bitmap);

3. Circuit. Меню содержит команды поворота (Rotate, Flip Horizontal, Flip

Vertical) и изменения отображаемого размера (Zoom In, Zoom Out) цепи

или измерительного прибора, команды запуска мастера настройки пара- метров отображения схемы в целом (Schematic Options) и свойств отдель- ного элемента (Component Properties), команду создания на основе участка электронной схемы нового элемента-подсхемы, имеющего входные и вы- ходные выводы (Create Subcircuit);

4. Analysis. В этом меню сосредоточены команды управления процессом мо-

делирования (Activate, Stop, Pause, Analysis Options и др.);

5. Window. Меню содержит команду (Arrange) упорядочения информации в рабочем окне программы путем перезаписи экрана (иногда во время

«рисования» схемы возникают искажения изображения приборов, их пока-

заний или отображения проводников), команду (Description) отображения описания схемы, если оно есть, иначе выводиться окно для его подготовки

и команду (Circuit) вывода на передний план разрабатываемой схемы.

6. Help. Меню помощи построено стандартным для Windows способом.

Рис. 2. Стандартная панель инструментов.

Еще ниже расположены раскрывающиеся панели выбора электронных элементов схемы и измерительных инструментов (рис. 3).

Рис. 3. Панели выбора элементов схемы и измерительных инструментов.

1.1.1. Панель Favorites

Панель Favorites содержит созданные пользователем элементы-подсхемы.

В начале работы панель пуста.

1.1.2. Панель Sources

ние.

Панель Sources (рис. 4) содержит источники питания и элемент заземле-

Рис. 4. Панель элементов Sources.

тенциалов, данный элемент имеет нулевой потенциал. Наличие заземления необходимо в схемах, содержащих операционный усилитель, трансформатор, управляемый источник, при использовании осциллографа и некоторых других. Большинство схем корректно работают без заземления, однако рекомендуется использовать этот элемент в любой схеме. (В последней, 9 версии EWB абсо- лютно все моделируемые схемы должны иметь заземление).

Идеальный источник постоянного напряжения или батарея, этот элемент имеет нулевое внутреннее сопротивление и может создавать напряже-

ние на выводах от микровольт до киловольт. При параллельном соединении нескольких источников напряжения для избежания короткозамкнутого режима работы необходимо включить небольшое сопротивление последовательно с ис- точником, создав т.о. искусственное внутреннее сопротивление.

Идеальный источник постоянного тока имеет бесконечно большое внутреннее сопротивление, поэтому подключение любой нагрузки не изменяет

величины тока. Стрелка указывает направление тока. Ток может выбираться от

микроампер до килоампер.

Идеальный источник переменного напряжения . Внутреннее сопро- тивление этого источника равно нулю. Действующее значение переменного напряжения может задаваться от микровольт до киловольт. Задается также ча-

стота и начальная фаза напряжения. Напряжение изменяется на выводе источни-

ка, отмеченным знаком «плюс» по отношению к противоположному выводу, по- тенциал которого считается неизменным.

Идеальный источник переменного тока . Подобен источнику пере- менного напряжения, но внутреннее сопротивление бесконечно большое. Дей- ствующее значение переменного тока может задаваться от микроампер до кило-

ампер. Так же, как и для источника переменного напряжения, может быть задана частота и начальная фаза тока. Вывод, имеющий нулевой потенциал, противопо- ложен показанию стрелки.

Управляемые источники тока и напряжения: источник напряжения,

управляемый напряжением , источник напряжения, управляемый током , источник тока, управляемый напряжением , источник тока, управляемый то-

ком , источник переменного напряжения с частотой, задаваемой напряжени-

ем , источник переменного напряжения треугольной формы с частотой, зада- ваемой напряжением , источник переменного напряжения прямоугольной формы (источник импульсов), с частотой, задаваемой напряжением , источ-

ник импульсов с гибко управляемыми параметрами импульса , источник переменного напряжения с частотной манипуляцией , источник переменного напряжения, зависимость которого от входного напряжения описывается, как

некоторая кусочно-линейная функция , источник напряжения, зависимость

которого от входного напряжения описывается как полиномиальная функция

, источник напряжения, зависимость которого от входного напряжения опи- сывается как нелинейная функция . Такое разнообразие управляемых источ- ников напряжения и тока позволяет выполнять моделирование практически всех

реальных процессов в электронных схемах.

