Подякувати Студентському архіву довільною сумою
Admin
26.02.2023 12:38
Дякуємо, що користуєтесь нашим архівом!
Інструкція до лабораторної роботи № 2
Інформація про навчальний заклад
ВУЗ:
Національний університет Львівська політехніка
Інститут:
Не вказано
Факультет:
РТ
Кафедра:
Не вказано
Інформація про роботу
Рік:
2012
Тип роботи:
Інструкція до лабораторної роботи
Предмет:
Схемотехніка
Частина тексту файла (без зображень, графіків і формул):
МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ «ЛЬВІВСЬКА ПОЛІТЕХНІКА»
МОДЕЛЮВАННЯ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ З РЕЗИСТОРАМИ
аналіз схем за постійним струмом
Інструкція до лабораторної роботи № 2
з навчальної дисципліни:
“Схемотехніка пристроїв технічного захисту інформації”
Затверджено
на засіданні кафедри
(Захист інформації(
Протокол № від 2012 р.
Львів – 2012
Моделювання та дослідження електричних кіл з резисторами. Аналіз схем за постійним струмом: Інструкція до лабораторної роботи №1 з дисципліни: “Компонентна база засобів технічного захисту інформації” /Укл.: Кеньо Г.В. ( Львів: Видавництво Національного університету “Львівська політехніка”, 2012. ( 10 с.
Укладач Кеньо Г.В., к. т. н., доц.,
Відповідальний за випуск Дудикевич В.Б., д.т. н., проф.
Рецензенти:
1. Мета роботи
Закріпити знання з призначення резисторів, їх вибору та маркування. Отримати досвід аналізу кіл постійного струму і застосувати його на практиці.
2. Завдання
За допомогою графічного редактора системи схемотехнічного моделювання MicroCap 8 створити принципову електричну схему з стандартизованими номіналами резисторів. Провести аналіз за постійним струмом. Виявити вплив опорів резисторів на перерозподіл енергії в електричних колах. За допомогою аналізу перехідних процесів виявити придатність резисторів з заданою номінальною потужністю для застосування у схемі. Записати літерно-цифрове та кольорове маркування резисторів.
3. Теоретичні відомості
Резистором називається пасивний компонент РЕА, виготовлений так, щоб виявляти певний опір протіканню струму. Резистор є найбільш використовуваним елементом електричних кіл, призначений для створення в електричному колі необхідної величини опору, що забезпечує перерозподіл і регулювання електричної енергії між елементами схеми.
Резистори бувають з постійним та змінним значенням опору. Резистори зображаються на схемах у вигляді прямокутника (рис.1,а), або (згідно з американськими стандартами) у вигляді зигзагоподібної лінії(рис.1,б). Змінні резистори (рис.1,в) бувають регулювальними і підстроювальними (рис.1,г).
а) б) в) г)
Рис.1. Схематичне позначення постійного (а,б), змінного та підстроювального резисторів
За матеріалом резистивного елемента резистори поділяють на три основні категорії: дротяні, недротяні та металофольгові. Дротяні резистори є значно дорожчими від недротяних, тому застосовують їх у тих випадках, коли характеристики недротяних резисторів не задовольняють вимогам.
Основними параметрами резисторів є: номінальний опір і його допустиме відхилення, номінальна потужність розсіювання, гранична робоча напруга, температурний коефіцієнт опору і шуми.
Резистори загального призначення випускаються з допусками (30%, (20%, (10%, (5%, (2%, (1%.
Для однаковості виробники випускають резистори зі стандартними номінальними значеннями. Стандартами встановлені 6 рядів номіналів опорів: Е6, Е12, Е24, Е48, Е96, Е192 (цифра вказує кількість номінальних опорів у ряду). Ці значення повинні бути помноженими на 10n, де n=1,2,3..., для отримання реальних величин резисторів. Чим більшою є кількість номінальних опорів у ряду, тим меншим є допуск. В таблиці 1.1 подані номінальні опори та допуски резисторів по рядах Е6, Е12, Е24.
