Методические рекомендации по выполнению практических заданий учебной зимней практики ПМ 04 Выполнение работ по одной рабочей профессии «Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин» для специальности 230115 Программирование в КС

Министерство образования и науки Самарской области
Министерство имущественных отношений Самарской области
Государственное бюджетное образовательное учреждение
среднего профессионального образования
«Чапаевский губернский колледж»









МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ
по выполнению практических заданий учебной практики
ПМ 04 Выполнение работ по одной рабочей профессии «Оператор электронно-вычислительных и
вычислительных машин»

для специальности 230115 Программирование в компьютерных системах














Чапаевск, 2014 г.

Публикуется на основании решения
педагогического совета ГБОУ СПО ЧГК
Протокол №2 от 10.01.2014 г.










Автор: Дикова В.Г., преподаватель специальных дисциплин

Редактор: Гостева И.В., заместитель директора по учебно-производственной практике образовательной программы среднего профессионального образования ГБОУ СПО «Чапаевский губернский колледж»



Рецензент: Орлова Н.Н., старший преподаватель кафедры Высшей математики и информатики СФ МГПУ



Методические рекомендации предназначены для студентов колледжа специальности 230115 Программирование в компьютерных системах (базовый уровень). Пособие включает инструктивные карты учебной практики по ПМ 04 Выполнение работ по одной рабочей профессии «Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин», в которых дается описание последовательности действий при работе с программой Electronics Workbench.

Содержание

Стр.
Пояснительная записка
4

Раздел 1. Основы работы в моделирующей программе Electronics Workbench

5

Раздел 2. Исследование полупроводниковых приборов

9

Раздел 3. Выпрямители и стабилизаторы

12

Раздел 4. Усилители

16

Раздел 5. Исследование комбинационных логических схем

17

Раздел 6. Триггеры

21

Раздел 7. Мультиплексоры, дешифраторы, сумматоры

25

Раздел 8. Счетчики и сдвиговые регистры

27

Список источников и литературы
30








Пояснительная записка

Методические рекомендации по выполнению практических заданий разработаны в помощь студентам специальности 230115 Программирование в КС для прохождения учебной практики по ПМ 04 Выполнение работ по одной рабочей профессии «Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин».
Тематика практических заданий соответствует программе учебной практики. Инструктивные карты предназначены для закрепления теоретического материала, совершенствования практических умений работать с электроизмерительными приборами, определять их параметры, строить осциллограммы.
При разработке практических заданий учитывались требования к результатам прохождения учебной практики, сформулированные в ФГОС СПО III поколения.
В результате прохождения практики студент должен овладеть общими и профессиональными компетенциями, а также
иметь практический опыт:
конвертирования медиафайлов в различные форматы,
уметь:
выполнять санитарно-технологические требования на рабочем месте и в производственной зоне, нормы и требования к гигиене и охране труда;
эксплуатировать электроизмерительные приборы;
производить контроль различных параметров электрических приборов;
определять параметры полупроводниковых приборов и элементов системотехники.
Раздел 1. Основы работы в моделирующей программе Electronics Workbench
Описание контрольно-измерительных приборов в программе EWB
Панель контрольно-измерительных приборов (Instruments) находится над полем рабочего окна программы EWB и содержит цифровой мультиметр, функциональный генератор, двухканальный осциллограф, измеритель амплитудно-частотных и фазочастотных характеристик:

Общий порядок работы с приборами такой: иконка прибора при помощи мыши переносится на рабочее поле и подключается проводниками к исследуемой схеме. Для приведения прибора в рабочее (развернутое) состояние необходимо дважды щелкнуть курсором по его иконке или вызвать его контекстное меню и выбрать пункт Open .
Осциллограф (Oscilloscope)
Описание осциллографа. Лицевая панель осциллографа.