Идеальный источник положительного потенциала 5 вольт предна- значен для работы с цифровыми и логическими схемами ТТЛ, аналогичный ис-

точник для элементов КМОП имеет напряжение 15 вольт . Использование та-

ких источников требует введения в схему заземления, т.к. источник имеет только один вывод.

Источники модулированного напряжения: создают переменное напря-

жение, модулированное по амплитуде или по частоте .

Специальный источник напряжения , как правило, сложной формы, описание зависимости изменения напряжения этого источника находится во внешнем файле.

Генератор тактовых импульсов . Вырабатывает последовательность прямоугольных импульсов. Может регулироваться амплитуда, частота следова-

ния импульсов и относительная длительность импульсов (коэффициент заполне- ния или скважность.

1.1.3. Панель Basic

Панель Basic (рис. 5) содержит пассивные элементы электрических цепей

и коммутирующие устройства.

Рис. 5. Панель элементов Basic.

Соединяющий узел используется для организации соединений в элек- трических цепях. Вообще при построении схем соединения формируются авто- матически, для этого достаточно подвести указатель мышки к одному из выво-

дов элемента, пока не отобразится место контакта (Рис. 6).

Рис. 6. Изменение вида элемента при подведении к од- ному из его выводов указателя мышки.

Затем, нажав и удерживая левую кнопку мышки, протянуть указатель до одного

из выводов другого элемента и отпустить клавишу мышки при появлении указа- теля контакта на выводе другого элемента. Разорвать установленное соединение можно, если подвести указатель мышки к выводу одного из соединенных эле- ментов до появления места контакта, затем, нажав и удерживая левую кнопку мышки, протянуть указатель в сторону и отпустить клавишу мышки. Узел поз- воляет соединить не более 4 проводников.

Резисторы , конденсаторы и катушки индуктивности – основ-

ные пассивные элементы большинства электронных схем. Кроме этого, панель

Basic содержит:

резистор с регулируемым сопротивлением (регулировка осуще- ствляется ступенчато нажатием управляющей клавиши);

резисторную матрицу – компактно размещенный набор из 8 одина- ковых по величине резисторов;

нагрузочный резистор , подключенный к плюсовому выводу источника постоянного напряжения. Данный элемент можно использовать в качестве

модели реального источника напряжения, внутреннее сопротивление кото- рого равно или больше 1 Ома. Напряжение источника устанавливается в вольтах или киловольтах.

регулируемую индуктивность и катушку индуктивности с отдельными

выводами для ЭДС индукции ;

регулируемую емкость ;

электролитический (полярный) конденсатор ;

электромагнитное реле ;

трансформатор с выводом от средней точки и трансформатор без тако-

го вывода ;

магнитный сердечник ;

Ряд переключателей: переключатель, управляемый клавишей клавиатуры

; переключатель-таймер ; переключатель, управляемый величиной напряжения ; переключатель, управляемый величиной тока ; специ- альный переключатель, имитирующий работу полупроводниковых

переключающих элементов , данный переключатель имеет определен-

ное сопротивление и в закрытом, и в открытом состоянии.

1.1.4. Панель Diodes

ров.

Панель Diodes (рис. 7) содержит условные обозначения диодов и тиристо-

Рис. 7. Панель Diodes.

(зенеровский диод) и светодиод . В качестве элемента на этой панели присутствует часто используемое соединение диодов – выпрямительный диод-

ный мост . Тиристоры четырех видов могут использоваться в электронных схемах EWB: неуправляемый тиристор или динистор , управляемый тири- стор , неуправляемый двунаправленный тиристор или диак , управляе-

мый двунаправленный тиристор, триак или симистор .

Если основная масса пассивных элементов в EWB описывается соответ- ствующей идеальной математической моделью, то для полупроводниковых эле- ментов предусмотрено использование наряду с идеальной моделью, назначае- мой каждому элементу по-умолчанию, библиотек реальных прототипов элемен- тов различных производителей. Предусмотрена возможность создания дополни- тельных библиотек прототипов самим пользователем.

