Файл: Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з дисциплін "схемотехніка еом" "компютерна схемотехніка".doc
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 03.12.2023
Просмотров: 216
Скачиваний: 1
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
, во включенном состоянии их сопротивление равно нулю. Ключи могут управляться:
Так как замкнутые ключи в Electronics Workbench имеют сопротивление равное нулю, то при параллельном соединении с другим ключом или батареей рекомендуется последовательно ввести в цепь резистор с сопротивлением 1 Ом.
Р еле
Электромагнитное реле может иметь нормально замкнутые или нормально разомкнутые контакты. Оно срабатывает, когда ток в управляющей обмотке превышает значение тока срабатывания Ion. Во время срабатывания происходит переключение пары нормально замкнутых контактов S2, S3 реле на пару нормально замкнутых контактов S2, S1 реле. Реле остается в состоянии срабатывания до тех пор, пока ток в управляющей обмотке превышает удерживающий ток Ihd. Значение тока Ihd должно быть меньше, чем Ion.
К
люч, управляемый клавишей
Ключи могут быть замкнуты или разомкнуты при помощи управляющих клавиш на клавиатуре. Имя управляющей клавиши можно ввести с клавиатуры в диалоговом окне, появляющемся после двойного щелчка мышью на изображении ключа.
Пример: Если необходимо, чтобы состояние ключа изменялось клавишей 'пробел' [Space], то следует ввести текст «Space» в диалоговое окно и нажать ОК.
Используемые клавиши-ключи:
буквы от А до Z,
цифры от 0 до 9,
клавиша Enter на клавиатуре,
клавиша пробел [Space].
Р
еле времени
Реле времени представляет собой ключ, который размыкается в момент времени Toff и замыкается в момент времени Ton. Ton и Toff должны быть больше 0.
Если Ton < Toff, то в начальный момент времени, когда t = 0, ключ находится в разомкнутом состоянии. Замыкание ключа происходит в момент времени t = Ton, а размыкание – в момент времени t = Toff.
Если Ton > Toff, то в начальный момент времени, когда t = 0, ключ находится в замкнутом состоянии. Размыкание ключа происходит в момент времени t = Toff, а замыкание — в момент времени t = Ton. Ton не может равняться Toff.
К
люч, управляемый напряжением
Ключ, управляемый напряжением, имеет два управляющих параметра: включающее (Von) и выключающее (Voff) напряжения. Он замыкается, когда управляющее напряжение больше или равно включающему напряжению Von, и размыкается, когда оно равно или меньше, чем выключающее напряжение Voff.
Ключ, управляемый током
Ключ, управляемый током, работает аналогично ключу, управляемому напряжением. Когда ток через управляющие выводы превышает ток включения Ion, ключ замыкается; когда ток падает ниже тока выключения loff – ключ размыкается.
Л
ампа накаливания
Лампа накаливания – элемент резистивного типа, преобразующий электроэнергию в световую энергию. Она характеризуется двумя параметрами: максимальной мощностью РMAX и максимальным напряжением VMAX. Максимальная мощность может иметь величину в диапазоне от мВт до кВт, максимальное напряжение – в диапазоне от мВ до кВ. При напряжении на лампе большем VMAX (в этот момент мощность, выделяющаяся в лампе, превышает Ртах) она перегорает. При этом изменяется изображение лампы (обрывается нить) и проводимость ее становится равной нулю.
П редохранитель
Предохранитель разрывает цепь, если ток в ней превышает максимальный ток IMAX. Значение IMAX может иметь величину в диапазоне от мА до кА. В схемах, где используются источники переменного тока, IMAX является максимальным мгновенным, а не действующим значением тока.
Д иод
Ток через диод может протекать только в одном направлении – от анода А к катоду К. Состояние диода (проводящее или непроводящее) определяется полярностью приложенного к диоду напряжения.
С табилитрон
Для стабилитрона (диода Зенера) рабочим является отрицательное напряжение. Обычно этот элемент используют для стабилизации напряжения.
С
ветоизлучающий диод (светодиод)
Светоизлучающий диод излучает видимый свет, когда проходящий через него ток превышает пороговую величину.
Мостовой выпрямитель
Мостовой выпрямитель предназначен для выпрямления переменного напряжения. При подаче на выпрямитель синусоидального напряжения среднее значение выпрямленного напряжения Vdc можно приблизительно вычислить по формуле:
Vdc = 0.636 * (Vp – 1.4),
где Vp — амплитуда входного синусоидального напряжения.
