Электротехника и электроника

УДК 621.3 

М23 

Р е ц е н з е н т 
кандидат технических наук, доцент P.P. Васильев 

Маняхин Ф.И., Фединцев В.Е. 

М23 
Электротехника и электроника: Лаб. практикум- М.: 
МИСиС, 2003.-139С. 

Лабораторный практикум содержит краткую инструкцию пользователя программы Electronics Workbench интерактивной работы с виртуальными электрическими и электронными цепями. Он состоит из двух частей, соответствующих разделам учебных планов указанных специальностей «Электротехника» и «Электроника» 
в которые входят 8 лабораторных работ. Настоящий практикум отличается тем, что 
позволяет студентам в часы самостоятельной работы получать практические навыки 
работы с электрическими цепями и электронными схемами, использовать виртуальную программу Electronics Workbench для проверки правильности теоретических 
расчетов в рамках домашних заданий и курсовых работ. 

© Московский государственный институт 
стали и сплавов(Технологический 
университет) (МИСиС), 2003 

ОГЛАВЛЕНИЕ 

Инструкция пользователю программой Electronics Workbench 
4 

Лабораторная работа 1 
Элементы и схемы замещения электрических цепей 
30 

Лабораторная работа 2 
Экспериментальное изучение законов Ома и Кирхгофа 
46 

Лабораторная работа 3 
Цепи переменного тока 
57 

Лабораторная работа 4 
Резонансные явления и переходные процессы в электрических 
цепях 
70 

Лабораторная работа 5 
Двигатель постоянного тока независимого возбуждения 
90 

Лабораторная работа 6 
Полупроводниковый диод и выпрямительные схемы 
100 

Лабораторная работа 7 
Биполярный транзистор и его применение в усилительных 
схемах 
114 

Лабораторная работа 8 
Тиристор и его применение в выпрямительных схемах 
130 

3 

Инструкция пользователю программой 
Electronics Workbench 

Общие свойства 
программы 

Программа Electronics Workbench предназначена для моделирования и анализа электрических и электронных схем средней сложности. Версия программы Electronics Workbench 5.12 является учебной версией и предназначена для работы и обучения студентов основам электротехники и электроники. Программа предназначена для 
проведения лабораторных работ и практических занятий. Она имеет 
простой и понятный интерфейс, выполненный в традиционном для 
WINDOWS виде. 

Программа запускается либо из меню «Пуск» последовательным 
переходом в субменю «Программы», «Electronics Workbench», 
«Electronics Workbench», либо с рабочего стола Windows через 

пиктограмму ^ | 
. 

EWB5.12.lnk 

После загрузки программы на экране монитора появляется ее рабочее окно (рис. 1). 

BJJMJII.I, 
Ц 1 . Ц , | и . | : | . И ! ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ Т Ш П 

Id ф:| S11 \^ I ? 111-1 ш щ\ф Щ ^ I f I ^ ^ - ^ 
^ г=п 

5li 
Ed( Cr:i.ii Aral.ht. Vridon 
- e t 

Cla^lHSl Xa|B|i.xJiN|Ab|t^|g;|^iJF°^^ у I 
m]\ 

Меню 
Поле библиотек 
Поле управляющих кнопок 
Виртуальные 
выключатели 

Рабочее поле 

Рис. 1. Рабочее окно программы Electronics Workbench 

В верхней части рабочего окна располагаются меню, поле управляющих кнопок, поле библиотек элементов и приборов. 

Исследуемая схема собирается на рабочем поле из элементов, содержащихся в библиотеке элементов и приборов. Библиотеки откры
4 

ваются путем нажатия левой кнопки мыши, когда ее указатель находится на пиктограмме нужной библиотеки (рис. 2). 