1.1.5. Панель Transistors

Рис. 8. Панель Transistors.

Биполярный n-p-n транзистор ; Биполярный p-n-p транзистор ;

Полевой транзистор с управляющим p-n переходом и каналом n-типа ;

Полевой МОП-транзистор обедненного типа с встроенным каналом n-типа и

тремя выводами (вывод подложки объединен с истоком) ;

Полевой МОП-транзистор обедненного типа с встроенным каналом p-типа и

тремя выводами ;

Полевой МОП-транзистор обедненного типа с встроенным каналом n-типа и

четырьмя выводами (самостоятельный вывод подложки) ;

Полевой МОП-транзистор обедненного типа с встроенным каналом p-типа и

четырьмя выводами ;

Полевой МОП-транзистор обогащенного типа с индуцированным каналом n-

типа и тремя выводами ;

Полевой МОП-транзистор обогащенного типа с индуцированным каналом p-

типа и тремя выводами ;

Полевой МОП-транзистор обогащенного типа с индуцированным каналом n-

типа и четырьмя выводами (самостоятельный вывод подложки) ;

Полевой МОП-транзистор обогащенного типа с индуцированным каналом p-

типа и четырьмя выводами ;

Арсенид-галлиевый полевой транзистор с управляющим p-n переходом и ка-

налом n-типа (все выше перечисленные транзисторы кремниевые, в от- личие от них арсенид-галлиевые транзисторы отличаются способностью ра- ботать на очень высоких частотах – гигагерцы);

Арсенид-галлиевый полевой транзистор с управляющим p-n переходом и ка- налом p-типа .

1.1.6. Ин т е гральные схемы в Electronics Workbench

Интегральные схемы (ИС) сгруппированы по типам. Аналоговые ИС, ра- ботающие с непрерывно изменяющимися электрическими сигналами представ- лены на панели Analog ICs (рис. 9)

Здесь расположены:

Рис. 9. Панель аналоговых интегральных схем.

да (инвертирующий и неинвертирующий) и выходной вывод;

пятивыводной операционный усилитель, имеет дополнительно выводы подключения питания;

семивыводной операционный усилитель, два дополнительных вывода предназначены для подключения частотно-корректирующих цепочек;

девятивыводной операционный усилитель, быстродействующий, широ- кополосный и многофункциональный, дополнительные выводы используют-

ся для подключения цепей коррекции. Модели многовыводных операцион- ных усилителей построены на основе реальных прототипов;

аналоговый компаратор, электронный прибор, выполняющий сравнение напряжений на входах и скачком изменяющий выходное напряжение при из- менении соотношения входных напряжений;

- цепь фазовой автоподстройки частоты (Phase-Locked Loop), состоит из трех функциональных блоков: фазового детектора, фильтра низкой частоты и генератора, управляемого напряжением, данная модель имеет очень широкий

диапазон регулировок.

Интегральные схемы смешанного типа, работающие как с цифровыми, так

и с аналоговыми сигналами, в том числе ИС для преобразования цифровых сиг- налов в аналоговые и аналоговых в цифровые, находятся на панели Mixed ICs

(рис. 10)

Рис. 10. Панель интегральных схем смешанного (аналого-цифрового) типа.

На этой панели расположены:

8-разрядный аналого-цифровой преобразователь;

8-разрядный цифро-аналоговый преобразователь с токовым выходом;

8-разрядный цифро-аналоговый преобразователь с выходным сигналом напряжения;

ждущий или моностабильный мультивибратор;

интегральный таймер.

Рис. 11. Панель цифровых интегральных схем.

Состав этих шаблонов следующий:

, , , , содержат микросхемы 74-ой серии (отечественный аналог – интегральные схемы 155 серии). В этих ИС используется транзи- сторно-транзисторная логика (ТТЛ). Из-за большого количества ИС в этой

серии, они разбиты на пять групп, нумерация в каждой группе начинается с цифр, указанных на пиктограмме. Зная условное обозначение ИС, можно до- статочно быстро найти ее в соответствующей группе. При обозначении выво

дов ИС приняты следующие соглашения: Неподключенные(неиспользуемые) выводы обозначаются NC; Выводы питания Vcc – положительный, GND – отрицательный;

Вывод синхронизации обозначается символом G (если ИС содержит

несколько независимых элементов, то каждый из них может иметь собственый вывод синхронизации, обозначенный соответствующим индексом);

Выводы входных сигналов обозначаются символами А, В, С, выхо

ды – буквой Y.