Д иод Шоттки
В отличие от простого диода, диод Шоттки находится в отключенном состоянии до тех пор, пока напряжение на нем не превысит фиксированного уровня порогового напряжения.
Т иристор (управляемый вентиль)
У тиристора помимо анодного и катодного выводов имеется дополнительный вывод управляющего электрода. Он позволяет управлять моментом перехода прибора в проводящее состояние. Вентиль отпирается, когда ток управляющего электрода превысит пороговое значение, а к анодному выводу не будет приложено положительное смещение. Тиристор остается в открытом состоянии, пока к анодному выводу не будет приложено отрицательное напряжение.
С имистор (двунаправленный управляемый вентиль)
Симистор способен проводить ток в двух направлениях. Он запирается при изменении полярности протекающего через него тока и отпирается при подаче следующего управляющего импульса.
Динистор
Динистор – управляемый анодным напряжением двунаправленный переключатель. Динистор не проводит ток в обоих направлениях до тех пор, пока напряжение на нем не превысит напряжения переключения, тогда динистор переходит в проводящее состояние и его сопротивление становится равным нулю.
О
перационный усилитель
Операционный усилитель (ОУ) – усилитель, предназначенный для работы с обратной связью. Он обычно имеет очень высокий коэффициент усиления по напряжению, высокое входное и низкое выходное сопротивление. Вход "+" является неинвертирующим, а вход "- – инвертирующим. Модель операционного усилителя позволяет задавать параметры: коэффициент усиления, напряжение смещения, входные токи, входное и выходное сопротивления.
Входные и выходные сигналы ОУ должны быть заданы относительно земли.
О
перационный усилитель с пятью выводами
ОУ с пятью выводами имеет два дополнительных вывода (положительный и отрицательный) для подключения питания.
Для моделирования этого усилителя используется модель Буля-Коха-Педерсона. В ней учитываются эффекты второго порядка, ограничение выходного напряжения и тока.
Умножитель напряжений
Умножитель перемножает два входных напряжения V
Xи VY. Выходное напряжение VOUTрассчитывается по формуле:
VOUT = k Vx Vy,
где к – константа умножения, которая может устанавливаться пользователем.
Биполярные транзисторы являются усилительными устройствами, управляемыми током. Они бывают двух типов: P-N-P и N-P-N.
Буквы означают тип проводимости полупроводникового материала, из которого изготовлен транзистор. В транзисторах обоих типов стрелкой отмечается эмиттер, направление стрелки указывает направление протекания тока.
N-P-N транзистор имеет две n-области (коллектор С и эмиттер Е) и одну р-область (базу В).
P-N-P транзистор имеет две р-области (коллектор С и эмиттер Е) и одну n-область (базу В).
Полевые транзисторы управляются напряжением на затворе, то есть ток, протекающий через транзистор, зависит от напряжения на затворе. Полевой транзистор включает в себя протяженную область полупроводника n-типа или р-типа, называемую каналом. Канал оканчивается двумя электродами, которые называются истоком и стоком. Кроме канала n -или р-типа, полевой транзистор включает в себя область с противоположным каналу типом проводимости. Электрод, соединенный с этой областью, называют затвором. Для полевых транзисторов в Electronics Workbench выделено специальное поле компонентов FET. В программе имеются модели полевых транзисторов трех типов: транзисторов с управляющим р-п переходом (JFET) и двух типов транзисторов на основе металлооксидной пленки (МОП-транзисторы или MOSFET): МОП-транзисторы с встроенным каналом (Depletion MOSFETs) и МОП-транзисторы с индуцированным каналом (Enhancement MOSFETs).
Полевой транзистор с управляющим р-n переходом (JFET) – униполярный транзистор, управляемый напряжением, в котором для управления током используется наведенное электрическое поле, зависящее от напряжения затвора.
Для n-канального полевого транзистора с управляющим р-n переходом чем более отрицательным будет напряжение, прикладываемое к затвору, тем меньше будет ток.
Полевые транзисторы с управляющим р-n переходом
В поле компонентов имеется два типа таких транзисторов: N-канальный и Р-канальный.
В n-канальном полевом транзисторе затвор состоит из р-области, окруженной n-каналом
В р-канальном полевом транзисторе затвор состоит из n-области, окруженной р-каналом
Управление током, протекающим через полевой транзистор на основе металлооксидной пленки (МОП-транзистор или MOSFET), также осуществляется с помощью электрического поля, прикладываемого к затвору.
