(OHFWURQLFV:RUNEHQFK

Transkript

1 (OHFWURQLFV:RUNEHQFK (QHQNHOLQQI ULQJ Bjørn B. Larsen / Valdemar Finanger Trondheim 15. september SSVWDUWDYSURJUDPPHW Du starter programmet ved å gå inn i oppstartmenyen slik figuren over viser. Skjermbildet på den maskinen du bruker trenger ikke å være identisk med dette. %UXNDYSURJUDPPHW Tittelfelt for skjema Menyfelt og knapperad Valg av bibliotek Tilgjengelige komponenter i det valgte biblioteket Bryter for å starte beregninger Felt for skjema Når man starter opp programmet får man opp et skjermbilde som vist over. Her har man i tillegg åpnet et vindu (bibliotek) med diverse komponentsymboler.

2 Introduksjon til Electronics Workbench 'HHQNHOWHGHOHQHDYVNMHUPELOGHW Det største feltet er satt av til et skjema. Foreløpig har dette feltet overskriften "Untitled." I dette feltet tegnes skjema over det som ønskes beregnet. Knapperaden for valg av bibliotek (over) har 14 ulike alternativer som omfatter ulike komponenter, indikatorer og instrumenter. Komponentene som kan velges er gruppert etter funksjon. Symbolene følger tilnærmet den samme standard som vi benytter ellers i faget Elektrisitetslære. Ved å plassere pekeren over en av knappene, vil det komme fram en forklaring på hva som skjuler seg bak symbolet. Knappen lengst til venstre vil inneholde de "Subcircuit" vi selv måtte definere (se avsnitt 2.3.4) Øverst i skjemafeltet ser en det biblioteket av komponenter som kommer fram når knappen for "Basic" velges. Over knapperaden for valg av bibliotek er det et menyfelt og en knapperad med diverse funksjoner. Til høyre for dette feltet er det en bryter for start av beregningene og en tilhørende pauseknapp. Meny-feltet øverst benyttes for å kommunisere med programmet. %LEOLRWHN De komponentene og instrumentene som Electronics Workbench kjenner er samlet i bibliotek. Totalt er der 14 bibliotek tilgjengelige, som vist i nederste figur på forrige side. Når et av disse er valgt, vil det komme fram et vindu som viser innholdet i det aktuelle biblioteket. 6NMHPDWHJQLQJ Før EWB kan beregne noe som helst må programmet ha informasjon om hva som skal beregnes. Denne informasjonen hentes fra et skjema. Dette skjemaet kan hentes inn fra PC-ens lager, eller det kan tegnes inn.,qqohvlqjdyhwihugljvnmhpdiudsodwhodjhuhw Bruk musen. 1. Klikk på File i hovedmenyen, og du får opp en undermeny som vist over til venstre. 2. Klikk på Open for å få opp menyen som er vist over til høyre.

3 Introduksjon til Electronics Workbench Bla deg fram til det skjemaet som du ønsker å hente. 4. Merk dette og klikk på OK, eller dobbeltklikk på det aktuelle skjemanavnet. /DJHHWQ\WWVNMHPD Dersom det finnes et skjema i hovedvinduet kan dette fjernes ved å velge kommandoen New fra menyen File. Dersom det er foretatt endringer i skjemaet siden det ble lest inn, eller siden sist det ble lagret, kommer det spørsmål om endringene skal lagres. Svar Ja eller Nei etter eget ønske. Dersom du angrer og ikke vil starte på et nytt skjema klikker du på Avbryt. Vi skal benytte 2 eksempler for å demonstrere hvordan et skjema kan lages. 1. Måling av resulterende verdi for 2 parallellkoplede motstander. 2. Måling av spenninger rundt en sløyfe. Ved å utføre disse øvelsene kommer man såpass godt inn på programmet at det skulle være lett å gå videre med andre skjema. En legger riktignok fort merke til at her finnes ukjente instrument og ukjente komponenter, men disse er det ikke nødvendig å benytte før de er dekket av undervisningen. Når en begynner på eksempelet kan man se på figuren nederst på side 1, som viser åpningsbildet for EWB. Det forutsettes nå at dette er utgangspunktet. 3DUDOOHOONRSOLQJDYPRWVWDQGHU Her skal en finne den resulterende verdien som man får når 2 motstander koples i parallell. Til det trenger man 2 motstander og et måleinstrument som kan angi resistans. Figuren til høyre viser et utsnitt fra figuren på side 2. Finn det biblioteket (Basic) som inneholder komponenten motstand. Med musen flyttes pekeren til symbolet for en motstand i biblioteket. Motstanden velges ved å trykke inn og holde den venstre knappen på musen. Nå er motstanden valgt. Så trekkes pekeren inn i skjemaet med musen til det stedet en ønsker å plassere motstanden, og knappen slippes. Nå er motstanden plassert og pekeren skifter fra en pil til en hånd når den peker på komponenten. Motstand nummer 2 plasseres over den første på samme måte. Over motstandene vises verdien 1k Ohm, som er programmets standardverdi for motstander. For å endre verdien og sette inn de verdiene som man ønsker at programmet skal benytte, peker man på den ene motstanden og klikker 2 ganger med den venstre museknappen. Man får da opp menyen som er vist under: Verdien på motstanden endres ved å forandre tallet til ønsket verdi, og eventuelt bla seg fram til ønsket område i listen til høyre. De områdene som er tilgjengelige er, k, og M. Når man er ferdig bekreftes dette ved å klikke på Accept, alternativt kan man avbryte endringen og gå tilbake til den gamle verdien ved å klikke på Cancel.

