Генератор напряжение в мультисиме
Проектирование электронных устройств в Multisim 12.0. Часть 16
В программной среде Multisim большинство виртуальных инструментов представлено в виде пиктограммы, которая подключается к разрабатываемой схеме, и панели инструмента, на которой устанавливаются параметры прибора.
В Multisim 12.0 включены следующие виртуальные симулируемые приборы Agilent:
- осциллограф 54622D модели;
- мультиметр 34401А модели;
- функциональный генератор 33120А модели.
В этой статье будут рассмотрены особенности работы с таким виртуальным инструментом, как функциональный генератор Agilent. Пиктограмма этого прибора расположена на панели инструментов «Приборы». Принцип работы инструмента (подключение к схеме, использование) идентичен принципу работы его реального аналога. Для того, что бы добавить виртуальный прибор в рабочее поле программы, необходимо нажать на его пиктограмму на панели «Приборы» и разместить его с помощью мыши в необходимом месте на схеме. Для того, что бы отобразить лицевую панель прибора, необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши на пиктограмме прибора на схеме. После того как панель откроется, сделайте необходимые настройки подобно тому, как бы вы это сделали на панели реального прибора. Принцип соединения виртуальных инструментов с элементами схемы такой же, как и для других компонентов схемы.
В каждой схеме может использоваться много приборов, в том числе и копии одного и того же прибора. Кроме того, у каждого окна схемы может быть свой набор приборов. Каждая копия прибора настраивается и соединяется отдельно. Рассмотрим подробно работу с виртуальным функциональным генератором Agilent в Multisim.
Виртуальный функциональный генератор Agilent.
Функциональный генератор представляет собой инструмент для генерации тестовых сигналов различной формы и может использоваться для подачи данных сигналов в моделируемую схему.
В Multisim в качестве виртуального функционального генератора Agilent используется программный прототип реального прибора Agilent 33120А модели. Лицевая панель функционального генератора Agilent и его пиктограмма на схеме представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Лицевая панель функционального генератора Agilent и его пиктограмма на схеме
Прибор Agilent 33120A предназначен для генерации электромагнитных колебаний в диапазоне от 100мкГц до 15МГц с шагом установки частоты 10мкГц. Высокие технические характеристики, возможность генерации сигналов стандартной и произвольной формы, широкие функциональные возможности делают этот прибор превосходным выбором во всех случаях, когда требуется имитировать поведение определенного устройства или исследовать реакцию разрабатываемой схемы на разнообразные воздействующие сигналы. Главной отличительной особенностью функционального генератора Agilent 33120A является высокая стабильность и низкий уровень побочных гармоник формируемых сигналов стандартной и произвольной формы. Начав с сигналов, с которыми предпочтительно должен работать испытываемый объект, затем можно добавлять к ним шумы, гармоники, негармонические составляющие и другие помехи и наблюдать, насколько правильно реагирует на них объект измерения. Проводя испытания на реалистичных сигналах, можно удостовериться, что разрабатываемое устройство правильно работает с сигналами, которые встречаются в реальных условиях, прежде чем оно будет введено в эксплуатацию.
Большая часть возможностей, задокументированных в руководстве реального функционального генератора Agilent 33120A доступна и в виртуальной версии этого прибора в Multisim, а именно следующие технические характеристики:
- стандартные формы сигнала: синусоидальная, прямоугольная, треугольная, пилообразная, белый шум, постоянное напряжение, sin(x)/х, экспоненциальное нарастание, экспоненциальный спад, кардиосигнал;
- сигналы произвольной формы;
- модуляция: AM, FM, Burst, FSK, Sweep;
- режимы переключения: Auto/Single только для Burst и Sweep модуляции;
- отображение напряжения: Vpp, Vrams и dBm;
- редактирование значений можно выполнять при помощи ручки управления или кнопок лицевой панели функционального генератора;
- частотные параметры сигналов: синусоидальный – 100мкГц-15МГц, прямоугольный – 100мкГц-15МГц, треугольный – 100мкГц-100кГц, пилообразный – 100мкГц-100кГц, белый шум – полоса частот 10МГц.
Широкие функциональные возможности Agilent 33120A позволяют:
- задавать 10 вариантов стандартных форм сигналов;
- изменять амплитуду, частоту и смещение сигналов;
- модифицировать параметры стандартных и произвольных сигналов (коэффициент заполнения последовательности импульсов; частоту, амплитуду и глубину модуляции для амплитудной и частотной модуляции);
- генерировать сигналы стандартной и произвольной форм в непрерывном или пакетном режимах;
- генерировать сигналы амплитудной и частотной модуляции, частотной манипуляции и импульсной пакетной с возможностью модуляции от внутреннего или внешнего источника (ЧМ — только от внутреннего источника);
- формировать до четырех сигналов произвольной формы.
Обзор лицевой панели виртуального функционального генератора Agilent.
Лицевая панель функционального генератора используется для ввода установок данного прибора. В ее верхней части находится окно индикации. Ниже этого окна расположены два ряда функциональных кнопок и кнопка Power – включение/выключение прибора.
Выбор типа сигнала производится при помощи кнопок группы FUNCTION. Кнопки не имеют названий, но их функции интуитивно понятны, так как на каждой кнопке визуально отображена форма генерируемого с ее помощью выходного сигнала. Частоту, амплитуду и смещение сигнала можно задать при помощи кнопок группы MODIFY: Freq, Ampl и Offset соответственно. При этом редактирование значений можно выполнять при помощи ручки управления или ряда кнопок-стрелок лицевой панели функционального генератора.
Подключение к схеме и использование прибора.
Для подключения к схеме функциональный генератор имеет два вывода: синхронизация, выход. Для наглядной демонстрации работы данного прибора воспользуемся виртуальным осциллографом, который подключим к выходу функционального генератора (рис. 2).
Рис. 2. Подключение функционального генератора Agilent к схеме, генерация синусоидальных сигналов и их отображение на дисплее осциллографа
В верхней части лицевой панели двухканального осциллографа расположен графический дисплей, который предназначен для графического отображения формы сигнала. Так же прибор оснащен двумя курсорами для проведения измерений во временной области, которые при необходимости можно перемещать при помощи левой кнопки мыши. В нижней части находится панель управления, предназначенная для настройки отображения измеряемого сигнала. Отображение сигнала на экране графического дисплея производится слева направо.
Запустим процесс моделирования схемы, откроем лицевые панели приборов. Для включения функционального генератора нажмем кнопку Power. Зададим генерацию синусоидальных сигналов с частотой 1.4 kHz и амплитудой 1.9 В — полученный сигнал отображается на дисплее осциллографа. Как видно из рисунка 2, амплитуда и форма сигнала соответствуют установленной на панели сигнал генератора – 1.9 В, синусоидальная.
Рисунок 3 демонстрирует отображение на дисплее осциллографа генерируемого функциональным генератором кардиосигнала с частотой 2.2 kHz. На рисунке 4 показан момент времени, в котором функциональный генератор находится в режиме смещения сигнала, при этом результат отображается на дисплее осциллографа.
Читайте также: Стабилизатор напряжения это электрическое устройство
Рис. 3. Генерация кардиосигнала с частотой 2.2 kHz и его отображение на дисплее осциллографа
Рис. 4. Смещение генерируемого функциональным генератором сигнала
Функциональный генератор поддерживает амплитудную и частотную модуляцию выходного сигнала. Для входа в режим амплитудной модуляции необходимо нажать комбинацию кнопок Shift+АМ на лицевой панели прибора. В результате чего на дисплее появится световой сигнализатор АМ и будет показана частота несущего сигнала, которую можно изменить при помощи кнопок-стрелок или ручки управления. Также можно задать амплитуду и форму несущего сигнала. Если не задать новые значения параметров, то они останутся такими же, как в предыдущем режиме работы прибора. Амплитуда и частота несущего сигнала устанавливаются при помощи кнопок Freq и Ampl группы MODIFY, глубина модуляции – при помощи комбинации кнопок Shift+Ampl. На рисунке 5 показана лицевая панель функционального генератора в режиме амплитудной модуляции, при этом результат отображается на дисплее осциллографа. Выбор глубины модуляции демонстрирует рисунок 6.
Рис. 5. Функциональный генератор Agilent в режиме амплитудной модуляции и полученный сигнал на дисплее осциллографа
Рис. 6. Выбор глубины модуляции сигнала
Для входа в режим частотной модуляции необходимо нажать комбинацию кнопок Shift+FМ. Выходной сигнал амплитудной или частотной модуляции включается сразу после выбора соответствующего режима, при этом параметры выходного сигнала устанавливаются в соответствии с текущими настройками прибора. Если требуется выйти из режима амплитудной или частотной модуляции, нажмите повторно комбинацию кнопок Shift+АМ или Shift+FМ соответственно. В результате световой сигнализатор АМ или FМ на дисплее исчезнет. Также функциональный генератор Agilent поддерживает режимы Burst, FSK и Sweep модуляции (рис. 7).
