Схемотехника электронных устройств

Московский государственный технический университет  

имени Н.Э. Баумана

П. С. Бабкин, Е. В. Гаврилова

Схемотехника электронных устройств

Методические указания к выполнению лабораторных работ

УДК 681.5.045 
ББК 32.965
 
Б12

ISBN 978-5-7038-4532-5

©  МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016
©  Оформление. Издательство 
МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2016

 
Бабкин, П. С.
Б12 
 
Схемотехника электронных устройств : методические указания к 
выполнению лабораторных работ / П. С. Бабкин, Е. В. Гаврилова. — 
Москва : Издательство МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2016. — 35, [5] с. : ил.

ISBN 978-5-7038-4532-5
Содержат общие положения по выполнению работ, требования к содержанию и оформлению отчетов, описания и последовательность выполнения работ, контрольные вопросы. Представлены практические сведения, схемы и формулы, применяемые для проведения исследований.
Для студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана всех специальностей.

 
 
 
УДК 681.5.045 
ББК 32.965 

Издание доступно в электронном виде на портале ebooks.bmstu.ru 
по адресу: http://ebooks.bmstu.ru/catalog/312/book1540.html

Факультет «Информатика и системы управления»
Кафедра «Информационные системы и телекоммуникации» 

Рекомендовано Редакционно-издательским советом
МГТУ им. Н.Э. Баумана в качестве методических указаний

Предисловие

Методические указания к выполнению лабораторных работ по дисциплине и курсу «Схемотехника электронных устройств» разработаны 
в качестве дополнительного учебного материала по специальности 
«Информационные системы и технологии».
Методические указания содержат основные теоретические сведения, необходимые для выполнения лабораторных работ, перечень используемого оборудования, методику проведения экспериментальных 
исследований и форму, в которой должны быть представлены результаты исследований.
В процессе выполнения лабораторных работ студенты изучат:
• принципы работы операционных и инструментальных усилителей и типичные схемы их включения;

• реализацию и правила построения и расчета активных и пассивных фильтров;

• принципы работы и особенности реализации импульсных и линейных стабилизаторов напряжения;

• варианты реализации источников тока.
Пороведение экспериментов поможет студентам изучить среду 
моделирования электронных схем высокой сложности Electronics Workbench, приобрести исследовательские навыки, опыт сравнения эмпирических результатов с теоретическими расчетами и оценки величины 
расхождения между ними.
Методические указания предназначены для студентов МГТУ 

им. Н.Э. Баумана всех специальностей, изучающих схемотехнику 
электронных устройств в рамках утвержденной программы обучения 
или самостоятельно.
Представленные методические указания к выполнению лабораторных работ позволяют освоить основные приемы схемотехнического 
моделирования, развить и систематизировать теоретические знания, 
получить практические навыки исследования электронных устройств 
различного назначения.
Лабораторные работы направлены на углубление и закрепление 
знаний по основным теоретическим вопросам изучаемой дисциплины, 
а также на получение навыков исследования, анализа принципа дей

ствия элементной базы электроники и электронных устройств различной сложности и назначения.
В каждой работе сформулирована цель, приведен перечень используемых элементов и приборов, даны теоретические сведения, методика проведения экспериментальных исследований и форма представления результатов исследований.
Каждая лабораторная работа выполняется в программе EWB, отчет 
оформляют в электронном виде на листах формата А4. Его содержание 
должно иллюстрировать ход выполнения работы, и изложено в описании каждой работы. Шаблон «Содержание отчета» приводится в описаниях к каждой лабораторной работе.

Electronics Workbench

Огромное количество многообразного программного обеспечения 
(ПО) помогает решать задачи компьютерного моделирования работы 
электронного устройства. Однако, что отмечено многими специалистами, на начальном этапе освоения схемотехники предпочтение следует отдавать программе Electronics Workbench (EWB), отличающейся 
простотой освоения и наглядностью выполняемых действий.
Процесс моделирования в EWB приближен к реальному эксперименту. Он позволяет студенту выполнять в логической последовательности действия по сборке схемы, подключению измерительных приборов и выбору режимов их функционирования, а также устанавливать 
параметры входных сигналов и воздействий на схему. В итоге результаты измерений будут отображаться на экране монитора в привычной 
студенту форме.