Таблиця 1.1. Стандартні номінали резисторів (виключаючи множник)
Е24 (допуск (5%)
Е12 (допуск (10%)
Е6 (допуск (20%)
Е24 (допуск (5%)
Е12 (допуск (10%)
Е6 (допуск (20%)
1,0
1,0
1,0
3,3
3,3
3,3
1,1
3,6
1,2
1,2
3,9
3,9
1,3
4,3
1,5
1,5
1,5
4,7
4,7
4,7
1,6
5,1
1,8
1,8
5,6
5,6
2,0
6,2
2,2
2,2
2,2
6,8
6,8
6,8
2,4
7,5
2,7
2,7
8,2
8,2
3,0
9,1
Номінальна потужність розсіювання резисторів повинна бути на 20-30% більшою, ніж робоча потужність що розсіюється резистором. Недротяні резистори виготовляють з номінальною потужність 0,05; 0,125; 0,25; 0,5; 1; 2; 5 і 10 Вт, а дротяні – 0,2–150 Вт.
Маркування резисторів (їх буквено-цифровий код) містить значення номінального опору і допустимі відхилення від нього. Крім того, в позначенні є буква, яка вказує одиниці опору. Вона пишеться на тому місці, де повинна бути кома, що розділяє цілу і дробову частини позначення. Якщо в значенні опору резистора відсутні цілі числа, то нуль попереду букви не ставиться. В кінці позначення резистора буквою вказується допустиме відхилення від номінального значення опору. Далі розглянемо більш докладно маркування резисторів.
Резистори з номінальним значенням до 100 Ом маркуються буквами E або R, від 100 Ом до 99 кОм – буквою К, від 100 кОм до 99 МОм – буквою М, від 100 МОм до 99 ГОм – буквою Г або G, від 100 ГОм до 99 ТОм – буквою Т.
Після вказання величини номінального опору ставиться буква, що позначає допуск, відповідно до табл. 1.2.
Таблиця 1.2. Літерне позначення допуску резисторів
Допустиме відхилення, %
Позначення
Позначення за
міжнародною системою
±0,001
Е
±0,002
L
±0,005
R
±0,01
P
±0,02
U
± 0,05
X
±0,1
Ж
B
±0,2
У
С
±0,5
Д
D
±1
Р
F
±2
Л
G
±5
И
I
±10
С
К
±20
В
M
±30
Ф
N
Відповідно до ГОСТ 17598-72 для постійних резисторів допускається маркування кольоровим кодом номінального опору і допустимих відхилень від нього, яке наносять знаками у вигляді кіл або смуг. Для маркування кольоровим кодом номінальний опір резисторів в омах виражається двома або трьома цифрами (у разі трьох цифр – остання не дорівнює нулю) і множником 10n, де n – будь-яке ціле число від –2 до +9.
Для резисторів з номінальним опором, вираженим двома цифрами та множником, кольорове маркування складається з чотирьох або трьох знаків при допустимому відхиленні опору ± 20% (допустиме відхилення ± 20% не маркується). Маркувальні знаки розташовують на резисторі зліва направо в наступному порядку: перша цифра; друга цифра; множник; допустиме відхилення опору. Для резисторів з номінальним опором, вираженим трьома цифрами і множником, кольорове маркування складається з п'яти знаків і розташовується зліва направо в наступному порядку: перша цифра; друга цифра; третя цифра; множник; допустиме відхилення опору.
Кольори знаків маркування номінального опору та допуску повинні відповідати вказаним у табл..1.3.
Таблиця 1.3. Кольори знаків маркування
Колір
Номінальний опір, Ом
Допуск, %
1 цифра
2 цифра
3 цифра
Множник
чорний
0
0
0
1
–
коричневий
1
1
1
10
(1
червоний
2
2
2
102
(2
оранжевий
3
3
3
103
–
жовтий
4
4
4
104
–
зелений
5
5
5
105
(0,5
синій
6
6
6
106
(0,25
фіолетовий
7
7
7
107
(0,1
сірий
8
8
8
108
(0,05
білий
9
9
9
109
–
золотий
–
–
–
10-1
(5
срібний
–
–
–
10-2
(10
нема смуги
–
–
–
–
(10
Маркувальні знаки зміщені до одного з торців резистора. Перший знак розташований біля торця. Якщо розміри резистора не дозволяють розмістити маркування ближче до одного з торців, то площа першого знака робиться приблизно в два рази більшою, ніж площі інших знаків.
