Листая старые журналы

Когда-то, много лет назад, я любил, возвращаясь домой в дни зарплаты, обойти книжные магазины. Я наметил несколько маршрутов, которые менял по настроению, в обычных магазинах я заходил в отделы технической литературы, в букинистических - художественной. Я никогда не был коллекционером, но путешествия по книжным магазинам мне нравятся и по сей день, хотя теперь я бываю в них крайне редко.

В один из таких книжных походов, раздосадованный тем, что не встретил ничего интересного на прилавках, я купил несколько связок прошлогодних номеров журнала "Радио", и по возвращении домой, рассортировав их по номерам, стал просматривать - начало одной, конец другой статьи. Меня не очень волновали проблемы радиолюбительства в стране, да и себя я не относил к радиолюбителям, так что достаточно быстро стал подумывать о том, что зря потратил деньги, зря нес поклажу, да и сейчас зря трачу время на чтение журналов. Думаю, в большей мере сказалось мое пристрастие к самим походам по книжным магазинам, чем что-то иное, все, что приносили эти походы доставляло мне удовольствие, что и было единственной и непререкаемой целью этих походов. А раз так, я продолжил листать журналы, пока не наткнулся на интересную для меня статью из истории развития радио, затем мое внимание привлекло не совсем обычное схемное решение, а в итоге, я не только пролистал все купленные журналы, но несколько лет после этого выписывал журнал, а в букинистическом магазине специально интересовался подшивками за прошлые годы, и, в отличие от многих своих знакомых, перестал относится к радиолюбительской литературе с высокомерным пренебрежением.

Сегодня, по прошествии многих лет, я, хотя и не стал праведным радиолюбителем, но с очевидной искренностью верю, что радиолюбительство, в широком понимании этого, есть большое благо для всех, кто выбрал этот вид увлечения, не поддавшись соблазнам иного времяпровождения. Задумав написать книгу для радиолюбителей, я решил первый проект организовать по любительскому стажу, начав с главы, которую я назвал бы "Для младших радиолюбителей". И вот, что интересно, подумал я, а сколько лет может быть "младшему радиолюбителю"?

Наблюдая, как мой полуторогодовалый сосед с упоением щелкает кнопочками телевизора, когда приходит в гости, я бы сказал, что это вполне подходящий возраст для «младшего радиолюбителя». Но, с другой стороны, знавал я и тех, кому далеко за пятьдесят, но кто однажды решив отремонтировать карманный приемник, у которого оторвался проводок, так и не отстал от этого занятия. Что ж, и пятьдесят, думаю, не менее подходящий возраст для «младшего радиолюбителя». Получается как у классика - любви все возрасты покорны!

Сегодня развитие техники и технологии в области электроники казалось бы все дальше отодвигают ее от любительства к профессиональной деятельности. «Чип, карточка, модуль», как единицы рассуждений и размышлений, это не катушка детекторного приемника, намотанная на банке из-под варенья. Да и журналы сегодняшние не чета тем, старым, что рассказывали об удивительном новом приборе - транзисторе. В один из дней, бывают такие, отыскивая свободное место в квартире для размещения чего-то ненужного, но обязательного к хранению, я подумал, что пора бы выбросить все старые журналы. В мусор отправились новомодные некогда дайджесты, следом полетели сборники статей из разных областей, но когда я стал увязывать первую стопку журналов «Радио», по случайности она оказалась той, купленной давным-давно, и мне захотелось перелистать их еще раз.


Листая старые журналы, я захотел рассказать об этом. Не пересказывать статьи или историю журнала, а рассказать о схемах, которые мне, по той или иной причине, показались интересны. Для рассказа об этих схемах я выбрал ряд программ, предназначенных для схемотехнических работ, или позволяющих работать со схемами. Этот ряд определяется в первую очередь тем, что мне удалось отыскать, и далеко, я полагаю, не исчерпывающий ряд. Кроме того, и в первую очередь, я хотел бы рассказать о программах, работающих с операционной системой Linux, но, понимая, что еще многие радиолюбители по старинке пользуются Windows, я, естественно, уделю внимание и программам для этой операционной системы.

Самые старые из моих журналов

Самый ранний из сохранившихся у меня журналов оказался №5 за 1956 год. Что же это был за год?

Прошло немногим более десяти лет после окончания Великой Отечественной войны, принесшей небывалые разрушения и незабываемое горе нашей стране. Я, как подозреваю, учился в 3 классе и был поглощен заботами об экзаменах в музыкальной школе. Я почти не помню это время, могу только вычислять события тех лет. Как многие родители в заботах о здоровье детей, мои снимали на лето комнату в какой-нибудь подмосковной деревушке, куда мы с бабушкой и отправлялись на все лето. Думаю, в мае я мыслями был где-нибудь там, где вместе с деревенскими ребятами помогал пасти лошадей, бегал на речку купаться или ловить пескарей на самодельные удочки. В лесу мы отыскивали остатки оружия, играли в войну в заросших окопах. Но помнить этого, я признаться, не помню. На обложке журнала нарисована демонстрация, это первомайская, а рядом "7 МАЯ ДЕНЬ РАДИО". 9 мая День Победы, и можно ожидать, что встретишь много о войне.