Рис. 7. Функциональный генератор Agilent в режиме Burst модуляции и полученный сигнал на дисплее осциллографа
Генератор сигналов
Генератор сигналов (function generator) – это источник напряжения, который может генерировать синусоидальные, пилообразные и прямоугольные импульсы. Можно изменить форму сигнала, его частоту, амплитуду, коэффициент заполнения и постоянный сдвиг. Диапазон генератора достаточен, чтобы воспроизвести сигналы с частотами от нескольких герц до аудио и радиочастотных.
Разное
Если «ревёт» один из дросселей резонансного стабилизатора, забейте деревянный клин между его катушками.
Интересно
Получить малозаметное и очень прочное соединение на молекулярном уровне можно, смочив треснувшую пластмассу ацетоном или нитрорастворителем.
Похожие инструкции
Sprint-Layout является простым в использовании программным обеспечением для разработки односторонних, двусторонних и многослойных печатных плат (PCB).
Комплексный пакет программ Cadsoft EAGLE — незаменимое решение для разработки печатных плат.
ARES — графический редактор печатных плат со встроенным менеджером библиотек и автотрассировщиком ELECTRA, автоматической расстановкой компонентов на печатной плате.
ISIS — графический редактор принципиальных схем служит для ввода разработанных проектов с последующей имитацией и передачей для разработки печатных плат в ARES.
Программный пакет DipTrace представляет собой полнофункциональную систему для разработки принципиальных схем и печатных плат.
Программный пакет DipTrace представляет собой полнофункциональную систему для разработки принципиальных схем и печатных плат.
Работа с виртуальными приборами в программной среде NI Circuit Design Suite — Multisim 12.0. Часть 2
Принцип работы всех инструментов Multisim (подключение к схеме и использование) идентичен принципу работы реальных аналогов этих приборов. Для того чтобы добавить виртуальный прибор в рабочее поле программы, необходимо нажать на его пиктограмму на панели «Приборы» и разместить его с помощью мыши в необходимом месте на схеме. Для того чтобы отобразить лицевую панель прибора, следует дважды щелкнуть левой кнопкой мыши на пиктограмме прибора на схеме. После того как панель откроется, введите необходимые настройки подобно тому, как бы вы это сделали на панели реального прибора. Принцип соединения виртуальных инструментов с элементами схемы такой же, как и для других компонентов схемы.
Рассмотрим подробно работу с каждым из виртуальных инструментов в Multisim.
Ваттметр
Ваттметр является специальным прибором для измерения активной мощности. Результат измерения отображается в ваттах. Помимо этого, ваттметр показывает коэффициент мощности, вычисляемый по сдвигу между напряжением и током и их произведению. Коэффициент мощности равен косинусу фазового угла между напряжением и током.
На рис. 1 представлена лицевая панель ваттметра и его пиктограмма на схеме. В верхней части панели находится окно «Результаты измерений», которое предназначено для просмотра результатов измерений, в частности — средней мощности. Ниже этого окна расположено поле «Коэффициент мощности». (Величина коэффициента лежит в диапазоне от 0 до 1.) В нижнем левом и правом углах ваттметра расположены «Входные клеммы».
Рис. 1. Лицевая панель ваттметра, его пиктограмма на схеме и пример подключения этого прибора к схеме
Работа с этим прибором проста. Для того чтобы определить мощность на нагрузке, необходимо первые две входные клеммы ваттметра включить параллельно нагрузке, а следующие две — последовательно. Результат отобразится в окне «Результаты измерений». Пример на рис. 1 демонстрирует определение мощности, рассеиваемой на резисторе R8 схемы.
Функциональный генератор
Функциональный генератор представляет собой инструмент для генерации тестовых сигналов синусоидальной, треугольной или прямоугольной формы и может использоваться для подачи этих сигналов в моделируемую схему. Для подключения к схеме функциональный генератор имеет три вывода: положительный, отрицательный, общий (нейтральный). На рис. 2 показаны лицевая панель рассматриваемого прибора и его пиктограмма на схеме, а также пример его подключения к схеме.
Рис. 2. Лицевая панель функционального генератора, его пиктограмма на схеме и пример подключения этого прибора к схеме
Лицевая панель функционального генератора используется для ввода установок прибора. В ее верхней части расположено поле «Форма сигнала», в котором находятся кнопки выбора одного из трех типов сигналов. Кнопки не имеют названий, но их функции интуитивно понятны, так как на каждой кнопке визуально отображена форма генерируемого с ее помощью выходного сигнала.
В поле «Параметры сигнала» можно задать путем ввода с клавиатуры такие значения генерируемого сигнала:
При выборе кнопки генерации прямо-угольных сигналов в нижней части лицевой панели генератора становится активной кнопка «Фронт/Спад», после нажатия на которую открывается окно «Установка времени фронта/спада» (рис. 3). В этом окне в поле «Время фронта/спада» можно с клавиатуры ввести необходимое значение времени в нс или мкс.
Читайте также: Как проверить есть ли напряжение в проводе индикаторной отверткой
Рис. 3. Окно «Установка времени фронта/спада»
Логический преобразователь
Логический преобразователь изменяет представление схемы и цифровых сигналов и используется для анализа цифровых схем. Реального аналога этот прибор не имеет. На рис. 4 представлены лицевая панель этого виртуального прибора и его пиктограмма на схеме, а также пример его подключения к схеме.
Рис. 4. Лицевая панель логического преобразователя, его пиктограмма на схеме и пример подключения этого прибора к схеме
Прибор имеет восемь входов и один выход. В левой части панели находится окно таблицы истинности исследуемой схемы. Столбцы таблицы соответствуют входам логического преобразователя (A, B, C, D, E, F, G, H). Над каждым столбцом таблицы расположен кружок, который отображается белым цветом в случае, когда вход преобразователя используется, и серым — когда вход свободен. Последний столбец таблицы истинности соответствует выходу логического преобразователя. Значения этого столбца можно изменять для каждого входного условия, для чего необходимо щелкнуть по нему левой кнопкой мыши, переключаясь между тремя возможными установками: «лог. 0», «лог. 1», значение Х.
В нижней части лицевой панели находится строка функций, в которой отображается логическое выражение, соответствующее исследуемой схеме. Логическое выражение в это поле можно ввести и вручную в том случае, когда есть необходимость построить таблицу истинности согласно заданной функции либо произвести синтез схемы, реализующей функцию, описываемую введенным логическим выражением.
В правой части лицевой панели прибора расположено шесть кнопок выбора преобразования:
- «Построение таблицы истинности исследуемой схемы»;
- «Построение логического выражения согласно с таблицей истинности»;
- «Построение логического выражения в упрощенной форме согласно с таблицей истинности»;
- «Построение таблицы истинности согласно с логическим выражением»;
- «Построение схемы на логических вентилях согласно с логическим выражением»;
- «Построение схемы на логических вентилях в базисе И‑НЕ согласно с логическим выражением».
Для того чтобы получить таблицу истинности исследуемой схемы, необходимо подключить входы логического преобразователя к входам исследуемой схемы, а выход логического преобразователя соединить с выходом схемы, после чего нажать на кнопку «Построение таблицы истинности исследуемой схемы». В результате окно таблицы истинности будет заполнено значениями логических нулей и единиц.
Для построения логического выражения согласно с таблицей истинности необходимо составить таблицу истинности в соответствующем окне лицевой панели логического преобразователя. Для того чтобы заполнить это окно, нужно воспользоваться кнопками-кружками в верхней части лицевой панели. Так же устанавливаются и выходные значения таблицы истинности. После того как таблица составлена, следует нажать на кнопку «Построение логического выражения согласно с таблицей истинности» или «Построение логического выражения в упрощенной форме согласно с таблицей истинности» в случае, когда необходимо получить выражение в дизъюнктивной нормальной форме.
Построение таблицы истинности согласно с логическим выражением производится путем ввода логического выражения в строку функций и последующего нажатия на соответствующую кнопку.
Ввод выражения производится в соответствии со следующими правилами:
- В выражении могут использоваться только значения букв, совпадающие с названиями входов логического преобразователя (то есть A, B, C, D, E, F, G, H).
- Логическая операция сложения обозначается знаком «+».
- Логическая операция умножения не обозначается.
- Инверсия обозначается знаком «′».
- При составлении выражения при необходимости могут использоваться скобки «()».
Построение схемы, которая реализует логическое выражение, производится путем ввода в строке функций этого выражения и последующего нажатия на кнопку «Построение схемы на логических вентилях согласно с логическим выражением». В результате чего логический преобразователь выведет на рабочее поле программы схему, которая реализует функцию, описывающую введенное в строке функций выражение. Пример данного преобразования представлен на рис. 5.