4 Introduksjon til Electronics Workbench I dette eksempelet skal vi kople sammen 2 motstander på henholdsvis 10 RJ 'LVVH verdiene legges inn som beskrevet ovenfor. Komponenter i skjemaet koples sammen ved å trekke ledere med musen. Når man peker på en ende av en motstand vil det vises en fylt, sort sirkel. Denne indikerer at det er mulig å kople til en leder i dette punktet. For å forbinde 2 punkt flyttes pekeren til det første punktet og den venstre museknappen trykkes inn. Når man nå flytter pekeren så ser man at det trekkes ut en strek fra punktet som henger fast i pekeren. Flytt pilen til det neste punktet og slipp knappen. Programmet vil nå forsøke å plassere en forbindelse mellom disse punktene som ikke krysser noen komponenter eller tekster med komponentverdier. Gjør dette på begge sider av motstandene, og skjemaet ser da ut som i figuren til høyre. For å finne ut hvor stor den resulterende resistansen i denne koplingen er må vi benytte et ohmmeter. Dette finnes til venstre i instrumenthyllen. Trekk ned et måleinstrument og plasser det over de to motstandene på samme måte som motstandene ble plassert. Måleinstrumentet forsvinner nå fra menyen ettersom det kun er mulig å benytte hvert av disse instrumentene én gang. Dette instrumentet har 2 tilkoplingspunkter som skal forbindes til de 2 sammenkoplede motstandene. Instrumentet koples til ved å trekke to ledere fra instrumentets tilkoplingspunkt ned til lederne på hver side av motstandene. Start i et fast punkt, som i dette tilfellet er instrumentets tilkoplingspunkt og trekk lederen mot den eksisterende lederen som den skal koples til. Når det tegnes en stiplet sirkel rundt det punktet som det pekes på, er det mulig å få forbindelse med den eksisterende lederen. Slipp knappen på musen, og forbindelsen er etablert. Gjør dette med begge forbindelsespunktene på instrumentet. Til slutt vil skjemaet se ut omtrent som i figuren til høyre. Nå er et måleinstrument tilkoplet, men der er ingen mulighet for å se hva dette instrumentet viser, eller for å velge hvilken funksjon instrumentet skal ha. Ved å dobbeltklikke på instrumentet får man opp et vindu som tilsvarer et ordinært måleinstrument. Dette vinduet heter Multimeter, som angir at dette instrumentet kan benyttes for flere typer måling. I dette eksempelet velges måling av motstandesverdi ved å klikke på knappen med ohm-symbol. Når beregningen startes vil den beregnede verdien vises i vinduet på dette instrumentpanelet. Beregningen startes ved å klikke på vippebryteren øverst til høyre, og resultatet kommer da opp som 6,667. Dette resultatet kan vi også beregne manuelt: 5 W = = W = 6,667Ω 10,00Ω 20,00Ω = 10,00Ω + 20,00Ω

