Передмова

Електротехніка й електроніка належать до тієї області природничих наук, у якій процес пізнання вимагає нерозривного зв'язку теоретичного аналізу й експериментальних досліджень.

Зусиллями багатьох фахівців персональний комп'ютер став незамінним інструментом у руках людини практично у всіх областях знань. Сьогодні стало вже зовсім очевидно, що аналіз і експериментальне дослідження процесів в електротехніці й електроніці неможливі без застосування комп'ютера.

Методичні вказівки на практичних прикладах показують, як це можна реалізувати.

Існує велике число програм моделювання електронних схем, що відповідають у тому або іншому ступені задачам аналізу їхньої роботи. Більшість з них вимагають серйозної попередньої підготовки користувача і наявності в нього спеціальних знань. При цьому з кола "присвячених" виключається величезна кількість потенційних користувачів, перед якими стоять відносно прості задачі.

Значне розширення кола користувачів можливо лише тоді, коли процес моделювання буде максимально наближений до реального експерименту. У цьому випадку людина, здійснюючи природну послідовність таких операцій, як зборка схеми, підключення до неї вимірювальних приладів, завдання параметрів генераторів вхідних впливів і установки режимів на панелях вимірювальних приладів, одержувала би результати вимірів у звичній для неї формі. Відображення на дисплеї комп'ютера знайомих приладів, таких, як амперметр, вольтметр, мультиметр, генератор, осцилограф, робить процес дослідження найбільш природним і зрозумілим. Адаптація користувача до основних операцій займає при цьому не більш 20 хвилин, і в нього з'являється більше часу для планування і проведення експериментів, а також вивчення всіх можливостей використовуваного інструмента.

Укладачі висловлюють вдячність курсанту Рудому Ю. В. за комп’ютерний набір даних методичних вказівок.

Методичні вказівки принципово вирішують три задачі:

1. Привести короткі теоретичні зведення, за допомогою яких можна досліджувати представлені схеми аналітичними методами. Після такого теоретичного аналізу курсант повинний уявляти собі картину процесів у розглянутих схемах.

2. Розкрити методику проведення експериментальних досліджень, у якій використовуються широкі потенційні можливості всього різноманіття інструментальних засобів і бібліотек елементів програми Electronics Workbench. Курсант при цьому одержує можливість зрозуміти і представити весь арсенал методів планування і проведення експериментів у схемах, побудованих на базі наявних у програмі моделей ідеальних і реальних елементів.

3. Представити схеми для самостійних досліджень із уже налагодженими установками як вихідний матеріал для вирішення всіляких задач. При цьому переслідуються дві мети: по-перше, показати широкий арсенал неочевидних прийомів, якими курсант може скористатися на практиці; по-друге, шляхом підбора схем і параметрів їхніх елементів забезпечити одержання результату за короткий час (звичайно не більш 5 хвилин).

Для цього всі приведені в методичних вказівках схеми ретельно перевірені, їхнє моделювання дає результат, адекватний теоретичному аналізові.

Як працювати з методичними вказівками

Як у розділі "Експерименти", так і в розділі "Вправи" пропонується вирішувати задачі за єдиною методикою, що полягає в теоретичному дослідженні і наступній його експериментальній перевірці. Різниця полягає тільки в наступному.

У розділі "Експерименти" задачі відносно прості, і для їхнього рішення досить вивчити теоретичні основи по даній темі. При цьому курсанту повинні допомогти постановка задачі і форма для представлення результатів у розділі "Результати експериментів".

У розділі "Вправи" задачі складніші, але їхнє рішення стає можливим для курсанта, що одержав деякі навички після рішення задач з розділу "Експерименти". Допомогти в рішенні більш складних задач повинні приклади рішення, приведені в методичних указівках до розділу "Вправи".

Для рішення задач з обох розділів необхідно проводити стандартну послідовність дій: ознайомитися з умовою задачі, провести теоретичний розрахунок і експериментально підтвердити його результати. Розглянемо на прикладі конкретної задачі сЗ_001, як проводиться кожний з цих кроків.

1. Як ознайомитися з умовою задачі. Умови задач розділу "Експерименти", а також типових задач і задач, приведених у методичних указівках розділу "Вправи", ви можете прочитати в методичних вказівках. Це полегшує перегляд наявних задач і вибір тієї, котра цікавить Вас у даний момент. Крім того, умови зазначених задач дубльовані на дискетах, прикладених до методичних вказівок для того, щоб можна було переглядати умови задачі під час рішення на дисплеї в багатовіконному режимі.

Для тієї частини задач, що поміщені тільки на дискеті, перегляд на дисплеї є єдиним способом ознайомлення з умовами.

Таким чином, кожній задачі відповідає каталог (у розглянутому випадку це каталог З3_001) на прикладеній до методичних вказівок дискеті, що містить два файли: один з них — файл Electronics Workbench з розширенням *.са4 для проведення експериментального дослідження, другий — текстовий файл, що містить умови задачі. У більшості випадків, коли умови не вимагають малюнка — це файл програми комплексного калькулятора *.сс, що відразу може використовуватися і для поточних обчислень. У тих випадках, коли малюнок усе-таки необхідний, текст разом з малюнком приводяться у файлі *.doc редактора WordPad, що є в стандартних програмах набору Microsoft Office. Ім'я файлу містить номер глави (3 у нашому прикладі) і номер файлу після роздільника _. Розглянутій задачі, приведеної на мал. 3.1 у главі 3 відповідає файл сз_001.сс у каталозі З3_001 на дискеті.