Рис. 5. Построение схемы, реализующей заданную функцию, при помощи логического преобразователя
Построение схемы в базисе И‑НЕ, которая реализует заданное логическое выражение, производится путем ввода в строке функций этого выражения и последующего нажатия на кнопку «Построение схемы на логических вентилях в базисе И‑НЕ согласно с логическим выражением». В результате чего будет выведена на рабочее поле программы схема, соответствующая условиям заданной функции, реализованная только на вентилях И‑НЕ. Пример такого преобразования представлен на рис. 6.
Рис. 6. Построение схемы в базисе И НЕ при помощи логического преобразователя
Двухканальный осциллограф
Осциллограф позволяет измерять следующие параметры электрического сигнала: напряжение, ток, частоту, угол сдвига фаз. Этот прибор предоставляет возможность наблюдать за формой сигнала во времени. Двухканальный осциллограф имеет два входа (канал А и В) и может отображать осциллограммы двух сигналов одновременно. Пиктограмма двухканального осциллографа на схеме и его лицевая панель представлены на рис. 7.
Рис. 7. Пиктограмма двухканального осциллографа на схеме и его лицевая панель
Каждый канал имеет сигнальный вход и контакт заземления. В программе Multisim осциллограф заземлен по умолчанию, поэтому контакт заземления можно не использовать.
В верхней части лицевой панели расположен графический дисплей, который предназначен для графического отображения формы сигнала, а именно для отображения напряжения по вертикальной оси и, соответственно, времени по горизонтальной оси. Также прибор оснащен двумя курсорами для проведения измерений во временной области, которые при необходимости можно перемещать при помощи левой кнопки мыши.
В нижней части находится панель управления, предназначенная для настройки отображения измеряемого сигнала. На панели управления размещено четыре окна настроек («Развертка», «Канал А», «Канал В», «Синхронизация»), кнопки «Экран» и «Сохранить», а также окно «Показания курсора», в котором расположено три поля:
- «Т1» (показания курсора Т1);
- «Т2» (показания курсора Т2);
- «Т2‑Т1» (временной сдвиг между курсорами/разность напряжений между проверяемыми точками);
- кнопки стрелок, позволяющие изменять значения показаний курсора в большую или в меньшую сторону.
Окно «Показания курсора» находится под графическим дисплеем и предназначено для отображения времени и напряжения в проверяемых точках (точках пересечения курсора с синусоидальной кривой), а также для отображения разности между показаниями курсора Т2 и Т1.
В верхней части окна «Развертка» расположено поле «Шкала», в котором задается величина деления по оси Х. Начальная точка вывода сигнала на оси Х указывается в поле «Задержка Х». Поле может принимать как положительное, так и отрицательное значение. По умолчанию значение этого поля — 0. Отображение сигнала на экране графического дисплея производится слева направо. Ввод положительного значения в это поле сдвигает начальную точку вывода сигнала вправо, соответственно, ввод отрицательного значения сдвигает начальную точку влево. Выбор режима развертки осуществляется посредством нажатия одной из четырех кнопок (Y/T, Add, B/A, A/B), расположенных в нижней части окна «Развертка». В случае выбора режима «Y/T» (сигнал по оси Y/время) на экране графического дисплея по оси Y будут отображаться сигналы каналов А и В, а ось Х будет осью времени. В режиме Add на экране графического дисплея отображается суммарный сигнал каналов А и В. Режимы B/A и A/B используются для построения передаточной характеристики исследуемой схемы, при этом в режиме B/A отображается сигнал канала В относительно канала А, а в режиме A/B — сигнал канала А относительно канала В.
Читайте также: Защита от прямого прикосновения при сверхнизком напряжении
В верхней части окна «Канал А» расположено поле «Шкала», в котором задается величина деления по оси Y. Начальная точка вывода сигнала на оси Y указывается в поле «Смещение Y». Поле может принимать как положительное, так и отрицательное значение. По умолчанию значение этого поля — 0. (В этом случае начальная точка Y находится на пересечении осей Y и Х.) Ввод положительного значения в это поле сдвигает начальную точку вверх по оси Y, соответственно, ввод отрицательного значения сдвигает начальную точку вниз. (Изменение значения в этом поле на 1 сдвигает исходную точку на одно деление оси Y.)
Выбор режима работы осуществляется посредством нажатия одной из трех кнопок (АС, «0», DC). В режиме АС отображается только переменная составляющая сигнала, а в режиме DC — сумма переменной и постоянной составляющих сигнала. В случае выбора кнопки «0» входной канал замыкается на «землю», а на экране графического дисплея отображается прямая линия в точке исходной установки оси Y. В правой нижней части окна «Канал А» расположен индикатор входного вывода, отображающий наличие подключения канала А к схеме.
Окно «Канал В» имеет аналогичные параметры настроек, за исключением кнопки «–», которой нет в окне «Канал А». С помощью этой кнопки можно задать инверсный режим работы осциллографа, в котором сигнал инвертируется относительно положения нуля. Этот режим применяется только для канала В.
В нижней правой части панели управления осциллографа размещено окно «Синхронизация». В верхней части этого окна находится поле «Запуск», в котором расположены пять кнопок. Первые две кнопки позволяют осуществить выбор запуска сигнала синхронизации — по фронту или по срезу. Следующие три кнопки служат для выбора источника синхронизации: «А» (канал А), «В» (канал В), «Внеш» (внешняя синхронизация). При помощи поля «Уровень» путем ввода значения с клавиатуры можно регулировать уровень, при превышении которого происходит запуск осциллограммы.
В нижней части окна «Синхронизация» находятся кнопки выбора режима синхронизации:
- «Одн» (однократный) — режим ожидания сигнала синхронизации. Он используется для регистрации однократного сигнала.
- «Норм» (Обычный) — в этом режиме осциллограф обновляет изображение на экране графического дисплея каждый раз при достижении уровня переключения.
- «Авто» (автоматический) — сигнал синхронизации создается автоматически. Этот режим используется в том случае, когда невозможно создать сигнал запуска в однократном или обычном режиме. Запуск осциллограммы производится автоматически при подключении осциллографа к схеме или при включении эмуляции схемы.
- «Нет» (синхронизация отсутствует) — этот режим может быть использован при измерении напряжения постоянного тока.
В верхней правой части панели управления осциллографа расположены две кнопки: «Экран» и «Сохранить». Кнопка «Экран» используется для инверсии цвета фона экрана графического дисплея осциллографа: с ее помощью производится переключение между белым и черным цветом фона. Сохранить результаты измерений, полученные при помощи осциллографа, на диск вашего компьютера можно в формате .scp (осциллограмма), .lvm (текстовый файл), .tdm (двоичный файл) при помощи кнопки «Сохранить».
Амперметр
Амперметр — это измерительный прибор для определения силы постоянного и переменного тока в электрической цепи. Показания амперметра зависят от величины протекающего через него тока, в связи с чем сопротивление амперметра по сравнению с сопротивлением нагрузки должно быть как можно меньше.
В Multisim использовать амперметр для измерения протекающего в схеме тока удобнее, чем мультиметр, по причине того, что амперметр занимает меньше места на схеме. Виртуальный амперметр находится на панели инструментов «Виртуальные измерительные компоненты». Эту панель можно добавить в проект при помощи команды меню «Вид/Панель инструментов».
По умолчанию сопротивление амперметра равно 1 мОм, но при необходимости этот параметр можно изменять. Сделать это можно следующим образом. Дважды щелкните левой кнопкой мыши по пиктограмме рассматриваемого прибора и в открывшемся окне «Амперметр» на вкладке «Параметры» в поле «Внутреннее сопротивление» введите нужное значение и единицы измерения (пОм, нОм…).
В этом же окне есть возможность задать режим работы амперметра. По умолчанию установлен режим DC, при котором измеряется только постоянная составляющая сигнала. Если возникает необходимость измерять среднеквадратичное значение сигнала, установите в поле «Режим» режим работы АС. Для вступления в силу внесенных изменений необходимо нажать на кнопку «ОК», которая находится в нижней части диалогового окна.
Работа с прибором проста. К примеру, для измерения тока, протекающего через цепь в ветке между двумя узлами, необходимо включить виртуальный амперметр последовательно с цепью, как и реальный амперметр. Если есть необходимость одновременно измерить ток другого узла цепи, включите в цепь второй амперметр.
Результаты измерений отображаются в окне результатов на пиктограмме амперметра.
На рис. 8 представлен пример подключения двух амперметров к схеме, а также окно настроек этого виртуального инструмента.
Рис. 8. Пример подключения двух амперметров к схеме и окно настроек амперметра
Программа Multisim предоставляет широкий набор виртуальных инструментов, которые позволяют производить измерения различных величин, задавать входные воздействия, строить графики. Как вы уже могли убедиться, все приборы изображаются в виде, который максимально приближен к реальному, поэтому работать с ними просто и удобно.
