Анализ схем на операционных усилителях с применением интерактивной программы Electronics Workbench

№ 1438 
московский ГОСУДАРСТВЕННЫЙ 

ИНСТИТУТ СТАЛИ и СПЛАВОВ 

Технологический университет 

МИСиС 

Кафедра электротехники и микропроцессорной электроники 

Ф.И. Маняхин, А.Н. Душин, А.А. Травин 

Анализ схем на операционных усилителях 
с применением интерактивной программы 

Electronics Workbench 

Лабораторный практикум 

для студентов специальностей 071000, 200100 
направлений 654100, 553100, 550700 

Рекомендован редакционно-издательским 
советом института 

МОСКВА 2002 

УДК 621.3 + 621.38 
М23 

М23 
Маняхин Ф.И., Душин А.Н., Травин А.А. Анализ схем на операционных усилителях с применением интерактивной программы Electronics Workbench: Лаб. практикум. – М.: МИСиС, 
2002. – 95 с. 

Лабораторный практикум по операционным усилителям содержит 
краткое описание интерактивной программы Electronics Workbench, предназначенной для синтеза и анализа электрических цепей, описание лабораторных работ с применением указанной программы. Практикум предназначен для студентов, изучающих дисциплину «Электротехника и электроника»: направлений 654100, 553100, 550700, специальностей 071000, 200100. 

© Московский государственный 
институт стали и сплавов 
(Технологический университет) 
(МИСиС), 2002 

СОДЕРЖАНИЕ 

Правила работы в компьютерном классе 
4 

Правила выполнения лабораторных работ и оформления отчета 
5 

Инструкция пользователю программы Electronics Workbench 
7 

Лабораторная работа 1. 

Измерение параметров операционных усилителей. . 
35 

Лабораторная работа 2. 

Активные электрические фильтры на операционных усилителях ... 49 
Лабораторная работа 3. 

Усилительные схемы на операционных усилителях 
60 

Лабораторная работа 4. 

Генераторы сигналов на операционных усилителях 
76 

Рекомендательный библиографический список 
92 

Приложение 1. 

Пример оформления титульного листа лабораторной работы 
93 

Приложение 2. 

Параметры отечественных операционных усилителей 
и их зарубежных аналогов 
94 

3 

ПРАВИЛА РАБОТЫ 
В КОМПЬЮТЕРНОМ КЛАССЕ 

1. Работающим в компьютерном классе не разрешается находиться в верхней одежде, иметь при себе продукты питания. 

2. Во время работы в компьютерном классе должна соблюдаться тишина. 

3. При работе в компьютерном классе категорически запрещается: 

- 
без разрешения преподавателя включать или выключать 
компьютер; 

- 
переключать шланги питания, соединительные кабели 
компьютера и монитора; 

- 
запускать программы, не используемые при выполнении 
лабораторной работы; 

- 
прикасаться пальцами к экрану монитора; 

- 
класть сумки, портфели на компьютерный стол; 

- 
записывать рабочие файлы в директории на жестком 
диске и на сменные диски; 

- 
перенастраивать параметры используемой программы; 

- 
синтезировать электрические схемы, не входящие в план 
лабораторной работы; 

- 
вводить собственный пароль входа в систему; 

- 
пользоваться папкой Панель управления; 

- 
открывать другие жесткие диски; 

- 
оставлять рабочее место без предупреждения об этом 
преподавателя; 

- 
загрязнять рабочее место. 

4. По окончании работы в компьютерном классе студент 
должен сдать рабочее место в порядке. 

5. При неполадках в работе компьютера студент должен сообщить об этом преподавателю, ведущему занятия. 

4 

ПРАВИЛА ВЫПОЛНЕНИЯ 
ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 
И ОФОРМЛЕНИЯ ОТЧЕТА 

1. Лабораторные работы проводятся в компьютерном классе 
с 
применением 
интерактивной 
программы 
Electronics 
Workbench 5.12 (EWB 5.12) 

2. Для допуска к выполнению лабораторных работ студент 
обязан ознакомиться с правилами работы в компьютерном классе и 
правилами безопасной работы, освоить основные приемы владения 
программой EWB 5.12 в объеме, приведенном в инструкции пользователю настоящего пособия. 

3. При выполнении лабораторных работ в компьютерном 
классе необходимо строго следовать указаниям задания и использовать только указанную программу! 

4. Лабораторная работа оформляется в виде отчета в лабораторной тетради (сшитые листы формата А4 с титульным листом 
(см. Приложение 2). 

5. К началу лабораторной работы студенту необходимо ознакомиться с ее содержанием, освоить теорию по теме лабораторной 
работы, зарисовать в лабораторную тетрадь схемы, дать пояснения к 
их работе, записать задание. Журнал выполнения лабораторной работы должен содержать следующие отметки: 

1. Допущен к лабораторной работе «___» 
20___г. 

(подпись) 

2. Лабораторная работа выполнена «___» 
20___г. 

(подпись) 

3. Лабораторная работа защищена «___» 
20___г. 

