ivars briedis, dr.sc.ing.multisim); izmantotais apr īkojums: integr ēta laboratoriju platforma ni...

Tehnoloģiski uzlabotu apmācību (TEL) metodiskais materiāls

„ELEKTRONISKO M ĒRĪJUMU METODOLO ĢIJA UN M ĒRĪŠANAS TEHNOLO ĢIJAS AR VIRTU ĀLIEM

INSTRUMENTIEM UZ UNIVERS ĀLĀS, DAUDZFUNKCION ĀLĀS LABORATORIJU

PLATFORMAS B ĀZES”

OTRĀ DAĻA

Elektrisko lielumu mēr īšana ar virtu ālajiem mērinstrumentiem

(10 TEL apmācību tipveida moduļi)

Izstrādāja:

Ivars Briedis, Dr.sc.ing.

Ventspils, 2007.g.

2

Līguma Nr.:2006/02001/VPD1/ESF/PIAA/O6/APK/ 3.2.1./0007/0035 Līguma nosaukums: „Elektriķu apmācību programmu pilnveide Ventspils 20. arodvidusskolā”

VENTSPILS 20. ARODVIDUSSKOLAS DARBA UZDEVUMS IVARAM BRIEDIM.

Izstrādāt TEL apmācības metodisko materiālu latviešu valodā HTM formātā:

„Elektronisko mēr ījumu metodoloģija un mēr īšanas tehnoloģijas ar virtu āliem instrumentiem uz universālās daudzfunkcionālās laboratoriju platformas b āzes”

Materi ālam jāsatur sekojošas sastāvdaļas: 1. daļa. Izveidojamie virtuālie mērinstrumenti (15 virtu ālo

mērinstrumentu izveides piemēri); 2. daļa. Elektrisko lielumu mēr īšana ar virtuālajiem

mērinstrumentiem (10 TEL apmācības tipveida moduļi).

DARBA UZDEVUMA 2. DA ĻAS IZPILDE: Izstrādātas 10 TEL apmācības tipveida moduļu sastāvdaļas:

• NI Multisim lietotāja palīglīdzeklis “Virtual ELVIS ”. • darbu aprakstu piemēri (darblapas latviešu val.); • programmrīki darbu izpildei ( NI LabVIEW, NI ELVIS, NI

Multisim); Izmantotais aprīkojums: integrēta laboratoriju platforma NI ELVIS & NI Multisim vizuālās programmēšanas vide NI LabVIEW. Atsauces par informācijas avotiem:

1. “Practical Teaching Ideas with NI Multisim” by Tracy Shields (NI EWB).

2. NI ELVIS User Manual. 3. Dr. Barry Paton. Teaching Design Concepts with NI ELVIS. 4. NI ELVIS Online Help. 5. www.ni.com 6. Ē.Priednieks. Elektriskās ķēdes un to vienādojumi. RTU,

1999.,2002.. 7. J.Zolbergs. Vispārīgā elektrotehnika. Rīga,” Zvaigzne”,

1968.,1974.. 8. U.Zītars. Elektronikas pamati. RTU, 1985., 2002.. 9. Elektronika II. Mikroelektronikas komponentes un

pamatshēmas. Hannover, Heinz-Piest-Institut, 2003..

3


SATURS:

TEL apmācību metodiskais materiāls: „ ELEKTRONISKO M ĒRĪJUMU METODOLO ĢIJA UN M ĒRĪŠANAS TEHNOLO ĢIJAS AR VIRTU ĀLIEM INSTRUMENTIEM UZ UNIVERS ĀLĀS DAUDZFUNKCION ĀLĀS LABORATORIJU PLATFORMAS B ĀZES”

KOPAINA :

• Virtu ālie mērinstrumenti uz PC skaņu kartes bāzes. Piemēri: - komplekts AUDIO TESTER un firmas VIRTINS TECHNOLOGY daudzfunkcionāla laboratoriju platforma;

• Virtu ālie mērinstrumenti uz personālā datora stroboskopiskās pierīces bāzes. Piemērs: VELLEMAN INSTRUMENTS daudzfunkcionāla laboratoriju platforma Computerized Laboratory PC-LAB 2000;

• Korpor ācijas NATIONAL INSTRUMENTS Elektronikas apmācību platforma uz integrētā kompleksa NI ELVIS & NI EWB Multisim bāzes.

OTRĀ DAĻA. ELEKTRISKO LIELUMU M ĒRĪŠANA AR VIRTU ĀLAJIEM

MĒRINSTRUMENTIEM (10 TEL APM ĀCĪBU TIPVEIDA MODU ĻI) • Ievads. Integrētā kompleksa “National Instruments ELVIS & Electronics

Workbench Multisim ” izmantošanas priekšrocības apmācību procesā. • TEL apmācības tipveida moduļu sastāvdaļas. • “Virtual ELVIS”: - NI Multisim lietotāja metodiskais palīglīdzeklis.

TEL APM ĀCĪBU TIPVEIDA MODU ĻI ,

1. TEL MODULIS: L īdzstrāvas elektriskās ķēdes.

• Ievads. • Darblapu piemēri (ar tekstiem latviešu val. un datnēm angļu val..)

“Darblapa 1-1: Rezistoru krāsu kodi” “ Darblapa 1-2: L īdzstrāvas ķēžu pamati - 1” “ Darblapa 1-3: L īdzstrāvas ķēžu pamati - 2” “ Darblapa 1-4: Darb ības ar maiņrezistoru”. 2. TEL MODULIS : Osciloskopi un filtri.

• Ievads. • Darblapas piemērs (ar apraksta tekstu latviešu valodā un datni angļu valodā):

“Darblapa 2-1: Osciloskops 1” 3. TEL MODULIS: Diodes

• Ievads. • Darblapas piemērs (ar apraksta tekstu latviešu valodā un datni angļu valodā): • “Darblapa 3-1: L īdzsprieguma nogludināšanas shēma (kliperis)”

4


4. TEL MODULIS: Tranzistori

• Ievads. • Darblapas piemērs (ar apraksta tekstu latviešu val. un datni angļu val.):

“Darblapa 4-1: Kopbāzes slēgums.” 5. TEL MODULIS. Bojājumu (defektu) meklēšana un novēršana.


Darblapa 5-5 :“Bojājumu meklēšana: n-p-n tranzistors kopemitera slēgumā” 6. TEL MODULIS: Operacionālie pastiprinātāji


“ Darblapa 6-1: Operacionālā pastiprinātāju izpēte 1: Invertējošais maiņstrāvas pastiprinātājs”

7. TEL MODULIS: Tiristori un sl ēdži • Ievads. • Darblapas piemērs (ar apraksta tekstu latviešu val. un datni angļu val.):

“ Darblapa 7-1: Vadāmi tiristoru taisngrieži (SCR)” . 8. TEL MODULIS: Ciparu elektronika


“ Darblapa 8-2: Ciparķēde, piemērs 1” 9. TEL MODULIS: Analogo un digitālo ķēžu kombinācija


“ Darblapa 9-1: Analogciparu pārveidotājs (ACP)” 10. TEL MODULIS: Komunik ācijas radiofrekvenču diapazonā


“ Darblapa 10-1: Ievads frekvenču spektra analīzē”

5


TEL APM ĀCĪBU METODISKAIS MATERI ĀLS:

„ Elektronisko mēr ījumu metodoloģija un mēr īšanas tehnoloģijas ar virtu āliem instrumentiem uz universālās daudzfunkcionālās laboratorijas platformas bāzes”

KOPAINA:

A. Virtu ālie mērinstrumenti uz personālā datora skaņu kartes bāzes. Piemēri: virtuālo mērinstrumentu komplekti AudioTester un Virtins Technologies.

Lietošanai mācību laboratorijās ir piemērots visvienkāršākais un lētākais, internālais, ar personālo datoru kontrol ēto mērinstrumentu (Personal Computer Controlled Measuring Instruments - PC CMI) komplekts Audio Tester. Komplekta izveidei tiek izmantota tā paša datora skaņas karte (piemēram, Sound Blaster 16/32/64 AWE, vai jebkura cita skaņas karte, savietojama ar Windows datni mmsystem.dll). Tādēļ internāla mērinstrumenta PC CMI izveidošanai datorā ir nepieciešama tikai programmatūra, bet eksternālie mērinstrumenti satur arī ārējas iekārtas. Mērījumu rezultāti ir tieši atkarīgi no skaņas kartes parametriem. Tādēļ tai jābūt ar iespējami zemu trokšņa līmeni un maziem signāla nelineāriem kropļojumiem.

Datorprogramma Audio Tester ir datora skaņas kartes izmantošanas piemērs internāla PC CMI komplekta izveidei. Programma Audio Tester (bezmaksas demoversija pieejama internetā, adrese: www.sumuller.de/audiotester , licence uz 1 komplektu maksā EUR 28,-) paredzēta, lai izveidotu internālu virtuālo mērinstrumentu komplektu, kas ietver skaņas frekvences signālģeneratoru (attēls 1), digitālu divstaru osciloskopu (attēls 2), spektra analizatoru (attēls 3) un ko var izmantot arī kā digitālu voltmetru.

Att ēls 1. Audio Tester skaņas frekvences signālģenerators.

6


Att ēlā 1. parādītais Audio Tester skaņas frekvences signālģenerators (WaveGen V2.0) ģenerē harmoniskus signālus, dažādas formas impulsus, “balto” un “rozā” troksni. Frekvenču diapazons 0,1 – 48000 Hz.

Att ēls 2.

Audio Tester divstaru digitālais osciloskops (Osci V2.0) dod iespēju pētīt signālus frekvenču diapazonā 10–22000 Hz. Ieejas pretestība, kapacitāte un pieļaujamais signāla līmenis ir atkarīgi no skaņas kartes tipa. Diapazons vertikāli izvērsei 100 mkV – 2 V, bet horizontālai izvērsei – 20 mks – 200 ms. Iespējama kā iekšējā tā ārējā sinhronizācija.

Att ēls 3.

Audio Tester spektra analizatora frekvenču diapazons un ieejas signāla līmenis ir tāds pats, kā osciloskopam. Spektra analizators var darboties kā signāla frekvencei atbilstošas amplitūdas mērīšanas režīmā, tā arī mērīšanas režīmā THD+N (Total Harmonic Distortion plus Noise).

Kvalitatīvus virtuālo mērinstrumentu (VI ) komplektus uz PC skaņu kartes bāzes ražo firma VIRTINS TECHNOLOGIES , kuras produkcija ir arī VI programmatūra mūsdienīgiem plaukstdatoriem (sk. internetā vietni www.virtins.com )

7


B. Virtu ālie mērinstrumenti uz PC stroboskopiskās pierīces bāzes. Piemērs: firmas VELLEMAN INSTRUMENTS daudzfunkcionālā laboratoriju platforma “Computerized Laboratory PC-LAB 2000”. Virtuālajos mērinstrumentos uz personālā datora PC stroboskopiskās pierīces bāzes

tiek izmantots periodiska signāla momentāno vērtību secīgas strobēšanas princips un notiek signāla spektra transformēšana (kompresija). Periodiska signāla atkārtošanās laikā (pēc viena vai vairākiem periodiem) tiek strobēta (izmērīta) viena momentānā vērtība un strobēšanas moments tiek pārvietots pa signālu tik ilgi, kamēr nebūs nostrobēts viss signāla periods. Tādā veidā pārveidotais signāls ir tā apliecošā un pēc formas atbilst pārveidojamajam signālam.