Осциллограф имеет два канала ( Channel) А и В с раздельной регулировкой смещения по вертикали (Yposition). Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок AC, 0, DC. Режим AC предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (режим “закрытого входа”, поскольку на входе усилителя осциллографа включается разделительный конденсатор). В режиме 0входной зажим замыкается на землю. В режиме DC (по умолчанию) можно производить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока (режим “открытого входа”, поскольку входной сигнал поступает на вход вертикального усилителя непосредственно).
Режим развертки выбирается кнопками Y/T, B/A, A/B. В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуется следующий режим развертки : по вертикали – напряжение сигнала, по горизонтали – время; в режиме B/A : по вертикали – сигнал канала В, по горизонтали – сигнал канала А в режиме A/B: по вертикали - сигнал канала А, по горизонтали – сигнал канала В.
В режиме развертки Y/T длительность развертки ( Timebase) может быть задана в диапазоне от 0,1 нс/дел (ns/div ) до 1 с/дел ( s/div) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, то есть по оси X ( X position).
В режиме Y/T предусмотрен также ждущий режим Trigger с запуском развертки ( Edge ) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала при регулируемом уровне (Level ) запуска, а также в режиме Auto, от канала А, от канала В или от внешнего источника (Ext), подключаемого к зажиму в блоке управления (Trigger). Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками : AUTO, A, B, EXT.
Можно установить режим однократной развертки через системное меню Analysis, опция Analysis Options на закладке Instruments установить флаг “Pause after each screen”. Для режима непрерывной развертки – выключить флаг “Pause after each screen”. В программе EWB по умолчанию стоит режим непрерывной развертки.
Соединительным проводам можно задать цвет. Выделив нужный провод, щелкните правой кнопкой мыши и из появившегося контекстного меню выберите пункт Wire Properties (Свойство проводов), задайте цвет.
Заземление осциллографа осуществляется с помощью клеммы Ground в правом верхнем углу прибора.
При нажатии на кнопку Expand лицевая панель осциллографа существенно меняется:

Лицевая панель осциллографа в режиме EXPAND
Увеличивается размер экрана, появляется возможность прокрутки изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за ушки можно установить в любое место экрана, при этом в индикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линиями).
Изображение можно инвертировать нажатием кнопки Reverse и записать данные в файл нажатием кнопки Save. Возврат к исходному состоянию осциллографа – нажатием кнопки Reduce.
Содержание работы
1. Запустить программу EWB.
2. Из панели контрольно-измерительных приборов (Instruments) выбрать осциллограф и разместить его на рабочее поле.
3. Установить режим однократной развертки - “Pause after each screen”.
4. Подключить источник импульсов (библиотека компонентов Sources) с параметрами по умолчанию 50%,1 кГц, 5В.

4.1. Измерить амплитуду и период импульсов, вычислить скважность импульсов n=T/TИМП.
Осциллограф использовать в режиме однократной развертки Y/T, синхронизация Auto, вход DC.
4.2. Измерить время нарастания и спада импульсов.
Результаты пунктов 4.1. и 4.2. занести в таблицу:
Амплитуда А, [В]


Период Т, [мс]


Длительность импульса ТИМП, [мкс]


Скважность n


Время нарастания ТНАР., [мкс]


Время спада ТСПАД, [мкс]


5. Собрать цепь, содержащую источник прямоугольных импульсов и интегрирующее RC звено. Ко входу звена подключить зеленым проводом канал А осциллографа, к выходу – канал В красным проводом.

5.1. Определить длительность импульса, период следования, зарисовать осциллограммы, определить нарастание выходного сигнала за время импульса. Полученные результаты занести в таблицу:
Период Т, [мс]


Длительность импульса ТИМП, [мкс]


Нарастание вых. сигнала, [В]


6. Заменить источник прямоугольных импульсов на источник синусоидальных импульсов с параметрами 5В, 1 кГц.
6.1. Определить амплитуду входного и выходного сигналов, коэффициент передачи звена на выбранной частоте и фазовый сдвиг.
Амплитуда входного сигнала, [В]


Амплитуда выходного сигнала, [В]


Фазовый сдвиг j , [мкс]


Коэффициент передачи звена К


6.2. Перейти из режима синхронизации Auto в режим А, затем в режим В. Зарисовать и объяснить полученные осциллограммы.
6.3. Перейти в режим развертки осциллографа В/А. Зарисовать полученную картину и объяснить результат.
6.4. Входы осциллографа переключить в режим АС. Перейти в режим непрерывной развертки (выключить флажок «Pause after each screen»), Y/T, синхронизация Auto. Пронаблюдать за выходным сигналом в течение нескольких циклов развертки. Объяснить наблюдаемое явление. Почему осциллограмма входного сигнала не меняется, хотя оба входа осциллографа используются в одинаковом режиме АС?
6.5. Повторить пункт 6.1.-6.4., изменив частоту генератора с 1 кГц на 2 кГц.
7. Заменить интегрирующее звено цепью простейшего выпрямителя (использовать режим однократной развертки – « Pause after each screen»):