File 
£dit 
Circuit 
Analvsis 
Window 
JHelp 

D|c^|y|a| 
I |c 
Ы ' I Q^lt^P""^ 
^1 _?J 

^ t < ?"W?^ aШ mm 

НШ \\ ^ ^^шш_ 

Рис. 2. Пример открытой библиотеки пассивных элементов 

Ф 
# < f "5^°5^ аш ещ м 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 
9 
10 
11 12 13 14 

Рис. 3. Пиктограммы библиотек элементов и приборов 

В программе Workbench имеются следующие библиотеки (рис. 3) 

№ 
1 

2 

3 
4 
5 
6 

7 

Наименование библиотеки 

Личная (Favorites) 

Источники (Sources) 

Пассивные элементы (Basic) 
Диоды (Diodes) 
Транзисторы (Transistors) 
Операционные усилители 
(Analog Ics) 
АЦП и ЦАП (Mixed Ics) 

№ 
8 

9 

10 
11 
12 
13 

14 

Наименование библиотеки 

Цифровые микросхемы 
(Digital Ics) 
Логические элементы 
(Logic Gates) 
Триггеры (Digital) 
Индикаторы (Indicators) 
Преобразователи (Controls) 
Разное (Miscellaneous) 

Приборы (Instruments) 

Личная библиотека предназначена для хранения нестандартных 
элементов, создаваемых автором. 

5 

Ниже показаны некоторые необходимые для лабораторных работ 
элементы электрических схем, входящие в указанные библиотеки: 
• Библиотека источников 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 

9 
10 

1 - заземление (нулевой потенциал); 
2 - источник постоянного напряжения; 
3 - источник постоянного тока; 
4 - источник переменного напряжения; 
5 - источник переменного тока; 
6 - источник напряжения для интегральных схем 5 В; 
7 - источник напряжения 15 В для интегральных схем; 
8 - генератор прямоугольных импульсов; 
9 - генератор амплитудно-модулированного напряжения; 
10 - генератор частотно-модулированного напряжения. 

• Библиотека пассивных элементов 

1
2 
3 
4 
5 
6 

7 
8 
9 
10 
11 

1 - потенциальный узел; 

6 

- резистор; 
3 - конденсатор униполярный; 
4 - катушка индуктивности; 
5 - трансформатор; 
6 - источник напряжения логической единицы; 
7 - резистор переменной величины; 
8 - полярный конденсатор; 
9 - конденсатор переменной емкости; 
10 - катушка индуктивности с переменной величиной индуктивности; 

11 - трансформатор с нелинейной характеристикой. 

• Библиотека диодов 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 

1 - выпрямительный диод; 
2 - стабилитрон; 
3 - светодиод; 
4 - диодный мостик; 
5 - динистор; 
6 - тиристор; 
7 - симметричный динистор; 
8 - симметричный тиристор. 

• Библиотека транзисторов 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 

9 
10 
11 
12 
13 
14 

1 - п-р-п биполярный транзистор; 

7 

-р-п-р 
биполярный транзистор; 

3 - и-канальньй полевой транзистор с управляющим ;?-и-переходом; 
4 -;?-канальный полевой транзистор с управляющим ;?-и-переходом; 

5 - полевой транзистор с изолированным затвором и каналом 
и-типа, у которого один из электродов соединен с подложкой; 

6 - полевой транзистор с изолированным затвором и каналом 
/?-типа, у которого один из электродов соединен с подложкой 

7 - полевой транзистор с изолированным затвором и каналом птипа; 

8 - полевой транзистор с изолированным затвором и каналом ртипа; 

9 - полевой транзистор с индуцированным каналом п-типа, в котором один из электродов соединен с подложкой; 

10 - полевой транзистор с индуцированным каналом ;?-типа, в котором один из электродов соединен с подложкой; 

11 - полевой транзистор с индуцированным каналом и-типа; 
12 - полевой транзистор с индуцированным каналом/?-типа; 
13, 14 - полевые транзисторы на основе GaAs. 

. Библиотека аналоговых микросхем 

1 
2 

1 - операционный усилитель с напряжением питания, установленным по умолчанию 

2 - операционный усилитель с возможностью установки внешних 
источников питания 

• Библиотека ЦАП и АЦП 

1 
2 
3 

8 

- 8-разрядный АЦП; 
2 - 8-разрядный ЦАП с внешним опорным источником тока и парофазным выходом; 

3 - 8-разрядный ЦАП с внешним опорным источником напряжения. 

. Библиотека цифровых интегральных схем различного назначения 

^^^^^^^^^^^^^^^^^^ 

74ж 741ж 742^ 743кх 744ж 4хл< 

• Библиотека логических элементов 

1 2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 

1-И; 
2 - ИЛИ; 
3-НЕ; 
4 - ИЛИ-ПЕ; 
5 - И-ПЕ; 
6 - ИЛИ; 
7 - Трехстабильный элемент; 
8 - буфер. 