Stroboskopiski pārveidotā signāla periods var daudzkārt pārsniegt izpētāmā signāla periodu. Respektīvi, – PC stroboskopiskās pierīcēs notiek signāla spektra kompresija un tai ekvivalenta virtuālā mērinstrumenta caurlaides joslas paplašināšanās. Līdz ar to virtuālie mērinstrumenti uz PC stroboskopiskās pierīces bāzes ir ar plašu caurlaides joslu un relatīvi lētāki salīdzinājumā ar parastiem digitāliem mērinstrumentiem uz analogciparu pārveidotāja (ACP) bāzes. Trūkumi – izmantojami tikai periodisku signālu izpētē un mērīšanas kļūdas, saistītas ar stroboskopisko pārveidošanu. Attēlos 4. un 5. parādītas firmas Velleman Instruments stroboskopiskās pierīces kopā ar parasto personālo datoru PC un speciālu programmatūru veido kompaktu daudzfunkcionālu laboratoriju Velleman PC-LAB-2000, ar kuru iespējams pētīt un regulēt dažādas elektroniskās shēmas, iekārtas un sistēmas.

Att ēls 4. PC pierīce PCG10.

PC ar pierīci PCG10 (attēls 4.) darbojas kā funkcionālais ģenerators. Perīci

pieslēdz IBM savietojamam datoram un monitora ekrāns tiek izmantots kā ģeneratora displejs. Ģenerators darbojas OS vidē Windows 95/98/NT/2000 un vadāms ar peli.

Viena no svarīgām ģeneratora īpašībām ir tā savietojamība ar PC osciloskopiem

Velleman PCS64i un PCS500, kas rada iespējas izveidot laboratoriju kompleksu ar paplašinātām datu apstrādes un attēlošanas iespējām uz displeja.

8


Att ēls 5. PC pierīce PCS500.

PC pierīce PCS500 (attēls 5) nodrošina virtuāla divkanālu osciloskopa izveidi ar

caurlaide joslu līdz 50 MHz.

Att ēls 6. Amplitūdu/frekvenču raksturlīkņu analizatora (Bode plotera) logs.

Kopīgi lietojot Velleman Instruments osciloskopu un ģeneratoru, top vēl viens

režīms – elektrisko ķēžu frekvenču raksturlīkņu analizators - Circuit Analyzer. Šinī režīmā uz PC monitora ekrāna atveras logs Bode Plotter (attēls 6.), kurā ir iespējams uzdot grafika veidu, jūtību, svipēšanas sākuma un beigu frekvenci. Šinī režīmā funkcionālais ģenerators darbojas kā svipģenerators (Swip-Generator), kas dod iespēju izmērīt elektronisko shēmu un ķēžu amplitūdu/frekvenču raksturlīknes (AFR). Diemžēl, svipēšanas augšējā frekvence nevar pārsniegt 1 MHz, kas neatļauj šinī režīmā veikt augstfrekvenču shēmu un iekārtu izpēti.

Kā AFR mērījumu režīmā, tā arī oscilogrammu pārlūkošanas procesā ir iespējami kursora mērījumi – ar peli pārvietojot kursoru uz mērīšanas punktiem, kā arī mēroga parametru izvads.

PC-LAB-2000 programmatūrā iekļautai grafiskai datnei ir paplašinājums .bmp, kas dod iespēju izveidot kvalitatīvus grafiskos attēlus (piemērs – attēls 7.) Tādus attēlus

9


var izmantot, sagatavojot atskaites par pētījumu un eksperimentu rezultātiem, piemēram, - teksta redaktora Microsoft Word vidē.

Att ēls 7. Izdruka no divkanālu osciloskopa grafiskās datnes.

Kā redzams no piemēriem, tad datorlaboratorijas PC-LAB-2000 izmantošanas

iespējas ir diezgan plašas un vēl vairāk paplašinās, izmantojot datu un eksperimentu rezultātu datorizētu apstrādi. Jebkuru oscilogrammu, spektrogrammu, pārejas procesu reģistrāciju vai AFR var saglabāt datnēs. Šim nolūkam laboratorijas saskarne (interfeiss) paredz datu ielādes logu.

Mērījumu un eksperimentu datus var viegli pārnest uz jebkuru datu apstrādes

programmu, sākot ar visvienkāršāko Basic un līdz pat tādām datu apstrādes programmatūrām uz datormatemātikas bāzes, kā Mathcad, Maple, Mathematica vai Matlab. Līdz ar to izmantojot PC-LAB-2000 paveras visplašākās iespējas datu, pētījumu un eksperimentu rezultātu matemātiskai un datorizētai apstrādei.

10


C. National Instruments “ELEKTRONIKAS APM ĀCĪBU PLATFORMA ” uz integrētā, interaktīvā mācību laboratoriju kompleksa NI ELVIS & NI EWB Multisim bāzes.

Kā apmācamo, tā arī mācībspēku mūsdienu visaugstākām prasībām vidējā un

augstākā līmeņa mācību iestādēs atbilst korporācijas “National Instruments” integr ētā Elektronikas apmācību platforma, kas apvieno vienotā veselumā NI LabVIEW, NI ELVIS un NI Multisim programmatūras un NI ELVIS darbstacijas aparatūras kompleksu. Platforma būtiski atvieglo teorijas apgūšanu, saistot to ar praktisku uzdevumu risināšanu, paver iespējas radošai darbībai – elektrisko un elektronisko shēmu izstrādāšanai un projektēšanai, gala rezultātā izgatavojot prototipus un tos testējot.

Elektronikas apmācību platforma ietver NI Multisim ķēžu modelēšanas un projektēšanas programmatūru, NI LabVIEW industriāliem standartiem atbilstošus mērījumu programmrīkus un NI ELVIS prototipēšanas un testēšanas darbstaciju. Integrētā aparatūras un programmatūras platforma ir paredzēta praktiskai, ar dzīvi saistītai un padziļinātai teorētisko zināšanu un prasmju apguvei elektronisko iekārtu jomā.

Att ēls 7.

Integrētās NI Multisim & ELVIS laboratorijas platformas pama tfunkcijas. *(PCB – Printed Circuit Board – drukātās shēmas karte).

11


ELEKTRISKO LIELUMU M ĒRĪŠANA AR VIRTU ĀLAJIEM M ĒRINSTRUMENTIEM (10 TEL APMĀCĪBU TIPVEIDA MODU ĻI)

IEVADS. Integr ētā kompleksa “National Instruments ELVIS & Electronics Workbench Multisim” izmantošanas priekšrocības apmācību procesā: 1. Gatavu virtuālo mērinstrumentu bibliot ēkas, kas nodrošina vairāku simtu mērinstrumentu izmantošanas iespējas daudzos mācību priekšmetos (elektronikā, elektrotehnikā, fizikā, mehatronikā, ražošanas procesu automatizācijā u.c.). 2. Jaunu virtuālo mērinstrumentu izstr ādāšana un gatavo virtuālo mērinstrumentu modific ēšana grafiskās programmēšanas vidē NI LabVIEW (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench – Laboratoriju virtuālo instrumentu izstrādāšanas darbgalds). 3. Scenārijs “Kas notiks, ja....?”

Unikāla Tehnoloģiski uzlabotu apmācību (TEL) aprīkojuma – integrētā, interaktīvā kompleksa National Instruments ELVIS & Electronics Workbench Multisim īpašība ir iespēja pētījumos vienlaicīgi izmantot vairākus virtuālos mērinstrumentus. Tas nozīmē, ka izpētes objektu vienlaicīgi novērojamo parametru un raksturlīkņu skaits ir praktiski neierobežots. Apmācamie un mācībspēki gūst unikālas iespējas interaktīvi mainīt shēmu un komponentu parametrus un darba režīmus un operatīvi novērot konkrēti interesējošos efektus elektriskās shēmās un citos izpētes objektos un reaģēt uz tiem. Šīs kompleksa īpašības nodrošina momentānas atbildes iegūšanas iespējas uz pētījumu gaitā uzdotiem jautājumiem un ir ideāls līdzeklis, lai īstenotu scenārijus “Kas notiks, ja....?”

L īdz ar to elektronikas kursa pasniegšanas scenārijs var b ūt šāds: Pasniedzējs var uzdot skolniekiem vai studentiem prognozēt procesu attīstību ķēdē pie konkrētām iedarbībām uz ķēdes komponentiem vai to darba režīmiem un nekavējoši novērot ar NI ELVIS & Electronics Workbench Multisim VMI gūtos rezultātus un to atbilstību prognozei. Apmācamiem tiek piedāvāta iespēja kļūt “interakt īviem” un attīstīt konstruktīvu domāšanu tādā virzienā, lai tiktu veikta atsevišķu pamatkoncepciju “sasaiste” vienotā veselumā un to padziļināta izpratne.

12


Att ēls 8.

Vienlaicīgi izmantojamo NI ELVIS virtu ālo mērinstrumentu b āzes komplekts.

4. Tradicionālo elektronisko mēraparātu un NI ELVIS darbstacijas emulācija.

Nepārvērtējama pozitīva nozīme elektronisko shēmu un ierīču darbības labākas izpratnes panākšanai mācību procesā vidējās un augstākās izglītības iestādēs ir studentu, skolnieku un pasniedzēju interaktīvas sadarbības iespēju paplašināšanai ar kompleksa National Instruments ELVIS & Electronics Workbench Multisim instrumentiem risinot scenārijus "Kas notiks, ja.....?" un izmantojot pasaules vadošo elektroniskās mēraparatūras ražotāju (Tektronix, Agilente u.c.) izstrādājumu emulācijas:

• lekcijās u.c. teorētiskās nodarbībās – interaktīvu eksperimentu demonstrācijā, • īstenojot praktikumus un veicot eksperimentus laboratorijās; • tālmācībā – radot iespējas konstruktīvam dialogam starp apmācamiem un

mācībspēkiem, apmācamiem savā starpā vienā mācību iestādē, kā arī dažādās mācību iestādēs.

Kompleksā National Instruments ELVIS & Electronics Workbench Multisim ir

iespējams izmantot pasaules vadošo elektroniskās kontrol- un mēraparatūras ražotāju izstrādņu emulācijas.

Tradicionālo elektronisko mēraparātu emulāciju piemēri:

• “Agilent Multimeter” (sk. p.2.1.); • “Agilent Oscillpscope” (sk. p.2.2.).

13


“Agilent Multimeter” emul ācija. Mērķis Iepazīstināt studentus vai skolniekus ar laboratoriju platformā NI Multisim & NI ELVIS emulēto “realo” digitālo multimetru, kas veic Agilent Multimeter funkcijas. Laboratorijas darbos tiek panākts, ka apmācamie virtuālajā vidē iepazīstas ar dažādu rūpniecībā ražoto reālu multimetru modeļu praktisku izmantošanu. Norāde Virtuālais mēraparēts Agilent Multimeter ir atrodams cMultisim 10 Instrumentu r īkjoslas (Instruments toolbar) apakšējā labējā pusē. Darba kārt ība 1. Atveriet datni AgilentMultimeter.ms10.

Att ēls 9.: Piemēri datnē AgilentMultimeter.ms10

2. Atveriet Ķēžu aprakstu krājumu (Circuit Description Box). 3. Iedarbiniet simulāciju uzklikšķinot uz objektu, vai ieslēdzot Simulate/Run .

14


“Agilent Oscilloscope” emulācija. Mērķis Iepazīstināt studentus ar laboratoriju platformā NI Multisim & NI ELVIS emulēto Agilent Oscilloscope demonstrēt studentiem priekšrocības, kuras dod reāla osciloskopa izmantošanas iespējas ar emulāciju virtuālā vidē. Darbā parādītas arī Multisim hierarhisko bloku izmantošanas priekšrocības. Norāde Datne Agilent Oscilloscope ir atrodama Instrumentu r īkjoslā (Instruments toolbar). Darba kārt ība 1. Atveriet datni AgilentOscilloscope.ms10.