Вчера, обедая, я включил телевизор. Рассказывали о войне. Правда, не о той далекой, а о совсем недавней - войне между криминальными группировками за полное владение крупным предприятием. В передаче не сказали, закончилась она или нет. Наверное, не закончилась. А ведь с начала перестройки прошло лет двадцать.

Но странно, в редакционной статье 1956 года говорится о планах полной радиофикации страны к 1960 году, ученые рассказывают об изучении свойств сегнетоэлектриков и полупроводников, а министр связи говорит о внедрении цветного телевидения. Ничего не понимаю в жизни. Поэтому лучше вернусь к тому, в чем понимаю чуть-чуть больше.

В журнале №8 за 1959 год есть статья Г. Лаврова "Полупроводниковый триод в режиме ключа". Статья, как следует из названия, посвящена различным аспектам и нюансам применения транзисторов в качестве электронных ключей. Я бы не обратил внимания на статью, поскольку она выходит за рамки простого интереса, если бы она не начиналась с одного простого и ясного примера, который есть определенный смысл рассмотреть, опять-таки вне рамок, собственно, статьи. Для начала я перерисую то, на что обратил внимание:



Рис.1.1. Ключевое управление коллекторным двигателем.

Вот описание, взятое из статьи, которое станет основой первого эксперимента.

«…очень благодатная область применения полупроводниковых приборов – использование их в качестве переключающих элементов в системах автоматического управления с плавным изменением параметров.

Поясним принцип действия такой системы на примере регулирования скорости вращения электродвигателя постоянного тока ЭД с помощью механического ключа Кл, разрывающего цепь питания обмотки управления ОУ двигателя. Будем размыкать и замыкать ключ с определенной частотой. Среднее значение тока, протекающего через обмотку, зависит от соотношения между временем, в течение которого ключ замкнут, и временем, когда он разомкнут».

Вначале определимся с программой для этих экспериментов. Из того, что я нашел, для Linux есть gEDA, Xcircuit, Oregano, KiCAD, QUCS, KTechLab и Electric. Ряд программ требуют внешнего симулятора, я остановил свой выбор на SpiceOpus. В Windows есть Multisim, Xlab, CircitMaker, MicroCap и OrCAD. Не все программы с одинаковым успехом послужат поставленной цели, насколько я понимаю, например, после того, как я законспектировал руководство к Electric, я окончательно убедился, что основное назначение этой системы – разработка больших интегральных схем. Да и OrCAD, насколько я знаю, больше предназначен для работы с логикой. Но, тем не менее, я думаю, с программами разберемся по ходу дела. Для начала попробуем провести эксперимент в программе для Windows. И начну я с программы, которую знаю лучше других, это Multisim (Electronics Workbench). Программа – очень удобна для начинающих, но очень дорогая. В настоящий момент последнюю версию программы можно загрузить с сайта производителя и использовать время пробного использования для знакомства с ней.

Итак, чтобы проиллюстрировать сказанное в статье, я предлагаю заменить электродвигатель ЭД на параллельно включенные резистор и конденсатор, а вместо механического ключа сразу взять транзистор. В этом случае схема приобретает следующий вид:




Рис.1.2. Схема для экспериментов с электродвигателем.

Источник питания – V1 12В. Источником управляющих импульсов служит V2, двигатель заменяет резистор R1 сопротивлением 1 кОм, для получения вида тока, протекающего через двигатель, мы будем просматривать напряжение на резисторе R3, а конденсатор C1 емкостью 10 мкФ послужит эквивалентом реактивной составляющей. Один канал осциллографа подключен к задающему генератору, второй к цепи наблюдения. При соотношении импульсов, когда ключ большее время замкнут, чем разомкнут, осциллограф покажет следующее:




Рис.1.3. Управление двигателем широкими импульсами

Таким образом, верхняя диаграмма показывает, что напряжение, соответствующее току через двигатель, будет большим. Посмотрим, что произойдет, когда ключ больше времени будет находиться в разомкнутом состоянии, чем в замкнутом:




Рис.1.4. Управление двигателем узкими импульсами

Видно, что ток уменьшается.

Подобный метод управления не утратил своей актуальности по сегодняшний день. Аналогичным образом, хотя и несколько иначе, управляются сегодня семисторы в устройствах плавной регулировки яркости светильников. При этом управляющий сигнал подается на управляющий электрод, а частота повторения импульсов синхронизируется с сетевым напряжением. Правда, есть еще один способ регулировки – пропуск полуволн сетевого напряжения. Этот метод может лучше работать со светильниками, имеющими низковольтные галогенные лампы и понижающий трансформатор. Первый метод управления приводит к тому, что трансформатор начинает гудеть.

Широтно-импульсное управление можно применить для регулировки температуры нагрева, если ее нужно поддерживать постоянной. Можно просто включать нагреватель и выключать его при достижении заданной температуры, но при этом из-за большой инерционности тепловых процессов девиация температуры может оказаться выше, чем в случае широтно-импульсного управления.