Регулируемый источник постоянного напряжения мультисим
Проектирование электронных устройств в Multisim 12.0. Часть 13
Работа с измерительным пробником
При проектировании устройства на этапе разработки схемы принципиальной может возникнуть необходимость произвести проверку постоянного (переменного) напряжения или тока на участке цепи, или же измерение частоты сигнала в разных точках схемы. Для данных целей в программе Multisim можно использовать измерительный пробник. Данный прибор может быть размещен в рабочем проекте Multisim до запуска процесса симуляции схемы или во время симуляции. Для размещения измерительного пробника до запуска процесса симуляции необходимо на панели инструментов «Приборы» выбрать при помощи левой кнопки мыши пиктограмму данного прибора (при этом курсор примет вид желтого значка со стрелкой), подвести курсор к месту размещения пробника и щелкнуть левой кнопкой мыши по проводнику. Результаты измерения (напряжение, ток, частота) будут отображены после запуска симуляции схемы в окне результатов измерительного пробника.
Для размещения измерительного пробника на схеме во время симуляции необходимо выполнить следующую последовательность действий:
- На панели инструментов «Приборы» выбрать при помощи левой кнопки мыши пиктограмму данного прибора (при этом курсор примет вид окна результатов).
- С помощью мыши переместить измерительный пробник на схему.
- Щелкнуть левой кнопкой мыши на схеме в местах измерения столько раз, сколько измерительных пробников вам необходимо разместить.
- Для выхода из режима размещения пробника необходимо щелкнуть на схеме правой кнопкой мыши или нажать на клавиатуре на клавишу «Esc».
Измерительный пробник, добавленный в проект во время симуляции схемы, отображает не все параметры измерения. Однако, после запуска повторной симуляции схемы, измерительный пробник, размещенный во время предыдущей симуляции, будет воспринят программой Multisim как пробник, который был размещен до запуска симуляции, и будет отображать все результаты измерений, которые возможно произвести с его помощью.
Во время симуляции измерения при помощи измерительного пробника можно производить и без его размещения на схеме. Для этого необходимо на панели инструментов «Приборы» выбрать при помощи левой кнопки мыши пиктограмму данного прибора и после того как курсор примет вид окна результатов подвести курсор к месту измерения на схеме. Результаты измерения (значения мгновенного напряжения, напряжения от пика до пика p-p, действующего напряжения rms, постоянного напряжения dc, частоты) будут отображены в окне результатов. После того как результаты получены, можно подвести курсор мыши к следующей цепи схемы, в которой необходимо произвести измерения. В окне результатов будет отображен новый набор результатов измерений. Окно результатов отображает результаты только в том случае, если запущена симуляция схемы и курсор помещен на проводник. Данным способом можно измерять только напряжение и частоту.
Пиктограммы измерительных пробников на схеме, а так же их подключение к проводнику демонстрирует рисунок 1.
Рис. 1. Пиктограммы измерительных пробников на схеме, а так же их подключение к проводнику
Зеленая стрелка на пиктограмме отображает полярность подключения пробника, которую можно изменять следующим образом — щелкните на пробнике правой кнопкой мыши и в открывшемся контекстном меню выберите пункт «Полярность подключения». Так же изменить полярность можно и при помощи команды меню «Моделирование/Полярность подключения».
Окно настроек измерительного пробника можно открыть при помощи команды меню «Моделирование/Параметры динамического пробника» или же следующим образом – выделите левой кнопкой мыши данный виртуальный прибор на схеме и вызовите при помощи правой кнопки мыши контекстное меню, в котором выберите пункт «Свойства». В результате, не зависимо от выбранного способа, откроется окно «Параметры пробника», которое разделено на три вкладки:
В случае открытия окна «Параметры пробника» при помощи пункта «Свойства» контекстного меню, в данном окне будет доступна так же вкладка «Triggers».
Рассмотрим каждую из вкладок окна «Параметры пробника» более подробно.
На вкладке «Triggers» можно создать триггер – средство, позволяющее задавать выполнение определенного действия по достижении выбранным параметром определенного условия. Вкладка «Triggers» представлена на рисунке 2.
Рис. 2. Вкладка «Triggers»
В верхней части вкладки находится окно «Переключатель панели описания», которое содержит список и описание уже имеющихся триггеров. Для создания или удаления триггера используются кнопки «Новый» и «Удалить». Для того, что бы создать новый триггер, необходимо нажать на кнопку «Новый», в результате чего в окне «Переключатель панели описания» появится новая строка с описанием только что созданного триггера. Для удаления триггера, выделите при помощи левой кнопки мыши строку с описанием триггера и нажмите на кнопку «Удалить». В строке «Условия» можно задать условие для таких параметров измерительного пробника как:
- Напряжение;
- Напряжение (p-p);
- Напряжение DC;
- Напряжение RMS;
- Частота AC;
- Ток;
- Ток (p-p);
- Ток DC;
- Ток RMS.
При этом в выражении условия могут быть использованы следующие операторы: =, , =, , AND, OR, XOR, NOT и функции: cos (косинус), sin (синус), tan (тангенс), abs (абсолютная величина).
Представим пример выражения условия. Предположим, что нам необходимо производить паузу моделирования схемы всякий раз, когда действующее напряжение rms меньше 6 Вольт и больше или равно 0 Вольт. В таком случае выражение условия может иметь следующий вид Vrms = 0.
Для облегчения ввода в выражении условия параметров и операторов, можно в строке «Условия» использовать кнопку со стрелкой. После нажатия на данную кнопку открывается контекстное меню, из которого можно выбрать необходимые операторы, функции и параметры.
Читайте также: Наталья напряжение между нами
В строке «Действие» из выпадающего списка можно выбрать действие, которое будет выполняться по достижении заданного условия. При этом в поле «Параметр» необходимо установить параметры для заданного действия. К примеру, если при выборе действия в поле «Действие» было задано действие «Пауза моделирования», то в поле «Параметр» необходимо ввести время паузы в секундах, а при выборе такого действия как «Перейти к метке» — в поле «Параметр» необходимо ввести метку листа описания. Необходимо отметить, что выбор такого действия как «Остановить прокрутку» не требует ввода параметров. Установка (снятие) флажка в чекбоксе «Разрешено» позволяет разрешать или запрещать работу созданного триггера во время симуляции схемы. Поле «Подсказка» содержит пояснения относительно возникших ошибок создания триггера. Для вступления в силу произведенных действий используйте кнопки «Применить» и «ОК», которые расположены в нижней части вкладки «Triggers».
Рассмотрим вкладку «Электрические» (рис. 3).
Рис. 3. Вкладка «Электрические»
В верхней части вкладки посредством установки флажка в чекбоксе «Использовать опорным» и выбора из выпадающего списка названия пробника можно задать нужную привязку настраиваемого пробника. В выпадающем списке отображаются названия уже размещенных на схеме измерительных пробников, за исключением настраиваемого. В результате, измерения, произведенные для текущей пробы, будут сделаны со ссылкой на выбранную привязку пробника, что позволит отображать в окне результатов такие дополнительные параметры измерений как коэффициент усиления по напряжению или фазовый сдвиг. При выборе данной опции, возле позиционного обозначения настраиваемого измерительного пробника отобразится значок треугольника, а в окне результатов измерений дополнительно будет отображена строка, указывающая название опорного пробника.
В центральной части вкладки «Электрические» размещена таблица параметров измерений. Отображение каждого из данных параметров в окне результатов измерений на схеме задается в колонке «Показывать» посредством переключения значения «Да»/ «Нет». Произвести переключение можно при помощи щелчка левой кнопкой мыши по уже установленному в колонке значению. Установить одновременно все значения данной колонки в позицию «Да» можно посредством установки флажка в чекбоксе «Показывать», соответственно установить все значения данной колонки в позицию «Нет» можно путем снятия флажка в этом же чекбоксе. Колонки «Минимум» и «Максимум» таблицы параметров измерений предназначены для установки диапазона изменений параметров. В колонке «Знаков» можно задать количество значащих цифр для отображения параметров. Для вступления в силу произведенных изменений используйте кнопки «Применить» и «ОК», которые расположены в нижней части вкладки «Электрические».
На вкладке «Шрифт» (рис. 4) можно настроить параметры шрифта для отображения позиционного обозначения измерительного пробника и результатов измерений на схеме.
Рис. 4. Вкладка «Шрифт»
На данной вкладке расположено четыре поля:
- «Шрифт» — выбор шрифта;
- «Стиль» — выбор стиля шрифта (жирный, курсив, нормальный, жирный курсив);
- «Размер» — выбор размера шрифта;
- «Выравнивание» — выравнивание текста (по левому краю, по центру, по правому краю).
В центральной части вкладки расположено поле «Просмотр», которое позволяет предварительно просмотреть созданный шрифт.
