Карлащук В. И. Электронная лаборатория на IBM PC / Приборы нетрадиционной медицины

 

I. Дополнения к первому тому

 

6.5. Измерение частоты, фазы и мощности

 

Если на участке цепи (двухполюснике) протекает ток i = Iмsin(wt + j)  и создает на нем падение напряжения u = Uмsinwt, то на этом участке мгновенное значение мощности  р = IмUм×sinwt×sin(wt + j). Используя формулы преобразования тригонометрических функций из школьного курса математики и учитывая, что действующее значение тока I = Iм/21/2 и напряжения U = Uм/21/2, получаем:

р = IмUм[sinwt(sinwt×cosj  + coswt×sinj) = IмUм(sin2wt×cosj  + sinwt×coswt×sinj) = IмUм[0,5cosj  + 0,5(sin2wt×sinj – cos2wt×cosj) = I×U[cosj  + (sin2wt×sinj – cos2wt×cosj)] = S[cosj  – cos(2wt + j)],                        (6.13)

где S = I×U — полная мощность.

Из (6.13) видно, что мощность состоит из двух составляющих: постоянной S×cosj и переменной S×cos(2wt + j), пульсирующей с удвоенной частотой. Первая составляющая определяет активную мощность, а вторая — реактивную, которая тратится на заряд, например, индуктивности в первую четверть периода с последующим ее разрядом за вторую четверть периода (она отдает энергию источнику, но не полезной нагрузке) и повторением такого процесса в последующие две четверти периода. Этим и объясняется то, что реактивная составляющая мощности пульсирует с удвоенной частотой. Если взять интеграл от выражения (6.13) с пределами интегрирования 0—Т = 2p/w, то увидим, что первая составляющая даст среднее значение мощности S×cosj , а вторая — нуль, что и определяет ее бесполезность.   

Второй подход при определении мощности заключается в использовании комплексных действующих значений токов и напряжений, которые вычисляются обычным способом: делением комплексной амплитуды на корень из двух. В этом случае мощность, выделяемая на участке цепи с комплексным сопротивлением Z, может быть определена как

 

                                                                            (6.14)

где  — комплексно сопряженная величина тока.

Если, например, комплексный ток равен Iej(wt + j), то его комплексно сопряженной  величиной будет Ie– j(wt + j), а их произведение действительно будет равно I2. Таким образом комплексная мощность может быть определена как:

 

P = UмejwtIмe–j(wt+j) = Uie–jj = UI×cosj  –  jUI×sinj.                              (6.15)

 

Поскольку cos2j + sin2j = 1, то модуль комплексной мощности равен полной мощности S = IU. Первое слагаемое выражения (6.15)

 

Р = UI×cosj                                                                                       (6.16)

 

совпадает с первым слагаемым выражения (6.14) и называется активной мощностью; второе слагаемое выражения (6.15) называется реактивной мощностью

Q = UI×sinj                                                                                        (6.17)

 

и в таком виде используется при расчетах. При этом величины P, Q и S образуют так называемый треугольник мощности и связаны между собой соотношением [50]:

 

S = (P2 + Q2)1/2.                                                                                 (6.18)

 

 

 

Список схемных файлов

 

1. 6-8-5.ca4, 6-8-5а.ca4 — схемы для исследования частотных зависимостей входного сопротивления линии связи в режиме холостого хода и короткого замыкания.

2. 7-7-1.ca4 — усилитель с АРУ.

3. 8-12-1.ca4, 8-12-2.ca4, 8-12-3.ca4 — низковольтные источники опорного напряжения.

4. 8-12-4.ca4, 8-12-5.ca4, 8-12-6.ca4 — стабилизаторы тока и напряжения.

5. 8-13-1.ca4 — умножитель парафазных сигналов.

6. 8-13-2.ca4 — формирователь парафазных сигналов.

7. 8-12-3.ca4 — квадратор сигналов.