Резистори можна з’єднувати послідовно и паралельно (рис.2).
Рис.2. Послідовне (а) та паралельне (б) з’єднання резисторів
При послідовному з'єднанні загальний опір дорівнює сумі значень опорів резисторів, включених в електричне коло:
При паралельному з'єднанні резисторів загальний опір можна розрахувати за формулою:
На рис. 3 наведені типові схеми на резисторах.
Рис.3. Типові схеми на резисторах
Схема (а) – перетворювач струму в напругу: напруга на резисторі дорівнює його опору, помноженому на струм. Схема (б) – перетворювач напруги в струм: струм через резистор дорівнює напрузі на ньому, поділеній на його опір. Схема (в) – подільник напруги: напруга на виході дільника дорівнює напрузі на вході, помноженій на опір нижнього резистора, поділений на суму опорів обох резисторів. Схема (г) – регульований подільник напруги, утворений двома половинками змінного резистора.
4. Порядок виконання роботи
1. За допомогою графічного редактора MicroCap 8 створити принципову електричну схему подільника напруги згідно з заданим завданням. Схема містить джерело живлення напругою 10N В; два резистори R1, R2 та резистор навантаження RН, номіналами R1=N кОм, R2=3N кОм, RН=0,5N кОм, де N – номер варіанту (рис.4). Резистор R1 вибрати з ряду Е6, R2 – з ряду Е12, а RН – з ряду Е24. Резистори R1, R2 змінюються у процесі аналізу, напруга джерела живлення та резистор RН залишаються незмінними.
Рис.4. Схема подільника напруги в графічному редакторі MicroCap 8
2. За допомогою аналізу за постійним струмом проставити нумерацію вузлів, отримати потенціали вузлів, струми та потужність, що розсіюється, у вітках схеми.
3. Задати почергово зміну опорів резисторів R1 від 0,5R1 до 3R1 кОм з кроком 0,5R1 та R2 від 0,25R2 до 2R2 кОм з кроком 0,25R2. Виявити як змінюються потенціали у вузлах, струми у вітках схеми та потужності в компонентах зі збільшенням опорів резисторів R1 та R2. Зробити висновки.
4. За допомогою аналізу перехідних процесів отримати осцилограми (графіки залежності від часу) напруги та струму в кожному з резисторів, порівняти з результатами, отриманими при аналізі за постійним струмом.
5. Отримати залежність потужності, що розсіюється резисторами R1, R2 та RН, від часу при одночасній зміні опорів резисторів R1 та R2. Виявити за яких значень резисторів R1 та R2 розсіюється найбільша потужність в резисторі резисторах. Зробити висновок щодо можливості використання резисторів, якщо номінальна потужність резистора R1 становить 0,125 Вт, R2 – 0,05 Вт, а RН – 0,5 Вт.
6. Записати маркування кожного з резисторів літерно-цифровим та кольоровим кодами.
5. Методичні вказівки
Як зазначалося раніше, MicroCap 8 дозволяє проводити декілька видів аналізу. Кожен вид призводить до модифікації командного меню і панелі інструментів.
Після переходу в режим аналізу програма здійснює перевірку правильності складання схеми. При відсутності помилок в схемі програма складає її топологічний опис, виконує підготовку до чисельного розрахунку і відкриває вікно задавання параметрів моделювання.
3.1. Аналіз схеми за постійним струмом запускається командою Analysis/Расчет по постоянному току (Dynamic DC) і виводить динамічне відображення на схемі вузлових потенціалів, струмів у вітках та потужності, що розсіюється та ін..
При такому аналізі усі ємності закорочуются, а індуктивності замикаються, змінні джерела ігноруються (теж замикаються).
При виборі команди розрахунку режиму за постійним струмом з’являється вікно динамічних обмежень (рис.2). Об’єм інформації, яка виводиться на схему, визначається натисканням піктограм (поз. 1-8), що є у вікні. При цьому стають активними піктограми нижньому рядку панелі інструментів.