2. Як провести теоретичний розрахунок. Другий крок у проведенні дослідження полягає в спробі теоретично передбачати результат експерименту. Для цього необхідно розрахувати ряд величин, що будуть надалі отримані в результаті вимірів. Допомогти в такому розрахунку в найпростіших задачах Вам може матеріал, приведений у розділі "Короткі відомості з теорії". Якщо виникають труднощ, то корисно ознайомитися з методичними вказівками до розділу "Вправи", навіть якщо ви займаєтеся рішенням задач розділу "Експерименти". При рішенні складних задач з розділу "Вправи" Ви повинні будете звернутися до відповідних підручників і задачників. У розглянутому нами прикладі задачі сз_001 розрахунок може бути проведений на комплексному калькуляторі за допомогою файлу сз__001. се, у якому записана умова. Ви можете відразу почати записувати хід рішення у файлі СС уже з наступного вільного рядка. Як це зробити, розглянуто в методичних указівках до розділу 3.2.

Результати розрахунку можна записувати у віконцях і таблицях, передбачених для цього в розділі "Результати експериментів". У нашому прикладі в цьому розділі мається наступна заготовка:

Експеримент 1. Заміна послідовного з'єднання резисторів.

Опір R1       2 Ом

Опір R2       3 Ом

Розрахунок                              Вимір

Опір RE

Записавши в комплексному калькуляторі рядок: RE=R1+R2, можна прочитати на відповідному табло відповідь 5 і занести його в графу

Розрахунок

Опір RE

Звичайно, для розрахунків Ви можете використовувати і будь-яку іншу програму (наприклад, MathCad, Matlab, Excel і тому подібні).

3. Як провести експеримент. Для проведення експерименту необхідно відкрити другий файл каталогу З3_001 - сз_001.са4. Звичайно у файлі утримується вже зібрана схема,необхідні прилади підключені і відповідно набудовані. Незважаючи на велику спокусу надати можливість самостійно вирішити і цю частину задачі, ми порахували, що краще надати конкретні приклади коректно працюючих схем і підключення до них приладів, використовуючи які можна вирішувати, задачі що зустрічаються на практиці.

Далі у Вашу задачу входить вимір величин і порівняння їх з отриманими раніше розрахунковими значеннями. Найкраще це здійснити в багатовіконному режимі, не закриваючи вікно з файлом розрахунку сз_001.сс (мал. У1). Для нашого приклада необхідно включити мультиметр і виміряти опір. Ви можете побачити показання з табло мультиметра і переконатися, що він показує ті ж 5 Ом, що і програма розрахунку. Результат записується в графу розділу "Результати експериментів".

4. Як працювати з дискетою, прикладеною до методичних вказівок. Файли на дискетах, знаходяться в архівному файлі, що саморозпаковується, disketa.exe. Після запуску розпакування архіву програма запросить шлях і ім'я каталогу, у якому будуть поміщені файли з архіву. Якщо каталогу з зазначеним ім'ям не існує, то програма створить його.

Після розпакування каталог буде мати наступну структуру: у корені каталогу будуть знаходитися підкаталоги, імена яких будуть відповідати главам методичних вказівок (наприклад, підкаталог з ім'ям СЗ відповідає главі 3, і т.д.). Кожний з цих підкаталогів також розбитий на каталоги, імена яких відповідають іменам файлів, що у ньому утримуються (наприклад, каталог с3_001 містить файли сз_001.са4 і сз_001.сс). Крім того, у підкаталозі Comcal буде знаходитися програма комплексного калькулятора, а в підкаталозі Models — присутні бібліотеки елементів, необхідні для моделювання деяких задач.

Якщо Ви працюєте з операційною системою Windows' 95 або з її наступними версіями, то зручно буде зв'язати розширення файлу з відповідною програмою. Для цього двічі клацніть на значку файлу. Якщо даний файл не зв'язаний з жодною програмою, то відкриється вікно, у якому потрібно вказати програму, за допомогою якої потрібно буде відкривати цей файл. Програму можна буде вибрати зі списку, але якщо потрібної програми в списку немає, натисніть кнопку "Інша". При цьому відкриється інше вікно, у якому потрібно знайти файл програми (Wewb4.exe або файл сс.ехе), користуючись звичайною процедурою пошуку файлів, після цього натиснути кнопку "Відкрити".

Після проведення цієї процедури ви можете підготувати робоче поле на екрані в такий спосіб. Відкрийте Провідник і ввійдіть у каталог (наприклад, З3_001). Клацніть двічі на значку сЗ_001.са4. Після цього на екрані з'явиться робоче поле Electronics Workbench. Якщо середня кнопка в правому верхньому куті вікна має вигляд , то залишіть поточний стан, якщо ж кнопка має вигляд , клацніть на ній лівою кнопкою миші.

При цьому вікно Electronics Workbench займе лише частину екрану, надавши Вам можливість одночасно вивести текст задачі і проводити розрахунки в програмі Comcal. Посля цього поверніться в Провідник і двічі клацніть мишею на значку сз_001.сс. З’явиться зменшене робоче поле програми Comcal, у якому Ви зможете прочитати текст задачі і почати необхідні обчислення. Відрегулюйте тепер розмір і положення вікон таким чином, щоб одночасно бачити обидва вікна.

На мал. У1 активним є вікно Electronics Workbench (воно підсвічено на панелі задач). Для того щоб активним зробити вікно Comcal, можна клацнути мишкою в будь-якому місці цього вікна або на його значку на панелі задач.

5. Значки в тексті методичних вказівок. Відзначимо ще, що в тексті методичних вказівок зустрічаються два значки: ! і . Перший з них уживається для приміток, що зустрічаються в тексті, другий – для невеликих прикладів, що ілюструють матеріал, що викладається.