данный шаблон содержит ИС 4000 серии, построенные на МОП-транзи- сторах, базовый элемент этой серии выполнен на паре комплементарных транзисторов и вся технология получила название КМОП-технологии (отече-

ственные аналоги – 176 и 561 серии). Условные обозначения выводов этих

ИС несколько отличаются от приведенных для 74 серии:

Выводы питания Vdd – положительный, Vss – отрицательный;

Входы ИС обозначаются буквой I (обычно с индексом), выходы –

буквой O.

При выборе любого шаблона и перетаскивании его значка на рабочий стол, открывается дополнительное окно (рис. 12) в котором нужно выбрать кон- кретный элемент. Модель элемента, собственно представляет собой копию ре- альной ИС (имеет такое же количество выводов и параметры).

Рис. 12. Окно выбора цифровой ИС 74-ой серии.

Панель Digital содержит цифровые ИС разделенные по функциональным

типам (рис. 13).

Рис. 13. Дополнительная панель цифровых микросхем.

Верхняя строка панели содержит идеальные модели сумматоров и триггеров:

полусумматор;

полный сумматор;

RS-триггер;

JK-триггер с выводами сброса и установки, управляемыми высоким уровнем напряжения;

JK-триггер с выводами сброса и установки, управляемыми низким уров-

нем напряжения;

D-триггер;

D-триггер, имеющий дополнительные выводы установки и сброса.

В нижней строке находятся модели реальных цифровых микросхем, сгруппиро- ванные по типам:

мультиплексоры;

дешифраторы;

шифраторы;

арифметико-логические элементы;

счетчики;

регистры сдвига;

Выбор элемента из нижней строки панели и перенос его на рабочее поле, вызывает появление окна, подобного показанному на рис. 12, в котором нужно выбрать конкретный элемент. При этом панели Digital ICs и Digital перекрывают друг друга (но не полностью), один и тот же элемент может быть выбран, как с помощью одной панели, так и с помощью другой.

1.1.7. Панель Logic Gates

На панели Logic Gates (рис. 14) собраны логические элементы.

Рис. 14. Панель Logic Gates.

Верхняя строка панели представляет элементы, по-умолчанию использующие идеальную модель, нижняя строка – элементы на основе реально выпускаемых ИС. Количество входных выводов у идеальных элементов может быть выбрано

от 2 до 8, у реально выпускаемых элементов изменить количество выводов не- льзя. Кроме того, в реально выпускаемых ИС как правило содержится от 3 до 6 логических элементов одного типа, например 3 трехвходовых элемента И. Эле-

мент И , выполняет функцию логического умножения, элемент ИЛИ ,

– операцию логического сложения, элементы И-НЕ , и ИЛИ-НЕ ,

выполняют те же операции с последующей инверсией результата, элемент

НЕ , выполняет операцию инверсии, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ

, выполняет операцию сложения по модулю два, существует и элемент, выполняющий эту же операцию с последующей инверсией , . Оставшие-

ся элементы не являются логическими, но часто используются в цифровых схе-

мах. Буферный элемент , обеспечивает большую нагрузочную способ- ность (больший ток нагрузки) по сравнению с обычным выводом логического

элемента. Буферный элемент с тремя состояниями может «отключать» вы- ходной вывод от последующей цепи. Триггер Шмидта может выполнять функцию компаратора или переключающего элемента, например, при преоб-

разовании медленно меняющегося аналогового сигнала в управляющий им- пульс.

1.1.8. Панель Indicators

Панель Indicators (рис. 15) содержит не только индикаторы различных ти-

Рис. 15. Панель Indicators.

Одна из сторон изображения прибора отмечена жирной линией (рис. 16) –

это минусовой вывод прибора.

Рис. 16. Изображение полярности подключения прибора.