И еще один из случаев, когда использовать среднее значение последовательности импульсов оказалось полезным, припомнился мне в связи с проблемами использования шкал самодельных приборов. Не всегда получалось нарисовать достаточно красивую шкалу и приспособить ее на прибор. Получилось так, что мне понадобился генератор, обосновать необходимость которого для текущей работы не получалось, то, что я писал в служебной записке, выглядело не убедительно, даже если один глаз закрыть, а второй прищурить при чтении. Я подумал, что проще собрать его, потратив несколько часов, чем эти несколько часов тратить на изобретение обоснования, тем более, что заявку, если и удовлетворят, то произойдет это не раньше, чем несколько месяцев. Собрать подходящий генератор на куске макетной платы заняло не более часа, немного времени заняло и подобрать подходящую коробку, чтобы его разместить, но рисовать шкалу… я отказался от этой мысли. С другой стороны и без шкалы использовать генератор было неудобно. И тогда я подумал, что могу приспособить вольтметр для измерения среднего значения напряжения, который могу использовать вместо шкалы. Как это будет выглядеть, я сейчас постараюсь объяснить с помощью программы Multisim, попутно рассказав, как ею пользоваться.

Итак, запускаем программу и заказываем новый файл стандартными средствами Windows (т.е. меню File и подменю New в основном меню программы). Для начала мне понадобится генератор, а в качестве базы я использовал тогда генератор прямоугольных импульсов, из которых получал импульсы другой формы и синусоидальный сигнал. В программе Multisim источники разного рода напряжений можно найти либо в основном меню в подменю Component.. меню Place, либо на панели инструментов – крайняя слева кнопка со значком заземления. В любом случае открывается диалоговое окно:




Рис.1.5. Диалоговое окно компонент в меню программы Multisim

Используя раздел основной базы данных Sources (Источники), я выбираю в левой части окна из предложенного списка SIGNAL_VOLTAGE нужный мне вариант – CLOCK_VOLTAGE, нажимаю клавишу ОК и, перемещая курсор с привязанной к нему иконкой тактового генератора в нужное мне место, нажимаю левую клавишу мышки, чтобы поместить его в удобном для меня месте. Затем повторяю всю процедуру еще раз, но теперь обращаюсь к POWER_SOURCES, откуда беру символ заземления, обозначенный как GROUND. Почему я использую тактовый генератор? Это один из вариантов, вы можете попробовать использовать в этом эксперименте PULSE_VOLTAGE или Function Generator (функциональный генератор) из предлагаемых инструментов на инструментальной панели справа.

Мне сейчас понадобятся резисторы и конденсатор, которые я найду в диалоговом окне, открывающемся при нажатии второй клавиши слева на инструментальной панели под основным меню, клавиши с изображением резистора. При этом открывается то же окно диалога, но с поддиалогом Basic, в который можно было попасть и в предыдущем случае, заменив источники в окошке, где на рис. 1.5 написано Sources на Basic, и выбирая RESISTOR:




Рис.1.6. Диалоговое окно выбора резисторов в программе Multisim

Как вы видите, резисторы даже имеют значение класса точности – 5%. Конденсаторы в диалоговом окне располагаются чуть ниже, обозначенные как CAPACITOR. Провести соединения достаточно просто – при перемещении курсора к открытому концу элемента схемы, резистора или конденсатора, или выводу прибора, он меняет вид. Теперь вы нажимаете левую клавишу мышки, можете ее отпустить, и проводите провод к нужному месту (это может быть и провод, соединяющий два элемента схемы), где повторно нажимаете клавишу мышки. При попадании в место соединения курсор меняет цвет, внутри кружка, в который он превратился в начале прокладки провода, зажигается зеленый индикатор. После того, как я добавляю осциллограф с правой панели инструментов, и провожу все соединения, схема приобретает вид:




Рис.1.7. Первоначальная схема следующего эксперимента

В данный момент на экране осциллографа XSC1 я наблюдаю следующую картину:




Рис.1.8. Импульсы тактового генератора на емкости

Прямоугольные импульсы – это импульсы тактового генератора, и теперь проще понять, почему я использовал тактовый генератор. В низком состоянии выхода генератора напряжение равно нулю, в высоком 5 вольт, то есть, импульсы однополярные, что и позволяет получить среднее значение напряжения не равное нулю. При значении резистора R1 равном 1 кОм и значении емкости 100 нФ мне приходится изменить частоту с 1 кГц (значение по умолчанию) на 10 кГц. Это выполняется двойным щелчком мышки по иконке генератора, где значение меняется в окошке открывающегося диалогового окна. После нажатия на клавишу ОК, все и получается «ОК».

Сегодня, скажу честно, я уже не помню, каким образом я получил возможность измерять частоту с помощью вольтметра. Если я сейчас подключу вольтметр, его можно найти, нажав на инструментальной панели под основным меню клавишу с изображением семисегментного индикатора, и выбрав из списка слева VOLTMETER. Кстати, есть возможность выбрать четыре варианта для удобства подключения – два варианта полярности выводов при горизонтальном расположении выводов, и два варианта при вертикальном расположении выводов. Так вот, если сейчас я подключу вольтметр и измерю напряжение на конденсаторе при двух значениях частоты генератора, положим, 1 кГц и 10 кГц, я получу одно и то же значение напряжения.

Поэтому, возвращаясь к началу разговора, я хочу преобразовать импульсы до подачи их на конденсатор. А именно, я сделаю их фиксированной длительности. Есть разные способы сделать это, например, с помощью таймера 555 (для этого он и предназначен), либо с помощью цифровых одно-стабильных генераторов, либо построив укоротитель импульсов на цифровых вентилях, либо как-то еще.