Рассмотрим вкладку «Экран» (рис. 5).
Рис. 5. Вкладка «Экран»
В левой верхней части вкладки находится окно «Цвет», в котором посредством установки переключателей в позицию «Установленный» или «Выбрать» можно задать цвет фона окна результатов измерений и цвет текста отображаемых в этом окне параметров. Выбрать необходимый цвет можно при помощи кнопки «Палитра». После нажатия на эту кнопку откроется одноименное окно, в котором на вкладке «Стандарт» можно задать цвет, для чего необходимо щелкнуть левой кнопкой мыши по ячейке с нужным цветом. Новый цвет отобразится в правой нижней части окна в поле «Новый цвет». Если выбранный цвет подходит, нажмите на кнопку «ОК». Для выбора цвета можно так же использовать и вкладку «Выбор» диалогового окна «Палитра». В правой верхней части вкладки «Экран» находится окно «Размер», в котором в полях «Ширина» и «Высота» посредством ввода с клавиатуры можно задать размер окна результатов измерительного пробника в пикселях. Так же рассматриваемое окно содержит чекбокс «Автоматически». В случае установки флажка в данном чекбоксе параметры ширины и высоты окна результатов измерений будут изменяться автоматически в зависимости от количества отображаемых параметров. В окне «Обозначение» путем установки переключателя в необходимое положение можно выбрать для позиционного обозначения измерительного пробника одну из следующих опций:
- «Скрыть обозначение» — позиционное обозначение не будет отображаться на схеме;
- «Показать обозначение» — позиционное обозначение будет отображаться на схеме;
- «Использовать правила проекта» — отображение позиционного обозначения будет зависеть от правил проекта.
Название позиционного обозначения при необходимости можно изменить в поле «Обозначение».
В окне «Отображение» посредством установки/снятия флажка в чекбоксе «Отображать постоянно» можно задать видимость окна результатов измерений на схеме для выбранного измерительного пробника. В поле «В слое» можно выбрать слой, на котором будет отображаться окно результатов. Предопределенным слоем является «Static Probe», но вы можете при необходимости выбрать другой слой.
Следует отметить, что для каждого измерительного пробника, который используется в проекте схемы, задаются свои настройки.
На панели инструментов «Приборы» возле пиктограммы измерительного пробника находится значок стрелки, нажатие которого приводит к открытию выпадающего меню (рис. 6).
Рис. 6. Внешний вид окна результатов и измеряемые параметры измерительных пробников
Читайте также: Как создать напряжение в сценарии
В данном меню при помощи левой кнопки мыши можно выбрать один из следующих пробников:
- «С параметрами динамического» — размещаемый на схеме пробник будет отображать в окне результатов измерений следующие параметры: мгновенное напряжение (V), напряжение от пика до пика (Vp-p), действующее напряжение (Vrms), постоянное напряжение (Vdc), частоту, мгновенный ток (I), ток от пика до пика (Ip-p), действующий ток (Irms), постоянный ток (Idc);
- «Напряжение АС» — размещаемый на схеме пробник будет отображать в окне результатов измерений следующие параметры: напряжение от пика до пика (Vp-p), действующее напряжение (Vrms), постоянное напряжение (Vdc), частоту;
- «Ток АС» — размещаемый на схеме пробник будет отображать в окне результатов измерений следующие параметры: ток от пика до пика (Ip-p), действующий ток (Irms), постоянный ток (Idc), частоту;
- «Мгновенные значения напряжения и тока» — размещаемый на схеме пробник будет отображать в окне результатов измерений следующие параметры: мгновенное напряжение (V), мгновенный ток (I).
- «Относительного напряжения» — после выбора данного пункта меню откроется диалоговое окно «Опорное напряжение», в котором из выпадающего списка «Выбрать Uоп» необходимо выбрать нужную привязку и нажать на кнопку «ОК». Настраиваемый пробник будет отображать в окне результатов измерений следующие параметры: коэффициенты усиления по напряжению (Кус(dc), Кус(ac)), фазовый сдвиг. При выборе данного измерительного пробника, возле его позиционного обозначения отобразится значок треугольника, а в окне результатов измерений дополнительно будет отображена строка, указывающая название опорного пробника.
Внешний вид окна результатов и измеряемые параметры для каждого из выше описанных пробников представлены на рисунке 6.
Multisim (мультисим) — моделирование в среде программы, обзор компонентов и приборов
Multisim (мультисим) — это уникальный интерактивный эмулятор, позволяющий моделировать и тестировать электрические схемы в одной среде разработки с использованием виртуальных приборов. При помощи данной программы можно облегчить понимание основ электротехники и углубить свои знания в проектировании схем.
Компонентная база программы состоит из огромного количества элементов. Разнообразие подключаемых к схеме виртуальных приборов Multisim позволяет быстро увидеть результат с помощью имитации реальных событий.
А специальные интерактивные элементы (переключатели, потенциометры) позволяют в режиме реального времени производить изменения элемента с одновременным отражением этого в имитации.
В данном обзоре мы постараемся рассмотреть основные особенности программы мультисим и приемы работы в ней на конкретном примере.
Интерфейс Multisim. Настройка программы под себя
Начать знакомство с программой мультисим стоит с интерфейса. Он состоит из нескольких основных элементов, часть которых можно скрыть или заменить с учетом личных предпочтений и конкретных целей.
Выделим элементы пользовательского интерфейса, которые вы увидите при запуске программы Multisim:
| 1 | Строка меню (главное меню) позволяет выбирать команды для всех функций. |
| 2 | Панель разработки позволяет управлять различными элементами схемы. Ее можно скрыть, а для открытия в дальнейшем необходимо во вкладке «Вид» главного меню поставить галочку напротив пункта «Панель разработки». |
| 3 | Панель инструментов состоит из кнопок для быстрого доступа к командам и элементам меню. Данную панель можно настроить под себя путем добавления нужного функционала и скрытием ненужного. Данный элемент интерфейса программы мультисим мы далее рассмотрим подробнее. |
| 4 | Окно редактирования (рабочая область). |
| 5 | Приборная панель состоит из набора кнопок для доступа к моделям контрольно-измерительных приборов. Данную панель при желании можно скрыть либо переместить в область панели инструментов. |
Теперь рассмотрим несколько приемов преобразования интерфейса, которые возможно вам пригодятся. И в первую очередь скроем панель разработки. Включить ее можно в любое время, но пока, убрав ее мы увеличим рабочую область. Сразу же можно убрать и сетку из меню вкладки «Вид»:
Помимо сетки из данного меню можно включить координатные полосы, граничные линии, координатные поля. Также здесь можно настроить панель инструментов добавлением или удалением блоков.
Далее перейдем в пункт главного меню «Установки». В раскрывшемся списке переходим в «Схемные установки»:
Здесь во вкладке «Схема» можно настроить цветовую схему рабочего поля. В данном случае мы выбрали черное поле. Имеется также возможность сделать индивидуальную схему. Во вкладке Рабочее поле настраиваются параметры (размер) листа.
Завершая настройку интерфейса Multisim можно зайти в пункт главного меню «Установки» и в раскрывшемся списке перейти в пункт «Модифицировать интерфейс». Во вкладке «Дополнительно» выставив галочку напротив «Большие значки» вы получите следующее отображение:
Использование больших значков делает навигацию в программе на больших мониторах более удобной.
Элементы (компоненты) схемы в программе мультисим
Компоненты – это основа любой схемы. Программа Multisim работает с двумя категориями компонентов: реальными (real) и виртуальными (virtual).
У реальных компонентов, в отличие от виртуальных есть определенное, неизменяемое значение и свое соответствие на печатной плате. Виртуальные компоненты нужны только для эмуляции, пользователь может назначить им произвольные параметры. Например, сопротивление виртуального резистора может быть произвольным, даже 3,86654 Ома.
В мультисим есть и другая классификация компонентов: аналоговые, цифровые, смешанные, анимированные, интерактивные, цифровые с мультивыбором, электромеханические и радиочастотные.
