В начало

Лабораторная работа

Введение в Electronics Workbench

 

Цель работы: Изучить основные возможности программы Electronics Workbench, освоить построение простейших цепей постоянного и переменного тока и измерение их характеристик с помощью виртуальных приборов этой программы.

 

Ход работы:

1. Включаем программу Electronics Workbench.

 

2. Из библиотеки Sources перемещаем на рабочее поле источники постоянного тока и напряжения, а так же источники переменного тока и напряжения. Устанавливаем рабочие параметры источников следующим образом: активируем элемент, нажимаем кнопку Component Properties в верхнем ряду. В появившемся окне устанавливаем необходимые параметры и нажимаем клавишу OK.

Параметры источников:

- источник постоянного напряжения – 10 В;

- источник постоянного тока – 10 мА;

- источник переменного напряжения – 10 В, 1000 Гц;

- источник переменного тока – 10 мА, 1000 Гц.

Изменяем ориентацию элементов следующим образом: активируем элемент и нажимаем кнопку Rotate в верхнем ряду.

Сдвигаем элементы на три позиции по вертикали и горизонтали с помощью мыши: навести курсор мыши на элемент, нажать левую кнопку и, не отпуская ее, передвинуть элемент по горизонтали или по вертикали, отпустить кнопку мыши.

 

3. Из библиотеки Basic на рабочее поле перемещаем постоянный и переменный резистор, постоянную и переменную индуктивность, постоянную и переменную емкость. С помощью кнопки Component Properties устанавливаем следующие рабочие параметры компонентов:

- постоянный резистор – 100 Ом;

- переменный резистор – 10 кОм, включение клавишей «1»;

- постоянная индуктивность – 100 мГн;

- переменная индуктивность – 10 мкГн, включение клавишей «2»;

- постоянная емкость – 100 пФ;

- переменная емкость – 1000 пФ, включение клавишей «3».

С помощью кнопки Rotate изменяем ориентацию элементов на 90 градусов. Нажимаем кнопку Component Properties, в появившемся окне, в поле Setting устанавливаем позицию «25%», в поле Increment устанавливаем позицию «75%».

 

4. Из библиотеки Indicators на рабочее поле перемещаем вольтметр и амперметр. Устанавливаем следующие рабочие параметры:

- вольтметр – внутреннее сопротивление10 МОм, род работы – постоянное напряжение (DC);

- амперметр – внутреннее сопротивление 10 мОм, род работы – переменное напряжение (AC).

С помощью кнопки Rotate изменяем ориентацию элементов на 90 градусов.

 

5. Собираем схему согласно Рис. 8. Включаем моделирование работы схемы клавишей «0 -1», останавливаем его клавишей «Pause». Снимаем показания приборов. Результаты заносим в таблицу № 1.

Таблица 1

 

Расчет токов и напряжений в схеме.

 

При последовательном соединении проводников сила тока во всей цепи одинакова:

I = I₁=I₂

Напряжение на концах участка складывается из напряжений на первом и втором проводниках:

U = U₁+U₂

Полное сопротивление цепи равно:

R = R₁+R₂

 

R₁= 1 кОм

R₂= 1 кОм

R = 2 кОм

U = 10 В

Сила тока определяется по формуле:

I = U∕ R

I = 5 мА

Напряжение на участке цепи определяется по формуле:

U = IR

U₁= I R₁

U₂= I R₂

U₁= 5 В

U₂= 5 В

Вывод: сравнивая результаты измеренных и расчетных величин, видим, что они одинаковы, за исключением измеренной силы тока, отличающейся от расчетной на 0,005. Это говорит о том, что в работе амперметра имеется погрешность.

 

6. Собираем схему согласно Рис. 9. Включаем моделирование работы схемы клавишей «0 -1», останавливаем его клавишей «Pause». Снимаем показания приборов. Результаты заносим в таблицу № 2.

Таблица 2

 

Расчет постоянных и переменных токов и напряжений в схеме.