Основные возможности

Electronics Workbench позволяет строить и исследовать различные 
схемы путем проведения следующих операций:

• выбор элементов, приборов и их перемещений в рабочем поле;
• поворот элементов на углы, кратные 90°;
• копирование, вставка, удаление элементов и схем;
• редактирование соединений и параметров используемых элементов;

• одновременное подключение нескольких измерительных приборов, наблюдение за исследуемыми процессами;

• изменение диапазона измерений приборов и режимов их работы;
• задание различных входных воздействий на исследуемую схему.
В программе EWB размерность обозначена латинскими буквами, 
но расчеты в лабораторных работах требуется проводить в единицах СИ.

Структура окна и система меню 

Главное окно программы EWB (рис. EWB1) содержит поле меню, 
панель инструментов, линейку контрольно-измерительных приборов 
и библиотек компонентов. В рабочем поле расположены моделируемая 
схема с подсоединенными к ней значками контрольно-измерительных 
приборов и краткое описание схемы на английском языке. Приборы 
можно развернуть, установить режимы работы и наблюдать результаты. 
Все кнопки имеют подсвечиваемые подсказки с их назначением.
В библиотеки элементов программы EWB входят аналоговые, цифровые и цифроаналоговые компоненты, которые образуют следующие 
группы: Favorites, Sources, Basic, Diodes, Transistors, Analog ICs, Mixed 
ICs, Digital ICs, Digital, Indicators, Controls, Miscellaneous.
С описанием элементов и компонентов, используемых в практикуме, можно ознакомиться постепенно, по мере выполнения лабораторных работ.

Основные приемы редактирования  

и моделирования 

Сборку схем осуществляют на рабочем поле, используя мышь и клавиатуру.
Для построения и редактирования схем следует:
• выбрать компонент из библиотеки;
• выделять, перемещать, копировать и удалять объекты;
• соединить компоненты схемы проводниками;
• установить значения компонентов;
• подключить приборы.
Если вся схема не помещается на экране, можете просмотреть любой ее участок путем прокрутки. После построения схемы и подключения приборов запустите анализ ее работы, нажав выключатель 
в правом верхнем углу окна программы.

Чтобы сделать паузу в процессе работы схемы, нажмите клавишу 
F9 на клавиатуре или кнопку <Pause>, расположенную рядом с выключателем. Чтобы возобновить процесс, повторно нажмите клавишу 
F9 или кнопку <Pause>. Следующее нажатие выключателя прекращает работу схемы.

6

7

8

Рис. EWB1. Главное окно программы EWB:
1 — строка состояния; 2 — описание схемы; 3 — рабочее поле; 4 — значок прибора; 5 — библиотека компонентов Basic 

в развернутом виде; 6 — моделируемая схема; 7 — кнопка пуск/стоп; 8 — окно развернутого вида прибора (здесь и далее: 
Ohm — Ом; kOhm — кОм; mH — мГн; KHz — кГц; ϕF — мкФ; V — В)

Выбирайте компонент из поля компонентов нажатием левой кнопки мыши на соответствующем значке. В результате в поле компонентов 
появляются искомые изображения. После выбора группы перетащите 
мышью нужный компонент на рабочее поле.
Выделите мышью объект, под которым может подразумеваться как 
один, так и несколько компонентов. Для этого установите на него 
указатель мыши (изображение указателя изменится) и щелкните левой 
кнопкой.
Выбирайте группу компонентов, установив указатель мыши в один 
из углов прямоугольной области, содержащей группу. Затем, нажав 
левую кнопку мыши, растяните рамку до требуемых размеров, после 
чего отпустите кнопку. Выбранный объект станет красного цвета. Снять 
выделение можно щелчком мыши в произвольной точке рабочего  
поля.
Перемещайте объект мышью или стрелками на клавиатуре. Выделите его и затем переместите в нужное место. При использовании 
мыши установите ее указатель на объект и, нажав левую кнопку мыши, 
перетащите его.
Поворачивайте объект на угол, кратный 90°. Для этого предварительно выделите его, а затем выберите команду Rotate из меню Circuit 
или нажмите <Ctrl>+R. Можно также использовать значок на панели 
инструментов. В результате объект повернется на 90° по часовой стрелке. При повороте группы компонентов на 90° поворачивается каждый 
из них, а не вся группа целиком.
Копируйте объекты командой Copy из меню Edit или нажатием 
<Ctrl>+C. Предварительно их нужно выделить, а после выполнения 
команды они копируются в буфер.
Вставляйте содержимое буфера на рабочее поле командой Paste из 
меню Edit или нажатием <Ctrl>+V. После выполнения команды содержимое буфера, выделенное цветом, появится на рабочем поле.
Удаляйте объект командами Cut и Delete. Различие между ними 
состоит в том, что при выполнении команды Cut объект удаляется с 
рабочего поля и помещается в буфер, а затем может быть вставлен обратно на рабочее поле. При выборе команды Delete его сначала нужно 
выделить, после чего он удаляется окончательно. Перед удалением 
объект также должен быть выделен.
Для соединения компонентов схемы проводниками подведите указатель 
мыши к их выводу, и там появится большая черная точка. Нажав левую 
кнопку мыши, переместите ее указатель к выводу того компонента, с 