5 Introduksjon til Electronics Workbench - 5-0nOLQJDYVSHQQLQJHUUXQGWHQVO \IH Dette eksempelet krever noen flere komponenter enn den enkle parallellkoplingen foran. Det benyttes her 2 spenningskilder og 6 motstander, samt 4 voltmeter. I dette tilfellet benyttes voltmeter fra menyen med betegnelsen "Indicators", og en er derfor ikke begrenset til ett pr. skjema. Dette biblioteket er indikert med et symbol som ser ut som et 8-tall. Rekkefølgen man henter komponentene i er likegyldig. Skjemaet som benyttes i dette eksempelet er vist nederst på siden. Spenningskilden finnes øverst i menyen, og voltmeteret er et rektangel med en V. For å bygge opp dette skjemaet må man rotere noen av komponentene. Motstanden som ligger i biblioteket er liggende. For å snu denne 90 går man frem slik: 1. Velg motstanden fra biblioteket og plasser den på ønsket sted. 2. Tast inn <Ctrl>-R (Trykk Ctrl og R samtidig.) Dersom en skal snu en komponent som allerede er plassert i skjemaet er metoden: 1. Velg komponenten som skal vendes ved å klikke på den med musen, eller ved å tegne en boks med musen som berører komponenten.den komponenten som er valgt skifter farge og blir rød. 2. Tast inn <Ctrl>-R. Tegn først opp skjemaet med bare motstander og spenningskilder og nødvendige tilkoplingspunkt. Sett av plass til voltmetrene. Legg merke til at spenningskilden til høyre må roteres 2 ganger for å få riktig retning. Spenningskilden har en + og en - som angir retningen på spenningen. På samme måte som ved motstander kan spenningen fra spenningskilden endres ved å dobbeltklikke på den aktuelle komponenten. Når skjemaet er ferdigtegnet kan det se ut omtrent som i figuren øverst på neste side. Her har man satt inn verdiene: R 1 = 3, R 2 = 3, R 3 = 4, R 4 = 6, R 5 = 4, R 6 = 1, U A = 20 V, U B = 10 V. I forbindelse med tegning av dette skjemaet er det verdt å legge merke til at et signal som forbinder to komponenter vil eksistere helt til man fjerner det. Dersom man flytter en komponent som har signal tilkoplet, vil forbindelsene følge med, og programmet vil plassere dem der det finner det hensiktsmessig. Dette kan man f eks utnytte for to komponenter som ligger på linje, der den ene er plassert skjevt. Dette vil gi en forbindelse med en liten knekk. Ved å flytte den ene komponenten vil forbindelsen rettes ut.

6 Introduksjon til Electronics Workbench Det er også mulig å flytte en gruppe av komponenter. Tegn en boks som berører de komponentene som skal flyttes. Pek på en av de valgte komponentene og trekk denne til ønsket posisjon, da vil de andre som er valgt følge med. Før beregningene kan gi et brukbart resultat, må det koples til et måleinstrument, som i dette tilfellet er voltmeteret fra biblioteket. Dette betraktes som en komponent og behandles på samme måte ved plassering og tilkopling. Her må man være nøye med hva som måles, og hva som til enhver tid er referansen. Dette voltmeteret har en forsiktig anvisning av retningen på den spenningen som måles. Når man henter voltmeteret fra biblioteket, er det et rektangel med tilkoplinger over og under og en bred strek under: Dette instrumentet har da positiv tilkopling øverst. Dette tilsvarer at man i et skjema indikerer spenningen med pilspissen oppover. Når voltmeteret roteres, er det bare tilkoplingspunktene som flyttes, selve rektangelet med utlesingsenheten står i samme posisjon. Rotasjonen skjer med urviseren, slik at den positive tilkoplingen kommer på høyre side. Dette indikeres også ved at den tykke streken flyttes til venstre side av rektangelet. Dersom man plasserer 4 voltmeter som måler spenningene i forhold til de spenningsretningene som er angitt i figuren på forrige side, og starter beregningen, vil man få et bilde som ser ut som figuren nederst på denne siden. Man kan nå kontrollere Kirchoffs spenningslov ved å summere alle spenningene rundt sløyfen. Slik spenningene er tegnet inn i den opprinnelige figuren vil alle bidra positivt dersom en summerer med klokken. I denne formelen må man så sette inn de målte verdiene, med fortegn = 0 7,80V + ( 5,85V) + 6,83V + ( 8,78V) = 0 0 = 0 q.e.d NB! Legg merke til at det i skjemaet er satt inn et jordsymbol ( ). Dette bør en alltid ta med når en tegner inn skjema i EWB. Jordsymbolet angir nemlig referansepunktet for alle spenningsberegninger, og er oftest nødvendig for at EWB skal regne riktig.

