6. Моделирование электрических цепей с помощью программы Electronics Workbench

6.1. Назначение и общая характеристика программы

Система схемотехнического моделирования Electronics Workbench (да-

лее – программа) предназначена для моделирования и анализа аналоговых, цифровых и смешанных электрических схем. Моделирование в данной среде сочетает высокую достоверность результатов с наглядностью и простотой ввода электрических схем.

Программа позволяет строить и анализировать схемы с помощью следующих операций: выбор элементов и приборов из библиотек; перемещение элементов и схем на рабочем поле; поворот элементов и их групп на углы, кратные 90о; копирование, вставка или удаление элементов, групп элементов, фрагментов и целых схем; изменение цвета проводников; подключение нескольких измерительных приборов; изменение параметров элементов в широком диапазоне.

Стандартное отражение окна содержит следующие области: меню, элементы управления и редактирования, панель компонентов, переключатель начала и окончания процесса моделирования с кнопкой паузы, поле компонентов, рабочее поле и поле статуса.

Панель компонентов содержит 13 пиктограмм библиотек компонентов, а каждая библиотека компонентов – условные обозначения компонентов. Внешний вид основного окна программы представлен на рис. 35 и открыта библиотека основных компонентов (Basic).

6.2. Базовые элементы цепей

Рассмотрим назначение основных элементов цепей (табл. 17), компоненты которых имеются в программе и необходимы при выполнении моделирования рассматриваемых схем.

«Узел» применяется для соединения проводников (не более четырех) и создания контрольных точек. Узлы могут быть добавлены в собранную схему.

«Заземление» имеет нулевой потенциал, относительно которого отсчитываются потенциалы других узлов. Схемы, содержащие осциллограф, операционный усилитель, трансформатор и управляемый источник, должны иметь заземление.

Рис. 35

Таблица 17

Основные элементы электрических цепей

Элемент	Обозначение		Пиктограмма библиотеки компонентов	Диапазон изменения величины
	на схемах	в программе
Узел			Basic	–
Сопротивление				Ом ... МОм
Емкость				пФ ... Ф
Индуктивность				мкГн ... Гн
Заземление			Sources	–
Источник пос- тоянной ЭДС				мкВ ... кВ
Источник переменной ЭДС				мкВ ... кВ, Гц ... МГц

Линейные элементы – «сопротивление», «емкость» и «индуктивность» – характеризуются соответствующими значениями параметров.

Все источники в программе являются идеальными, т. е. внутреннее сопротивление источника напряжения равно нулю, а источника тока – стремится к бесконечности. В программе (см. табл. 17) имеются источники постоянного и переменного напряжения и др.

Когда элементы выбираются впервые из библиотеки и переносятся на рабочее поле, они всегда имеют следующие значения параметров (параметры «по умолчанию»): сопротивление – 1 кОм, емкость – 1 мкФ, индуктивность – 1 мГн, источник постоянной ЭДС – 12 В, переменной – 120 В, частота переменного сигнала – 60 Гц, начальная фаза – фаза 0. Установка параметров элементов схем осуществляется в меню, появляющемся после двойного нажатия «мышкой» на элемент схемы (рис. 36, а). На рис. 36, б показано окно для установки значения сопротивления Resistance (R) и единиц измерения, например: кОм – k. Аналогичным способом устанавливаются значения емкости (Capacitance), индуктивности (Inductance), ЭДС источников напряжения (Voltage) и значений частоты (Frequency) и фазы (Phase) источника переменной ЭДС.

1 k Ohm
а	б

Рис. 36

Измерительные приборы. Амперметр и вольтметр называются индикаторами и являются основными приборами, используемыми для анализа режимов работы электрических цепей (рис. 37, а). Они автоматически изменяют диапазон измерений, поэтому не требуют настройки предела измерения. В одной схеме можно применять несколько индикаторов одновременно, наблюдая ток в различных ветвях и напряжение на различных элементах. Выбор режима измерения (цепи постоянного тока – DC, переменного – АС) и значения внутреннего сопротивления определяется с помощью меню (рис. 37, б), которое появляется после двойного нажатия на изображение индикатора. Выделенная толстой линией сторона прямоугольника соответствует отрицательной клемме для индикаторов постоянного тока.

а	б

Рис. 37

Мультиметр используется для измерения напряжения, тока и сопротивления. Режим измерения выбирается нажатием мыши на расширенной модели данного прибора.

Амперметр, вольтметр и мультиметр имеют внутреннее сопротивление, величина которого задается в свойствах (Component properties) приборов двойным нажатием правой кнопки мыши на изображении прибора.

Осциллограф в программе представляет собой аналог двухлучевого осциллографа, его изображение имеет три модификации – уменьшенную (пиктограмма в табл. 18), компактную (малый экран – рис. 38, а) и расширенную (большой экран – рис. 38, б). Переход из первой модификации во вторую осуществляется двойным нажатием левой клавиши мыши на пиктограмму осциллографа, а из второй в третью – с помощью кнопки Expand и обратно – Reduce.

Подключение осциллографа можно осуществить в уменьшенном и компактном его виде. На этих изображениях имеются четыре входные клеммы: верхний правый – общий, нижний правый – вход синхронизации, левый и правый нижние – входы каналов A и B.

Для настройки режимов работы осциллографа используются меню: Time base – развертка по горизонтали (по умолчанию – 0,5 с/дел.), Trigger – синхронизация, ее уровень и фронт срабатывания, Channel A или B – развертка по вертикали (по умолчанию – 5 В/дел.).

А

Б Рис. 38

Таблица 18

Основные измерительные приборы

Измерительный прибор	Обозначение		Пиктограмма поля компонентов	Измеряемая величина
	на схемах	в программе
Амперметр			Indicators	Постоянный ток, действующее значение переменного тока
Вольтметр				Постоянное нап- ряжение, действующее значение переменного напряжения
Мультиметр	–		Instruments	Сопротивление, постоянное (переменное) напряжение и ток
Осциллограф	–			Быстропроте­кающие и стационарные процессы

На расширенном представлении осциллографа маркеры красного (1) и синего (2) цветов могут быть использованы для определения фазового сдвига двух сигналов после соответствующего пересчета величины T2 – T1 согласно выражению:

, (152)

где T2 – T1 – временной сдвиг мгновенных значений сигнала, с, указывается на расширенном изображении осциллографа;

f = 50 Гц – частота питающего напряжения;

T – период колебаний, с.