7.1. Зарисовать осциллограммы, определить максимальное напряжение на выходе во время положительной и отрицательной полуволны входного напряжения. Почему во время отрицательной полуволны на выходе имеется некоторое напряжение, хотя диод закрыт, а во время положительной полуволны выходное напряжение всегда меньше входного?
8. Содержание отчета.
8.1. Таблицы результатов измерений п. 4.1., 4.2., 5.1., 6.1.
8.2. Осциллограммы п.6.2., 6.3., 6.4. и пояснение к ним.
8.3. Что изменилось в осциллограммах при повышении частоты входного сигнала с 1 кГц до 2 кГц?
Раздел 2. Исследование полупроводниковых приборов
1. Задание: Исследовать параметры полупроводниковых диодов
Порядок выполнения работы:
1.1. Запустите программу EWB 5.12.
1.2. Соберите схему для исследования параметров полупроводниковых диодов:
1.2.1. Из библиотеки компонентов источников питания Sources на поле поместите источник заданного напряжения и заземление – .
1.2.2. Из библиотеки пассивных элементов Basic на поле поместите резистор , подстроечный резистор и ключ .
1.2.3. Из библиотеки индикаторных устройств Indicators поместите амперметры и вольтметры .
1.2.4. Из библиотеки Diodes на поле поместить диод .
1.2.5. Соедините все компоненты по схеме. Установите необходимые параметры компонентов:

1.3. Снимите вольтамперные характеристики диода, меняя значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20% Увеличение можно производить нажатием клавиши «R», уменьшение – «Shift+R». Шаг увеличения/уменьшения можно задать.
1.3.1. Исследуйте прямую ветвь диода. Для переключения ключа используйте клавишу Space (Пробел).
1.3.2. Исследуйте обратную ветвь диода.
1.3.3. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):
Прямая ветвь
Обратная ветвь































I, мА
U, мВ
I, мкА
U, В

1.4. Постройте график вольтамперной характеристики.
1.5. Измените температуру работы диода (для этого щелкните два раза на диоде и в появившемся окне «Diode Properties» выберите закладку «Analysis Setup» установите температуру равную 60° С) и повторите пункты 1.3. и 1.4.
2. Задание: Исследовать параметры стабилитрона [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
2.1. Соберите схему для исследования параметров стабилитрона.

Схема аналогична схеме для исследования параметров полупроводникового диода. Из библиотеки Diodes на рабочее поле поместите стабилитрон:
2.2. Снимите вольтамперные характеристики стабилитрона, меняя значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20%:
2.2.1. Исследуйте прямую ветвь стабилитрона. Для переключения ключа используйте клавишу Space (Пробел).
2.2.2. Исследуйте обратную ветвь стабилитрона.
2.2.3. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):
Прямая ветвь
Обратная ветвь































I, мА
U, мВ
I, мА
U, В

2.3. Постройте график вольтамперной характеристики стабилитрона.
2.4. Измените температуру работы стабилитрона и повторите пункты 2.2. и 2.3.
3. Задание: Исследовать параметры транзистора [ Cкачайте файл, чтобы посмотреть ссылку ].
3.1. Из библиотеки транзисторов Transistors поместите на поле p-n-p транзистор . Соберите схему для исследования параметров транзистора:

3.2. Снимите семейство входных и выходных характеристик биполярного транзистора, меняя значение подстроечного резистора от 0% до 100% через интервал 20%. Полученные данные занесите в таблицу (точность измерения два знака после запятой):

Uкб=12 В (R2=100%)
Uкб=7,2 В (R2=60%)
Uкб=2,4 В (R2=20%)
Uкб=0 В
(R2=0%)

Iэ=19,69 мА
(R1=100%)






Iэ=9,35 мА
(R1=80%)






Iэ=3,24 мА
(R1=40%)






Iэ=0 мА
(R1=0%)







Iк, мА
Iк, мА
Iк, мА
Iк, мА
Uэб, мВ

3.3. Построить графики входных и выходных характеристик транзистора:
IЭ=f(UЭБ) при UКБ=const
IК=f(UКБ) при IЭ=const
3.4. По характеристикам транзистора определить его параметры h11б и h21б при Uкб=0 В и Iэ = 3,24 мА.
3.5. Изменить температуру работы транзистора и повторите пункты 3.2. – 3.4.
4. Содержание отчета.
4.1. Таблицы результатов измерений п. 1.3. (для разных температур работы диода).
4.2. График ВАХ диода п. 1.4. (для разных температур работы диода).
4.3. Таблицы результатов измерений п. 2.2. (для разных температур работы стабилитрона);
4.4. График ВАХ стабилитрона п. 2.3. (для разных температур работы стабилитрона).
4.5. Таблицы результатов измерений п. 3.2. для разных температур работы транзистора.
4.6. Графики п. 3.3. для разных температур работы транзистора.
4.7. Решение задания п. 3.4.