Рис.2. Вікно Динамические DC ограничения:
1 – сітка тексту;2 – текст атрибута;3 – номер вузла;
4 – вузлові потенціали;5 – струми у вітках;
6 – потужність, що розсіюється у вітках;
7 – стан р-п-переходів;8 - контакти
Якщо натиснути на кнопку Ok, вікно динамічних DC обмежень зникне, а у командному меню поруч з розділом Анализ появляється розділ Dynamic DC, вибором якого можна змінювати параметри аналізу, параметри компонентів та проводити динамічну оптимізацію за постійним струмом.
Вибравши в розділі Dynamic DC команду Параметры анализа, знову з’являється вікно Динамические DC ограничения, у якому можна внести зміни у виведення інформації на схемі.
Вибравши у розділі Dynamic DC команду Вариация… відкриється вікно По шагам (Stepping) (рис.3).
Рис.3. Вікно зміни параметрів компонентів схеми
У цьому вікні у верхньому рядку є вкладки з номерами за порядком (1, 2.,3…). Якщо натиснути на будь-яку з вкладок, можна вибрати прокруткою переліку Какой шаг введені компоненти схеми. За замовчуванням у рядках From, к та Знач. шага за замовчуванням з’являться значення початкової, кінцевої величини параметра компонента та крок, з яким буде змінюватись ця величина. Всі ці значення можна змінювати на власний розсуд. Далі потрібно відмітити Шаг Да для ініціалізації покрокової зміни, вибрати Метод та Тип параметра (для прикладу, як показано на рис.3). Для того, щоб змінювавася лише параметр одного компонента, потрібно відмітити Шаг переменных во вложенных петлях (рис.3).
При натисканні на кнопку Старт замість команди з’явиться значення заданої температури та перше значення параметра компонента (рис.4).
Рис.4 Вікно покрокової зміни значення опору резистора R1
При натисканні на кнопку Next значення параметра буде змінюватись з заданим кроком до останньої заданої величини. Одночасно будуть виведені нові значення потенціалів, струмів, потужностей та ін. на схемі.
Якщо є необхідність змінювати значення параметра іншого компонента, потрібно натиснути другу вкладку, вибрати інший компонент, початкове, кінцеве значення та крок, з яким буде змінюватись значення компонента. Якщо потрібно проаналізувати схему за постійним струмом при зміні лише цього параметра, попередній потрібно відключити відмічанням Шаг Нет. Якщо цього не зробити, то будуть виводитись режими схеми за одночасної зміни обох параметрів (рис.5).
Рис.5. Вікно одночасної покрокової зміни значення опорів резисторів R1та R2
Якщо потрібно змінити параметри аналізу у вікні Stepping, то необхідно повністю прокрокувати по обумовлених варіаціях за допомогою кнопки Next, або натиснути кнопку Stop.
Зручно буває використовувати кнопки Все вкл. або Все выкл. для вибору параметрів, які необхідно змінювати при аналізі режиму схеми за постійним струмом.
Для виходу з режиму аналізу і повернення до режиму редагування схеми потрібно у розділі Dynamic DC вибрати команду Выход из анализа.
3.2. Аналіз перехідних процесів запускається командою Анализ/Переходные процессы (Transient Analysis).
Синтезована схема характеризується набором компонентів і вузлів, для кожного з яких ППСТП MicroCap 8 може виводити у вигляді графіків або цифрових значень:
заряд (q);
струм (i);
напругу (v);
фазу (ph);
ємність (c);
уявне значення якоїсь комплексної величини (Im);
дійсне значення якоїсь комплексної величини (Re);
абсолютне значення величини (abs);
результат обчислення виразу, що містить зазначені величини, сполучені знаками арифметичних операцій і круглими дужками та ін..
Для кожної осі вихідного графіка вказується свій вид визначального вирази. Стандартним (за замовчуванням) для осі Х є час t. Всі графіки можуть мати по осі Y одну шкалу або різні. Обидві осі графіків можуть відкладатися як за лінійною, так і за логарифмічною шкалою.
Графіки можуть будуватися покроково. Кожен графік може бути забезпечений пояснюючими написами. Осцилограми можуть бути розділені або показуватися на одному графіку.
Певні області графіків можна збільшувати для перегляду або друку.
Робота з об'єктами у вікні РС (копіювання, видалення, терми т.д.) проводиться стандартними для Windows засобами (командами опції Edit головного меню або кнопками панелі інструментів).