Первая попытка проверить работу схемы с микросхемой серии 555 не увенчалась успехом. Программа показывает, что симуляция идет, но осциллограф не показывает ни исходного, ни полученного сигнала. Попробую чуть позже вернуться к этому, чтобы понять, не прав ли я в настройках, или не права программа в работе, а сейчас использую схему одно-вибратора, построенного на логических элементах И-НЕ:




Рис.1.9. Схема получения импульсов постоянной длительности

Если импульсы имеют постоянную длительность, то изменение частоты по моему мнению должно приводить к ситуации, схожей с предыдущей, где мы рассматривали широтно-импульсную модуляцию. Посмотрим, так ли это? Вот как выглядят сигналы при частоте 1 кГц:




Рис.1.10. Вид импульсов при частоте 1 кГц

Те импульсы, что ниже, это импульсы, подлежащие измерению. Верхний ряд отображает исходные импульсы. А вот, что происходит с изменением частоты:




Рис.1.11. Вид импульсов при частоте 5 кГц

Есть надежда, что идея будет работать, Осталось добавить цепочку считывания средних значений, как на рис. 1.7.

Схема приобретает следующий вид (я сразу добавлю вольтметр):




Рис.1.12. Измерение среднего значения напряжения

При частоте 1 кГц вольтметр показывает 0.38В, а сигнал имеет вид:




Рис.1.13. Вид измеряемого сигнала на частоте 1 кГц

Если изменить частоту сигнала, увеличив ее до 20 кГц, то вольтметр покажет:




Рис.1.14. Показания вольтметра на частоте 20 кГц

Показания вольтметра увеличились до 1.2В. Я думаю, что использовал такое или похожее решение. К этому решению я позже возвращался, когда занимался электронным регулятором угла опережения для автомобильного двигателя. Решение я использовал для получения регистрации числа оборотов двигателя. Позже аналоговая схема мне не понравилась и я разрабатывал цифровую схему. Это было очень давно, так что я не помню схему, но к этому, возможно, вернусь позже, поскольку, если я ничего не путаю, был один интересный момент, о котором я хотел бы рассказать. Но позже. А сейчас попробуем разобраться, почему не заработал таймер LM555 в программе Multisim.

Таймер можно найти либо в меню компонент в разделе Mixed (подменю Component меню Place в основном меню), либо воспользоваться инструментальной панелью, где диалоговое окно вызывается иконкой с нарисованной на ней синусоидой и цифрами 01. Проверка показывает, что и следовало ожидать, следовало правильно настроить схему:




Рис.1.15. Схема таймера 555 в программе Multisim

Однако продолжим путешествия по журналам.

Очень интересным с моей точки зрения было то, что журналы помещали номограммы для радиотехнических расчетов. Можно выполнить расчеты вручную, это так, но гораздо удобнее было пользоваться номограммами. Например, в том же майском журнале есть «Графический расчет усилителей ВЧ» (ламповых).

Сегодня можно для этих же целей использовать либо множество программ, существующих и для Windows, и для Linux, либо использовать электронные таблицы, расчеты в которых придется создать самому, но сделать их удобными для себя. В Windows в офисном пакете это Exel, а в Linux в каждом современном дистрибутиве – это несколько программ, входящих в офисный пакет OpenOffice, в пакет программ KOffice, и электронная таблица для среды Gnome. Но прежде, чем накапливать программы расчета, следует решить, а не достаточно ли программ для работы с электронными компонентами, если они позволяют достаточно легко и просто настроить схему, не прибегая к сложным расчетам.

Перебирая журналы за 60е годы, я встретил много интересного, но отобрал только несколько простых схем, чтобы опробовать их в программах.

Первая схема взята из журнала №2 за 1965 год. Автор статьи В.Басс из Новосибирска описывает «Широкодиапазонный генератор частоты». Схема генератора выглядит следующим образом:




Рис.1.16 Широкодиапазонный генератор частоты

Индуктивность L1 может быть головным телефоном. Автор предлагает, например, ТМ-2А с сопротивлением 60 Ом, при этом частота генератора должна быть 1200 Гц, а форма сигнала (это работа программы Multisim, а не рисунок из журнала):




Рис.1.17. Форма сигнала широкодиапазонного генератора частоты

Если вы посмотрите журнал на странице 37, то увидите картинку очень похожую на эту. Что я могу сказать – если о схеме, то даже по прошествии 40 лет с момента публикации журнала простота схемы завораживает, полезность несомненная. Мне много раз приходилось сталкиваться с проблемой создания генераторов, когда на их создание хочется потратить не более 10-15 минут. Это одно из таких решений. Но что я хотел показать в действительности, так это то, как хорошо справилась с задачей программа Multisim!

Посмотрим, так ли удачно у меня получится с другими программами. Следующей будет программа CircuitMaker. Она существенно дешевле в полномасштабной версии, чем полномасштабная версия предыдущей программы, но остается достаточно дорогостоящей. Посмотрим, насколько легко я получу похожий результат (если получу).