7 Introduksjon til Electronics Workbench LHUDUNL Det er mulig å lage hierarkiske skjema i EWB, noe som spesielt er nyttig dersom den samme komponentstrukturen skal benyttes flere steder i et skjema, eller dersom skjemaet har mange komponenter og lett blir uoversiktlig. En slik delkrets - "Subcircuit" - kan lages ved å tegne det som skal finnes i delkretsen på det ene stedet denne skal benyttes. Så velges komponentene i delkretsen på vanlig måte. Under menyen Circuit er det et valg som heter Create Subcircuit. Når denne velges, vil alt som er valgt (markert) bli lagt inn i en slik delkrets, og et symbol for delkretsen blir lagt til en egen del av komponentbiblioteket. Til høyre er vist den menyen som kommer opp. Det spørres etter et navn for delkretsen, og man blir gitt 3 muligheter for hva som skal skje i originalskjemaet: Copy from Circuit: Move from Circuit: Replace in Circuit: Med denne opsjonen blir originalkretsen uforandret. Nå fjernes de valgte komponentene fra originalskjemaet. Her fjernes også komponentene, men de blir erstattet av det nye symbolet. Forbindelser til andre deler av kretsen blir opprettholdt. Dersom det er forbindelser mellom komponenter inne i delkretsen og komponenter utenfor delkretsen, blir det lagt en tilkoplingspinne på det nye symbolet for hver av de opprinnelige forbindelsene. Ved å dobbeltklikke på et slikt symbol går man inn i delkretsen og får opp et eget vindu for denne. Det er da mulig å redigere innmaten som i et hvilket som helst annet skjema. Dersom man trenger flere pinner trekker man en forbindelse som krysser rammen rundt vinduet. Når det kommer frem en liten boks kan man slippe museknappen og pinnen blir plassert. Pinnene kan flyttes langs omkretsen som man flytter komponenter. Tilkoplingspinnene er posisjonsavhengige. Det vil si at den øverste pinnen til venstre i skjemaet for delkretsen tilsvarer det øverste tilkoplingspunktet på symbolet for delkretsen. Pinnens posisjon på symbolet er en funksjon av den tilsvarende posisjonen langs kanten av vinduet for delkretsen. Det vil derfor være situasjoner der pinnene på symbolet ikke ligger på rutenettet som programmet bruker. Figuren under viser et utsnitt fra et skjema med en slik delkrets, og ved siden av denne er vinduet som kommer opp når man dobbeltklikker på den. Når man lager en delkrets på denne måten, så kan den benyttes flere ganger. Den legges automatisk i et bibliotek for egendefinerte kretser. Dette biblioteket velges ved å klikke på biblioteksymbolet helt til venstre. Alle forekomster av en slik krets er identiske, slik at om man går inn i en av dem og forandrer innmaten, så har man forandret innmaten i alle forekomstene. Dette kan man unngå ved å lage en kopi som benyttes for spesielle tilfelle.

