Модернизация лаборатоного курса по радиоэлектронике на базе интерфейсов MyDAQ

1. Модернизация лабораторного курса по радиоэлектронике на базе интерфейсов MyDAQ

2. Актуальность

2
В настоящее время от специалиста в области
радиоэлектроники требуется умение
использовать современное оборудование и
программное обеспечение при решении
научных и производственных задач, в
частности при проектировании
радиоэлектронной аппаратуры.
Такое умение (компетенцию) можно получить
только при условии использования в учебном
процессе современных информационных
технологий.

3. Проблемы

3
Радиотехнический практикум является одним из
базовых курсов в практической и теоретической
подготовке специалистов направления
“Радиофизика”, поэтому очень важно, чтобы
студент хорошо усвоил данный курс. Достижение
этой цели осложняется рядом причин :
1. Новые стандарты образования ограничивают
количество аудиторных часов.
2. Имеющееся оборудование, на котором
выполняется РТП (осциллографы, функциональные генераторы, источники питания и т. д.)
морально и физически устарели.
3

4. Цели и задачи

4
Целью данной работы является модернизация
курса «Радиоэлектроника» на основе нового
оборудования и программного обеспечения.
Основные задачи:
1. Адаптировать задания практикума к новому
оборудованию;
2. Проделать задания;
3. Предложить варианты изменения заданий.
4

5. Решения

5
Для аудиторной и самостоятельной
работы студенту предлагается мобильный
лабораторный учебный комплекс MyDAQ,
созданный компанией National
Instruments.

6. Устройство

1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
6
NI myDAQ - это портативное устройство
сбора данных (DAQ), которое использует
технологию виртуальных приборов NI
LabVIEW, что позволяет измерять и
обрабатывать сигналы реального мира.
NI myDAQ идеально подходит для изучения
электроники и сбора данных с датчиков. В
сочетании с LabVIEW студенты могут
осуществлять сбор и анализ сигналов и
управлять простыми процессами.
USB кабель
Светодиод
Разъем с винтовой клеммой на 20 контактов
Аудио кабель
Пробники мультиметра (DMM) типа Banana.
6

7. Основные характеристики NI myDAQ

7
Имеется:
2 канала аналогового ввода и вывода, которыми можно
измерять или генерировать сигнал с напряжением ± 10 В,
током 10 мА/канал и частотой до 200 кГц/канал.
3 источника питания: ± 15 В для питания аналоговых
компонентов и +5 В для питания цифровых компонентов.
Мультиметр NI myDAQ (Максимальное напряжение на
входе 60 В постоянного тока, 20 В переменного), аудио
вход и выход.
7

8. Multisim

8
В связи с нехваткой времени на практические
занятия студенту предлагается использовать
систему схемотехнического моделирования
Multisim. Эта система позволяет
моделировать электрические схемы любой
степени сложности.
NI myDAQ предоставляет возможность
создавать реальную схему и анализировать
различие практических и теоретических
результатов. Несомненным достоинством
является то, что можно менять любой
элемент схемы и сразу видеть результат.
8

9. NI ELVISmx

9
При выполнении практикумов студенту дается
возможность использовать готовые приборы NI
ELVIS(National Instruments Educational Laboratory Virtual
Instrumentation Suite – набор виртуальных приборов для
учебных лабораторий от компании National Instruments).
Эти приборы интегрированы в LabVIEW и в Multisim, вот
некоторые из тех, которые использовались при
выполнении практикумов:
9

10. . Осциллограф (Scope)

10
• Аналоговые входы – 5 В, 2 В, 1
В, 500 мВ, 200 мВ, 100 мВ, 50 мВ,
20 мВ, 10 мВ. Аудио канала – 1 В,
500 мВ, 200 мВ, 100 мВ, 50 мВ, 20
мВ, 10 мВ.
• Частота дискретизации:
максимальная частота
дискретизации, доступная для
аналоговых входов и аудио
входов - 200 кГц;
• Временная развертка:
Доступное значение для
аналоговых и аудио входов
составляет от 200 мс до 5 мкс.
• Режимы триггера: мгновенный
и по фронту или спаду сигнала.
Когда используется триггер по
фронту или спаду, вы можете
задать горизонтальную
позицию в пределах от 0 до 100
%.
10

11. 2. Функциональный генератор (FGEN)

11
Функциональный генератор (FGEN)
NI ELVISmx генерирует
стандартные сигналы с
настройками различных типов
выходных сигналов (синус, квадрат,
или треугольника), амплитуды
сигнала, и частоты сигнала. Кроме
того, прибор имеет настройки
смещения амплитуды сигнала,
возможности перестройки частоты,
а также генерации амплитудной и
частотной модуляции. FGEN
использует АО0 на винтовой
клемме.
• Диапазон частот - от 2 Гц до 20
кГц
11