Формулы для расчета:

I₁ = U₁ ∕ R (AC); I₂ = U₂ ∕ R (DC)

U₁ = I₁R₁ (AC); U₂ = I₂R₁ (DC); U₃ = I₁R₂ (AC); U₄ = I₂R₂ (DC)

R = R₁+R₂

R₁= 1 кОм

R₂= 1 кОм

R = 2 кОм

I₁= 2,5 мА; I₂= 5 мА

U₁= 2,5 В; U₂= 5 В; U₃= 2,5 В; U₄= 5 В

Вывод: сравнивая измеренные и расчетные результаты, мы видим, что они близки друг к другу, но не равны. Следовательно приборы работают с некоторой погрешностью

 

7. Из библиотеки Instruments на рабочее поле помещаем мультиметр. Устанавливаем следующие рабочие параметры прибора:

- режим работы – постоянный ток (DC);

- род работы – Омметр.

На рабочее поле помещаем вольтметр и переменный резистор. Собираем схему согласно Рис. 10. Включаем моделирование работы схемы клавишей «0 -1», останавливаем его клавишей «Pause». С помощью клавиши «R» меняем сопротивление резистора. Снимаем показания приборов. Результаты заносим в таблицу № 3.

Таблица 3

 

Расчет силы тока в цепи.

Сила тока определяется по формуле:

I = U∕ R

Рассчитаем силу тока в каждом случае, результаты занесем в таблицу.

Вывод: В результате эксперимента видим, что с уменьшением сопротивления  резистора напряжение и сила тока в цепи возрастают.

 

8. Из библиотеки Instruments перемещаем на рабочее поле осциллограф. Устанавливаем следующие рабочие параметры прибора:

- период разверстки – 0,2 мс∕ дел.;

- в канале А – усиление 1 В∕ дел.; смещение по вертикали 0,0;

- в канале В – усиление 1 В∕ дел.; смещение по вертикали -2,0;

- Режим экрана осциллографа – Reduce.

Собираем схему согласно Рис. 11.

Исследование работы осциллографа.

а) устанавливаем параметры генераторов: 1 В, 1 кГц. Производим измерения амплитуды и периода гармонического сигнала.

Т_А = 1 мс; А_А = 2,4 В

Т_В = 1 мс; А_В = 2,4 В

б) устанавливаем параметры генераторов: 2 В, 5 кГц. Производим измерения амплитуды и периода гармонического сигнала.

Т_А = 0,2 мс; А_А = 5,6 В

Т_В = 0,2 мс; А_В = 5,6 В

Вывод: из эксперимента видим, что при увеличении напряжения на генераторе в два раза, амплитуда сигнала тоже увеличивается в два раза. При увеличении частоты генератора в пять раз, период сигнала уменьшается во столько же раз. Этот эксперимент лишний раз подтверждает, что период и частота обратно пропорциональны друг другу, зато амплитуда напрямую зависит от напряжения генератора.

в) включаем режим экрана осциллографа – Expand. Производим измерения периода и амплитуды по шкалам экрана и по шкалам Указателей. Для измерения периода метки «1» и «2» устанавливаем на вершинах соседних волн. Для измерения амплитуды метку «1» устанавливаем на вершине волны, а метку «2» - в самой низкой точке соседней впадины.

Результаты с экрана:

Т_А = 0,2 мс; А_А = 5,6 В

Т_В = 0,2 мс; А_В = 5,6 В

Результаты с Указателей:

Т_А = 0,2 мс; А_А = 5,6 В

Т_В = 0,2 мс; А_В = 5,6 В

Вывод: результаты измерения с экрана полностью совпадают с показаниями Указателей на осциллографе.

г) устанавливаем на левом генераторе начальную фазу согласно Таблице № 4. Включаем режим экрана осциллографа – Expand. Производим измерения величины угла сдвига фазы между сигналами генераторов по шкалам указателей. Результаты заносим в таблицу. Для измерения  величины угла сдвига метку «1» ставим на вершину первой волны, а метку «2» на вершину второй волны. Угол сдвига определяется по формуле:

φ = 2πΔt ∕ T

где Δt – разность времен прохождения сигналами нулевое значение Y, Т – период сигнала равный 0,2 мс.

д) меняем параметры генератора согласно Таблице № 4, повторно проводим измерения, результаты заносим в таблицу.

е) сравниваем результаты измерений.

 

Таблица 4

 

Вывод: с помощью осциллографа можно с абсолютной точностью измерять как период и амплитуду, так и фазовые сдвиги между сигналами.