 

 

Приложение 1.2. Программа Multisim 10

 

Основные отличия Multisim 10 от предыдущих версий (см. том 1) заключаются в следующем:

 

1. Библиотека компонентов

 

1.1. Библиотека Basic дополнена виртуальными 3D-компонентами для демонстрации пространственного изображения печатных плат с этими компонентами, а также виртуальными Rated-компонентами для демонстрации их предельных эксплуатационных параметров, при превышении которых испытуемый элемент разрушается. Процесс разрушения представляется анимационной картинкой, длительность «развертки» которой определяется параметром Animation Delay Factor в диалоговом окне элемента. В этом же окне задается значение контролируемого параметра. Например, для резистора это допустимая рассеиваемая мощность, для биполярного транзистора — максимальные напряжения коллектор-эмиттер, коллектор-база, база-эмиттер и максимальный ток коллектора. Разрушение резистора сопровождается покраснением его графического значка с последующим «выгоранием» средней части; «сгоревший» транзистор стягивается в точку с «торчащими» из нее выводами базы, коллектора и эмиттера.

1.2. Place MCU Module — раздел, включающий микроконтроллеры (MCU) 8051/8052 и  PIC16F84/16F84A, микросхемы ОЗУ серии HM1 и ПЗУ серии 27C (см. п. 2.10).

1.3. Advanced_Peripherals — раздел, включающий ряд периферийных устройств (многоточечные светодиодные матрицы, LCD-дисплеи, цифровые клавиатуры, светофор, производственная система перекачки жидкости и др.), предназначенных для работы с модулем MCU и демонстрационных примеров использования микроконтроллеров.

Компонентная база Multisim 10 дополнена новыми моделями изделий компаний Analog Devices, Texas Instruments и Linear Technologies (около 1000 моделей), а также SPICE-моделями элементов источников питания типа Buck, Boost, Buck-Boost (см. разд. 2.13), заимствованными разработчиками из монографии «Switch-Mode Power Supply SPICE Cookbook» Христофора Бассо (Christophe Basso). Следует отметить также следующие усовершенствования элементной базы:

— унификация графического обозначения мультисекционных логических элементов и триггеров;

—  улучшение модели нелинейной индуктивности;

— возможностъ изменения значения параметров пассивных компонентов (резисторов, конденсаторов или катушек индуктивности) непосредственно в схеме, минуя диалоговое окно базы данных по этим компонентам, что позволяет более оперативно составлять схемы моделей;

— расширенные возможности использования SPICE-моделей путем объединения их в субблоки и поддержка системы параметров BSIM 4 для МОП транзисторов с 4-мя выводами (около 400 параметров, подробности на сайте  http://www.device.eecs.berkeley.edu/~bsim3/bsim4.html).

 

2. Система меню

 

2.1. Меню Simulate дополнено командой Temperature Sweep Analysis для определения зависимости параметров моделируемой схемы от температуры на постоянном токе (DC Operating Point), во временной (Transient Analysis) и частотной (AC Frequency Analysis) области. В диалоговом окне команды , аналогичном по виду одноименной команде EWB 5.xx (см. разд. 1.6), задается начальная и конечная температура, количество промежуточных точек или ее приращения, а также контролируемый параметр схемы, например, выходное напряжение. Как указано в справочной системе, температурным испытаниям могут быть подвергнуты схемы с резисторами, диодами, светодиодами, биполярными и полевыми транзисторами. В рассматриваемой версии программы (10.0.144) доступным для таких испытаний оказался только резистор, температурная зависисимость сопротивления которого определяется по формуле:

R = Ro×{1 + TC1×(T – To) + TC2×[(T – To)^2]},

где: Ro — сопротивление резистора при номинальной температуре To = 27°С; TC1, ТС2 — первый и второй температурные коэффициенты; Т — текущее значение температуры.

Приведенные значения параметров задаются непосредственно в диалоговом окне свойств резистора, т. е. наличие подобных параметров в окне свойств того или иного компонента означает, что он может быть подвергнут температурным испытаниям.

2.2. Меню Transfer дополнено командой Highlight Selection in Ultiboard — селективный отбор данных, поступающих из Multisim в Ultiboard, из условия очередности их использования в Ultiboard. В Multisim 10 предусмотрен экспорт данных в графическую систему проектирования PADS, а также усовершенствованный интерполяционный метод экспорта данных в LVM- или TDM-формат программы NI LabVIEW с использованием форсированного режима, линейной или сплайн-интерполяции (метод плавных кривых).