Добавим в панель инструментов виртуальные компоненты. Для этого можно воспользоваться пунктом главного меню «Вид» — «Панель инструментов» — «Виртуальные». То же самое действие можно выполнить наведя курсор мыши на область панели инструментов и нажав правую клавишу:
Читайте также: Указатель напряжения это какое средство защиты
Теперь более подробно рассмотрим, с какими конкретно компонентами мы можем работать в среде программы Multisim. Начнем с реальных:
 |
|
| 1 | Источники. Данная группа содержит все источники напряжения и тока, заземления. Например, power sources (источники постоянного, переменного напряжения, заземление, беспроводные соединения — VCC, VDD, VSS, VEE), signal voltage sources (источники прямоугольных импульсов, источник сигнала через определенные промежутки времени), signal current sources (постоянные, переменные источники тока, источники прямоугольных импульсов). |
| 2 | Пассивные компоненты. Данная группа содержит основные элементы схемотехники: резисторы, индуктивные элементы, емкостные элементы, ключи, трансформаторы, реле, коннекторы. |
| 3 | Диоды. Здесь представлены различные виды диодов: фотодиоды, диоды Шоттки, светодиоды. |
| 4 | Транзисторы. Данная группа содержит различные виды транзисторов: pnp-, npn- транзисторы, биполярные транзисторы, МОП-транзисторы, КМОП транзисторы. |
| 5 | Аналоговые компоненты. Группа содержит все виды усилителей: операционные, дифференциальные, инвертирующие. |
| 6 | Логические микросхемы TTL. Группа содержит элементы транзисторно-транзисторной логики. |
| 7 | Логические микросхемы CMOS. Здесь содержатся элементы КМОП-логики. |
| 8 | Цифровые микросхемы. Группа содержит различные цифровые устройства. |
| 9 | Аналого-цифровые компоненты. Группа содержит комбинированные компоненты. |
| 10 | Индикаторы. Здесь представлены измерительные приборы(вольтметры, амперметры), лампы. |
| 11 | Компоненты питания. |
| 12 | Смешанные компоненты. |
| 13 | Периферийные устройства. Группа содержит подключаемые внешние устройства (дисплеи, терминалы, клавишные поля). |
| 14 | ВЧ-компоненты. |
| 15 | Электро-механические компоненты. |
| 16 | Микроконтроллеры. |
Виртуальные компоненты программы мультисим состоят из следующих групп:
 |
|
| 1 | Аналоговые компоненты. |
| 2 | Пассивные компоненты. |
| 3 | Диоды. |
| 4 | Транзисторы. |
| 5 | Измерительные приборы. |
| 6 | Аналого-цифровые компоненты. |
| 7 | Источники питания. |
| 8 | Компоненты с ограничениями. |
| 9 | Источники сигналов. |
Некоторые элементы схемы Multisim могут реагировать на действия пользователя. Изменение этих элементов сразу отражается на результатах эмулирования. Компоненты управляются с помощью клавиш, указанных под каждым элементом.
Горячую клавишу можно изменить сделав двойной щелчок мыши по компоненту. Откроется окно, в меню которого можно выбрать нужную клавишу.
Контрольно-измерительные приборы в программе Multisim
Программа мультисим имеет большое количество контрольно-измерительных приборов для анализа схем. Перечислим их:
 |
1) Мультиметр |
| 2) Функциональный генератор | |
| 3) Ваттметр | |
| 4) Осциллограф | |
| 5) 4-х канальный осциллограф | |
| 6) Плоттер Боде | |
| 7) Частотомер | |
| 8) Генератор слов | |
| 9) Логический анализатор | |
| 10) Логический преобразователь | |
| 11) Характериограф | |
| 12) Измеритель нелинейных искажений | |
| 13) Анализатор спектра | |
| 14) Панорамный анализатор | |
| 15) Функциональный генератор Agilent | |
| 16) Мультиметр Agilent | |
| 17) Осциллограф Agilent | |
| 18) Осциллограф Tektronix | |
| 19) Использование измерительного пробника | |
| 20) Приборы LabVIEW | |
| 21) Установка бесконтактного преобразователя ток-напряжение |
Работа в программе мультисим
Прежде чем начинать работу в программе Multisim, определимся, какие компоненты и измерительные приборы нам понадобятся, добавим их в схему и соединим между собой:
| В первую очередь нужен источник питания — трехфазный генератор. Так как для звезды и треугольника при подключении электродвигателя нужны разные линейные напряжения, добавим в схему два генератора. Для линейного напряжения 380 Вольт зададим в настройках генератора фазное напряжение 220 Вольт. Для линейного 220 Вольт — зададим фазное 127 Вольт. |  |
| Для переключения между генераторами потребуется переключатель. Зададим для переключения режимов клавишу «1». |  |
| Далее нам нужно каким то образом добавить двигатель в схему. Известно, что в нем три обмотки. Каждая обмотка имеет сопротивление. То есть обмотки можно заменить резисторами. Но нужно определиться с сопротивлением обмоток. Сопротивление находится по следующей формуле R = U/I. Какое брать напряжение и силу тока? Если смотреть данные для треугольника, берем напряжение 220 В, а силу тока 8,3 А делим на √3. Если смотреть данные звезды, то напряжение 380 В делим на √3, а силу тока берем 4,8 А. Получаем R = 220/4,8 ≈ 45,8 Ом. |  |
| Для переключений обмоток двигателя в звезду или треугольник потребуется переключатель. Зададим для переключения режимов клавишу «2». |  |
| В схему будут добавлены амперметры и вольтметры. По умолчанию они настроены под постоянный ток. В настройках нужно выставить для переменного тока «AC». |  |
| Для измерения мощности воспользуемся Ваттметром. |  |
| И самое главное — заземление. Без него ни одна схема не запустится. |  |
Выполнив все шаги можно включить моделирование (тумблер в верхнем правом углу) и проанализировать схему, опираясь на данные измерительных приборов.
Рассмотрим четыре ситуации. Первая — источник питания выдает линейное напряжение 220 Вольт, а двигатель соединен по схеме треугольник:
Вторая — источник питания выдает линейное напряжение 220 Вольт, а двигатель соединен по схеме звезда:
Третья — источник питания выдает линейное напряжение 380 Вольт, а двигатель соединен по схеме треугольник:
Четвертая — источник питания выдает линейное напряжение 380 Вольт, а двигатель соединен по схеме звезда:
Полученные из программы мультисим данные позволяют проанализировать значение мощности при различных способах подключения двигателя и при различных линейных напряжениях источника питания.
Как видно из моделирования Multisim при пересоединении электродвигателя с треугольника в звезду и питании его от той же электросети мощность, развиваемая электродвигателем, снижается в 3 раза. И наоборот, если электродвигатель переключить со звезды в треугольник, мощность резко возрастает, но при этом электродвигатель, если он не предназначен для работы при данном напряжении и соединении в треугольник, быстро выйдет из строя. Для того чтобы добиться одинаковой мощности, линейное напряжение при подключении звездой должно быть в √3 раз больше линейного напряжения, рассчитанного для треугольника, что и указывается в паспортных данных электродвигателя.
Завершая обзор программы мультисим выделим общие правила моделирования:
- Напряжение
- Реле
- Трансформатор
- Что такое рекуперация на электровозе
- Чем отличается электровоз от тепловоза
- Чем глушитель отличается от резонатора
- Стойки стабилизатора как определить неисправность
- Стабилизатор поперечной устойчивости как работает
Работа с виртуальными приборами в программной среде NI Circuit Design Suite — Multisim 12.0. Часть 5
Мы продолжаем серию публикаций о работе с виртуальными приборами в программной среде NI Circuit Design Suite — Multisim. Рассматриваемая в данном цикле программа представляет собой настоящую лабораторию схемотехнического моделирования, которая благодаря простому и удобному интерфейсу позволяет с легкостью моделировать сложные принципиальные схемы и проектировать многослойные печатные платы. Программная среда Multisim также предоставляет большое количество виртуальных инструментов, предназначенных для измерений и исследования поведения разрабатываемых электрических схем. Со многими из инструментов мы уже ознакомились в предыдущих статьях цикла. В настоящей статье мы более подробно остановимся на работе со следующими приборами: характериограф-IV, микрофон, динамик, генератор сигналов, анализатор сигналов, потоковый генератор сигналов, измеритель комплексных сопротивлений. Разработчикам электронных устройств виртуальные инструменты, представленные в Multisim, могут оказаться полезными — они сэкономят время и спасут от ошибок на всем пути разработки схемы.
Характериограф-IV
Характериограф предназначен для наблюдения и исследования характеристик радиоэлектронных устройств и компонентов, при этом измерительная информация отображается на экране в виде кривых. В Multisim характериограф-IV (I — ток, V — напряжение) используется для измерения вольт-амперных характеристик (ВАХ) диодов, pnp— и npn-транзисторов, PMOS- и NMOS-устройств. При этом в отличие от других виртуальных приборов Multisim характериограф-IV подключается не к схеме, а непосредственно к исследуемому устройству. В том случае, когда необходимо произвести измерение параметров устройства, уже используемого в схеме, следует предварительно отключить его от схемы. Для того чтобы открыть лицевую панель прибора, нужно дважды щелкнуть левой кнопкой мыши по его пиктограмме на схеме. Рассмотрим лицевую панель характериографа-IV более подробно. В левой части панели расположен графический дисплей, предназначенный для графического отображения формы сигнала. Также прибор оснащен курсором для проведения измерений в любой точке графика, если необходимо, курсор надо перемещать при помощи левой кнопки мыши. Управлять положением курсора можно и при помощи стрелок перемещения вертикального курсора, которые расположены в нижней левой части лицевой панели характериографа-IV под графическим дисплеем. Между стрелками находятся три информационных поля, где отображаются данные, полученные на пересечении вертикального курсора и кривой. Кривую, для которой будут отображаться данные, можно выбрать при помощи щелчка по ней левой кнопкой мыши, в результате на пересечении вертикального курсора и кривой появится метка-точка (именно для той кривой, на которой находится метка-точка, и будут отображаться данные в информационных полях). В правой части лицевой панели прибора есть панель управления, предназначенная для настройки параметров характериографа-IV. В верхней части панели находится поле «Выбор компонента», в котором из выпадающего списка можно выбрать для анализа следующие компоненты: Diode, BJT PNP, BJT NPN, PMOS, NMOS.