При протекании тока через прибор в направлении от плюсового вывода к мину- совому, его показания положительны, в противном случае на дисплее прибора

отображается знак «минус». Вольтметр и амперметр автоматически определяют диапазон измерений, но не могут автоматически определить род тока – постоян- ный или переменный. По умолчанию установлен режим измерения постоянного тока (напряжения) – DC (Direct Current). В случае использования указанных приборов в цепях переменного тока необходимо перевести их в режим перемен- ного тока – AC (Alternating Current). В этом режиме на дисплее прибора отобра- жается действующее значение тока(напряжения). Внутреннее сопротивление приборов может быть задано пользователем. По умолчанию сопротивление вольтметра 1 мегаом, амперметра – 1 миллиом.

Электрический звонок использует встроенный динамик компьютера

для воспроизведения звука заданной частоты.

Основное же содержимое панели составляют индикаторы:

Лампа накаливания . Превышение тока через лампу вызывает ее перего- рание и разрыв цепи.

пробник с одним выводом показывает наличие положительного потенци-

ала. По умолчанию величина регистрируемого потенциала составляет 2,5 В.

В случае постоянного напряжения пробник горит ровным светом, при пере- менном напряжении мерцает;

Семисегментный индикатор , имеет семь выводов, соответствующих вы- водам сегментов (в отличие от реальных индикаторов вывод для подключе-

ния нулевого потенциала отсутствует). Может отображать буквенно-цифро- вые символы при подаче напряжения на соответствующие выводы. По-умол- чанию уровень напряжения логической единице соответствует уровням для ТТЛ-логики;

Семисегментный индикатор, совмещенный с дешифратором , имеет четыре вывода и отображает цифры от 0 до 9 и буквы, соответствующие шестнадцатеричному представлению чисел, при подаче на четыре вывода

двоичного кода соответствующего числа;

Светодиодный индикатор уровня имеет десять градаций уровня и по де- сять выводов с каждой стороны, выводы слева соответствуют анодам свето- диодов, справа – катодам. Обычно такие индикаторы используются для визу-

ального отображения уровня сигнала;

Светодиодный индикатор уровня с встроенным дешифратором , имеет всего два вывода – слева вывод анода для подключения положительного по- тенциала, справа вывод катода для подключения «минусового» вывода. По

умолчанию отображает уровень сигнала от 1 до 10 В, величина минимально-

го и максимального напряжения может регулироваться.

1.1.9. Панель Controls

Рис. 17. Панель Controls.

Сюда включены (слева направо): Дифференциатор ; Интегратор ;

Масштабирующий блок ;

Формирователь передаточных характеристик ; Перемножитель ;

Делитель ;

Трехвходовое суммирующее устройство ;

Управляемый ограничитель напряжения ; Ограничитель тока ;

Звено с гистерезисной характеристикой ; Селектор сигналов .

1.1.10. Панель Miscellaneous

В панели Miscellaneous (рис. 18) собраны остальные элементы, не попада- ющие под выше перечисленные категории и не вошедшие в предыдущие пане- ли.

Рис. 18. Панель Miscellaneous.

Слева направо представлены:

предохранитель ;

элемент, позволяющий сохранять данные во внешний текстовый файл ;

набор схем-моделей в формате SPICE (неактивное состояние говорит о

том, что этот компонент не установлен);

линия задержки с потерями ; линия задаржки без потерь ; кварцевый резонатор ;

коллекторный электродвигатель постоянного тока ;

ламповый триод ;

стрелками отмечены трехвходовые элементы импульсных стабилизаторов,

имеющие название BUCK (понижающий) , BOOST (повышающий) и

BUCK-BOOST (универсальный) ;

буква А отображает текстовый элемент, который может быть включен в принципиальную схему для пояснений и комментариев;

последний элемент создает стандартную подпись-штамп на принципи- альной схеме с указанием названия схемы, автора, даты создания и т.п.

1.1.11. Панель Instruments

Панель Instruments (рис. 19) содержит контрольно-измерительные прибо- ры и генераторы, используемые для анализа работы электронных схем.

Рис. 19. Панель Instruments.

Все приборы, кроме осциллографа, имеют две формы отображения: одна в виде значка на принципиальной схеме с выводами для подключения проводников, вторая появляется при двойном щелчке мышкой по значку и отображает увели- ченное изображение прибора с элементами настройки режима работы. Осцилло- граф имеет три формы отображения.