12. 3. Анализатор Бодэ

12
Анализатор Боде строит
Боде-диаграмму для
анализа. Благодаря
объединению функций
частотной развертки,
функции генератора и
аналогового входа, в NI
ELVISmx доступен
полнофункциональный
Боде анализатор. Вы
можете инвертировать
измеренные значения
входного сигнала.
• Частотный диапазон:
от 1 Гц до 20 кГц
12

13. LabVIEW

13
Приведенные выше приборы NI ELVIS имеют свои недостатки и
ограничения. Например : Анализатор Боде и Функциональный
генератор имеют ограничения по частоте 20 кГц.
Поэтому студенту дается возможность разработать свои
собственные приборы в LabVIEW, но так как количество
необходимых приборов достаточно велико, то для этого в 3
семестре на курсе “НИТ” студент в течении всего семестра
изучает LabVIEW и подготавливает приборы для РТП, тем самым
объединяя несколько разных предметов в цепочку
последовательных связанных курсов. LabVIEW позволяет
создавать приборы для обработки и построения любых сигналов,
недостатком может являться только несовершенство методов
используемых для обработки.
13

14. Лабораторная работа №1. Цепи постоянного и переменного тока.

14
В данной работе нет смысла использовать NI
myDAQ , так как все вычисления данной работы
можно проделать вручную. Эта работа является
вводной и у студента есть возможность
потренироваться в пайке.
Единственное применение myDAQ здесь
возможно только для построения ВАХ.
В данной лабораторной очень эффективным будет
являться применение Multisim для моделирования
любой из схем. Тем самым у студента появляется
возможность смоделировать всю работу дома, а в
учебном заведении подтвердить эти результаты
практически.
14

15. Лабораторная работа №2. Пассивные RC- и RLC- цепи.

15
Построение ФЧХ и АЧХ в лабораторных
работах занимает относительно
длительное время.
Ni myDAQ и NI ELVIS позволяют
существенно сократить время получения
АЧХ и ФЧХ. Имеются удобные средства
анализа – курсоры, а также есть
возможность сохранить опытные данные
для расчетов.
15

16. ФНЧ

16
СХЕМА В MULTISIM
РЕАЛЬНАЯ СХЕМА
16

17. АЧХ и ФЧХ ФНЧ.

ЛИНЕЙНЫЙ МАСШТАБ
17
17

18. АЧХ и ФЧХ ФНЧ.

ЛОГАРИФМИЧЕСКИЙ МАСШТАБ
18
18

19. АЧХ и ФЧХ фильтра Баттервората 5-го порядка

Линейный масштаб
19
19

20. АЧХ и ФЧХ фильтра Баттервората 5-го порядка

Логарифмический масштаб
20
20

21. Выводы

21
Благодаря использованию myDAQ мы
сняли все характеристики данной работы,
по которым с помощью курсоров
определили частоты среза, скорости
спада, время нарастания сигналов и др. с
большой точностью.
21

22. Лабораторная №3. Полупроводниковый диод.

22
Цель работы: Изучить работу
простейшего диода и схем выпрямителей
на его основе.
При выполнении этой работы требуется
снять и зарисовать множество ВАХ и
осциллограмм.
22

23. ВАХ диода

23
23

24. ВАХ стабилитрона

24
24
С помощью
myDAQ удалось
снять ток в нА.

25. Светодиоды

25
Так как время на снятие и обработку данных тратится меньше, чем при ручной
работе, то студенту даются некоторые дополнительные задания.
Пример: Зарисовать ВАХ различных светодиодов и по прямому напряжению
определить материал, из которого изготовлены эти светодиоды.
25

26. Однополупериодный выпрямитель

26
26

27. Двухполупериодный выпрямитель

27
27

28. Двухполупериодный выпрямитель с подсоедененным параллельно конденсатором

28
28

29. Двусторонний ограничитель(синус)

29
29

30. Зависимость ВАХ диода от температуры

30
30
На 4-м курсе студенты
проделывают работу под
названием
“Определение
зависимости
проводимости
полупроводника от
температуры”,
поэтому это задание
является вводным. На
данном этапе
достаточно просто
посмотреть как
изменяется ВАХ диода,
обратный ток, прямая
ветвь. В данном примере
использовался диод
д814А

31. Обратный ток

31
31

32. Выводы

32
Данная работа полностью приспособлена
для выполнения ее на myDAQ, благодаря
этому удалось не просто выполнить данную
работу, но и в короткие сроки посмотреть
различные интересные нам характеристики.
32