2.3. Меню MCU — предназначено для организации программирования (на Ассемблере или СИ) и моделирования микроконтроллеров (MCU) 8051/8052 и  PIC16F84/16F84A в сочетании с микросхемами ОЗУ серии HM1 и ПЗУ серии 27C. В меню предусмотрены команды вызова файл-менеджера (MCU Module File Management), модуля подготовки и компиляции кода (MCU Module Code Manager), просмотрщика и редактора кода (MCU Module Source Code Files ) и дизассемблера (MCU Module Debugging)

 

3. Контрольно-измерительные приборы:

 

3.1. Measurement Probe — в линейку приборов введен дополнительно пробник Current probe — аналог обычного зажима (щупа), одиночный выход которого может подключаться ко входу осциллографа, мультиметра и других измерительным приборов; подключается к исследуемой точке схемы путем перетаскивания курсором мыши его «измерительной» головки в заданную точку, что несколько удобнее «контактного» соединения. В сочетании с осциллографом такой пробник позволяет измерять ток и напряжение в выбранной точке и их отношение (параметр Ratio of Voltage to Current (В/мА) в диалоговом окне). При этом измерение напряжения производится осциллографом обычным способом (установкой визирной линейки в заданную точку осциллограммы), а ток рассчитывается с использованием указанного параметра.

 

К новациям Multisim 10 относятся также:

1. Использование курсора мыши для изменения параметров элементов схемы  в процессе  моделирования. Например, при установке курсора на переменном резисторе рядом с ним возникает ползунковый регулятор для изменения его сопротивления.

2. Введение помощника по настройке системы (Convergence Assistant) при ошибке  типа Time Step Too Small, вызываемой неудовлетворительной сходимостью при моделировании; позволяет минимизировать количество настроек таких параметров как TMAX, RELTOL, RSHUNT и др. (см. разд. 1.6), которые ранее выполнялись вручную.

3. Усовершенствование  измерителя вольтамперных характеристик (ВАХ), выражающееся в возможности снятия ВАХ биполярных и полевых транзисторов.

4. Усовершенствование визуализации результатов моделирования за счет:

— установления связи между отдельными статическими пробниками с помощью указателей ссылок;

— возможности выбора для запоминания полученных в результате моделирования данных в графическом виде (см. разд. 1.6);

— отображения на графическом дисплее результатов моделирования начальных условий для исследуемой схемы (напряжение на конденсаторе или ток, протекающий через катушку индуктивности перед началом моделирования).

5. Расширение возможностей анализа результатов моделирования путем:

avg(X) — выбора функции усреднения искомого вектора X по среднему числу замеров (расчетных точек);

avg(X, d) — то же, но относительно значения заданного вектора d;

envmax(X, n) — выбора функции усреднения искомого вектора X по количеству расчетных точек n в области отсчетов, где его значения больше максимального;

envmin(X, n) — то же, но в области отсчетов вектора Х, где его значения меньше минимального;

grpdelay(X) — определения групповой задержки вектора Х, сек;

rms(X) — определения среднеквадратического значения (RMS) вектора Х;

integral(X) — определения среднего значения вектора X;

sgn(X) — определения знака вектора Х (значение sgn(X) = –1 соответствует отрицательному значению, 0 — нулевому, 1 — положительному).

6. Повышение скорости и качества разводки печатной платы в среде пакета NI Ultiboard 10.0.

7. Поддержка системы Unicode и менеджера инсталляции и лицензирования компании NI (National Instruments).

8. Повышение скорости и качества разводки печатной платы в среде пакета NI Ultiboard 10.0.

 

Лиература 1

 

12. Степаненко И. П. Основы микроэлектроники. М.: Сов. радио, 1980, 423 с.

14. Полупроводниковые приборы: транзисторы. Справочник/ Под ред. Н. Н. Горюнова. М.: Энергоатомиздат, 1985, 902 с.

23. Щербаков В. И., Грездов Г. И. Электронные схемы на операционных усилителях. Справочник. Киев: Технiка, 1983, 213 с.

30. Горошков Б. И. Радиоэлектронные устройства. Справочник. М.: Радио и связь, 1984, 399 с.

58. Асеев Б. П. Колебательные цепи. М.: Гос. изд-во литературы по вопросам связи и радио, 1955, 462 с.

105. Белецкий А. Ф. Основы теории линейных электрических цепей. М.: Связь, 1967, 608 с.

 

Хостинг от uCoz