После запуска программы открывается привычное для пользователей Windows окно с основным меню в верхней части, с инструментальной панелью чуть ниже и с окном проекта (и компонент) слева. Не мудрствуя лукаво, я выбираю из меню компонент транзисторы в разделе Trnsistors, который раскрывается при нажатии значка «+» левее названия раздела:




Рис.1.18. Выбор транзисторов в программе CircuitMaker

Непосредственно модель транзистора можно выбрать в нижнем окне обозревателя, а помещается в нужное место он после нажатия на клавишу Place, когда его иконка появляется рядом с курсором в рабочем пространстве, а окончательно нажатием на левую клавишу мышки. Аналогично разместим остальные элементы схемы, как на Рис.1.16. Если после установки элемента потребуется его передвинуть, то достаточно его выделить щелчком левой клавиши мышки, нажать на левую клавишу мышки и «перетащить его, подцепив мышкой»:




Рис.1.19. Размещение элементов схемы в программе CircuitMaker

Элементы могут появляться с неудобной ориентацией. Чтобы их развернуть, достаточно выделить элемент, и щелкнуть по нему правой клавишей мышки. В появившемся меню есть раздел Rotate 90, щелчок по которому поворачивает компонент схемы на 90 градусов. На Рис.1.19 выделен этот пункт меню. А обозреватель, слева, показывает, где я отыскивал индуктивность L1. Теперь я постараюсь изменить номиналы резисторов и индуктивности, чтобы привести их в соответствие с предыдущей схемой. Для этого я двойным щелчком по каждому из этих компонент открываю окно диалога свойств компонента, где в поле Label-Value задаю нужные значения и нажимаю клавишу «ОК». Добавляя батарейку в качестве элемента питания и землю, на всякий случай, которые я пока беру из раздела General, раскрывая меню Sources, я готов приступить к соединению всех элементов схемы. Для этой процедуры я на инструментальной панели ниже основного меню программы выбираю значок «+». После этого курсор меняет свой вид, позволяя начать провод от вывода элемента схемы, который приобретает вид квадратика при наведении на него курсора, простым щелчком левой клавиши мышки. Появляются направляющие, что очень удобно, и схема легко соединяется:




Рис.1.20. Соединение элементов схемы в программе CircuitMaker

Попробую наудачу использовать Probe Tool (пробник), инструмент, который я нахожу на инструментальной панели чуть левее увеличительного стекла, которое, как я думаю, служит для изменения масштаба обозрения схемы (zoom). На схеме появляется символ «A» в рамке, но попытка запустить симуляцию схемы не увенчивается успехом. Придется обратиться к руководству. Читаем:

«Analog Mode is the accurate, “real-world” simulation mode you can use for analog, digital and mixed-signal circuits».

Переведу эту фразу и дальше, пока не пойму, как оживить симуляцию. Итак:

«Analog Mode – это точный, «реалистичный» режим симуляции, который вы можете использовать для аналоговых, цифровых и смешанных цепей. Этот режим даст результат, схожий с тем, что вы получите на реальной макетной плате. В режиме Analog Mode устройства работают наподобие элементов реального мира, а каждая индивидуальная функция модели как дубль реального элемента. Например, цифровая интегральная схема имеет точно подобранные временные задержки, установки и время удержания, и т.д. Выходы устройств отслеживают эффект их нагрузки, и почти все параметры реальных устройств берутся в расчет.

Мир аналоговый – это классический мир электроники. В отличие от цифровой электроники здесь нет ограничений логических состояний, уровень напряжения любого данного узла цепи не ограничен сверху или снизу. Аналоговая симуляция, следовательно, более комплексная. Режим аналоговой и смешанной симуляции в CircuitMaker использует улучшенную версию Berkeley Spice3f5/Xspice, позволяющую вам верно воспроизводить любую комбинацию аналоговых и цифровых устройств без ручной вставки цифро-аналоговых или аналогово-цифровых конвертеров. Эта “mixed-signal (смешанные сигналы)” или “mixed-mode (смешанный режим)” симуляция возможна постольку, поскольку CircuitMaker включает точные, событийно-управляемые поведенческие модели для своих цифровых компонент, включая TTL и CMOS цифровые устройства.

В аналоговом режиме есть также широкое разнообразие анализаторов, которые могут использоваться в этом режиме для проверки и анализа разных аспектов вашей разработки.

Чтобы выполнить аналоговую симуляцию, вы должны удостовериться, что есть Spice информация для каждого устройства в схеме. Только те устройства, что в списке аналоговых или аналогово-цифровых в библиотеке устройств (Device Library book) имеют Spice данные, ассоциированные с ними. Вы можете использовать и другие устройства в схеме, коль скоро сможете предоставить необходимую Spice информацию для этих устройств.

Флажок в диалоговом окне свойств устройства (Device Properties) показывает, будет, или нет, оно функционировать в режиме аналоговой симуляции (означающее наличие данных симуляции Spice для устройства). Если аналоговый флажок не установлен, и вы используете устройство в аналоговой симуляции, появится предупреждение, а это устройство игнорируется, оставляя открытую цепь в месте расположения устройства.

Вы задаете установки аналоговых анализаторов, используя диалоговое окно Analyses Setup, описанное ниже в руководстве. По умолчанию, когда вы создаете новую схему, аналоговые анализаторы получают предустановленные опции Always Set Defaults. Это означает, что Operating Point Analysis (Multimeter) доступен в простых цепях постоянного тока. Для более сложных цепей доступен Transient Analysis (oscilloscope) с предустановленными условиями.

В меню Simulation должен быть выбран режим Analog Mode, а не Digital Mode.

