Создание электрических схем представляет собой вычерчивание их на рабочем поле. На первом этапе после запуска программы необходимо вынести требующиеся элементы из библиотек, а потом соединить их заданным образом.
Чтобы вынести элемент из библиотеки необходимо однократно щёлкнуть левой кнопкой мышки на библиотеке. Появится окно с компонентами библиотеки. Затем, однократно щёлкнув по элементу необходимо переместить указатель мышки на рабочее поле, после чего, щёлкнув мышкой по любой точке рабочего поля, вы помещаете туда элемент.
Соединение элементов осуществляется следующим образом: при наведении указателя мышки на один из зажимов элемента она примет вид крестика, далее однократно щёлкнув левой кнопкой мыши начните перемещать указатель мышки. За ним потянется пунктирная линия. Для необходимости сделать перегиб линии в заданной точке щёлкните левой кнопкой мыши. Когда вы подведёте указатель мыши к свободному выводу элемента, узлу или проводнику (соединительной линии) и щёлкните левой кнопкой мыши, то появится линия, соединяющая элементы (проводник).
Сопротивление проводников в Multisim нулевое. Необходимо иметь ввиду, что схема обязательно должна быть заземлена, и на рабочем поле должен присутствовать хотя бы один измерительный прибор. Заземление подключается к любой точке схемы.
Когда схема собрана, и подключены все необходимые измерительные приборы, то можно начать симуляцию (включить схему). Включение осуществляется выключателем в верхнем правом углу экрана. После включения схемы модель начинает работать. После снятия необходимых данных схему надо отключить. Любые изменения в схемы возможны только в отключенном режиме.
Для примера рассмотрим усилительный каскад на биполярном транзисторе - включенным в схему с обшим эмиттером. Построим графики зависимости выходного и входного напряжений от времени, передаточную характеристику, амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики.
1) Соберем исследуемую схему в среде Multisim
Примечание:
-двойное нажатие левой кнопкой мыши на элемент позволяет изменить его параметры
-для удобства при работе можно изменять цвет проводов (выделяем провод правой кнопкой мыши и в появившемся контекстном меню выбираем Change Color)
2) Запускаем схему, осциллограф автоматически строит графики зависимости входного и выходного напряжений от времени (для того, чтобы их посмотреть, достаточно нажать левой кнопкой мыши на осциллографе).
В активном окне Oscilloscope-XSC1 можно увеличивать и уменьшать масштаб, сдвигать графики по осям ординат и абсцисс, с помощью курсора смотреть параметры в каждой точке графика (здесь- значение напряжения), с помощью кнопки Save можно сохранить данные осциллографа в виде таблице в текстовом файле.
3) Построение аналогичных графиков с помощью Transient Analysis.
С помощью кнопки плоттера отображение курсоров и данных можно посмотреть значение напряжений в любой точке. При анализе графики для удобства отображаются разными цветами.
В окне Transient Analysis на вкладке Output выбираем необходимые для анализа величины, а на вкладке Analysis Parameters можно установить начальное и конечное время анализа (такие же действия производятся в любом виде анализа).
4) Построение передаточной характеристики (зависимость выходного напряжения от входного) с помощью DC-Sweep Analysis. Работа в плоттере (Grapher View) с графиком осуществляется аналогично.
5) Построение АЧХ и ФЧХ (с помощью AC-Analysis).
Этой статьей начинаю освещать одну из интереснейших тем это тема компьютерного, еще говорят, схемотехнического моделирования схем различных электронных устройств .
Вообще термин моделирование электронных схем имеет много синонимов, это и эмуляция электронных схем, симуляция электронных схем и т. д. Я буду придерживаться термина «компьютерное моделирование» или моделирование схем на компьютере, не суть важно.
Итак, поехали.
На сегодняшний день существуем множество компьютерных программ, которые предназначены в первую очередь для разработки различных электронных устройств и в таких программах существует одна из важных функций – эмуляция электрических схем.
Перечислю только самые известные из них:
LTSpice и множестов других программ.
Сегодня я хочу вас познакомить с программой компании National Instruments – это эмулятор схем Multisim.
Бесплатную программу Multisim с ограничениями на 50 элементов в схеме можно скачать с сайта производителя по ссылке https://lumen.ni.com/nicif/confirmation.xhtml, там же на сайте можно найти версию для учебных заведений, более расширенную по сравнению с предидущей, но тоже имеющую свои ограничения https://lumen.ni.com/nicif/us/academicevalmultisim/content.xhtml
Начнем с изучения интерфейса программы.
Основные функциональные панели программы показаны на следующем рисунке.
Отдельный интерес представляет панель компонентов. С помощью панели компонентов осуществляется доступ к базе компонентов. При нажатии на любую из выбранных пиктограмм компонентов схем открывается окно Выбор компонента . В левой части окна осуществляется выбор необходимого компонента.
Вся база данных компонентов разделена на разделы (пассивные элементы, диоды, транзисторы, микросхемы и т. д.), а разделы на семейства (например, для диодов – это сами диоды, стабилитроны, светодиоды, тиристоры и т. д.). Надеюсь идея понятна.
Так же в окне выбора компонента можно посмотреть обозначение выбранного компонента, описание его функции, выбрать тип корпуса.
Моделирование схем в программе Multisim.
Теперь переходим непосредственно к практике. Давайте соберем простую схему в программе Multisim и заставим ее работать!