Att ēls 10..: Piemērs datnē AgilentOscilloscope.ms10

2. Atveriet Ķēžu aprakstu krājumu (Circuit Description Box) un izpildiet visus hierarhisko bloku izveides punktus. 3. Iedarbiniet emulāciju, uzklikšķinot uz objektu vai ieslēdzot komandu Simulate/Run .

15


Tipveida TEL moduļu sastāvdaļas: • Integrētās laboratoriju platformas NI Multisim & NI ELVIS lietotāja

metodiskais palīglīdzeklis “Virtual ELVIS ”. • Mācību laboratoriju virtuālo instrumentu kompleksa NI ELVIS darbstacijas

lietotāja metodiskais palīglīdzeklis (TEL apmācību metodiskā materiāla 1. daļā).

• Darbu apraksti (darblapu teksti latviešu un angļu val., datnes angļu val.); • materiāli atsaucē 1. “Practical Teaching Ideas with NI Multisim” ; • Programmatūra darbu izpildei - NI LabVIEW, NI ELVIS, NI Multisim ; Apr īkojums: Integrēta laboratoriju platforma NI ELVIS & NI Multisim ar programatūru NI LabVIEW 8.5 un NI Multisim 10 . Inform ācijas avoti (angļu val.): 1. “Practical Teaching Ideas with NI Multisim” by Tracy Shields (NI EWB). 2. NI ELVIS User Manual. 3. NI Multisim User manual. 4. Dr. Barry Paton. Teaching Design Concepts with NI ELVIS. 5. Introduction to NI ELVIS. 6. NI ELVIS Online Help. 7. NI Multisim Online Help. Inform ācijas avoti (latviešu val.): 8. Ē.Priednieks. Elektriskās ķēdes un to vienādojumi. RTU, 1999.,2002.. 9. J.Zolbergs. Vispārīgā elektrotehnika. Rīga,” Zvaigzne”, 1968.,1974.. 10. U.Zītars. Elektronikas pamati. RTU, 1985., 2002.. 10. Elektronika II. Mikroelektronikas komponentes un pamatshēmas. Hannover, Heinz-

Piest-Institut, 2003..

16


Platformas NI Multisim & NI ELVIS lietotāja metodiskais palīglīdzeklis

“Virtual ELVIS”. Ievads. NI Electronic Workbench’s Virtual ELVIS emulē lielāko daļu no reālās NI ELVIS darbstacijas virtuāliem mērinstrumentiem (VMI) un darba režīmiem. Pasniedzēja uzdotā un skolnieku vai studentu veiktā iekārtu projektēšana, prototipa izveide (prototipēšana) un testēšana var notikt uz apmācamo datoriem izmantojot platformu Virtual ELVIS pirms projektu pārnešanas uz reālu NI ELVIS darbstaciju laboratorijā.

“Virtual ELVIS” darbstacijas maket ēšanas paneļa shēma Virtuālā darbstacija “Virtual ELVIS satur speciālus blokus un elementus, atbilstošus reālās laboratoriju platformas NI ELVIS darbstacijas blokiem un elementiem. Zemāk aprakstītas minēto bloku un elementu vadīklas un pieslēgumi.

Att ēls 11.

“ Virtual ELVIS” maketēšanas panelis. Ieslēdzot shēmu redaktoru pirmo reizi, uz ekrāna atvērsies attēlā 3 parādītais “ Virtual ELVIS” maketēšanas panelis.

17


Lai izveidotu jaunu shēmu uz laboratorijas stacijas “Virtual ELVIS” maketēšanas plates:

1. Atveriet no Izvēlnes datni File/New/ELVIS Schematic.

Piezīme: Iezemējuma vads shēmas kreisajā apakšējā stūrī ir kopējais pieslēguma punkts mērījumos modelēšanas procesā un to atslēgt nedrīkst (sk. attēlu 5.).

Maketēšanas paneļa shēmā, kas parādīta attēlā 3. kontaktligzdu līnijas, kas izvietotas pa labi un pa kreisi no galvenās darba zonas, ir tādas pašas, kā savienošanas kontaktligzdu līnijas reālā NI ELVIS laboratorijas darbstacijā un tām ir tādi paši apzīmējumi (sk. 1. daļā “M ācību laboratoriju virtuālo instrumentu kompleksa NIELVIS darbstacijas lietotāja metodiskais palīglīdzeklis).

Kontaktligzdas ar izgaismojumu zaļā krāsā nevar izmantot modelēšanai Multisim vidē. Tomēr tās var izmantot principiālo shēmu izstrādāšanai un dod iespēju novērot uz “Virtual ELVIS” izveidotā maketa trīsdimensiju attēlu Atšķirībā no citiem Multisim komponentiem, augšminētās kontaktligzdu rindas nav pārvietojamas uz citu vietu darba zonā.

OSCILOSKOPS

Att ēls 12.

Kontaktligzdas osciloskopa pieslēgšanai atrodas maketēšanas paneļa augšējā daļā kreisajā pusē.

18


Lai pieslēgtos osciloskopam: 1. Savienojot ķēdes kontrolpunktu (mezglu, kurā jāizmēra signāla parametri) ar

oscilpskopa kontaktligzdu rindām uz maketēšanas paneļa ("Oscilloscope") CH A+, CH A-, CH B+, CH B- vai TRIGGER . Šīs kontaktligzdu rindas atbilst osciloskopa ieejām:

• CH A+ – kanāla A pozitīvās polaritātes ieeja; • CH A- – kanāla A negatīvās polaritātes ieeja; • CH B+ – kanāla B pozitīvās polaritātes ieeja; • CH B- – kanāla B negatīvās polaritātes ieeja; • TRIGGER – osciloskopa iedarbināšana.

Pieeja virtuālā osciloskopa vadīklām. 1. Divas reize uzklikšķiniet ar peli uz uzrakstu "Oscilloscope" maketēšanas paneļa kreisajā augšējā daļā, pēc tam uz ekrāna parādīsies virtuālā Multisim osciloskopa interaktīvais vadības panelis.

2. Detalizēts virtuālā osciloskopa lietošanas apraksts ir pieejams dokumentā "Multisim 10 User Guide".

19


VOLTAMP ĒRU RAKSTURL ĪKŅU ANALIZATORS UN MULTIMETRS

Att ēls 13.

Voltampēru raksturl īkņu analizatoru un multimetru ampērmetra režīmā nevar izmantot vienlaicīgi. Atverot jaunu Virtual ELVIS Schematic projektu, ir atļauts darbs tikai ar ampērmetru, bet voltampēru raksturlīkņu analizatora izmantošana ir aizliegta. Informācija par to tiek demonstrēta virs apakšējās kontaktligzdu grupas (sk. attēlu 7.). Lai izmantotu analizatoru un atslēgtu ampērmetru, jāizdara dubultklikšķis ar peles kreiso pogu pa izrakstu par šo mērinstrumentu stāvokli. Līdz ar to “Virtual ELVIS” voltampēru raksturlīkņu analizators tiek aktivizēts.

Atkārtojot dubultklikšķi uz uzraksta analizators un ampērmetrs tiek atgriezti sākumstāvoklī.

Piezīme. Ja voltampēru raksturlīkņu analizators tiek aktivizēts, tad ieslēdzot modelēšanu rodas neliela laika aizture līdzsprieguma režīma ieslēgšanas pārejas procesa rezultātā. Strādājot ar ampērmetru, šāda laika aizture netiek novērota.

20


Voltampēru raksturl īkņu analizatora pieslēgumi.

1. Pieslēdziet izpētāmo komponentu pie kontaktligzdām, kas izvietotas rindās 3-WIRE (trīsvadu pieslēguma shēma), CURRENT HI (Strāva – augstāks potenciāls) un CURRENT LO (Strāva – zemāks potenciāls).

Att ēlā 8 parādīts, kā tiek pieslēgti dažādi elektroniskie komponenti:

Att ēls 14. Ampermetra pieslēgums. 1. Savienojiet ar vadiem ligzdas CURRENT HI un CURRENT LO ar shēmas punktiem, kuros jāveic CURRENT HI atbilst ampērmetra ieejai "+" (augstāks potenciāls), bet . CURRENT LO atbilst ampērmetra ieejai "-" (zemāks potenciāls). амперметра - низкий потенциал. Mērinstrumenta aktiviz ācija. 1. Izdariet dubultklikšķi uz uzraksta "DMM" (uz apzīmējuma augšējās daļas). Atvērsies multimetra interaktīvais vadības panelis IVP voltampēru raksturlīkņu analizatora režīmā, ja ir aktivizēts analizators, vai arī multimetra interaktīvais vadības panelis strāvas mērīšanas režīmā, ja aktivizēts (sk. augstāk). 2. Detalizēts multimetra lietošanas apraksts abos augšminētos režīmos ir atrodams dokumentā " Multisim 10 User Guide".

21


Voltmetra/ommetra pieslēgums. 1. Savienojiet ar vadiem ligzdas VOLTAGE HI (Spriegums – augstāks potenciāls) un VOLTAGE LO (Spriegums – zemāks potenciāls) ar shēmas punktiem, kuros jāveic mērījumi. VOLTAGE HI atbilst mērinstrumenta ieejai "+", bet VOLTAGE LOW – mērinstrumenta ieejai "-". Voltmetra/ommetra iedarbināšana. 1. Izdariet dubultklikšķi uz apzīmējuma "DMM" (apakšējā daļā). Atvērsies multimetra interaktīvais vadības panelis voltmetra un ommetra režīmā. 2. Šo multimetra funkciju lietošanas detalizēts apraksts atrodams dokumentā " Multisim 10 User Guide".

FUNKCION ĀLAIS ĢENERATORS Funkcionālā ģeneratora pieslēgums.

1. Savienojiet ar vadiem funkcionālā ģeneratora ieejas un izejas FUNC OUT, SYNC OUT, AM IN un FM IN ar shēmas kontrolpunktiem: • FUNC OUT – funkcionālā ģeneratora izejas signāls; • SYNC OUT – sinhroimpulsu izeja (TTL-savietojams signāls ar tādu pašu frekvenci, kā izejas signālam); • AM IN – signāla amplitūdas vadības ieeja no izejas FUNC OUT; • FM IN – signālu frekvences vadības ieeja no izejām FUNC OUT un SYNC OUT.

Funkcionālā ģeneratora palaišana.

1. Lai veiktu funkcionālā ģeneratora regulēšanu izdariet dubultklikšķi uz apzīmējuma "Function Generator". Atvērsies ģeneratora regulēšanas dialoga logs.

2. Atveriet grāmatzīmi (Bookmark) "Value" (Vērtības) un iestatiet nepieciešamos

izejas signāla parametrus.

3. Uzklikšķiniet uz spiedpogu "ОК", regulēšanas logs aizvērsies. Piebilde. Konkrētāk par funkcionālā ģeneratora regulēšanu sk. dokumentā “Multisim 10 for Educator” (Pielikums 5.1.).

22


BAROŠANAS AVOTI

Kreisajā apakšējā kontaktligzdu grupā atrodas ligzdas barošanas avotu pieslēgšanai: • + 15 V • – 15 V • + 5 V . Regulējamie barošanas avoti: • SUPPLY + (+ 12 V maksimums). • SUPPLY – (– 12 V maksimums).

Barošanas avotu pieslēgšanai savienojiet ar vadiem avotu izejas ar atbilstošiem shēmas punktiem.

Regulējamo barošanas avotu palaišana.

1. Lai piekļūtu regulējamo barošanas avotu iestatīšanas logam, dubulti uzklikšķiniet uz uzraksta "Variable Power Supplies". Atvērsies barošanas avotu parametru iestatīšanas dialoga logs.