Обычно подложка контактирует с наиболее отрицательно смещенным выводом транзистора, подключенным к истоку. В трехвыводных транзисторах подложка внутренне соединена с истоком. N-канальный транзистор имеет следующее обозначение: стрелка направлена внутрь значка; р-канальный транзистор имеет исходящую из значка стрелку. N-канальный и р-канальный МОП-транзисторы имеют различную полярность управляющих напряжений.
В Electronics Workbench имеется 8 типов МОП-транзисторов:
4 типа МОП-транзисторов со встроенным каналом,
4 типа МОП-транзисторов с индуцированным каналом.
МОП-транзистор со встроенным каналом (Depletion MOSFETs)
Подобно полевым транзисторам с управляющим р-n переходом (JFET), МОП-транзистор со встроенным каналом состоит из протяженной области полупроводника, называемой каналом. Для p-канального транзистора эта область является полупроводником p-типа, для n-канального транзистора – n-типа. Свободные электроны от истока до стока должны пройти через этот узкий канал, заканчивающийся с обеих сторон электродами, называемыми истоком и стоком.
Металлический затвор МОП-транзистора изолирован от канала тонким слоем двуокиси кремния так, что ток затвора во время работы пренебрежимо мал. Чем более отрицательное напряжение затвор-исток приложено к n-канальному транзистору, тем больше канал обедняется электронами проводимости, ток стока при этом уменьшается. При значении напряжения затвор-исток Vgs(off) канал полностью обеднен, и ток от истока к стоку прекращается. Напряжение Vgs(off) называется напряжением отсечки. С другой стороны, чем более положительно напряжение затвор-исток, тем больше размер канала, что приводит к увеличению тока. Р-канальный транзистор работает аналогично, но при противоположных полярностях напряжения
Т рехвыводной N-канальный MOSFET
со встроенным каналом
Т рехвыводной P-канальный MOSFET
со встроенным каналом
Ч етырехвыводной N-канальный MOSFET
со встроенным каналом
Ч етырехвыводной P-канальный MOSFET
со встроенным каналом
-
клавишей, -
таймером, -
напряжением, -
током.
Так как замкнутые ключи в Electronics Workbench имеют сопротивление равное нулю, то при параллельном соединении с другим ключом или батареей рекомендуется последовательно ввести в цепь резистор с сопротивлением 1 Ом.
Р еле
Электромагнитное реле может иметь нормально замкнутые или нормально разомкнутые контакты. Оно срабатывает, когда ток в управляющей обмотке превышает значение тока срабатывания Ion. Во время срабатывания происходит переключение пары нормально замкнутых контактов S2, S3 реле на пару нормально замкнутых контактов S2, S1 реле. Реле остается в состоянии срабатывания до тех пор, пока ток в управляющей обмотке превышает удерживающий ток Ihd. Значение тока Ihd должно быть меньше, чем Ion.
К
люч, управляемый клавишейКлючи могут быть замкнуты или разомкнуты при помощи управляющих клавиш на клавиатуре. Имя управляющей клавиши можно ввести с клавиатуры в диалоговом окне, появляющемся после двойного щелчка мышью на изображении ключа.
Пример: Если необходимо, чтобы состояние ключа изменялось клавишей 'пробел' [Space], то следует ввести текст «Space» в диалоговое окно и нажать ОК.
Используемые клавиши-ключи:
буквы от А до Z,
цифры от 0 до 9,
клавиша Enter на клавиатуре,
клавиша пробел [Space].
Р
еле времениРеле времени представляет собой ключ, который размыкается в момент времени Toff и замыкается в момент времени Ton. Ton и Toff должны быть больше 0.
Если Ton < Toff, то в начальный момент времени, когда t = 0, ключ находится в разомкнутом состоянии. Замыкание ключа происходит в момент времени t = Ton, а размыкание – в момент времени t = Toff.
Если Ton > Toff, то в начальный момент времени, когда t = 0, ключ находится в замкнутом состоянии. Размыкание ключа происходит в момент времени t = Toff, а замыкание — в момент времени t = Ton. Ton не может равняться Toff.
К
люч, управляемый напряжениемКлюч, управляемый напряжением, имеет два управляющих параметра: включающее (Von) и выключающее (Voff) напряжения. Он замыкается, когда управляющее напряжение больше или равно включающему напряжению Von, и размыкается, когда оно равно или меньше, чем выключающее напряжение Voff.