8 Introduksjon til Electronics Workbench - 8-5HGLJHULQJDYVNMHPD 9DOJDYREMHNWVRPVNDOEHKDQGOHV Et objekt i et skjema er en komponent eller en forbindelse mellom to komponenter. Husk at EWB betrakter Voltmeteret og Ampéremeteret som komponenter. Dette gjelder også forbindelsespunktet som automatisk blir plassert på en leder når et signal forbindes til den. Et enkelt objekt velges ved å peke på det og klikke en gang med den venstre musetasten. En gruppe objekter velges ved å tegne et rektangel som berører de objektene man ønsker. )O\WWLQJDYREMHNW 1. Velg det objektet eller den gruppen av objekter som skal flyttes. 2. Pek på objektet eller et av objektene i gruppen. Når pekeren skifter til en hånd trykkes den venstre museknappen inn og holdes. 3. Trekk objektet til ønsket posisjon og slipp knappen. Ledere som er forbundet til det som flyttes følger med og rutes på nytt. 6OHWWLQJDYREMHNW Dersom man ønsker å slette et eller flere objekt gjøres dette slik: 1. Velg det objektet eller den gruppen av objekter som skal slettes. 2. Trykk på "Delete"-knappen, eller velg Delete fra menyen Edit. 3. Bekreft at du virkelig ønsker å slette. Alternativ fremgangsmåte: 1. Velg det objektet eller den gruppen av objekter som skal slettes. 2. Flytt objektet ut i biblioteket til høyre og slipp det der. )O\WWLQJDYVLJQDO 1. Pek på den ene enden av signalet. 2. Når tilkoplingspunktet blir synlig som en firkant velges signalet ved å trykke inn den venstre museknappen og holde den inne. 3. Trekk signalet til det nye tilkoplingspunktet og slipp det. 6OHWWLQJDYVLJQDO 1. Pek på den ene enden av signalet. 2. Når tilkoplingspunktet blir synlig som en firkant velges signalet ved å trykke inn den venstre museknappen og holde den inne. 3. Trekk signalet bort fra tilkoplingspunktet og slipp det.

9 Introduksjon til Electronics Workbench - 9-3ODVVHULQJDYHQQ\NRPSRQHQW Velg en komponent fra biblioteket som beskrevet under flytting og plasser denne på skjemaet. (QGULQJDYYHUGL Alle komponenter må få en verdi som tilsvarer den oppgitte verdien for komponenten. 1. Pek på komponenten og dobbeltklikk med den venstre musetasten. 2. Sett inn den ønskede verdien i det skjemaet som kommer opp og bekreft endringen. 5RWHUHHQHOOHUIOHUHNRPSRQHQWHU Skjemategneren tillater at komponenter roteres i trinn på 90. Denne rotasjonen skjer med klokken. Det er også mulig å rotere en gruppe av komponenter. Da vil hele gruppen roteres som en enhet. 1. Velg den eller de komponentene som skal roteres. 2. Trykk <Ctrl>-R eller velg Rotate på menyen Circuit..RSLHUHREMHNWHU 1. Velg det eller de objekter som skal kopieres. 2. Trykk <Ctrl>-C, eller velg Copy under menyen Edit, for å legge en kopi av det som er valgt på utklippstavlen. 3. Den nye forekomsten plasseres ved først å trykke <Ctrl>-P, eller velge Paste under Edit. Dette legger en kopi av objektet (objektene) omtrent i senter av skjermen. 4. Flytt de allerede valgte objektene til ønsket posisjon. Dette kan man for eksempel benytte for å plassere flere komponenter med samme verdi. Det er mye raskere å plassere 10 loddrett orienterte motstander på 10 k ved først å lage en rotert forekomst og så plassere 9 kopier, enn om man skal hente 10 forekomster fra biblioteket og rotere hver av disse og skifte verdi. )O\WWLQJDYIRUELQGHOVHU Dersom man ønsker at en forbindelse skal følge en annen sti på skjemaet, så er det første man gjør å klikke på den ene enden av forbindelsen og se hvordan programmet da ruter signalet. Dersom man vil prøve et alternativ klikkes det på den andre enden av signalet. Det ser ut til at programmet vil trekke knekker i forbindelsen så nært inn mot den enden som man klikker på som mulig. Det er mulig å flytte på en linje av et signal. Pek på linjen og trykk inn den venstre musknappen. Pilen endres da til en dobbeltpil a la Windows, og det er mulig å trekke dette segmentet til en ny posisjon. For å spesifisere spesielle punkter som signalet skal passere, må man plassere forbindelsespunkter der og la signalet passere disse. Disse punktene velges fra biblioteket for passive komponenter. (QGULQJDYIDUJHSnIRUELQGHOVH I noen tilfelle kan det være en fordel med en annen farge på noen av forbindelsene. Denne kan da endres på samme måtte som komponentverdier endres. 1. Dobbeltklikk på det aktuelle signalet.