Раздел 3. Выпрямители и стабилизаторы
Порядок выполнения работы:
1. Запустите программу EWB 5.0.
2. Соберите схему однополупериодного выпрямителя:

3. Подключите осциллограф к исследуемой схеме (к каналу А зеленым цветом – входную величину, к каналу В красным цветом – выходную величину).
3.1. Зарисуйте осциллограммы.
3.2. Меняя величину подстроечного резистора R от 100% до 0% (шаг изменения 20%) снимите и постройте внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя без фильтра Uн=f(Iн ).
3.3. Подключите емкостный фильтр с помощью ключа.
3.4. Зарисуйте осциллограммы.
3.5. Меняя величину подстроечного резистора R от 100% до 0% (шаг 20% ) снимите и постройте внешнюю характеристику однополупериодного выпрямителя с фильтром Uн=f(Iн).
4. Результаты измерений п. 3.2. и 3.5. занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):
R, Ом
Без фильтра
С фильтром


I, мА
U, B
I, мА
U, B

1200 (100%)





1000 (80%)





800 (60%)





600 (40%)





400 (20%)





200 (0%)





5. Соберите схему двухполупериодного выпрямителя:

5.1. Повторите пункт 3.
6. Результаты измерений занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):
R, Ом
Без фильтра
С фильтром


I, мА
U, B
I, мА
U, B

1200 (100%)





1000 (80%)





800 (60%)





600 (40%)





400 (20%)





200 (0%)





7. Соберите схему двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром и параметрическим стабилизатором:

7.0 Исследуйте как изменяется напряжение на входе стабилизатора и на нагрузке при изменении тока в ней при включенном и выключенном стабилитроне (конденсатор фильтра включен).Объясните происходящее. Как изменяется ток стабилитрона при изменении тока нагрузки?
7.1. Результаты измерений тока и напряжения на нагрузке при включенном конденсаторе и стабилитроне занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):
R, Ом
Параметрический стабилизатор


Iнагр, мА
Uнагр, В

1200 (100%)



1000 (80%)



800 (60%)



600 (40%)



400 (20%)



200 (0%)



7.2. Зарисуйте осциллограммы и постройте график внешней характеристики стабилизированного выпрямителя.
7.3. Отключите конденсатор фильтра и объясните форму напряжения на нагрузке.
8. Соберите схему двухполупериодного выпрямителя с емкостным фильтром и компенсационным стабилизатором:

8.1. Снимите нагрузочную характеристику стабилизатора при среднем положении отвода потенциометра R. Результаты измерений занесите в таблицу (точность измерения – два знака после запятой):
RНАГР, Ом
Компенсационный стабилизатор


Iнагр, мА
Uнагр, В

5000 (100%)



4000 (80%)



3000 (60%)



2000 (40%)



1000 (20%)



500 (10%)



При снятии характеристики обратите внимание также на показания вольтметров, измеряющих напряжение на входе стабилизатора и на стабилитроне, объясните результаты.
8.2 Постройте график внешней характеристики стабилизированного выпрямителя.
8.3. Изменяя положение ползунка потенциометра R определите, как это влияет на выходное напряжение стабилизатора. Объясните происходящее.
9. Содержание отчета.
9.1. Таблицы результатов измерений п. 4.
9.2. Осциллограммы п. 3.1. и п. 3.4.
9.3. Графики внешних характеристик Uн=f(Iн) п.3.2 и 3.5.
9.4. Таблицы результатов измерений п. 6.
9.5. Осциллограммы и графики п. 5.1.
9.6. Таблицы результатов измерений п. 7.1.
9.7. Осциллограммы и графики п. 7.2.
9.8. Таблицы результатов измерений п. 8.1.
9.9. Графики п. 8.2.
9.10 Объяснение результатов п.7.0 , 7.3 и 8.3.
Примечание: все графики построить в одной и той же системе координат.




Раздел 4. Усилители
1 Ознакомление с работой операционного усилителя
1.1 Соберите схему инвертирующего усилителя на ОУ с К=10.Для этого используйте модель ОУ с тремя выводами из группы ANA и резисторы в диапазоне 1-100 кОм. Эта модель работает без подключения напряжения питания, что упрощает схему. Ко входу подключите генератор переменного напряжения 1 В, частотой 1000 Гц и осциллограф ко входу и выходу усилителя. Установите режим однократной развертки.
1.1.1 Пронаблюдайте с помощью осциллографа инверсию выходного сигнала и определите реальный коэффициент усиления усилителя.
1.1.2 Постоянно увеличивая входное напряжение, определите при каком значении Uвых начинается ограничение выходного сигнала.
1.2. Соберите схему неинвертирующего усилителя с К=10 и повторите п.п. 1.1.1, 1.1.2
2. Исследование схемы многокаскадного двухканального усилителя.
2.1. Выберите схему усилителя STEREOAMP