Я скачал из интернета схему мультивибратора на двух транзисторах, где в качестве нагрузки используются светодиоды.
Можем воспользоваться измерительными приборами, например виртуальным осциллографом и посмотреть сигналы в различных точках схемы.
Мы убедились, что схема работает, на этом знакомство с программой Multisim заканчиваю, если вас заинтересовала тема моделирования схем, пишите свои вопросы в комментариях, отвечу с удовольствием.
Ну и на последок, по традиции представляю вам подробное видео по моделированию схем в программе Multisim.
Если вы еще не подписались на новые выпуски интернет журнала «Электрон», то заполняйте форму внизу страницы и получайте новые выпуски на электронную почту в формате PDF.
В связи с широким развитием вычислительных устройств задача расчета и моделирования электрических схем заметно упростилась. Наиболее подходящим программным обеспечением для данных целей является продукт National instruments – Multisim (Electronic Workbench).
В данной статье рассмотрим простейшие примеры моделирования электрических схем с помощью Multisim.
Итак, у нас имеется Multisim 12 это последняя версия на момент написания статьи. Откроем программу и создадим новый файл с помощью сочетания Ctrl+N.
После создания файла перед нами открывается рабочая зона. По сути, рабочая зона Multisim – это поле для собирания требуемой схемы из имеющихся элементов, а их выбор, поверьте велик.
Кстати вкратце о элементах. Все группы по умолчанию расположены на верхней панели. При нажатии на какую либо группу, перед вами открывается контекстное окно, в котором вы выбираете интересующий вас элемент.
По умолчанию используется база элементов – Master Database. Компоненты содержащиеся в ней разделены на группы.
Перечислим вкратце содержание групп.
Sources содержит источники питания, заземление.
Basic – резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и т.д.
Diodes – содержит различные виды диодов.
Transistors - содержит различные виды транзисторов.
Analog - содержит все виды усилителей: операционные, дифференциальные, инвертирующие и т.д.
TTL - содержит элементы транзисторно-транзисторная логики
CMOS - содержит элементы КМОП-логики.
MCU Module – управляющий модуль многопунктовой связи.
Advanced_Peripherals – подключаемые внешние устройства.
Misc Digital - различные цифровые устройства.
Mixed - комбинированные компоненты
Indicators - содержит измерительные приборы и др.
С панелью моделирования тоже ничего сложного, как на любом воспроизводящем устройстве изображены кнопки пуска, паузы, останова. Остальные кнопки нужны для моделирования в пошаговом режиме.
На панели приборов расположены различные измерительные приборы (сверху вниз) - мультиметр , функциональный генератор, ваттметр, осциллограф, плоттер Боде, частотомер, генератор слов, логический конвертер, логический анализатор, анализатор искажений, настольный мультиметр.
Итак, бегло осмотрев функционал программы, перейдём к практике.
Пример 1
Для начала соберём простенькую схему, для этого нам понадобиться источник постоянного тока (dc-power) и пара резисторов (resistor).
Допустим нам необходимо определить ток в неразветвленной части, напряжение на первом резисторе и мощность на втором резисторе. Для этих целей нам понадобятся два мультиметра и ваттметр. Первый мультиметр переключим в режим амперметра, второй – вольтметра, оба на постоянное напряжение. Токовую обмотку ваттметра подключим во вторую ветвь последовательно, обмотку напряжения параллельно второму резистору.
Есть одна особенность моделирования в Multisim – на схеме обязательно должно присутствовать заземление, поэтому один полюс источника мы заземлим.
После того как схема собрана нажимаем на пуск моделирования и смотрим показания приборов.
Проверим правильность показаний (на всякий случай=)) по закону Ома
Показания приборов оказались верными, переходим к следующему примеру.
Пример 2
Соберём усилитель на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером. В качестве источника входного сигнала используем функциональный генератор (function generator). В настройках ФГ выберем синусоидальный сигнал амплитудой 0,1 В, частотой 18,2 кГц.
С помощью осциллографа (oscilloscope) снимем осциллограммы входного и выходного сигналов, для этого нам понадобится задействовать оба канала.
Чтобы проверить правильность показаний осциллографа поставим на вход и на выход по мультиметру, переключив их предварительно в режим вольтметра.
Запускаем схему и открываем двойным кликом каждый прибор.
Показания вольтметров совпадают с показаниями осциллографа, если знать что вольтметр показывает действующее значение напряжения, для получения которого необходимо разделить амплитудное значение на корень из двух.
Пример 3
С помощью логических элементов 2 И-НЕ соберём мультивибратор, создающий прямоугольные импульсы требуемой частоты. Чтобы измерить частоту импульсов воспользуемся частотомером (frequency counter), а проверим его показания с помощью осциллографа.
Итак, допустим, мы задались частотой 5 кГц, подобрали опытным путём требуемые значения конденсатора и резисторов. Запускаем схему и проверяем, что частотомер показывает приблизительно 5 кГц. На осциллограмме отмечаем период импульса, который в нашем случае равен 199,8 мкс. Тогда частота равна
Мы рассмотрели только малую часть всех возможных функций программы. В принципе, ПО Multisim будет полезен как студентам, для решения задач по электротехнике и электронике, так и преподавателям для научной деятельности и т.д.
Надеемся данная статья оказалась для вас полезной. Спасибо за внимание!