• Библиотека триггеров 

1
2 
3 
4 
5 

ш, 
Q 

MUX 
^ 3 

n^^^^^^^^^^^^^^^^^^i 

JcimJ
DEC 

-|R I
EHC С 

+ -X-H 

-Jj 1
CNT 

^^^ЛК 

-ID ' I
SR& 

" T T 

FF 

9 

- RS-триггер; 
2, 3 - JK-триггеры; 
4, 5 - D-триггеры. 

• Библиотека индикаторов 

1
2 
3 
4
5
6
7
8 
9 

1 - вольтметр (устанавливается внутреннее сопротивление, режим 
измерения постоянного или переменного тока); 

2 - амперметр (устанавливается внутреннее сопротивление, режим измерения постоянного или переменного тока); 

3 - лампа накаливания (устанавливается напряжение и мощность); 
4 - светоиндикатор (устанавливается цвет свечения); предназначен для индикации наличия потенциала относительно земли; 

5 - семисегментный индикатор; 
6 - семисегментный индикатор с дешифратором; 
7 - звуковой индикатор (зуммер). 

• Библиотека преобразователей различного типа 

• Библиотека элементов различного назначения 
1 
2 
3 
4 
5 

10 

- предохранитель (устанавливается ток срабатывания); 
2 - кварцевый резонатор (устанавливается тип резонатора); 
3 - двигатель постоянного тока; 
4 - вакуумный триод; 
5-текстовый редактор. 

. Библиотека приборов 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 

1 - мультиметр; 
2 - функциональный генератор (генератор сигналов специальной 
формы); 

3 - осциллограф; 
4 - измеритель АЧХ и ФЧХ; 
5 - генератор слова; 
6 - логический анализатор; 
7 - логический преобразователь. 

8 процессе проектирования электрических цепей элемент из библиотеки переносится на рабочее поле. Для этого необходимо установить курсор на выбранном элементе, нажать левую кнопку мыши и, 
не отпуская, ее перенести выбранный элемент в область рабочего 
поля. После этого кнопку мыши нужно отпустить. 

Для соединения элементов схем виртуальными проводниками 
курсор подводят к выводу элемента таким образом, чтобы около него 
появилась точка. После этого надо нажать левую кнопку мыши и не 
отпуская ее провести проводник к выводу другого элемента. В ряде 
случаев проводник можно вести от узла к узлу. Узлы находятся в 
библиотеке пассивных элементов. Техника проводки такая же, как и 
для соединения выводов элементов. 

11 

в то время как число устанавливаемых элементов не ограничено, 
каждый прибор из библиотеки приборов может быть установлен 
только в единичном экземпляре. 

Контрольно-измерительные 
приборы 

Мультиметр (Multimeter) 
На лицевой панели мультиметра (рис. 4) расположен дисплей для 
отображения результатов измерения, клеммы для подключения к 
схеме и кнопки управления (см. рис. 1). 

1 
2 
3 
4 

6 
7 
8 
9 

SheeH 1 

Ammeter resistance (R): 

Voltmeter resistance (R): 

Ohmmeter current (1): 

Decibel standard {'•/]: 

ID 
h 

|0.01 
h 

\2 

|пП 
|ап 

|цА 

|v 

OK 
1 

^^^^^^1 

" ^ 
"T 
"T 
" ^ 

Отгиена 

a 
6 

Рис. 4. Лицевая панель мультиметра (а) 

и окно установки его параметров (б): 

1 - Выбор режима измерения тока; 2 - выбор режима измерения 

напряжения; 3 - выбор режима измерения сопротивления; 4 - выбор 

режима измерения ослабления сигнала; 5 - выбор режима 

переменного тока; 6 - клемма (-); 7 - кнопка установки параметров 
мультиметра; 8 - выбор режима постоянного тока; 9 - клемма (+) 

Кнопка Settings - кнопка установки параметров мультиметра вызывает окно установки параметров: 

- 
Ammeter resistance - внутреннее сопротивление амперметра; 

- 
Voltmeter resistance - внутреннее сопротивление вольтметра; 

- 
Ohmmeter current - ток через контролируемый объект; 

- 
Decibel standard - установка эталонного напряжения V\ при 
измерении ослабления или усиления в децибелах (по умолчанию 
V\ - 1 В). При этом коэффициент передачи (дб) рассчитывается по 
формуле: 

12 

5