Под полем «Выбор компонента» расположены поля «Шкала тока (А)» и «Шкала напряжения (V)», где можно задать параметры горизонтальной и вертикальной осей координат при логарифмической или линейной шкале. Переключение шкалы выполняется при помощи кнопок «Лог» (логарифмическая) и «Лин» (линейная). Масштаб горизонтальной (ось Х) и вертикальной (ось Y) осей определяется начальным («Н») и конечным («В») значениями.
Под полем «Шкала напряжения (V)» размещены две кнопки. Кнопка «Экран» предназначена для инверсии цвета графического дисплея (черный/белый). Кнопка «Моделирование» используется для произведения настроек параметров моделирования. После нажатия на эту кнопку открывается окно «Параметры моделирования». Содержание данного диалогового окна меняется в зависимости от компонента, выбранного из выпадающего меню в поле «Выбор компонента», и подробно будет рассмотрено далее для каждого компонента в отдельности. В нижней правой части лицевой панели характериографа-IV имеется окно, отображающее схему подключения выбранного компонента к данному виртуальному прибору.
Пример подключения характериографа-IV к PMOS-транзистору, ВАХ PMOS-транзистора и лицевая панель данного прибора представлены на рис. 1.
Рис. 1. Подключение характериографа-IV к PMOS-транзистору, ВАХ PMOS-транзистора и лицевая панель характериографа-IV
Измерение характеристик устройства производится следующим образом:
- откройте лицевую панель характериографа-IV;
- в верхней правой части лицевой панели в поле «Выбор компонента» из выпадающего меню выберите нужный компонент;
- выберите из библиотеки компонентов данный компонент, поместите его в рабочую область проекта и присоедините к характериографу-IV, следуя схеме в нижней правой части лицевой панели прибора;
- на панели управления характериографа-IV установите нужные настройки в полях «Шкала тока (А)» и «Шкала напряжения (V)»;
- при необходимости вы можете инвертировать цвет графического экрана при помощи кнопки «Экран»;
- при помощи кнопки «Моделирование» откройте окно «Параметры моделирования» и установите необходимые параметры, после чего нажмите на кнопку ОК для закрытия диалогового окна и вступления в силу внесенных изменений;
- запустите симуляцию проекта.
В результате выполненных действий на лицевой панели характериографа-IV в окне графического дисплея рассматриваемого прибора будут получены IV-кривые для анализируемого компонента.
Рассмотрим диалоговое окно «Параметры моделирования» для PMOS-транзистора (рис. 2). Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта «PMOS» и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ds», в котором можно установить следующие значения V_ds (напряжение сток-исток):
- начальное значение V_ds;
- конечное значение V_ds;
- значение шага V_ds (полученные точки будут использованы для построения графика).
Рис. 2. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для PMOS-транзистора
В правой части окна расположено поле «Источник: V_gs», в котором можно установить следующие значения V_gs (напряжение затвор-исток):
- начальное значение V_ gs;
- конечное значение V_ gs;
- число шагов V_ gs (количество кривых на графике).
Установка/снятие флажка в чекбоксе «Нормализация» отображает значения V_ds на кривых по оси Х с положительными/отрицательными значениями.
Теперь перейдем к диалоговому окну «Параметры моделирования» для диода (рис. 3). Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта «Diode» и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_pn», в котором можно установить следующие значения V_pn:
- начальное значение V_pn;
- конечное значение V_pn;
- значение шага V_pn (полученные точки будут использованы для построения графика).
Рис. 3. Пример диалогового окна «Параметры моделирования» для диода
На рис. 3 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования», согласно с заданными параметрами которого напряжение диода будет изменяться от –5 до +5 В с шагом в 10 мВ. Пример подключения характериографа-IV к диоду и ВАХ данного компонента представлены на рис. 4.
Рис. 4. Пример подключения характериографа-IV к диоду и ВАХ компонента
Рассмотрим диалоговое окно «Параметры моделирования» для NMOS-транзистора (рис. 5). Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта «NMOS» и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ds», где можно установить следующие значения V_ds (напряжение сток-исток):
- начальное значение V_ds;
- конечное значение V_ds;
- значение шага V_ds (полученные точки будут использованы для построения графика).
В правой части окна расположено поле «Источник: V_gs», в котором можно установить следующие значения V_gs (напряжение затвор-исток):
- начальное значение V_ gs;
- конечное значение V_ gs;
- число шагов V_ gs (количество кривых на графике).
Рис. 5. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для NMOS-транзистора
На рис. 5 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования», согласно с заданными параметрами которого для получения ВАХ NMOS-транзистора напряжение сток-исток (V_ds) будет изменяться от 0 до 14 В с шагом в 120 мВ, а напряжение затвор-исток (V_ gs) — от 3,5 до 5 В. Пример подключения характериографа-IV к NMOS-транзистору и ВАХ данного компонента показаны на рис. 6. Количество кривых на ВАХ соответствует установленному в поле «Источник: V_gs» значению параметра «Приращение» (рис. 5) — в нашем случае значение равно пяти.
Рис. 6. Пример подключения характериографа-IV к NMOS-транзистору и ВАХ компонента
На рис. 7 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования» для pnp-транзистора. Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта «BJT PNP» и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ce», в котором можно установить следующие значения V_ce (напряжение коллектор-эмиттер):
- начальное значение V_се;
- конечное значение V_се;
- значение шага V_се (полученные точки будут использованы для построения графика).
Рис. 7. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для pnp-транзистора
В правой части окна расположено поле «Источник: I_b», в котором можно установить следующие значения I_b (ток базы):
- начальное значение I_b;
- конечное значение I_b;
- число шагов I_b (количество кривых на графике).
Установка/снятие флажка в чекбоксе «Нормализация» отображает значения V_се на кривых по оси Х с положительными/отрицательными значениями. Пример подключения характериографа-IV к pnp-транзистору и ВАХ данного компонента представлены на рис. 8.
Рис. 8. Пример подключения характериографа-IV к pnp-транзистору и ВАХ компонента
На рис. 9 можно видеть пример диалогового окна «Параметры моделирования» для npn-транзистора. Окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта «BJT NPN» и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ce», в нем можно установить следующие значения V_ce (напряжение коллектор-эмиттер):
- начальное значение V_се;
- конечное значение V_се;
- значение шага V_се (полученные точки будут использованы для построения графика).
Рис. 9. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для npn-транзистора
В правой части окна расположено поле «Источник: I_b», в котором можно установить следующие значения I_b (ток базы):
- начальное значение I_b;
- конечное значение I_b;
- число шагов I_b (количество кривых на графике).
Пример подключения характериографа-IV к npn-транзистору и ВАХ данного компонента показаны на рис. 10. Представленный пример демонстрирует график ВАХ для отображения I_b = 1 мA, от 1 до 735 мA по оси Y, и от 1 мВ до 3,3 В по оси Х.
Рис. 10. Пример подключения характериографа-IV к npn-транзистору и ВАХ компонента
Приборы NI LabView
В состав Multisim входят следующие приборы LabView:
- BJT Analyzer — измеритель характеристик полупроводниковых приборов;
- Impedance Meter — измеритель комплексных сопротивлений;
- Microphone — микрофон;
- Speaker — динамик;
- Signal Analyzer — анализатор сигналов;
- Signal Generator — генератор сигналов;
- Streaming Signal Generator — потоковый генератор сигналов.
Некоторые из них мы рассмотрим далее. Пиктограмма «Приборы LabView» расположена на панели инструментов «Приборы». Возле пиктограммы находится значок стрелки, нажатие которого приводит к открытию выпадающего меню (рис. 11). Необходимый для работы прибор можно выбрать в данном меню при помощи левой кнопки мыши.