2. Uzklikšķiniet uz grāmatzīmi "Value" un ievadiet nepieciešamos avota parametrus. 3. Uzklikšķiniet uz spiedpogas "ОК", regulēšanas logs aizvērsies.

Piebilde.

Vairāk par barošanas avotu regulēšanu sk. dokumentā “Multisim 10 for Educator”

23


GAISMAS DIODES

Uz ELVIS maketēšanas paneļa labajā pusē izvietotas astoņas gaismas diodes – stāvokļa indikatori. To izvadi ir savienoti ar ligzdām (LED ), izvietotām labējā apakšējā ligzdu grupā. Modelēšanas procesā pareizi pieslēgtās gaismas diodes “spīd”.

Att ēls 15.

Gaismas diožu pieslēgums.

1. Savienojiet ar vadu ligzdu no rindas, kas apzīmēta ar LED (LED 0 ÷ LED 7) ar jūsu shēmas kontrolpunktu.

24


KOMPONENTU MONT ĀŽA UZ MAKET ĒŠANAS PLATES.

Pēc principiālās elektriskās shēmas izstrādes pabeigšanas uz Virtual ELVIS, jūs esat sagatavojušies shēmas komponentu izvietošanai uz virtuālās maketēšanas plates, izmantojot trīsdimensiju attēla izveidošanas iespējas.

Att ēls 16.

Piebilde. Visi vadības elementi uz laboratorijas stacijas frontālā paneļa trīsdimensiju attēla ir pieejami regulēšanas funkciju veikšanai. Modelēšana notiek interaktīvā režīmā atbilstoši principiālās shēmas attēlam. Detalizēta informācija par modelēšanu ir piejama dokumentā "Multisim 10 User Guide" vai programmas datnē “Help”.

Komponentu izvietošana uz maketēšanas paneļa.

1. Multisim 10 galvenajā izvēlnē izvēlaties darbību Tools/Show

Breadboard (Instrumenti/Parādīt maketēšanas paneli).

Piezīme. Trīsdimensiju attēlošanas režīmu izvēlās iestatīšanas logā "Preferences" ("Īpašības"). Detalizēti par maketēšanas paneļa trīsdimensiju attēlu veidošanu sk. dokumentā “Multisim 10 for Educator” (sadaļās 2.2. un 2.6.).

2. Uzklikšķiniet uz komponenta, kas atrodas uz izvietojamo komponentu paneļa, un pārvietojiet to uz maketēšanas paneli. Kad komponents “pārvietojas” virs maketēšanas laukuma, kontaktligzdu krāsa izmainās, kā parādīts attēlā 11.

25

Līguma Nr.:2006/02001/VPD1/ESF/PIAA/O6/APK/3.2.1./0007/0035 Līguma nosaukums: „Elektriķu apmācību programmu pilnveide Ventspils 20. arodvidusskolā”

Attēls 17.

Padoms. Nospiediet Ctrl+R , lai pagrieztu izvēlēto shēmas komponentu 90 grādus pulksteņrādītāja virzienā, nospiediet Ctrl+Shift+R , lai pagrieztu elementu 90 grādus pret pulksteņrādītāja virzienu.

3. Atlaidiet peles spiedpogu un izvēlētais shēmas komponents tiks uzstādīts sarkanā krāsā izgaismotās kontaktligzdās. Pēc tam ligzdu krāsainais izgaismojums tiek atslēgts. 4. Atgriežaties pie principiālās shēmas un pievērsiet uzmanību, ka uzstādītā komponenta krāsa izmainās, kā parādīts attēlā zemāk.

Att ēls 18.

5. Turpiniet izvietot shēmas komponentus uz maketēšanas paneļa. Pēc visu shēmas komponentu izvietošanas uz paneļa tas automātiski tiks noslēpts. Padoms. Principiālajā shēmā savienotos komponentu izvadus var izvietot maketēšanas paneļa savstarpēji savienotās ligzdās, kā parādīts attēlā zemāk. Tas palīdz samazināt savienojošo vadu daudzumu.

26


Att ēls 19. Piebilde.

Detalizēta informācija pieejama dokumentā “Multisim 10 for Educator” .

UZSTĀDĪTO SHĒMU KOMPONENTU SAVIENOJUMI Ja principiālajā shēmā savstarpēji savienoto komponentu izvadus pieslēdz maketēšanas paneļa ligzdām, kas izvietotas vienā rindā un savienoti paneļa montāžā, tad var saslēgt shēmu bez papildus arējiem vadiem. Tomēr vairumam shēmu ārējie vadītāji būs vajadzīgi, lai veiktu shēmā nepieciešamos savienojumus.

Att ēls 20.

27


SAVIENOJUMU VADU IZVIETOŠANA UZ MAKET ĒŠANAS PANEĻA

1. Uzklikšķiniet uz ligzdas, kas savienota ar komponenta izvadu, kurš jāpieslēdz cita komponenta izvadam. Parādīsies savienojošā vada sākumpunkts. Pārvietojot kursoru, «izstiepiet vadu līdz ligzdai, kurā jābeidzas savinojumam. Ligzdas, virs kurām pārvietojas vada gals, iekrāsojas zaļā krāsā. 2. Atlaidiet peles spiedpogu, kad kursors ir sasniedzis vajadzīgo “mērķa” ligzdu. 3. Atgriežaties principiālās shēmas logā un pievērsiet uzmanību – divus izvadus savienojošā vada krāsa ir izmainījusies un kļuvusi zaļa. Tas nozīmē, ka savienojums ir sekmīgi realizējies.

Att ēls 21.

Piebilde. Tādā gadījumā, kad elektriskā ķēdē tiek savienoti vairāk kā divu komponentu izvadi, ķēdes krāsa principiālajā shēmā izmainīsies tikai tad, kad uz maketēšanas paneļa būs veikti visi pieslēgumi.

4. Turpiniet izvietot komponentus un to savienojumu vadus uz maketēšanas paneļa, līdz būs saslēgta visa shēma. Padoms. Iedarbiniet projektēšanas normu pārbaudes funkciju (Design Rules and Connectivity Check) lai pāliecinātos, ka savienojumi izpildīti korekti (detalizēti sk. Multisim 10 for Educator) Piebilde. Detalizēta informācija par augšminētiem jautājumiem ir pieejama dokumentā “Multisim 10 for Educator” .

28


1. TEL MODULIS

L īdzstrāvas ķēdes un Tevenina teorēma.

IEVADS. Mērķis Ilustrēt un praktiski izpildīt Tevenina teotēmas pielietošanas metodiku komplicētu elektrisko ķēžu analīzē ar modelēšanas palīdzību. Sagatavošanās. Ir pieņemts, ka studenti iepriekš apguvuši jauktu virknes un paralēlo ķēžu slēgumu analīzi.

Detalizēts visu 1. moduļa datņu apraksts piejams informācijas avotā “Practical Teaching Ideas with NI Multisim” (atsauce 1.). Zemāk minētās šī moduļa datnes Ķēžu aprakstu krājumā (Circuit Description Box) satur īsas ziņas par Tevenina teorēmu (mācību grāmatās latviešu valodā šī teorēma biežāk sastopama ar nosaukumu “Ekvivalentā (sprieguma) ģeneratora teorēma”, kurai atbilst universāla līdzstrāvas un maiņstrāvas elektrisko ķēžu izpētes metode, saukta arī par “Tukšgaitas un īsslēguma metodi”):

Datne Thevenin1.ms10 satur ķēžu aprakstus (description boxes), kas sniedz darblapu izpildei nepieciešamo informāciju un palīdz studentiem soli ps solim izpildīt uzdevumus, izmantojot ķēžu analīzes metodes. • Ķēdes datne Thevenin1A kopā ar Thevenin1C ilustr ilustrē atsevišķas izpildāmās

darbības, kas jāveic Tevenina teorēmas risinājuma iegūšanai. • Ķēdes datne Thevenin2 nodrošina sarežģītāku ķēžu ar diviem sprieguma avotiem

praktiski uzlabotu izpēti. 1. TEL modulī iekļautās darblapas (aprakstu teksti latviešu val., datnes angļu val.):

• “Darblapa 1-1: Rezistoru krāsu kodi (Resistor Color Codes)” • “Darblapa 1-2: Līdzstrāvas ķēdes 1”(Basic circuits 1)” • “Darblapa 1-3: Līdzstrāvas ķēdes 2” (Basic circuits 2)” • “Darblapa 1-4: Darbības ar maiņrezistoru (Variable Resistor Activity)”.

1. TEL moduļa darblapu izpildei nepieciešamā papildinform ācija (angļu val., aprakstu teksts “Atsaucē 1”. ):

• “ Introduction to Section 1” - sākot ar lpp.1-9 • “Reinforcing Concepts of Basic Circuit Behavior” - sākot ar lpp. 1-10 • “Agilent Multimeter ” - sākot ar lpp.1-12 • “Voltage Controlled Current Source and Three Phase Source”- sākot

ar lpp.1-13 • “Using a Variable Resistor and a Switch to Change Values” - sākot ar lpp.1-14 • “Voltage Controlled Resistor” - sākot ar lpp.1-16 • “Rated Components” - sākot ar lpp.1-17 • “Thevenin’s Theorem” - sākot ar lpp.1-18.

29


Darblapa 1-1: Rezistoru kr āsu kodi

© 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts: Atvērt datni ResistorColorCodes.ms10. Uzdevumi: Noteikt rezistoru pretestību skaitliskās vērtības atbilstoši krāsu kodiem

Pretestība, Om

1. dzeltens, violets, brūns __________________

2. dzeltens, violets, sarkans __________________

3. sarkans, sarkans, sarkans __________________

4. brūns, melns, sarkans__________________

5. brown, black, orange __________________

6. brūns, melns, melns __________________

7. oranžs, balts, sarkans __________________ 8. zaļš, zils, dzeltens __________________ 9. pelēks, sarkans, oranžs__________________

10. balts, brūns, zils__________________

11. brūns, melns, zils__________________

30


Darblapa 1-2: Līdzstr āvas ķēžu pamati 1. © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts: Atvērt datni Ohm.ms10 .

Uzdevumi: 1. Izveidojiet tabulu virtuālo mērījumu (ar Multisim) rezultātu pierakstam:

Ķēdes parametri

Apr ēķinātā vērt ība

Izmērītā vērt ība

Starpība %

It V1 I2 I3 I3

V2/3

31


2. Aprakstiet paredzamo ķēdes parametru skaitlisko vērtību izmaiņu virzību: 2.1. Ja ķēdes parametra ________ skaitliskā vērtība ir izmainījusies ________________ (palielinājusies, samazinājusies), tad ir paredzamas parametra ________ skaitliskās vērtības izmaiņa________________ (palielināsies, samazināsies, nemainīsies).

32


Vingrin ājums ar NI ELVIS. Sākumpunkts: 1. Atv ērt datni Ohm.ms10 . 2. Izveidojiet ķēdi Ohm.ms10 uz jūsu NI ELVIS maketēšanas plates, kā tas parādīts

attēlā:

Uzdevumi: 1. Izveidojiet tabulu eksperimentālo mērījumu (uz NI ELVIS ) rezultātu pierakstam.

Salīdziniet rezultātus: Ķēdes parametri Aprēķinātā

vērtība Modelētā vērt ība

Izmērītā vērtība Starpība %

It V1 I2 I3

33


2. Vai eksperimentāli iegūtās ķēdes parametru skaitliskās vērt ības sakrīt ar aprēķiniem un modelēšanas rezultātiem ? Ja nē, tad kāpēc ?