Ключ, управляемый токомКлюч, управляемый током, работает аналогично ключу, управляемому напряжением. Когда ток через управляющие выводы превышает ток включения Ion, ключ замыкается; когда ток падает ниже тока выключения loff – ключ размыкается.
Нелинейные элементы
Л
ампа накаливанияЛампа накаливания – элемент резистивного типа, преобразующий электроэнергию в световую энергию. Она характеризуется двумя параметрами: максимальной мощностью РMAX и максимальным напряжением VMAX. Максимальная мощность может иметь величину в диапазоне от мВт до кВт, максимальное напряжение – в диапазоне от мВ до кВ. При напряжении на лампе большем VMAX (в этот момент мощность, выделяющаяся в лампе, превышает Ртах) она перегорает. При этом изменяется изображение лампы (обрывается нить) и проводимость ее становится равной нулю.
П редохранитель
Предохранитель разрывает цепь, если ток в ней превышает максимальный ток IMAX. Значение IMAX может иметь величину в диапазоне от мА до кА. В схемах, где используются источники переменного тока, IMAX является максимальным мгновенным, а не действующим значением тока.
Д иод
Ток через диод может протекать только в одном направлении – от анода А к катоду К. Состояние диода (проводящее или непроводящее) определяется полярностью приложенного к диоду напряжения.
С табилитрон
Для стабилитрона (диода Зенера) рабочим является отрицательное напряжение. Обычно этот элемент используют для стабилизации напряжения.
С
ветоизлучающий диод (светодиод)Светоизлучающий диод излучает видимый свет, когда проходящий через него ток превышает пороговую величину.
Мостовой выпрямительМостовой выпрямитель предназначен для выпрямления переменного напряжения. При подаче на выпрямитель синусоидального напряжения среднее значение выпрямленного напряжения Vdc можно приблизительно вычислить по формуле:
Vdc = 0.636 * (Vp – 1.4),
где Vp — амплитуда входного синусоидального напряжения.
Д иод Шоттки
В отличие от простого диода, диод Шоттки находится в отключенном состоянии до тех пор, пока напряжение на нем не превысит фиксированного уровня порогового напряжения.
Т иристор (управляемый вентиль)
У тиристора помимо анодного и катодного выводов имеется дополнительный вывод управляющего электрода. Он позволяет управлять моментом перехода прибора в проводящее состояние. Вентиль отпирается, когда ток управляющего электрода превысит пороговое значение, а к анодному выводу не будет приложено положительное смещение. Тиристор остается в открытом состоянии, пока к анодному выводу не будет приложено отрицательное напряжение.
С имистор (двунаправленный управляемый вентиль)
Симистор способен проводить ток в двух направлениях. Он запирается при изменении полярности протекающего через него тока и отпирается при подаче следующего управляющего импульса.
Динистор
Динистор – управляемый анодным напряжением двунаправленный переключатель. Динистор не проводит ток в обоих направлениях до тех пор, пока напряжение на нем не превысит напряжения переключения, тогда динистор переходит в проводящее состояние и его сопротивление становится равным нулю.
О
перационный усилительОперационный усилитель (ОУ) – усилитель, предназначенный для работы с обратной связью. Он обычно имеет очень высокий коэффициент усиления по напряжению, высокое входное и низкое выходное сопротивление. Вход "+" является неинвертирующим, а вход "- – инвертирующим. Модель операционного усилителя позволяет задавать параметры: коэффициент усиления, напряжение смещения, входные токи, входное и выходное сопротивления.
Входные и выходные сигналы ОУ должны быть заданы относительно земли.
О
перационный усилитель с пятью выводамиОУ с пятью выводами имеет два дополнительных вывода (положительный и отрицательный) для подключения питания.
Для моделирования этого усилителя используется модель Буля-Коха-Педерсона. В ней учитываются эффекты второго порядка, ограничение выходного напряжения и тока.
Умножитель напряженийУмножитель перемножает два входных напряжения V
Xи VY. Выходное напряжение VOUTрассчитывается по формуле:
VOUT = k Vx Vy,
где к – константа умножения, которая может устанавливаться пользователем.
Биполярные транзисторы
Биполярные транзисторы являются усилительными устройствами, управляемыми током. Они бывают двух типов: P-N-P и N-P-N.