Після переходу в режим аналізу перехідних процесів програма здійснює перевірку правильності складання схеми. При відсутності помилок в схемі програма складає її топологічний опис, виконує підготовку до чисельного розрахунку перехідних процесів і відкриває діалогове вікно задавання параметрів моделювання Анализ переходных процессов (Transient Analysis Limits) (рис.6).
Рис.6. Вікно задавання параметрів розрахунку перехідних процесів
У вікні задавання параметрів розрахунку перехідних процесів, показаному на рис.6, є наступні розділи: команди, числові параметри, вирази та опції.
Розглянемо розділ «Команди», що включає в себе:
Запуск (Run) – початок моделювання. Клацання на піктограмі в рядку інструментів або натискання F2 також починає моделювання. Моделювання може бути зупинено у будь-який момент натисненням на піктограму або клавішу Esc.
Добавить (Add) – додавання ще одного рядка специфікації виведення результатів після рядка, зазначеного курсором. На цьому рядку встановлюється спосіб відображення результатів і аналітичні вирази для побудови графіків.
Удалить (Delete) – видалення рядка специфікації виведення результатів, зазначеного курсором.
Больше (Expand) – відкривання додаткового вікна для введення тексту великого розміру при розташуванні курсору в одній з граф, що містять вирази, наприклад Y Expression.
По шагам (Stepping) – відкривання діалогового вікна задавання варіації параметрів.
В розділ «Числові параметри» входять:
Диапазон времени (Time Range) – специфікація кінцевого і початкового часу розрахунку перехідних процесів за форматом Tmax, [Tmin]; за замовчуванням призначається Tmin=0 (від’ємні значення моментів часу неприпустимі). Наприклад, специфікація "1.2ms,0.4ms" задає інтервал моделювання від 0,4 до 1,2 мс.
Макс.шаг по времени (Maximum Time Step) – розрахунок перехідних процесів проводиться зі змінним кроком, який вибирається автоматично. Максимальний крок інтегрування дорівнює заданому значенню. Якщо ця величина не вибрана, або дорівнює нулю, то максимальний крок інтегрування вважається рівним (Тmax-Tmin)/50.
Количество точек (Number of Points) – кількість точок, що виводяться в таблиці, тобто кількість рядків у таблиці виводу результатів; за замовчуванням 51.
Температура (Temperature) – діапазон зміни температури.
Нижче розділу «Числові параметри» і лівіше розділу «Вирази» містяться піктограми 1-4 (рис.6). Натискання кожної піктограми визначає характер виведення даних, що задаються у цій стрічці. Натисканням на піктограму 1 можна вибирати лінійну або логарифмічну шкалу по осі Х; на піктограму 2 – лінійну або логарифмічну шкалу по осі Y; на піктограму 3 – здійснити вибір кольору графіка (при цьому кнопка набуває вибраного кольору); на піктограму 4 – в текстовий вихідний файл заноситься таблиця значень функції, заданої у графі Y Expression.
У графі Р (Plot Group) числом від 1 до 9 вказується номер графічного вікна, у якому має бути побудована введена функція. Всі функції, відмічені тим самим номером, виводяться в одному вікні. Якщо це поле пусте – графік функції не будується.
Розділ «Вирази» містить:
X Expression – ім'я змінної, відкладаються по осі Х. Зазвичай при аналізі перехідних процесів по цій осі відкладається час (змінна Т).
Y Expression – математичний вираз для змінної, що відкладається по осі Y. Це може бути проста змінна типу напруги у вузлі V (5), спад напруги на двополюсному компоненті V(R1), струму у вітці I(2,3) або в компоненті I(L1), або математичний вираз, наприклад, V (R1)*I (R1). Після клацка правою кнопкою миші при розташуванні курсора у будь-якій графі Y Expression відкривається меню (рис.7), за допомогою якого можна вибрати із запропонованих списків змінні та константи, що розміщаються у цих графах.