3. Novērt ējiet parametru skaitlisko vērtību izmaiņu virzību ķēdē (palielinās,

samazinās vai nemainās):

a) Ja R1 izmainīsim no 1 kOhm uz 100 Ohm, tad I2 _________________. b) Ja R1 izmainīsim no 1 kOhm uz 2 kOhm, tad It _________________. c) Ja R2 izmainīsim no 220 Ohm uz 2 kOhm, tad I2 _________________. d) Ja R2 izmainīsim no 220 Ohm uz 100 Ohm, tad V1_________________. e) Ja R2 izmainīsim no 220 Ohm uz 100 Ohm, tad I3_________________. f) Ja R3 izmainīsim no 1 kOhm uz 100 Ohm, tad I3_________________.

34


Darblapa 1-3: Līdzstr āvas ķēžu pamati 2. © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts:

Atvērt datni Ohms2.ms10

Uzdevumi: 1. Izveidojiet tabulu virtuālo mērījumu (ar Multisim) rezultātu pierakstam:

Ķēdes parametric

Izmaiņu virziens


Izmēr ītā vērt ība

Starpība %

It V1 I2 I3 I3 R3

35


Vingrin ājums ar NI ELVIS. Sākumpunkts: 1. Atv ērt datni Ohms2.ms10 in Multisim . 2. Izveidojiet ķēdi Ohms2.ms10 uz NI ELVIS maketēšanas plates, kā tas parādīts attēlā:

Uzdevumi: 1. Izveidojiet tabulu ķēdei, kurā potenciometrs ir iestatīts uz 25% no izmaiņu diapazona: Aprēķiniet parametru skaitliskās vērtības un ierakstiet tās tabulā.

Ķēdes parametri

Izmaiņu virziens



Starpība %

R3 It

V1 I3 I2 I3

36


2. Novērt ējiet izmaiņu virzienu, katrai strāvas un sprieguma skaitliskai vērtībai, ja potenciometrs ir iestatīts uz 60% no izmaiņu diapazona.

Ķēdes parametri Izmaiņu virziens It

V1 I2 I3

3. Izveidojiet tabulu ķēdei, kurā potenciometrs ir iestatīts uz 60% no izmaiņu diapazona: Aprēķiniet parametru skaitliskās vērtības un ierakstiet tās tabulā.

Ķēdes parametri

Izmaiņu virziens

Apr ēķinātā vērt ība Izmēr ītā vērt ība

Starpība %

R3 It

V1 I3 I2 I3

4. Izmainiet potenciomatra iestatījumu uz maketēšanas plates līdz 73%. Aprēķiniet jauno pretestības R3 skaitlisko vērtību, izmantojot strāvas un sprieguma mērījumu rezultātus:

R3 = ________________ Ohm 5. . Novērt ējiet izmaiņu virzienu, katrai strāvas un sprieguma skaitliskai vērtībai, ja slēdzis (Key = Space) ir atslēgts. 6. Izveidojiet tabulu ķēdei, kurā slēdzis (Key = Space) ir atslēgts un ierakstiet aprēķinu

un mērījumu rezultātus.

Ķēdes parametri


Modelēšanas rezultāts


Starpība %

It V1 I2 I3

Ķēdes parametri

Izmaiņu virziens

It V1 I2 I3

37


Darblapa 1-4:

Darb ības ar mai ņrezistoru. © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts: Atvērt datni Ohms2.ms10 .

Uzdevumi: 1. Ieslēdziet slēdzi (Key=Space). 2. Iestatiet potenciometru (Key = a) uz 25% no izmaiņu diapazona. 3. Nosakiet ķēdes parametrus un aprēķiniet R3 skaitlisko vērtību.

Apr ēķinu rezultāts:

R3 = ____________ Ohm

38


Vingrin ājums ar NI ELVIS: Izveidojiet ķēdi Ohms2.ms10 uz NI ELVIS maketēšanas plates, kā tas parādīts attēlā:

4. Izmainiet R3, iestatot uz potenciometra (Key = a) 60% no izmaiņu diapazona. Prognozējiet katra sprieguma un strāvas mērījumu rezultāta izmaiņu virzienu ķēdē. 5. Aprēķiniet R3 jauno skaitlisko vērt ību, izmantojot strāvas un sprieguma mēr ījumus.

Aprēķinu rezultāts:

R3 = ____________ Ohm

39


6. Nosakiet ķēdes parametru skaitliskās vērt ības un salīdziniet aprēķinu un simulācijas mērījumu rezultātus. 7. Atslēdziet slēdzi (Key=Space). Prognozējiet virzienu katrai strāvas un sprieguma izmaiņai ķēdē. 8. Aprēķiniet ķēdes parametru skaitliskās vērtības. 9. Veiciet simulāciju uz NI ELVIS un salīdziniet iegūtos rezultātus.

40


2. TEL MODULIS Osciloskops un filtru izpēte ar Bode raksturlīkņu analizatoru (ploteri).

IEVADS. 2. TEL modulī iekļautās darblapas: Darblapa ar apraksta tekstu, tulkotu latviešu valodā:

• “Darblapa 2-1: Osciloskops 1 (The Oscilloscope 1)”; Darblapas ar aprakstu tekstiem angļu val. (teksti “Atsaucē 1”. sākot no lpp. 2-1):

• “Worksheet 2-1: The Oscilloscope 1” • “Worksheet 2-2: The Oscilloscope 2” • “Worksheet 2-3: Measuring Amplitude and Phase Shift with the Scope” • “Worksheet 2-4: The Low-Pass Filter” • “Worksheet 2-5: Series Resonant Circuit as a Filter”.

2. TEL moduļa darblapu izpildei nepieciešamā papildinform ācija (angļu val., aprakstu teksts “ Atsaucē 1”. ):

• “ Introducing the Oscilloscope” – lpp. 2-3 • “ Introducing the Bode Plotter” - lpp. 2-5 • “The Low-Pass Filter” - lpp. 2-7 • “Series RLC Resonant Circuit as a Filter” - lpp. 2-9 • “Simultaneous Comparison: Active and Passive Filters” – lpp. 2-11 • “Agilent Oscilloscope” – lpp. 2-12

• “Wizard ” – lpp. 2-14.

41


Darblapa 2-1: Oscilloskops 1. © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts: Atvērt datni Scope1.ms10.

Uzdevumi: 1. Aprēķināt ģeneratora izejas signāla dubultamplitūdu (peak-to-peak):

Viz (p-p) = ____________Volti 2. Aprēķināt signāla periodu:

T = _____________ = ______________sekundes jeb ________________ msec

42


3. Noteiciet jūtīguma V/Div ieregulējumu tā, lai uz PC monitora darbvirsmas viļņforma (waveform) aizņemtu aptuveni četras iedaļas (pa vertikāli), bet sinusoidālā signāla viļņa amplitūda nepārsniegtu ekrāna augšējo vai apakšējo robežas (sinusoidālais viļnis nedrīkst būt ierobežots vai saplacināts):

Nepieciešamais jūtīguma (V/DIV ) ieregulējums = ___________________

4. Noteikt laika atskaites (TIME BASE ) kontroles ieregulējumu tādā veidā, lai aptuveni divi viļņformas (waveform) cikli būtu novērojami uz displeja darbvirsmas (pa horizontāli). Nepieciešamais laika atskaites (TIME BASE ) ieregulējums = ______________ms/div

Piezīme: - mērījumu precizitātes uzlabošanas nolūkā, izdariet peles kreiso klikšķi uz spiedpogu Pause, lai nofiksētu signāla viļņformu (waveform). 6. Izmēr īt signāla periodu kā laika intervālu starp divām tuvākajām vienas polaritātes amplitūdām vai brīvi izvēlēta līmeņa krustojumu (krustmiju) punktiem ar signāla .

T1 = ____________ T2 = ____________ Periods (T2 - T1) = ______________ Aprēķinātā frekvence (Hz) = _________

7. Izmēr īt sprieguma dubultamplitūdu (peak-to-peak voltage) Sprieguma pozitīvā amplitūda = ____________ Sprieguma negatīvā amplitūda = ____________ Sprieguma dubultamplitūda (peak-to-peak voltage) = ____________ 8. Pārbaudiet un apstipriniet, ka mērījumu rezultāti saprātīgās robežās atbilst no shēmas iegūtām signāla parametru skaitliskām vērtībām .

43


9. Komentējiet faktorus, kuri rada neatbilstību starp faktisko signāla frekvenci un amplitūdu un šo parametru mērījumu rezultātiem. 10. Novērojiet izmaiņas signāla parametru iestatījumā ar peles dubultklikšķi shēmā uz maiņsprieguma (AC) avota. Pievērsiet uzmanību sprieguma amplitūdas un zemāk novērojamās efektīvās (vidējās kvadrātiskās, RMS) vērtības ieregulēšanai. Izmainiet signāla amplitūdu un novērojiet atbilstošas sprieguma efektīvās vērtības (RMS) izmaiņas.

44


3. TEL MODULIS Diodes

IEVADS. Sagatavošanās:

• Studentiem un skolniekiem jāapgūst sākuminformācija par pusvadītāju elektronisko ierīču teoriju, līdzsprieguma nogludināšanas shēmām (Clippers) un maiņsprieguma ierobežošanas shēmām (Clampers), taisngriežiem ar pusvadītāju diodēm un līdzsprieguma stabilizāciju ar pusvadītāju stabilitroniem (Zenera diodēm);

• Studentiem un skolniekiem jāprot rīkoties ar multimetru un osciloskopu NI Multisim virtuālajā un NI ELVIS reālajā darba vidēs.

3. TEL modulī iekļautās darblapas. Darblapa ar apraksta tekstu, tulkotu latviešu valodā:

• “Darblapa 3-1: L īdzsprieguma nogludināšanas shēma (klipers)” Darblapas ar aprakstu tekstiem un datnēm angļu val. (piejami “Atsaucē 1” ):

• “Worksheet 3-1: Clippers”; • “Worksheet 3-2: Clampers”; • “Worksheet 3-3: Clamper with LabVIEW Components”; • “Worksheet 3-4: Bridge Rectifier and Zener Diode”; • “Worksheet 3-5: IV Curve”.

3. TEL moduļa darblapu izpildei noderīgā papildinform ācija (angļu val., teksts “Atsaucē 1”): • “Introducing Diodes” (lpp.3-2) .

45


Darblapa 3-1: Līdzsprieguma nogludin āšanas sh ēma (Kliperis) © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts: Atvērt datni Clipper1.ms10 .

Uzdevumi: 1. Izmantojiet zināšanas par klipera ķēdes darbību, uzzīmējiet paredzamās viļņformas, marķējot visus zīmīgos punktus (pīķus un līdzsprieguma līmenī). 2. Iedarbiniet modelēšanu uzklikšķinot uz slēdzi vai ar komandu Simulate/Run .

46


3. Ar dubultklikšķi uz ikoniņas Oscilloscope ieslēdziet uz displeja tā interaktīvo vadības paneli. 4. No displeja uzzīmējiet izejas signālu un salīdziniet ar p. 1 iegūtiem aprēķinu rezultātiem. Noskaidrojiet atšķirības. 5. Atveriet datni ClipperApplications.ms10 .

6. Analizējiet procesus ķēdē, lai izprastu, kā tā darbojas. 7. Veiciet modelēšanu un novērojiet rezultātus uz osciloskopa ekrāna..

47


Vingrin ājums uz NI ELVIS Sākumpunkts: Uz NI ELVIS maketēšanas plates izveidojiet trīs ķēdes, kuras jūs modelējāt un pētījāt datnē Clipper1.ms10 . Zemāk attēlos parādīti šo ķēžu izveidošanas piemēri.