Буквы означают тип проводимости полупроводникового материала, из которого изготовлен транзистор. В транзисторах обоих типов стрелкой отмечается эмиттер, направление стрелки указывает направление протекания тока.
N-P-N транзистор имеет две n-области (коллектор С и эмиттер Е) и одну р-область (базу В).
P-N-P транзистор имеет две р-области (коллектор С и эмиттер Е) и одну n-область (базу В).
Полевые транзисторы (FET)
Полевые транзисторы управляются напряжением на затворе, то есть ток, протекающий через транзистор, зависит от напряжения на затворе. Полевой транзистор включает в себя протяженную область полупроводника n-типа или р-типа, называемую каналом. Канал оканчивается двумя электродами, которые называются истоком и стоком. Кроме канала n -или р-типа, полевой транзистор включает в себя область с противоположным каналу типом проводимости. Электрод, соединенный с этой областью, называют затвором. Для полевых транзисторов в Electronics Workbench выделено специальное поле компонентов FET. В программе имеются модели полевых транзисторов трех типов: транзисторов с управляющим р-п переходом (JFET) и двух типов транзисторов на основе металлооксидной пленки (МОП-транзисторы или MOSFET): МОП-транзисторы с встроенным каналом (Depletion MOSFETs) и МОП-транзисторы с индуцированным каналом (Enhancement MOSFETs).
Полевые транзисторы с управляющим р-n переходом (JFET)
Полевой транзистор с управляющим р-n переходом (JFET) – униполярный транзистор, управляемый напряжением, в котором для управления током используется наведенное электрическое поле, зависящее от напряжения затвора.
Для n-канального полевого транзистора с управляющим р-n переходом чем более отрицательным будет напряжение, прикладываемое к затвору, тем меньше будет ток.
Полевые транзисторы с управляющим р-n переходомВ поле компонентов имеется два типа таких транзисторов: N-канальный и Р-канальный.
В n-канальном полевом транзисторе затвор состоит из р-области, окруженной n-каналом
В р-канальном полевом транзисторе затвор состоит из n-области, окруженной р-каналом
Полевые транзисторы на основе металлооксидной пленки
Управление током, протекающим через полевой транзистор на основе металлооксидной пленки (МОП-транзистор или MOSFET), также осуществляется с помощью электрического поля, прикладываемого к затвору.
Обычно подложка контактирует с наиболее отрицательно смещенным выводом транзистора, подключенным к истоку. В трехвыводных транзисторах подложка внутренне соединена с истоком. N-канальный транзистор имеет следующее обозначение: стрелка направлена внутрь значка; р-канальный транзистор имеет исходящую из значка стрелку. N-канальный и р-канальный МОП-транзисторы имеют различную полярность управляющих напряжений.
В Electronics Workbench имеется 8 типов МОП-транзисторов:
4 типа МОП-транзисторов со встроенным каналом,
4 типа МОП-транзисторов с индуцированным каналом.
МОП-транзистор со встроенным каналом (Depletion MOSFETs)
Подобно полевым транзисторам с управляющим р-n переходом (JFET), МОП-транзистор со встроенным каналом состоит из протяженной области полупроводника, называемой каналом. Для p-канального транзистора эта область является полупроводником p-типа, для n-канального транзистора – n-типа. Свободные электроны от истока до стока должны пройти через этот узкий канал, заканчивающийся с обеих сторон электродами, называемыми истоком и стоком.
Металлический затвор МОП-транзистора изолирован от канала тонким слоем двуокиси кремния так, что ток затвора во время работы пренебрежимо мал. Чем более отрицательное напряжение затвор-исток приложено к n-канальному транзистору, тем больше канал обедняется электронами проводимости, ток стока при этом уменьшается. При значении напряжения затвор-исток Vgs(off) канал полностью обеднен, и ток от истока к стоку прекращается. Напряжение Vgs(off) называется напряжением отсечки. С другой стороны, чем более положительно напряжение затвор-исток, тем больше размер канала, что приводит к увеличению тока. Р-канальный транзистор работает аналогично, но при противоположных полярностях напряжения
Т рехвыводной N-канальный MOSFET
со встроенным каналом
Т рехвыводной P-канальный MOSFET
со встроенным каналом
Ч етырехвыводной N-канальный MOSFET
со встроенным каналом
Ч етырехвыводной P-канальный MOSFET
со встроенным каналом