Контекстно-чувствительный инструмент Probe Tool (пробник) позволяет вам быстро проверить любую точку в цепи в процессе симуляции и увидеть результирующую осциллограмму или данные в окне анализа (Analysis Window). Заметьте, что Probe Tool используется в аналоговом режиме иначе, чем в цифровом.

Прежде, чем запустить симуляцию, вы должны щелкнуть левой клавишей мышки по Probe Tool в цепи для добавления или удаления тестовых точек реального времени (Run-Time Test Points). Заметьте, однако, что вы не имеете предопределенных тестовых точек до запуска симуляции. Дальше в руководстве посмотрите о работе с тестовыми точками.

В процессе симуляции коснитесь кончиком Probe Tool провода, вывода устройства или корпуса устройства, чтобы увидеть или вывести данные в этой точке. Инструмент отображает одну из шести букв: V, I, P, Z, N или R. Значение этих букв проиллюстрировано слева.

Щелкните левой клавишей мышки в точке цепи, где вы хотите встать пробником, и значение или осциллограмма незамедлительно появятся в текущем окне (активном) анализа. Для получения множества диаграмм просто щелкайте мышкой, удерживая клавишу Shift, в режиме пробника столько раз, сколько нужно, и диаграммы соберутся в «стеке» текущего окна анализа.

Заметьте, что если CircuitMaker показывает, что данные тока или мощности не доступны, остановите симуляцию и щелкните по клавише Analyses Setup на инструментальном меню. Щелкните по клавише Analog Options и выберите флажки Node Voltage, Supply Current, Device Current и Power в нижнем правом углу окна диалога. Затем вновь запустите симуляцию».

Ну, вот. Перевести я перевел, осталось почитать и попробовать. Если не получится, будем читать дальше.

Но меня торопят – пора освобождать компьютер. Обещаю, что через минуту освобожу, и начинаю бессистемные попытки оживить симуляцию схемы. Успех достигается только после нескольких манипуляций в диалоговом окне Analyses Setup, находящееся в разделе основного меню под рубрикой Simulation, где я устанавливаю флажок Transient/Fourier…, снимая все остальные, и несколько увеличиваю общее время наблюдения. В итоге получаю следующую картину происходящего:




Рис.1.21. Наблюдение выходного сигнала в программе SircuitMaker

Я согласен, что это не дело, поспешно «дергать разные веревочки», пытаясь получить результат. Но я пока не намерен покупать программу, и тщательное изучение всех ее возможностей и особенностей в данный момент не является главной задачей этой обзорной главы. Поэтому продолжим путешествие по журналам 60х.

В журнале №4 за 1965 год есть перепечатка в рубрике «За рубежом» под названием «Усилительная ступень с постоянным усилением», которая начинается так:

«На рисунке изображена схема интересной усилительной ступени на транзисторах, усиление которой не зависит от свойств примененных транзисторов. Она представляет собой каскодное включение двух транзисторов с прямой связью».

Попробуем разобраться в схеме, используя программу Xlab. Если судить по остаткам текста на польском языке, которые я встречаю в нескольких разделах меню, это программа польского производства, но распространяемая бесплатно (если я понимаю все правильно).

Запускаю программу и начинаю создавать схему. Первое, с чем я сталкиваюсь – мне пока не нужно работать с программой, но нужно использовать ее для иллюстраций. Черный фон, удобный для постоянной работы, я хотел бы заменить на белый. Ищу, как это сделать. Первое, что мне приходит в голову, это заглянуть в раздел Options основного меню, где я нахожу пункт Schematic editor В диалоговом окне, которое появляется после выбора этого раздела, действительно в левом нижнем углу есть надпись Background color, а чуть правее окошко для ввода цифр, сейчас в нем «0», и дальше квадратик с черным цветом заливки. Пробую заменить цифру «0» на «1», вижу, как квадратик справа меняет цвет, и подбираю (уже число) «15», когда контрольный цвет становится белым. Попутно снимаю флажок Visible для Grid, подразумевая, что сетка в рабочей области окна редактирования схемы будет не видна. Теперь поищем компоненты. Под основным меню есть инструментальная панель, на которой есть кнопка с изображением транзистора, нажимаем ее, перемещаем курсор в рабочую область, видим иконку транзистора, привязанную к курсору, и, щелкая левой клавишей мышки, оставляем транзистор в нужном месте. Но… после щелчка транзистор исчезает. Но… в окне компонент, которое появляется вместе с появлением рабочей области, свойства транзистора отображаются. Где я не прав? Вспоминаю, что когда цвет фона был черным, элементы отображались белым, а цвет выделенного элемента в произведенных мною настройках был красным. Выделяю прямоугольник в рабочей области и обнаруживаю, что много транзисторов я успел выбрать, им стыдно за меня, они покраснели. Удаляем лишнее. Однако попытка найти возможность изменить цвет компонента оказывается безуспешной. Возвращаемся к исходным настройкам, позже посмотрим, что можно будет сделать, чтобы иллюстрация не была перегружена черным фоном.