Pirmās divas ķēdes datnē Clipper1.ms10 identiskas, izņemot līdzsprieguma pieslēgumu. Viena no tām pieslēgta pie +2 V, bet otra – pie -2 V. Augstāk attēlos parādīts, kā šos pieslēgumus izdarīt.

48


Pēdējā no iepriekš minētajām ķēdēm datnē Clipper1.ms10 ir parādīta nākošajā attēlā. Rezistors ar pretestību ir 10 kOm šinī ķēdē aizvieto rezistoru ar pretestību 10 Om, kurš tika izmantots modelēšanā. Izveidojiet uz maketēšanas paneļa divas klipera realizācijas ķēdes no datnes ClipperApplications.ms10 file. Šinī gadījumā jūs atkal varat izmantot piemērus, paradītus nākošos divos attēlos. Atveriet datni ClipperAplications.ms10 un veiciet modelēšanu, lai labāk izprastu šo ķēžu darbību.

Augšējā attēlā analogās izejas 0 un 1 tiek izmantotas, lai iegūtu ķēdes darbībai nepieciešamos maiņsprieguma un līdzsprieguma signālus. Zemāk parādītajā ķēdē analogā izeja 0 tiek izmantota maiņsprieguma signāla iegūšanai, analogā izeja 1 tiek izmantota pozitīvās polaritātes līdzsprieguma ievadīšanai shēmā, bet negatīvās polaritātes līdzspriegumu iegūst no barošanas maiņsprieguma.

49


Norādījumi: Veidojot ķēžu piemērus uz NI ELVIS maketēšanas paneļa, jūs varat eksperimentēt un saslēgt dažādus variantus. Piemēram, izmantojiet vienu vai otru analogo izeju (DAC 0/1) vai arī funkcionālo ģeneratoru, lai iegūtu maiņsprieguma ieejas signālu izpētamajai ķēdei. Līdzspriegumu DC var ģenerēt no analogajām izejām vai arī no regulējamā barošanas avota. Eksperimentējiet ar dažādiem variantiem, lai iegūtu klipera ķēdi ar vajadzīgām īpašībām. Uzdevumi: 1. Analizējiet visu shēmu darbību, izmantojiet teorētiskās nodarbībās klasē apgūtās zināšanas par pusvadītāju diodes darbību. 2. Salīdziniet jūsu fizikālo eksperimentu rezultātus uz NI ELVIS ar modelēšanas rezultātiem. 3. Vai variet piedāvāt vēl kādus pielietojumus pēc tam, kad esat izveidojuši piecas ķēdes ar diodēm ? Apsveriet kādus ieejas signālus variet izmantot un kādus izejas signālus no tiem variet prognozēt.

50


4. TEL MODULIS. Tranzistori

IEVADS. Mērķis. Gūt priekšstatus par bipolāro tranzistoru un lauktranzistoru darbību un pielietošanu.. Sagatavošanās. Pieņemts, ka studenti protveikt aprēķinus elektriskās ķēdēs ar tranzistoriem, t.sk. – veikt līdzstrāvas un maiņstrāvas režīmu un impendances (aktīvo un reaktīvo pretestību) raksturlīkņu analīzi.

4. TEL modulī iekļautās darblapas: Darblapa ar apraksta tekstu, tulkotu latviešu valodā:

• “Darblapa 4-1: Tanzistors kopbāzes slēgumā (Common Base Circuit)”; Darblapas ar aprakstu tekstiem un datnēm angļu val. (teksti un datnes “Atsaucē 1”):

• “Worksheet 4-1:” Common Base Circuit”; • “Worksheet 4-2: Emitter Follower ”; • “Worksheet 4-3: Common Emitter with an Unbypassed Resistor”;. • “Worksheet 4-4: Two-Stage Transistor Amplifier” • “Worksheet 4-5: Measuring JFET Characteristics” • “Worksheet 4-6: Dynamic Measurement of JFET Characteristics” • “Worksheet 4-7: Dynamic Measurement of JFET Transconductance”. • “Worksheet 4-8: BJT CE Wizard ” • “Worksheet 4-9: BJT 2 Stage Wizard”


• “Introducing Bipolar Transistors ” sākot no lpp. 4-2 • “FET Characteristics: Drain and Transconductance” sākot no lpp. 4-4.

51


Darblapa 4-1: Tranzistors kopb āzes slēgum ā. © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts: Atvērt datni CommonBase.ms10 .

Norādījumi:

Lietojiet multimetru, lai izdarītu visus vajadzīgos sprieguma un strāvas mērījumus. Izdariet dubultklikšķi uz multimetra ikoniņas, lai tā logu atvērtu Windows vidē.

52


Uzdevumi: 1. Aprēķiniet emitera strāvu IE. 2. Aprēķiniet kolektora strāvu IC izmantojot koeficienta alpha vērtību 0.95 ( 95.0=α ). 3. Aprēķiniet spriegumu VRC uz kolektora pretestības RC. 4. Aprēķiniet kolektora pretestību RC. 5. . Iedarbiniet modelēšanas režīmu un pārbaudiet aprēķinu punktus 1 – 4 izmantojot multimetrus. Strāvas tausts darbojas kā imitācija strāvas mērīšanas skavai, kura pārveido pa vadu plūstošo strāvu spriegumā tausta izejā. Sajā tranzistora kopbāzes slēguma ķēdē tausta izeja tiek pieslēgta multimetram. Lai izmantotu mērijumos atrāvas taustu, ieslēdziet multimetru sprieguma mērīšanas režīmā un nolasiet izejas rādījumus ampēros, pārrēķinot spriegumā ar koeficientu 1V/mA:

IE =

IC =

VRC =

VC =

53


6. Novērojiet izejas signāla viļņformas grafiku. Kas ir sprieguma pastiprināšanas koeficients ? Kādu sprieguma pastiprināšanas koeficientu jūs prognozējiet ? Ņemiet vērā, ka tranzistora kopbāzes slēgums praktiski tiek izmantots sprieguma un jaudas pastiprināšanai.

Av = 7. Aprēķiniet izejas sprieguma maksimumu bez ierobežošanas (klipinga). Izmainiet ieejas sprieguma vērtību, lai tas atbilstu izejas sprieguma maksimumam bez ierobežošanas, pēc tam ieslēdziet modelēšanu lai pārbaudītu iegūtos aprēķinu rezultātus.

54


Vingrin ājums uz NI ELVIS Sākumpunkts: Saslēdziet uz NI ELVIS maketēšanas paneļa shēmu, kas parādīta datnē CommonBase.ms10 . Ja jums nav piemērotu nominālu rezistora, kondaensatora vai sprieguma avota, tad modificējiet datnes shēmu ar jūsu rīcībā esošiem resursiem tā, lai iegūtu nepieciešamos parametru vērtības. Piemēram, +12 V avotu var aizvietot ar +15 V līdzstrāvas barošanas avotu; -3 V avotu var iegūt no regulējamā barošanas avota, bet maiņstravas avotu iegūsim izmantojot darbstacijas funkcionālo ģeneratoru.

Norādījumi:

Pārliecinieties, vai esiet pareizi pieslēgušies NI ELVIS DMM strāvas ieejām. Jūs variet vienlaicīgi izmantot tikai vienu strāvas ievadu no jūsu ķēdes DMM. Uzdevums: 1. Salīdziniet, kā parametru vērtības, kas iegūtas modelēšanā, atbilst ar NI ELVIS multimetru DMM un osciloskopu izdarīto mērījumu rezultātiem ?

55


5. TEL MODULIS.

Bojājumu (defektu) meklēšana un novēršana.

IEVADS.

Mērķis. Studentiem gūt pieredzi elementu bojājumu meklēšana un novēršanā ķēdēs ar tranzistoriem. Sagatavošanās. Nepieciešams iapazīties ar informāciju datnēs: TroubleShooting1.ms10 – TroubleShooting4.ms10 SeriesParallel2.ms10 SeriesParallel3.ms10 CommonBaseTS.ms10. Studentiem nepieciešams:

• labi pārzināt ķēžu virknes un paralēlos slēgumus, tranzistoru raksturlīknes un sprieguma pastiprinātājus;

• labi pārzināt ķēžu ar reaktīviem elementiem raksturlīknes. 5. TEL modulī iekļautās darblapas: Darblapa ar apraksta tekstu latviešu valodā un datni angļu val.:

• “Darblapa 5-5: Defektu meklēšana: NPN transistors kopemitera slēgumā. Darblapas ar aprakstu tekstiem un datnēm angļu val. (teksti un datnes “Atsaucē 1”.):

• “Troubleshooting Activity 5-1: Series Resistance” • “Troubleshooting Activity 5-2: DC Circuits 2” • “Troubleshooting Activity 5-3: DC Circuits 3” • “Troubleshooting Activity 5-4: NPN, Voltage Divider Bias” • “Troubleshooting Activity 5-5: NPN Partial Emitter Bypass” • “Troubleshooting Activity 5-6: Common Base Configuration” • “Troubleshooting Activity 5-7: Troubleshooting a Two-Stage Amplifier” • “Troubleshooting Activity 5-8 Black Box Puzzles 1 and 2”.


• “Real-World Challenges in a Simulated Environment” - sākot no lpp. 5-3 • “Troubleshooting Activities” - sākot no lpp 5-4 • “Puzzles: Thinking With Knowledge” - sākot no lpp 5-5 • “Problem Solving Techniques” - sākot no lpp 5-6 • “The Bridge Between Problem Solving and Design” - sākot no lpp 5-8.

56


Darblapa 5-5: Bojājumu mekl ēšana: npn tranzistors kopemitera sl ēgumā. © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts: 1. Atvērt datni TroubleShooting3.ms10 .

Norādījumi:

• Līdzspriegums tiek apzīmēts ar simbolu “V”, bet maiņspriegums - ar “v” (p-p).

• Traucējumi ķēdes darbībā var rasties kondensatoru kapacitātes izmaiņu dēļ, izmainoties rezistoru pretestībām to defektu dēļ, kā arī būtiski izmainoties tranzistora strāvas pastiprinājuma koeficentam.

• Ņemiet vērā, ka nereti ir lietderīgi atslēgt maiņspriegumu ieejā un pārbaudīt

tranzistora līdzstrāvas režīmu.

• Atcerieties defektu meklēšanas pozitīvu pieredzi un centieties diagnosticēt traucējumus ar pēc iespējas mazāku mērījumu skaitu.

57


Uzdevumi: 1. Aprakstiet izmantojamo bojājuma meklēšanas procedūru: a) maiņsprieguma mērījumi:

Vout = Vc =

Vb = Ve =

b) līdzsprieguma mērījumi::

Vc = VB =

VE1 = VE2 =

VBE = VCE = 2. Iespējamais bojājums (ja tas ir acīmredzami): 3. Nākošajam mērījumam jābūt šādam:

Mērījuma rezultāts: 4. Izpildiet vairākus mērījumus (ja tas ir nepieciešams): 5. Bojātais elements ir: 6. Aizvietojiet bojāto komponentu un pārbaudiet ķēdes darbību. Vai traucējumnovēršanas rezultāti ir apmierinoši ?

