asyan.org
добавить свой файл
1
ВСТУП
Надзвичайно стрімкий розвиток електроніки протягом останніх десятиріч привів до радикальних змін у всіх сферах людської діяльності. Сьогодні практично неможливо знайти жодної галузі економіки чи побуту, у якій не використовуються засоби електроніки. Застосування електронних систем завжди приводить до позитивних результатів, підвищує продуктивність і полегшує працю людей, залишає більше часу для їх виключно творчої роботи. Саме тому сьогоднішній фахівець, випускник вищого учбового закладу повинен мати ґрунтовні знання з основ теорії побудови, функціонування і практики використання електронних систем і засобів. Причому, це вже не просто вимога учбового плану, це вже вимога самого життя.

Як відомо, всю електронну техніку умовно можна поділити на два види: аналогову і дискретну. Перша працює з електричними сигналами, які існують в часі безперервно, а друга ґрунтується на використанні електричних сигналів, які існують лише в певні проміжки часу. Найбільшим досягненням дискретної техніки сьогодні стала комп’ютерна електроніка. Звичайно між цими двома напрямками електроніки існує тісний зв’язок і більшість електронних систем представляють собою симбіоз аналогової і цифрової електроніки. Як правило, в цілому це надзвичайно складні системи, однак всі вони базуються на використанні елементарних пасивних і активних компонентів та базових електронних схем на їх основі.

Отже, вивчення електроніки студентами в вищому навчальному закладі слід розпочинати з ознайомлення з елементною базою сучасних електронних систем. Знання принципів функціонування особливостей конструкції і типових схем ввімкнення базових компонентів повинні стати тим фундаментом, який дозволить майбутньому інженерові не тільки розумно використовувати всі функціональні можливості тих електронних засобів, які він вивчав у вузі, але і швидко зрозуміти принципи побудови і можливості нових електронних засобів, а при потребі самостійно спроектувати електронну систему з потрібними функціональними можливостями.

Для досягнення вказаної мети вивчення студентами курсу електроніки передбачає інтеграцію чотирьох складових частин:

  • засвоєння теоретичного матеріалу лекційного курсу з врахуванням розділів і питань рекомендованих для самостійної роботи студентів;

  • виконання робіт лабораторного практикуму має на меті отримання студентами практичних навичок в складанні, дослідженні і налагоджуванні електронних систем;

  • практичні заняття передбачають виконання студентами практичних завдань розрахункового характеру, які допомагають студентам краще засвоїти методики розрахунків електронних схем;

  • виконання курсової роботи допомагає остаточно закріпити отримані студентами теоретичні і практичні знання з даної дисципліни.

Означена вище схема викладання предмета в принципі є класичною і з давніх пір застосовується у викладанні більшості вузівських дисциплін. Разом з тим успіхи розвитку тієї ж таки електроніки дозволяють зробити певні корективи розглянутої схеми.

Насамперед це стосується найбільш складної і до того ж найбільш вартісної частини у викладанні предмета – лабораторного практикуму.

В класичному розумінні лабораторний практикум з електроніки передбачає наявність спеціалізованої лабораторної бази оснащеної найсучаснішими контрольно-вимірювальними приладами, які повинні періодично повірятися і оновлюватися, відповідних стендів і новітніх електронних компонентів. Причому остання вимога особливо важлива, оскільки справжній фахівець повинен орієнтуватися на останні досягнення у цій галузі.

На жаль, в силу економічних причин сформовані вище вимоги залишаються недосяжними мріями. Проте сама ж електроніка пропонує певне рішення цієї проблеми. Його суть полягає в тому, що лабораторні дослідження електронних компонентів і схем на їх основі можна здійснювати за допомогою математичного моделювання на персональних комп’ютерах.

Таким чином, здійснюється перехід від “реальної” (на жаль недосяжної електроніки) до цілком доступної - “віртуальної”.

Сьогодні існує чимало програм, які дозволяють моделювати, аналізувати і налагоджувати електронні схеми. Нижче коротко розглянемо призначення і можливості деяких з таких програм.

Micro-Cap V – розробка фірми Spectrum Software. Має бібліотеку моделей 10 000 електронних елементів провідних фірм Японії, Європи і США. Програма дозволяє:

  • створювати принципову електричну схему і редагувати її;

  • виконувати розрахунок статичного режиму за постійним струмом;

  • розраховувати частотні характеристики і перехідні процеси;

  • виконувати оцінку рівня внутрішнього шуму і граничної чутливості;

  • виконувати багатоваріантний аналіз, включно з статистичним аналізом за методом Монте-Карло;

  • нарощувати бібліотеку компонентів і т.д.

DesignLab 8.0 – інтегрований пакет корпорації MicroSim. До складу цього пакета входить відома програма моделювання електронних схем Pspise. Цей пакет дозволяє виконувати технологічно завершене проектування електронних пристроїв - від введення принципової схеми і її моделювання до створення керуючих файлів для програматорів, розробки печатних плат і керуючих програм для станків з виготовлення і монтажу печатних плат.

Aplac 7.0 – програмна система з типовим набором функцій вищерозглянутих програм. Особливостями цієї системи є те, що вона дозволяє моделювати пристрої НВЧ-діапазону, зокрема, вона має підпрограму розрахунку тривимірних електромагнітних полів НВЧ-пристроїв і може вводити і виводити дані з допомогою інтерфейсних плат стандарту IEEE-488.

System View 1.9 - програмна розробка фірми Elanix. Ця програма має типовий набір функцій для схемотехнічного моделювання і багатий математичний апарат для обробки отриманих результатів. Особливістю програми є те, що вона дозволяє моделювати електронні пристрої на рівні функціональних схем.

Electronics Workbench (EWB) – розробка фірми Interactive Image Technologies. EWB дозволяє моделювати аналогові, цифрові і цифроаналогові схеми великого ступеня складності. Особливістю цієї програмної системи є те, що вона підтримує віртуальний вимірювальний комплекс, до складу якого входять всі основні контрольно-вимірювальні прилади, які своїм зображенням і характеристиками повністю копіюють промислові аналоги. Програма має зручний для користувача інтерфейс легко засвоюється і формує справжню електронну лабораторію на екрані звичайного персонального комп’ютера. Для освоєння Electronics Workbench потрібно лише одне, два вступні заняття. Процедура роботи з пакетом зводиться до таких дій:

  • формується електрична схема аналізованого пристрою за допомогою вбудованого редактора, для цього потрібні компоненти, які “перетягуються” з панелі компонентів у робочу область і з'єднуються один з одним за допомогою провідників, встановлюються значення параметрів компонентів;

  • до схеми підключаються необхідні тестові інструменти: функціональний генератор, вольтметр, амперметр, осцилограф, логічний аналізатор, пробник та ін.;

  • робота схеми активується натисканням на віртуальний “вимикач живлення”;

  • результати аналізу, наприклад, осцилограми періодичного процесу, амплітудно-частотна характеристика пристрою можуть бути збережені для наступного документування (оформлення лабораторної роботи).

На сьогоднішній день Еlесtrоnісs Workbench не має собі аналогів за простотою інтерфейсу і числом виконуваних функцій.

Враховуючи такі властивості Electronics Workbench можна рекомендувати в якості основного інструментарію “віртуальної” електроніки придатного для використання в навчальному процесі студентів технічних вузів.