Расположив компоненты в рабочей области, я должен их соединить. Если нажать левую клавишу мышки, когда курсор находится над выводом компонента, то появляется изображение паяльника, удерживая клавишу нажатой, я действительно провожу соединение до следующего нужного мне вывода. Повторяя эту операцию несколько раз, я соединяю схему. Не придумав, как поменять цвета, я получаю следующий результат:




Рис.1.22. Вид усилительной ступени в программе XLab

А в конечном счете не получилось ничего, поскольку возникает ошибка при выполнении симуляции, есть рекомендация загрузить последнюю версию из Интернета, но сейчас у меня поврежден сетевой кабель, вследствие чего «Интернета нету». Посмотрим, как выглядит пример симуляции в программе:




Рис.1.23. Работающая симуляция в программе XLab

Постараюсь вернуться к программе позже, а пока посмотрим, что получится в программе Micro-Cap.

Первое, что хочется сказать о программе – язык программы русский. Компоненты можно взять либо на инструментальной панели, где на кнопках изображены наиболее ходовые элементы схемы, либо взять из основного меню в разделе «Компонент». Доступных компонент очень много, и выпадающее меню разбито на множество подразделов. Чтобы провести соединения я выбираю на инструментальной панели (из нижнего ряда, четвертая иконка слева) средство соединения компонент, провожу соединения и получаю результат:




Рис.1.24. Схема усилительной ступени в программе Micro-Cap

Попробуем запустить симуляцию этой схемы, если она работает в демо-версии. Первые попытки сделать это не приводят к успеху, я запускаю Переходные процессы… в разделе Анализ основного меню, но не происходит ничего интересного. Если не считать того, что в меню на месте Анализ появляется Analysis. Это интересно, но не сейчас. Я меняю свойства генератора V0, для чего щелкаю дважды по генератору левой клавишей мышки и в открывшемся диалоговом окне меняю в нижней части в окошке F значение на 100HZ, а значение A на 0.1, что по моим представлениям должно установить частоту 100 Гц, и амплитуду сигнала 100 мВ. Модель генератора я выбираю VSIN:




Рис.1.25. Окно выбора параметров генератора в программе Micro-Cap

Попутно я меняю значения резисторов, обнаружив, что после запуска режима анализа переходных процессов на инструментальной панели активизируется клавиша Node Voltages, нажав которую можно получить значения напряжений во всей цепи. Значения резисторов я меняю с тем, чтобы получить постоянное напряжение на выходе примерно равным половине питающего напряжения. Изменить значение резисторов, как и других, думаю, элементов схемы, можно так же, как я менял параметры генератора – в диалоговом окне, появляющемся после двойного щелчка левой клавишей мышки по элементу.

Затем, как ни хотелось этого избежать, пришлось почитать руководство к программе. Руководство к программе достаточно подробно, хорошо иллюстрировано, и, если не уподобляться мне, не спешить, а вдумчиво его прочитать, то результаты будут лучше. Для меня же прояснилось далеко не все, но руководство описывало режим интерактивной пробы. Попробую найти этот режим. Как мне кажется, это должно соответствовать рубрике Исследование переходных процессов в бывшем разделе основного меню Анализ. Запуск этого режима открывает новое окно рядом с окном редактора схемы. Теперь, щелкнув мышкой по узлу базы транзистора Q1, я получаю сигнал, который заказывал. Щелчок по выходу в точке соединения резистора R5 и конденсатора C2 дает требуемую картину:




Рис.1.26. Диаграмма сигналов в программе Micro-Cap

Изменение значения резистора R3 с 1 кОм на 500 Ом приводит к уменьшению выходного сигнала, то есть к уменьшению усиления. В исходном варианте это было около 11, теперь коэффициент усиления снижается до 6. Что и следовало ожидать, поскольку коэффициент усиления должен быть равен отношению суммы резисторов R3 и R4 к R3.

Несомненно, если не считать неудачи с Xlab, к этой программе я, возможно, вернусь позже, остальные программы достаточно удобно позволяют разобраться со схемами. Поэтому я продолжу листать журналы, но теперь сменю операционную систему.

Я уже говорил, что Linux (точнее ASPLinux 11), в котором я работаю, меня более чем устраивает во всех отношениях. Программ для этой операционной системы с каждым годом становится все больше. Программы доступны, даже коммерческие версии стоят значительно дешевле, чем программы для Windows. Многие версии работают в обеих операционных системах. Мне нравится мой ASPLinux, может и вам он понравится.

Следующая схема, которую я хочу рассмотреть взята из журнала №8 за 1966 год. Обнаружил ее я на странице 59, и называется статья «Омметр с линейной шкалой». Первой из программ, в которой исследуем предложенную схему, пусть будет Oregano. Программа русифицирована. В правом окне выбираем библиотеку Default, в библиотеке выбираем NPN транзистор (в оригинале это PNP), выбираем резисторы.

Первая проблема обнаруживается с кодировкой. Вместо текста в рабочей области рисуются квадратики. Вторая проблема обнаруживается при попытке запустить симуляцию, и приводит к полному зависанию компьютера. Проблемы интересные, но их решение следуют отложить. Поэтому меняем программу: KiCAD.

Запуск программы открывает диалоговое окно менеджера проекта. Создаем новый проект в разделе Projects есть подраздел New Project Descr, в котором обозначаем наш будущий проект как ommeter, что, в свою очередь, приводит к появлению двух файлов: схемы и платы.