58


6. TEL MODULIS. Operacionālie pastiprinātāji (Op-Amps)

IEVADS. Mērķis Iepazīstināt ar metodiku kā Multisim vide var tikt izmantota, lai studenti pienācīgi apgūtu operacionālo pastiprinātāju darbības pamatus. Sagatavošanās. Jums būs vajadzīgas sekojošas datnes: InvertingAmplifier.ms10 NonInvertingAmplifier.ms10 . Studentiem labi jāpārzina:

• mērījumi Multisim vidē, ieskaitot osciloskopa un mērinstrumentu pielietošanu;

• operacionālo pastiprinātāju teorijas pamati. 6. TEL modulī iekļautās darblapas: Darblapa ar apraksta tekstu, tulkotu latviešu valodā: “Darblapa 6-1: Operacionālo pastiprinātāju izpēte 1. Invertējošs maiņsprieguma

pastiprinātājs. Darblapas ar aprakstu tekstiem un datnēm angļu val. (teksti un datnes “Atsaucē 1”):

• “Worksheet 6-1: Op-Amp Investigation 1: Inverting AC Amplifier ” • “Worksheet 6-2: Op-Amp Investigation 2: Non-inverting AC Amplifie r” • “Worksheet 6-3: Active Band-Pass Filter” • “Worksheet 6-4: Series-Pass Voltage Regulator” • “Worksheet 6-5: Integrator ” • “Worksheet 6-6: Phase Shift Oscillator” • “Worksheet 6-7: Pulse-Width Modulator”.

6. TEL moduļa darblapu izpildei nepieciešamā papildinform ācija (angļu val., teksts un datne “ Atsaucē 1”. ):

• “Introducing Op-Amps ” - sākot no lpp. 6-2.

59


Darblapa 6-1: Operacion ālo pastiprin ātāju izp ēte 1. Invert ējošs mai ņsprieguma pastiprin ātājs © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts: 1. Atvērt datni InvertingAmplifier.ms10 .

Uzdevumi: 1. Iestatiet ieejā 0 V (maiņrezistors R1 uz 0%) un novērojiet visus maiņsprieguma un maiņstrāvas mēraparātu rādījumus. Salīdziniet tos ar lekciju teorētiskajiem materiāliem.

60


2. Izvēlieties jaunu sprieguma vērtību izmantojot pārslēgu G vai SHIFT-G , lai izmainītu ieejas signāla parametrus un atkārtotu novērojumus. Izmaiņas var izdarīt arī pārvietojot kursoru virs potenciometra un ar to pavirzīt slīdkontaktu, kurš parādīsies uz ekrāna. .

3. Pārbaudiet izteiksmi, t.i. - vai spriegumu operacionālā pastiprinātāja shēmas invertējošā ieejā (V+) un neinvertējošā ieejā (V-) reizinājums ar pastiprinājuma koeficientu pie pārtrauktas atgriezeniskās saites (Gopen loop) ir vienāds ar ķēdes izejas spriegumu (Vout). a) Invertējošā ieeja V- = b) Neinvertējošā ieeja V+ = c) Starpība = d) Pastiprinājuma koeficients pie pātrauktas atgriezeniskās saites Gopen loop = e) Aprēķinātais rezultāts = f) Izmērītais rezultāts izejā = 4. Izmantojiet osciloskopu vai Bode analizatoru (AFR analizatoru), lai noteiktu AFR augšējo un apakšējo lūzuma frekvences. a) Augstākā AFR lūzuma frekvence = b) Zemākā AFR lūzuma frekvence = 5. Palieliniet ieejas signāla amplitūdu līdz izejas signāla amplitūdas ierobežošanai. Salīdziniet izejas signāla maksimālo pozitīvās un negatīvās polaritātes amplitūdu summu (peak-to-peak, p-p) ar pieslēgtā barošanas avota spriegumu. . a) Maksimālā “p-p” izejā = b) Barošanas avota spriegums =

61


Vingrin ājums ar NI ELVIS Sākumpunkts: Atveriet datni InvertingAmplifier.ms10 programmā Multisim . Saslēdziet nākošajā attēlā parādīto ķēdi uz jūsu NI ELVIS maketēšanas paneļa:

Norādījumi: Izmantojiet NI ELVIS darbstacijas funkcionālo ģeneratoru, lai iestatītu sinusdidāla signāla frekvenci un amplitūdu izpētamās ķēdes ieejā.

62


Uzdevumi: 1. Multisim vidē: a) Iestatiet maiņrezistoram R1 vērtību 0 Om un novērojiet maiņspriegumu un maiņstrāvu vērtības visos ķēdes zaros. Salīdziniet novērojumu rezultātus ar lekcijās nolasīto teoriju. b) Istatiet jaunu R1 vērtību izmantojot pārslēdzi G vai SHIFT-G un tādā veidā izmainot ieejas signālu un atkārtojot novērojumus. Izmaiņas var izdarīt arī pārvietojot kursoru virs potenciometra R1 un ar to pavirzīt slīdkontaktu, kurš parādīsies uz ekrāna. 2. Uz NI ELVIS darbstacijas maketēšanas paneļa izveidotajā ķēdē palieliniet un samaziniet rezistora R1 pretestību. Kādus novērojumus jūs variet izdarīt ?

3. Pārbaudiet izteiksmi, t.i. - vai spriegumu operacionālā pastiprinātāja shēmas invertējošā ieejā (V+) un neinvertējošā ieejā (V-) reizinājums ar pastiprinājuma koeficientu pie pārtrauktas atgriezeniskās saites (Gopen loop) ir vienāds ar ķēdes izejas spriegumu (Vout). Modelēšana Mērījumi

Invertējošā ieeja Neinvertējošā ieeja

Starpība “Open loop” pastiprinājums

Aprēķinu rezultāti Mērījumu rezultāti

4. Izmantojiet osciloskopu vai Bode analizqatoru, lai atrastu augstāko un zemāko AFR lūzuma frekvences (-3 dB līmenī). Frekvences Modelēsana Mērījumi Augstākais AFR lūzums Zemākais AFR lūzums

63


7. TEL MODULIS. Tiristori un sl ēdži

IEVADS. Mērķis. To introduce the basic characteristics of switching devices such as the SCR and DIAC, simple phase control of AC power with an SCR and DIAC as well as the VCS which is included in the Multisim component list. Sagatavošanās. Students are expected to have:

• Familiarity with Multisim and measurements, both AC and DC, using the scope and meters. (Or see comments below)

• An introduction to the (very) basic theory of the SCR and DIAC • Familiarity with RC time constants and phase shift in RC circuits.

7. TEL modulī iekļautās darblapas: Darblapa ar apraksta tekstu, tulkotu latviešu valodā:

• “Darblapa 7-1: Vadāmi tiristoru taisngrieži (SCR). Darblapas ar aprakstu tekstiem un datnēm angļu val. (teksti un datnes “Atsaucē 1”):

• “Worksheet 7-1: SCRs: Simple Resistive Control of an SCR” • “Worksheet 7-2: Investigating DIAC Characteristics” • “Worksheet 7-3: SCR and DIAC” • “Worksheet 7-4: Using Phase Shift and a DIAC to Control an SCR” • “Worksheet 7-5: Application for a Voltage-Controlled Switch (VCS)”.

7. TEL moduļa darblapu izpildei nepieciešamā papildinform ācija (angļu val., teksti un datnes - “ Atsaucē 1”. ):

• “Introducing Thyristors and Switches” - sākot no lpp. 7-2.

64


Darblapa 7-1: Vadāmi tiristoru taisngrieži (SCR) © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts: 1. Atvērt datni SCR1.ms10 .

Norādījumi:

• Potenciometers D ir vadības reostāts.

• Lampiņa iedegās kad ieslēdzās vadāmais taisngriezis SCR.

65


Uzdevumi: 1. Pieņemot, ka taisngriezis tiek ieslēgts, kad vadības spriegums ir 1 V kad vadības reostāts uzstādīts 25% līmenī (250 Om starp slīdkontaktu un iezemējumu), aprēķiniet punktu uz maiņsprieguma avota sinusoidas viļņa, kad taisngriezis izslēgsies. (respektīvi, - pie cik grādu sinusoidālā maiņsprieguma fāzes leņķa tas notiks ?). 2. Šim piemēram 1. aprēķiniet tiristoru taisngrieža SCR kompleksās vadāmības fāzes leņķi: 3. Iestatiet reostāta regulatoru uz 25% un aprēķiniet strāvu. Pārbaudiet un apstipriniet ar mērījumiem aprēķinu rezultātus. 4. Aprēķiniet taisngrieža ieslēgšanās leņķi: a) eksperimentāli nosakiet vadības reostata stāvokļus, pie kuriem taisngriezis ir pilnībā atvērts (ieslēgšanās leņķis ir lielāks par 170 grādiem) un kad taisniegriezis pārstāj vadīt strāvu. b) pārbaudiet ar aprēķiniem, ka eksperimentāli atrastie taisngrieža ieslēgšanās un izslēgšanās punkti atbilst teorijai. . 5. Pierakstiet ideāla SCR taisngrieža atvēršanās sprieguma Vgt, strāvu Igt un Ih vērtības.

66


6. Izmainiet lampiņas jaudu līdz 10 W, iestatiet vadības reostātu uz 25% and un aprēķiniet strāvu. 7. Paskaidrojiet, kāpēc taisngriezis SCR pārtrauc vadīšanu līdz tam, kad barošanas avota spriegums sasniedz nulls vērtību, kā tas bija iepriekš. 8. Nomainiet taisngrieža SCR tiristoru no ideālā modeļa uz reālu komponentu 2N1599. Aprēķiniet ķēdi un paskaidrojiet, kāpēc šis taisngriezis saglabā vadamību līdz sinusoidas pozitīvā pusperioda beigām. Pārbaudiet modelēšanas parametru vērtības. 9. Izvēlieties dažādus SCR taisngriežus un atkārtojiet punktus 1 - 3. Īsumā aprakstiet šo pētījumu rezultātus.

67


8. TEL MODULIS. Ciparsignālu ķēdes

IEVADS. Mērķis. To apply Multisim in evaluation of digital circuits To introduce various digital equipment available in Multisim To introduce and demonstrate the use of the 555 timer available in Multisim. Sagatavošanās. Students should have a prior introduction to digital theory including:

• AND gates, OR gates, truth tables, flip-flops, synchronous and asynchronous counters, RC time constants and the 555 timer

• Have an understanding of the Multisim environment including the use of the multimeter, Oscilloscope and various components.

8. TEL modulī iekļautās darblapas: Darblapa ar apraksta tekstu, tulkotu latviešu val. un datni angļu val.:

• “Darblapa 8-2: Ciparķēde: vingrinājums 1.. Darblapas ar aprakstu tekstiem un datnēm angļu val. (teksti un datnes “Atsaucē 1”.): “Worksheet 8-1: 555 Timer Astable Oscillator” “Worksheet 8-2: Digital Circuit Example 1” “Worksheet 8-3: Digital Circuit Example 2 ” “Worksheet 8-4: Digital Circuit Example 3” “Worksheet 8-5: Digital Circuit Example 4”.

8. TEL moduļa darblapu izpildei nepieciešamā papildinform ācija (angļu val., teksts un datnes “ Atsaucē 1”. ):

• “ Introducing Digital Circuits ” - sākot no lpp. 8-2 • “555 Timer Astable Oscillator” - sākot no lpp.8-3 • ”Asynchronous Counter” - sākot no lpp.8-4 • “Demultiplexer” - sākot no lpp.8-6 • “Synchronous BCD Counter Using Discrete Elements” - sākot no lpp. 8-8

68


Darblapa 8-2: Cipar ķēde: vingrin ājums 1 © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts: 1. Atvērt datni Dig1.ms10.