которым нужно выполнить соединение, а затем отпустите кнопку. Выводы компонентов соединятся проводником.
Чтобы изменить цвет проводника в EWB 5.0 (по умолчанию проводники черного цвета), двойным щелчком на изображении проводника откройте окно его свойств и в нем мышью выберите требуемый 
цвет.
Для спрямления проводников, соединяющих компоненты схемы, 
перемещайте их в рабочем поле.
Устанавливайте значения параметров компонентов в диалоговом 
окне свойств компонента, открыв его двойным щелчком мыши на 
изображении компонента или командой Component Properties из меню 
Circuit. В диалоговом окне (закладка Value), используя клавиатуру и 
мышь, введите требуемые значения параметров компонента и нажмите кнопку OK или Отмена для подтверждения или отмены установки 
значений.
Выбирайте модели компонента в закладке Model в диалоговом окне 
его свойств, которое открывается двойным щелчком мыши на изображение компонента или командой Component Properties в меню Circuit.
После построения схемы присвойте каждому компоненту позиционное обозначение с помощью команды Component Properties из меню 
Circuit на закладке Label или нажатием <Ctrl>+L, предварительно выделив компонент. В результате откроется диалоговое окно, в котором 
введите обозначение или имя компонента и нажмите клавишу <Enter>.
Подключайте прибор к схеме, перетащив мышью с панели приборов 
на рабочее поле и подсоединив его выводы к исследуемым точкам. 
Некоторые приборы нужно заземлять, чтобы обеспечить верные показания. (Настройка приборов и выбор необходимого прибора были 
описаны выше.)
Вставляйте дополнительный компонент в цепь, перемещая его мышью в требуемую точку схемы. Поместите его над проводником и отпустите кнопку мыши, после чего он автоматически вставится в цепь.

Лабораторная работа №1.  

Операционные и инструментальные усилители

Цель работы:
• понять принцип действия аналоговых схем на операционных 
усилителях (ОУ);

• изучить схемотехнику и разобраться в принципе действия инструментальных усилителей, построенных на основе ОУ;

• ознакомиться с основными расчетными соотношениями;
• изучить основные источники погрешностей и характеризующие 
их параметры;

• проанализировать различные схемотехнические приемы повышения точностных характеристик измерительных усилителей;

• провести экспериментальное исследование базовых схем измерительных усилителей и определить влияние внешних дестабилизирующих факторов на их работу.

Приборы, элементы и группы:
• Instruments: мультиметр, осциллограф, боде-плоттер; 
• Sources: источники переменного и постоянного напряжения; 
• Analog ICs: операционные усилители; 
• Basic: резисторы.

Краткие теоретические сведения

Рассмотрим несколько примеров построения аналоговых схем на 
базе ОУ. Инвертирующий усилитель (рис. 1.1), изменяющий знак выходного сигнала Uout относительно входного Uin, создается введением 
по инвертирующему входу ОУ с помощью резистора параллельной 
отрицательной обратной связи по напряжению Rос. Входной сигнал 
подается через резистор R1 на инвертирующий вход ОУ.
Коэффициент усиления инвертирующего усилителя

 
K
R

R
Uy
ос
= −

1

. 
(1.1)