(подпись) 

6. Полученные при выполнении работы результаты заносятся в лабораторную тетрадь. 

7. При анализе результатов лабораторной работы полученные расчетные параметры и характеристики комментируются (поясняются) с позиций известных теоретических положений. 

8. Оформленная лабораторная работа заканчивается выводами по ее результатам. 

5 

9. Оформленная лабораторная работа защищается. К защите 
допускаются студенты, получившие допуск, выполнившие лабораторную работу в полном объеме задания и оформившие ее в соответствии с настоящими правилами. 

10. Для защиты лабораторной работы необходимо представить расчетно-графический экспериментальный результат и уметь 
объяснить его. Примерный перечень типовых вопросов приведен в 
конце описания каждой лабораторной работы. 

11. Графический материал и таблицы оформляются в соответствии с ГОСТом. 

6 

ИНСТРУКЦИЯ 

ПОЛЬЗОВАТЕЛЮ ПРОГРАММЫ 

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 и предназначена для работы и обучения студентов основам 
электротехники и электроники. Программа используется при проведении лабораторных работ и практических занятий. Она имеет простой и понятный интерфейс, выполненный в традиционном для 
Windows виде. 

Программа запускается либо из меню Пуск последовательно 
Программы, Electronics Workbench, Electronics Workbench либо с 
рабочего стола Windows через пиктограмму, представленную на рис. 1. 

Рис. 1. Ярлык запуска программы Electronics Workbench 

После загрузки программы на экране монитора появляется ее 
рабочее окно (рис. 2). 

3^ 
l± 
Cr:i.ii 
Лга1,^ Vndo/i 
- e t 

ClMlH S| 5(, u|a| iv л|^ lAfel -1^1 е;Ш™ 
d ? | 

ПИШУ ф:| -1 a \f 1 ? Ц si 4t slfcP Щ| M1 fi| ^~---^ 

\ 
\ 
^ 

Меню 
Поле библиотек 
Поле управляющих кнопок 

Рабочее поле 

•1 
1 

IBUI 

/ 
'1 

Виртуальные 
выключатели 
i 

Д5 
±г 

Рис. 2. Рабочее окно программы Electronics Workbench 

7 

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 открываются путем нажатия левой кнопки мыши, когда ее указатель 
находится на пиктограмме нужной библиотеки (рис.3). 

File 
£dit 
Circuit 
Analysis 
Window 
JHelp 

D|MJ|H|a ^^ ^ e ^' " ^ ^ 1^ ~^ a (^'«0^ 
dl ? 

1,- 
ф:[^ # < f "•§" °f a a e щ м 

• - ^^ - 3g Ф'{ л X i\ =H ^ 
^ @ S 'W ^ -o^wm'iWi 
'*' 

и 

Поле компонентов 

Рис. 3. Пример открытой библиотеки пассивных элементов 

В программе Workbench имеются библиотеки 1 – 14, представленные на рис. 4 и в таблице. 

Ir 
Ф- ^ t^ I < ? T ?' Э fJ i s 
M 

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

Рис. 4. Пиктограммы библиотек элементов и приборов 

Библиотеки элементов и приборов 

№ 

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) 

8 

Личная библиотека предназначена для хранения нестандартных элементов, создаваемых автором. 

На рис. 5 – 17 показаны некоторые необходимые для лабораторных работ элементы электрических схем, входящие в указанные 
библиотеки. 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 

10 

8 

Рис. 5. Библиотека источников: 

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

9 

9 
10 

Рис. 6. Библиотека пассивных элементов: 

1 - потенциальный узел; 
2 - 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 

11 

Рис. 7. Библиотека диодов: 

1 – выпрямительный диод; 
2 – стабилитрон; 
3 – светодиод; 
4 – диодный мостик 

10 

1 
2 
3 
4 
5 
6 

7 

1 
2 
3 
4 

11 
12 
13 
14 

Рис. 8. Библиотека транзисторов: 

1 – n-p-n биполярный транзистор; 
2 – p-n-p биполярный транзистор; 
3 – n-канальный полевой транзистор; 
4 – p-канальный полевой транзистор; 
5 – полевой транзистор с изолированным затвором и каналом 

n-типа, у которого один из электродов соединен с подложкой; 

6 – полевой транзистор с изолированным затвором и каналом 

p-типа, у которого один из электродов соединен с подложкой; 

7 – полевой транзистор с изолированным затвором и каналом 

n-типа; 

8 – полевой транзистор с изолированным затвором и каналом 

p-типа; 

9 – полевой транзистор с индуцированным каналом n-типа, 

в котором один из электродов соединен с подложкой; 

10 – полевой транзистор с индуцированным каналом p-типа, 

в котором один из электродов соединен с подложкой; 

11 – полевой транзистор с индуцированным каналом n-типа; 
12 – полевой транзистор с индуцированным каналом p-типа; 
13,14 – полевые транзисторы на основе GaAs 

11 

1 
2 
3 
4 
5 
6 
7 
8 

9