Norādījumi Ja divās vai vairākās paralēlās ieejās (A, B or C) ir maksimālais sprieguma līmenis (high), tad indicatoram ALARM (trauksme) ir jāieslēdzas. Tas nozīmē, ka izejā ir stāvoklis “high” vai loģiskais 1. Lai izmainītu slēdža stāvokli, nospiediet uz apakšējo pārslēdža apzīmējumu un iegūsiet stāvokli “low” vai lo ģisko 0. Ja ir vajadzīgs trauksmes stāvoklī skaņas signāls, tad izejai ir jāpieslēdz pjezoelektriskais skaņas signāla aparāts. Uzdevumi. 1. Šai ciparķēdei ir trīs ieejas. Cik ir iespējamas ieeju kombinācijas, kuras var izveidot ar slēdžu palīdzību. 2. Pārslēdzot slēdžus ieejās A, B un C un izveidojot visas iespējamās loģisko stāvokļu kombinācijas, aizpildiet patiesuma tabulu (ko literatūrā dēvē arī par vērtību jeb nosacījumu tabulu).

69


Sastādiet ķēdes Būla izteiksmi un salīdziniet to ar loģiskā konvertera (Karno kartes) risinājumu.

70


Vingrin ājums uz NI ELVIS Sākumpunkts: Uz jūsu NI ELVIS maketēšanas paneļa saslēdziet ciparķēdi, kuru jūs modelējāt un pētījāt datnē Dig1.ms10 . Attēlā zemāk parādīts risinājuma piemērs. Atveriet datni Dig1.ms10 un iedarbiniet modelēšanu, lai to lietderīgi izmantotu un gūtu labāku priekšstatu par ķēdes darbību un funkcijām.

Ķēdei ir trīs ieejas un viena izeja un tā ir piemērs kā var fiziski realizēt datnē Dig1.ms10 ietvertās ciparķēdžu shēmas. Ieejas ir apzīmētas ar 1, 2 un 3, bet izeja – ALARM (trauksme). Izmantojot NI ELVIS, ieejas 1, 2 un 3, ir izveidoti trīs dažādi ciparu ieeju kanāli (e.g. DI 0, DI 1, DI 2) un izeja ALARM (DM74LS32: pin 8), kas var būt pieslēdzami pie konfigurējama LED indikatora (e.g. LED 0), lai uz tā novērotu loģisko funkciju stāvokļus.

71


Uzdevumi:

1. Jebkura Būla funkcija var tikt realizēta izmantojot tikai NAND (UN – NE) loģiskos elementus, tikai NOR (VAI – NE) loģiskos elementus, vai arī elementu AND (UN), OR (VAI) un NOT (NE) kombinācijas, funkcionāli funkcionāli veidojošas nobeigtu loģisko funkciju sistēmu. Tabulā zemāk parādīts, kā jebkurš NOT, AND, OR jeb NOR elements var tikt aizvietots, izmantojot tikai vienīgi NAND elementus

2. Brīvajā lapas laukumā zemāk izveidojiet Karno karti ( Karnaugh map), kas

atbilst patiesuma (vērtību) tabulai punktā 2 (šīs darblapas modelēšanas sadaļā ar Multisim)

72


3. Būla vienādojums apraksta loģiskās ķēdes izveides hronometrāžu. True or false? ____________ Paskaidrojiet ________________________________________

73


9. TEL MODULIS.

Analogo un ciparu ķēžu kombinācijas. IEVADS. Mērķis. Aplūkot Multisim vidē kombinētu analogo un ciparu ķēžu piemērus, izmantojot septiņu segmentu BCD (binary-coded decimal) displeju un gaismas diožu (LED) indikatoru. Sagatavošanās. Lai sagatavotos laboratorijas darbam, izmantojiet datnes ar ķēžu aprakstiem:

• AnalogToDigitalConverter.ms10 • DigitalToAnalogConverter.ms10 • ADC-DAC.ms10.

Studentiem pirms darba izpildes: • jāapgūst pamatzināšanas par analogciparu un ciparanalogu pārveidojumiem; • labi jāpārzin Multisim vidi ieskaitot dažādu analogo un digitālo testēšanas iekārtu

pielietošanu. 9. TEL modulī iekļautās darblapas: Darblapa ar apraksta tekstu, tulkotu latviešu valodā:

• “Darblapa 9-1: Analogciparu pārveidotājs (ACP). Darblapas ar aprakstu tekstiem un datnēm angļu val. (teksti un datnes “Atsaucē 1”):

• “Worksheet 9-1: Analog to Digital Conversion (ADC)” • “Worksheet 9-2: Digital to Analog Conversion (DAC)”.


• “ Introducing Mixed Circuits ” - sākot no lpp.9-2 • “Processing Analog Input to Digital and Back” - sākot no lpp.9-3.

74


Darblapa 9-1: Analogciparu p ārveidot ājs (ADC). © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts: 1. Atvērt datni AnalogToDigitalConverter.ms10 .

Norādījumi

• Ar potenciometra palīdzību iestatiet analogo ieejas signālu. Tas imitē jebkuru rezistīvu sensoru, kas zondē spiedienu, temperatūru, sķidruma līmeni vai citu kādas kontrolējamās sistēmas parametru.

• Analogo ieejas signālu Vin aprēķina šādi

Vin = (izejas ciparsignāls decimālajā sistēmā)*Vref/256, (kur Vref ir avota V1 spriegums).

75


• Izejas ciparsignāls redzams binārā skaitīšanas sistēmā uz gaismas diožu

indikatora (LED) un sešpadsmitnieku sistēmā uz 7-segmentu displeja. • Lai izmainītu ieejas spriegumu nospiežiet A-atslēgu (paaugstina spriegumu), vai

nospiežiet SHIFT-A (pazemina spriegumu). Jūs variet arī pārvietot kursoru virs potenciometra apzīmējuma un pārvietot slīdkontaktu vajadzīgā virzienā.

• Uz īsu laiku ar slēdzi SPACE divreiz saslēdziet shēmas ievadu SOC (Start of

Conversion) ar zemējumu (Ground). To ir nepieciešams izdarīt katru reizi, kad notiek ieejas signāla izmaiņas.

Uzdevumi. 1. Šis ir 8-bitu analogciparu (A/C) pārveidotājs. Ja norādītais analogais spriegums ir 5 V, tad cik voltu spriegumam atbilst katrs izejas ciparsignāla bits ? Parādiet aprēķinus. 2. Ja izejas ciparsignāls sešpadsmitnieku sistēmā ir 6F (hex), tad kāda analogā ieejas signāla vērtība ? Parādiet aprēķinus. 3. Aprēķiniet iespējamo kļūdu, kas prognozējama šim analogciparu (A/C) pārveidotājam. 4. Pārliecinieties, kas ieeja SOC (Start of Conversion) tiek ar atslēgu (Key) pieslēgta sprieguma avotam V1 (+5 V). Iedarbiniet shēmu. 5. Kāds ir ciparsignāls izejā sešpadsmitnieku sistēmā (hex) ?

a) aprēķiniet analogā ieejas signāla spriegumu. Parādiet aprēķinu rezultātu:

Vin = __________ V

76


b) Ieejas potenciometra slīdkontakta stāvoklis ir _________%. Pēc iestatītās potenciometra pretestības vērtības aprēķiniet analogā signāla spriegumu izejā:

Vin = __________ V c) Salīdziniet divus rādījumus.Vai tie ir iepriekš aprēķinātās paredzamās kļūdas robežās ? d) Kāds ir ieejas voltmetra rādījuma nolasījums ? 6. Kā augstāk aprēķinātie rādījumi ir salīdzināmi ar voltmetra rādījumiem ? Paskaidrojiet ! 7. Izvēlieties vairākus izejas signāla rādījumus vai nu zemāk par 1 V vai augstāk par 4 V. Pierakstiet visus rādījumus, ieskaitot voltmetru un aprēķiniet izejas spriegumu. Komentējiet ACP precizitāti salīdzinājumā ar analogo voltmetru.

77


10. TEL MODULIS Komunik ācijas radiofrekvenču diapazonā.

IEVADS. Mērķis. Sniegt pamatzināšanas par Multisim amplitūdas un frekvences modulatoriem un spektra analizatoru, studentu iepazīstināšana ar to izmantošanu. . Sagatavošanās. Studentiem jābūt:

• sagatavotiem darbam Multisim vidē ar mērinstrumentiem, ieskaitot osciloskopu. • sagatavotiem risināt amplitūdas un frekvences modulācijas un spektrālās analīzes

uzdevumus. 10. TEL modulī iekļautās darblapas: Darblapa ar apraksta tekstu latviešu val. un datni angļu val.:

• “Darblapa 10-1: Ievads spektrālajā analīzē. Darblapas ar aprakstu tekstiem un datnēm angļu val. (teksti un datnes “Atsaucē 1”.) :

• “Worksheet 10-1: Spectral Analysis Introduction” • “Worksheet 10-2: AM Introduction ” • “Worksheet 10-3: Envelope Detector with Agilent Function Generator” • “Worksheet 10-4: FM Introduction ”.

10. TEL moduļa darblapu izpildei nepieciešamā papildinform ācija (angļu val., teksts un datnes “ Atsaucē 1”. ):

• “ Introducing Radio Frequency” - sākot no lpp. 10-2. • “RF Amplifier with Thermal Noise Source” - sākot no lpp10-4.

78


Darblapa 10-1: Ievads spektr ālajā anal īzē. © 2007 National Instruments Corporation. Permission is granted to duplicate this page for classroom use.

Vārds: ____________________ID nummurs: __________________Klase, grupa: ___________ Sākumpunkts Atveriet datni SpectrumAnalyzerIntro.ms10 .

Norādījumi

• Šī datne satur aprakstu, kā regulēt spektra analizatora (Spectrum Analyzer XSA1) kontroles funkcijas.

• Studentam tiek piedāvāts izmainīt spectra analizatora regulējumus tā, lai novērotu periodiska nesinusoidāla signāla spektra harmonikas.

Uzdevumi 1. Izdariet ar peli dubultklikšķi uz ikoniņas Spectrum Analyzer (XSC1), lai atvērtu interaktīvā vadības paneļa logu ar displeju. 2. Iedarbiniet modelēšanu uzklikšķinot uz slēdža vai ieslēdziet izvēlnē komandu Simulate/Run, novērojiet un izmēriet nesinusoidāla periodiska signāla frekvenci. 3. Izdariet ar peli dubultklikšķi uz ikoniņas Oscilloscope (XSA1), lai atvērtu interaktīvā vadības paneļa logu ar displeju.

79


4. Izmēriet frekvenci ar Spectrum Analyzer sarkano rādītāju un novērojiet frekvenci spectra displeja apakšdaļā pa labi. Salīdziniet jūsu rezultātu ar frekvences vērtību, kas iegūta p.2. 5. Izdariet dubultkliķšķi uz apzīmējuma Function Generator un atveriet interaktīvā vadības paneļa logu. 6. Izvēlieties taisnstūra impulsu formas signālu no funkcionālā ģeneratora un atkārtojiet modelēšanu. Pievērsiet uzmanību periodiskā signāla ar frekvenci fo harmonikām 3fo un 5fo. Ja vēlamies novērot harmonicas ar frekvencēm 7fo un 9fo, tad jānoregulē spektra analizators uz šo frekvenču eksponēšanu. Lai to izdarītu, izmantosim spektra loga centru un posmus līdz malām. Ja gribam spektrālo līniju 10 kHz izvietot loga kreisajā pusē un lai 9x10 kHz parādītos loga labējā malā, tad logā jāiestata un jāparāda posms līdz 100 kHz (frekvenču diapazons no loga kreisās līdz labajai malai). Ja iestata spektra centrālo frekvenci 50 kHz, tad frekvence 5fo būs novērojama amalizatora loga vidū. 7. Veiciet izmaiņas, ieteiktās augstāk, nospiediet Enter un pēc tam Start. Izdariet mērījumus frekvencēs:

fo = 3fo = 5fo =

7fo = 9fo =

ivars briedis, dr.sc.ing.multisim); izmantotais apr īkojums: integr ēta laboratoriju platforma ni...

Documents