Рис.7. Вікно задавання параметрів розрахунку перехідних процесів зі списками змінних та констант
X Range – максимальне і мінімальне значення змінної Х на графіку High [, Low]. Якщо мінімальне значення дорівнює нулю, його можна не вказувати. Для автоматичного вибору діапазону змінних в цій графі вказується Auto. Зручно також зі спису, що появляється клацком правою кнопкою миші при підведення курсору у це поле, вибрати TMAX, TMIN, що позбавляє необхідності при зміні діапазону часу моделювання, змінювати його для кожної змінної.
Y Range – максимальне і мінімальне значення змінної Y на графіку. Для автоматичного вибору діапазону змінних в цій графі вказується Auto.
У розділі «Опції» передбачається здійснити вибір режимів дослідження:
Вывод расчетов (Run Options) – управління видачею результатів розрахунку (Normal – результати не зберігаються, Save – зберігаються у файлі, Retrieve – зчитування останніх результатів з попередньо збереженого файлу).
Начальные условия (State Variables) – установка початкових умов (Zero – встановлення нульових початкових умов для потенціалів вузлів і струмів через індуктивності).
Расчет по постоянному току (Operation Point) – включення режиму за постійним струмом перед початком кожного розрахунку перехідних процесів. Дані цього режиму замінюють значення всіх початкових умов, якщо вони були встановлені.
Только расчет по постоянному току (Operation Point Only) – розрахунок тільки режиму за постійним струмом (розрахунок перехідних процесів не проводиться).
Автомасштаб (Auto Scale Ranges) – присвоєння ознаки автоматичного масштабування "Auto" по осях X, Y для кожного нового варіанту розрахунків. Якщо ця опція вимкнена, то беруться до уваги масштаби, зазначені в графах X Range, Y Range.
Коли задані всі параметри моделювання, командою Запуск (Run) або відповідною піктограмою на панелі інструментів ініціюється процес моделювання і будуються графіки, задані введеними виразами і заданих графічних вікнах. При цьому у командному меню з’являються нові розділи: ПП, Вид, Monte Carlo. Якщо потрібно змінити параметри аналізу, то у розділі ПП вибирається команда Параметры анализа. При цьому знову з’являється діалогове вікно Анализ переходных процессов, де можна задати нові параметри або змінити попередні.
Якщо курсор помістити у ділянку графіків, то з’являється іконка, у якій містяться два числа: перше означає абсцису, а друге через кому – ординату. Якщо задавалась покрокова зміна якихось параметрів компонентів, то це також відображається в іконці, при цьому вказується параметр, який змінюється і його значення.
Вихід з вікна аналізу здійснюється вибором команди Выход из Анализа в розділі ПП.
6. Вимоги до оформлення звіту
Звіт повинен містити:
1. Назву та мету роботи.
2. Постановку задачі дослідження.
3. Створену схему з вибраними номіналами резисторів та інформацією про номери вузлів, потенціали у вузлах, струми та потужності в резисторах.
4. Висновки про вплив резисторів R1 та R2 на перерозподіл енергії в схемі.
5. Осцилограми напруг та струмів в резисторах.
6. Осцилограми потужностей в резисторах за одночасної зміни опорів резисторів R1 та R2. Висновки про придатність для застосування резисторів з заданою номінальною потужність у схемі.
7. Літерно-цифрове та кольорове маркування кожного резистора.
Контрольні запитання
Якими командами запускається аналіз за постійним струмом, аналіз перехідних процесів?
Як отримати на графіку сім’ю залежностей з заданою зміною параметра компонента схеми?
Як отримати графіки в різних графічних вікнах?
Як задати колір виведених графіків?
Як отримати інформацію про те, якому змінному параметру відповідає лінія у сім’ї кривих?
Література
Разевиг В. Д. Система схемотехнического моделирования Micro-Cap 6 / В. Д. Разевиг. – M. : Горячая линия-Телеком, 2001. – 334 с.
Кардашев Г.А. Виртуальная электроника. Компьютерное моделирование аналогових устройств – M. : Горячая линия-Телеком, 2006. – 260 с.
3. Амелина М.А. Конспект лекций по курсу «Компьютерный анализ и синтез электронных устройств» Пакет программ схемотехнического анализа MicroCap-8. Смоленск. – 2006. 135 с.
30.05.2013 21:05-
Ділись своїми роботами та отримуй миттєві бонуси!
0%
Оголошення від адміністратора