Рис.1.27. Окно проекта в программе KiCAD

Теперь, если щелкнуть по файлу схемы ommeter.sch, то открывается редактор схем, в котором, я надеюсь, я нарисую схему омметра с линейной шкалой. На инструментальной панели слева есть клавиша Add Components, которую я хочу нажать:




Рис.1.28. Окно редактора схем программы KiCAD

Клавиша нажата, но я попадаю в новое окно диалога, где следует ввести имя компонента. Для начала я нажимаю клавишу List All. В появившемся списке выбираю device, получаю новый список, в котором и нахожу NPN транзистор. После его расположении в рабочей области с помощью правой клавиши мышки я открываю выпадающее меню, в котором нахожу пункт Mirror (X) в разделе Orient Component. Теперь путь создания схемы намечен, осталось ее нарисовать. Располагаем нужные компоненты. Ищем справа на инструментальной панели клавишу Add wires, чтобы соединить компоненты. Курсор в виде карандаша проделывает это легко и просто. Попутно я выясняю, что двойной щелчок по надписям, первоначально имеющим знаки вопроса, например, R?, позволяет обозначить элементы согласно схеме в журнале, и ввести величину сопротивления, надеюсь, в нужном месте. Попутно я выясняю, что колесико мышки позволяет мне при прокручивании уменьшать и увеличивать рисунок в окне в нужном месте. Достаточно поместить курсор в нужное место, покрутить колесико, и получить увеличение или уменьшение рисунка. Удобно.

Схема получается следующего вида:




Рис.1.29. Схема омметра в программе KiCAD

Осталось сообразить, как запустить симуляцию. На основной инструментальной панели под основным меню я нахожу клавишу Netlist generation. Занимаясь переводом нескольких руководств к программам, я уже понял, что симуляторы Spice работают с этой спецификацией схемы. Поэтому пробую создать netlist. Немного непонятно, почему проверка правил электрических соединений дает ошибки, но netlist для симуляции, похоже, создается, однако для запуска симуляции необходимо читать руководство spice, поскольку попытка запустить программу из KiCAD, даже с записанной командой запуска не дает видимого эффекта. Вернусь-ка я к этой программе позже.

А сейчас попробую запустить другую программу, Qucs.

Программа русифицирована. После запуска открывается окно привычное и в Linux, и в Windows, с основным меню и инструментальной панелью, с окном навигации и рабочей областью. Попробуем нарисовать схему:




Рис.1.30. Создание схемы омметра в программе Qucs

В панели навигации в разделе компоненты я нахожу, открывая подменю дискретных компонент резисторы. Расставляю их в рабочей области. Немного спотыкаюсь, когда пытаюсь развернуть их должным образом, что получается из-за выбора двух резисторов вместе. Щелкнув правой клавишей мышки по резистору в открывающемся меню я выбираю поворот, но вращаются оба резистора. Некоторое время, сопровождаемое словами, не лучшим образом меня характеризующими, я не могу понять, что же следует сделать, но потом щелкаю по иконке с изображением курсора на инструментальной панели, затем щелкаю мышкой в свободном месте рабочей области, и проблема решена. Стоило ли так чертыхаться?

Транзистор я нахожу в подменю нелинейных компонент раздела компонент, а батарейки в разделе источников. Теперь надо соединить элементы схемы. Для этой цели я на инструментальной панели нажимаю иконку с явным рисунком проводника, курсор принимает вид, показанный на рис.1.30, и все соединения проходят гладко, без проблем, без нехороших слов.

Теперь я хочу получить симуляцию. Для чего я добавляю измеритель напряжения, включая его параллельно резистору R1, измеритель я нахожу среди дискретных компонент. Там же нахожу измеритель тока, который включаю между батарейкой V2 и резистором R1. В подменю раздела компонент нахожу виды моделирования, выбираю моделирование на постоянном токе. Полезно, наверное, сохранять все, о чем мне напоминает иконка дискетки на вкладке с именем схемы. И теперь рабочая область приобретает следующий вид:




Рис.1.31. Подготовка схемы к моделированию в программе Qucs

Далее я запускаю Моделировать в разделе основного меню Моделирование, выбираю табличную форму в подменю Диаграммы меню Компоненты, а в диалоговом окне для наблюдения выбираю Pr2.V и Pr1.I дважды щелкнув по этим параметрам в окне диалога. В итоге образуется таблица:




Рис.1.32. Таблица показаний измерительных приборов в программе Qucs

Напряжение равно 0.116 В, ток 0.116 мА. Теперь попробуем увеличить сопротивление резистора R1 вдвое. Напряжение, показываемое измерителем становится равно 0.232 В, а ток остается равен 0.116 мА. Увеличиваю сопротивление в три раза (от начального 1 кОм). Получаю напряжение 0.348 В, и ток 0.116 мА. Если не верите, проверьте сами.

Итак, омметр действительно получается с линейной шкалой. Происходит это благодаря тому, что на транзисторе организован генератор тока, то есть источник, ток которого не зависит (или почти не зависит) от нагрузки. В этом случае напряжение на измеряемом сопротивлении будет линейно зависеть от величины сопротивления.

Хотя журнал и старый, но идеи не стареют. Генераторы тока подобные примененному в статье журнала и по сей день находят, я думаю, широкое применение, и не только в измерительной технике.

И программа Qucs оказалась достаточно легко понимаемой на интуитивном уровне. А если учесть, что руководство к этой программе имеет хорошо сделанный перевод на русский язык, то это хорошее начало для работы по созданию своих собственных схем. Я так думаю. А вы?






Hosted by uCoz