10 Introduksjon til Electronics Workbench Velg farge fra menyen som kommer opp og bekreft valget. Dette er spesielt aktuelt i forbindelse med måleinstrumenter som gir et visuelt bilde av det målte signalet. Da vil den valgte signalfargen også benyttes for fremstillingen på instrumentets skjerm. %HVNULYHOVHDYVNMHPDHW Man kan legge inn en verbal beskrivelse, som lagres sammen med skjemaet. Dette gjøres ved en enkel teksteditor som aktiviseres med <Ctrl>-D, eller ved å velge Description under menyen Window. Man får da opp et vindu nederst på skjermen. Dette vinduet har ingen egen meny-linje. Det fungerer som et vindu under hovedvinduet og bruker den samme menyen. Det oppfører seg som et ordinært Windows-vindu når det gjelder flytting, lukking og endring av størrelse. Dette gir 3 alternativ for å fjerne vinduet. a. Dobbeltklikk på firkanten øverst til venstre. b. i) Klikk en gang på den samme firkanten. ii) Velg Lukk fra menyen som kommer opp. c. Trykk på Alt-F4 Det stilles ingen spørsmål om lagring av beskrivelsen ettersom denne lagres automatisk sammen med skjemaet. 1RHQNRPSRQHQWHU 6LNULQJ Sikringen kan angis med merkeverdi, som forteller når den forutsettes å bryte strømbanen. En sikring som får for stor strøm igjennom seg viser dette ved at forbindelsen gjennom den brytes: /\VS UH Hel sikring Sikring med brudd For denne kan man spesifisere maksimal spenning og hvor stor effekt som omsettes. Lyspæren har 3 indikasjoner: "$Y," "3n," og " GHODJW." Lyspære, avslått Lyspære, påslått Lyspære, sprengt.

11 Introduksjon til Electronics Workbench %U\WHU9HQGHU EWB har en bryter med null indre motstand. Denne aktiviseres med et trykk på mellomrom-tasten (Space). Man kan endre hvilken tast som aktiviserer bryteren ved å dobbeltklikke på den. Derved kan man ha flere brytere som aktiviseres av den samme tasten, eller av hver sin tast..loghu Spenningskilden er ideell med null indre motstand. Strømkilden er ideell med uendelig indre motstand. 0nOHLQVWUXPHQW Voltmeteret og Amperemeteret finnes som komponenter. Man må legge merke til at disse gir ut sine måleresultat med 3 siffer. Dette tilsvarer et digitalinstrument med 3 siffer. Programmet regner ut den verdien som skal vises med større nøyaktighet, og avrunder til 3 siffer. Dette kan medføre at man får et uventet resultat, dersom man adderer sammen 2 eller flere avlesinger. Man kan f.eks. oppleve at summen av spenninger rundt en sløyfe ikke er 0 V. Da må man sjekke hvilke verdier som inngår i uttrykket, og om det er sannsynlig at avviket fra forventet resultat kan skyldes avrundingsfeil. 'LJLWDOWHNQLNN EWB kan også brukes til å simulere digitale kretser. Det finnes flere bibliotek med logiske kretser. De elementære portfunksjonene får man fram ved å velge biblioteket Logic Gates (knappen har symbol for en OG-port). Oppkoblingen skjer som ved analoge kretser. Under menyen Indicators finnes en logisk probe som kan brukes til å vise den logiske tilstand på signalene i kretsen.

12 Introduksjon til Electronics Workbench LOOHJJ Den versjonen av programmet som for tiden ligger på nettet har bibliotek med symbol som følger europeisk (DIN)-standard. Denne skal være mer eller mindre lik Norsk Standard. De viktigste forskjellene i forhold til Elektrisitetslære 1 er: Komponent Europeisk El-Lære: Spenningskilde + _ Strømkilde + _ Vender Jord (0 Volt) Kildene er angitt med samme retning. For El-Lære er symbolet for en Bryter angitt i stedet for symbolet for en Vender. De amerikanske symbolene har en annerledes fysisk utforming enn de europeiske, og det ser ut som om EWB ikke er i stand til å håndtere dette på en fornuftig måte. En konsekvens av dette blir at når du leser inn et skjema som er laget med amerikanske symbol (eksemplene som følger med programmet.) så blir komponentene plassert skjevt i forhold til rutenettet og noen av forbindelsene får ekstra knekker.