Рис. 11. Меню «Приборы LabView»
Микрофон
Микрофон в Multisim записывает звук при помощи устройств аудиозаписи компьютера и выдает эти данные как источник сигнала, который Multisim использует в процессе симуляции. Перед началом симуляции необходимо произвести настройку параметров микрофона и записать звук. Рассмотрим подробнее работу с таким виртуальным прибором. Настройка параметров микрофона производится на его лицевой панели, которую можно открыть при помощи двойного щелчка левой кнопкой мыши по пиктограмме данного прибора в рабочем поле программы. Пиктограмма микрофона на схеме и его лицевая панель представлены на рис. 12а. В верхней части лицевой панели находится поле Device, где из выпадающего списка необходимо выбрать аудиоустройство, при помощи которого будет производиться запись звука, — это может быть встроенный либо внешний микрофон. Также аудиоустройство можно назначить путем ввода с клавиатуры номера устройства в поле ввода, расположенное рядом с выпадающим списком. В поле Recording duration (s) можно задать продолжительность записи в секундах. В поле Sample Rate при помощи установки переключателя в нужную позицию следует задать частоту дискретизации, диапазон значений которой составляет от 11 025 до 96 000 Гц. Необходимо отметить, что чем больше значение частоты дискретизации, тем выше качество выходного сигнала. Установленный флажок в чекбоксе Repeat Recorded Sound дает команду Multisim повторять записанный сигнал до тех пор, пока не будет остановлена симуляция. В том случае, если флажок снят, по истечении времени проигрывания записанного сигнала Multisim будет продолжать симуляцию, однако выходной сигнал примет значение 0 В. В нижней части лицевой панели микрофона находится кнопка Record Sound, предназначенная для записи звука. После окончания записи микрофон сможет выводить записанный звук в виде звукового напряжения, которое можно будет использовать как источник сигнала.
Рис. 12а. Пиктограмма на схеме и лицевая панель микрофона
Динамик
Динамик в Multisim проигрывает входящие звуковые данные (звуковое напряжение) при помощи звуковой карты компьютера. Перед началом симуляции необходимо произвести настройку параметров динамика. Звук проигрывается после остановки симуляции. Рассмотрим подробнее работу с данным виртуальным прибором. Настройка параметров динамика выполняется на его лицевой панели, которую можно открыть при помощи двойного щелчка левой кнопкой мыши по пиктограмме данного прибора в рабочем поле программы. Пиктограмма динамика на схеме и его лицевая панель представлены на рис. 12б. В верхней части лицевой панели находится поле Device, где из выпадающего списка необходимо выбрать устройство, при помощи которого будет воспроизводиться звук, — это может быть встроенный динамик либо внешние колонки. Устройство воспроизведения звука можно назначить и путем ввода с клавиатуры номера устройства в соответствующее поле, расположенное рядом с выпадающим списком. В поле Playback duration (s) задаем продолжительность воспроизведения в секундах. В поле Sample Rate (Hz) необходимо ввести с клавиатуры значение частоты дискретизации в герцах. Необходимо отметить, что если вы предполагаете использовать динамик совместно с микрофоном, то частота дискретизации динамика и микрофона должна быть одинаковой. В противном случае частоту дискретизации следует установить вдвое больше частоты входного сигнала. В нижней части лицевой панели рассматриваемого прибора находится кнопка Play Sound, предусмотренная для воспроизведения звука. Операция станет возможной после сбора динамиком входных данных. Для этого необходимо запустить симуляцию схемы — по ее окончании кнопка Play Sound станет активной, что означает готовность к воспроизведению звуковых данных, которые динамик запомнил в процессе симуляции.
Рис. 12б. Пиктограмма на схеме и лицевая панель динамика
Генератор сигналов
Генератор сигналов генерирует синусоидальный, треугольный, прямоугольный и пилообразный сигналы. Настройка параметров прибора производится на его лицевой панели. Пиктограмма генератора сигналов на схеме и его лицевая панель представлены на рис. 12в. В левой верхней части панели расположено окно Signal Information, в котором можно задать:
- тип сигнала в поле Signal type;
- частоту в поле frequency;
- длительность прямоугольного импульса в поле square wave duty cycle (%);
- амплитуду в поле amplitude;
- начальную фазу в поле phase;
- смещение постоянной составляющей в поле offset.
Рис. 12в. Пиктограмма на схеме и лицевая панель генератора сигналов
Генератор сигналов позволяет формировать на его выходе ограниченный по длительности радиоимпульс. Число периодов сигнала в радиоимпульсе задается частотой дискретизации и числом отсчетов, которые можно ввести в окне Sampling Info в полях Sampling Rate (Hz) и Number of Samples соответственно. В правой части лицевой панели генератора сигналов находится графический дисплей, предназначенный для графического отображения формы сигнала. В левом нижнем углу лицевой панели находится чекбокс Repeat Data. Установленный в данном чекбоксе флажок дает команду Multisim повторять радиоимпульс до тех пор, пока не будет остановлена симуляция. В том случае, если флажок снят, по истечении длительности радиоимпульса Multisim будет продолжать симуляцию, однако выходной сигнал примет значение 0 В. Прибор генерирует выходные данные после запуска симуляции схемы.
Анализатор сигналов
Анализатор сигналов в Multisim предназначен для получения, анализа и отображения таких данных, как временной профиль, энергетический спектр или бегущее среднее входящего сигнала. Пиктограмма анализатора сигналов на схеме и его лицевая панель показаны на рис. 12г. В верхней части лицевой панели находится три поля:
- Analysis Type;
- Sampling Rate (Hz);
- Interpolation Method, в которых посредством ввода с клавиатуры или при помощи стрелок переключателей задаются необходимые значения.
Рис. 12г. Пиктограмма на схеме и лицевая панель анализатора сигналов
В нижней части лицевой панели анализатора сигналов расположен графический дисплей, предназначенный для графического отображения формы сигнала. Прибор генерирует выходные данные после запуска симуляции схемы.
Потоковый генератор сигналов
В Multisim потоковый генератор сигналов, так же как и генератор сигналов, генерирует синусоидальный, треугольный, прямоугольный и пилообразный сигналы. Потоковый генератор сигналов формирует на выходе непрерывный сигнал, в то время как генератор сигналов позволяет формировать ограниченный по длительности радиоимпульс. Настройка параметров рассматриваемого прибора производится на его лицевой панели. Пиктограмма потокового генератора сигналов на схеме и его лицевая панель представлены на рис. 12д. В левой верхней части панели расположено окно Signal Information, в котором можно задать:
- тип сигнала в поле Signal type;
- частоту в поле frequency;
- длительность прямоугольного импульса в поле square wave duty cycle (%);
- амплитуду в поле amplitude;
- начальную фазу в поле phase;
- смещение постоянной составляющей в поле offset.
Рис. 12д. Пиктограмма на схеме и лицевая панель потокового генератора сигналов
В нижней левой части лицевой панели прибора находится поле Sampling Rate (Hz), где можно задать частоту дискретизации. В правой части лицевой панели потокового генератора сигналов находится графический дисплей, предназначенный для графического отображения формы сигнала. Прибор генерирует выходные данные после запуска симуляции схемы до тех пор, пока не будет нажата кнопка «Стоп».
Измеритель комплексных сопротивлений
Измеритель комплексных сопротивлений предназначен для измерения комплексных параметров цепей на различных частотах или комплексного сопротивления. В Multisim этот прибор позволяет измерять активную, реактивную и полную величину комплексного сопротивления. Пример подключения измерителя комплексных сопротивлений к схеме и его лицевая панель показаны на рис. 13. Перед началом симуляции необходимо настроить параметры данного прибора. Для этого откройте его лицевую панель и в окне Frequency sweep задайте в полях Start и Stop соответственно начальную и конечную частоту диапазона анализа. В нижней левой части лицевой панели расположено окно Output Options, в котором находятся два поля:
- Number of Points— число точек анализа;
- Scale Type — закон изменения частоты; это поле может принимать значения:
- Linear — диапазон исследуемых частот делится на одинаковые участки;
- Decade — измерение производится на каждой декаде в таком количестве точек, которое задано для измерения;
- Octal — измерения проводятся поочередно на промежутках частот, отличающихся на октаву.
Рис. 13. Пример подключения измерителя комплексных сопротивлений к схеме и его лицевая панель
Результаты измерений отображаются после запуска симуляции в таблице, помещенной в правой части лицевой панели прибора. Таблица содержит четыре поля:
- f (Hz)— частота развертки;
- R (ohm)— активное сопротивление;
- X (ohm)— реактивное сопротивление;
- |Z| (ohm)— полное сопротивление.
В нижней части лицевой панели прибора находится чекбокс Clear Data when Simulation Starts. В том случае, если в данном чекбоксе установлен флажок, после каждого запуска симуляции таблица результатов будет обновляться, при этом старые результаты измерений будут удалены. Если флажок снят — новые данные измерений будут добавляться в конец таблицы (причем старые данные доступны для просмотра).
Заключение
Использование программной среды Multisim при разработке электронных устройств позволяет значительно сократить сроки их отладки, ведь очевидно, что процесс моделирования в программной среде, при котором есть возможность проводить виртуальные испытания разработанной схемы, намного проще и экономичнее, чем проведение таких же испытаний на реальном макете. Кроме того, использование данной программы моделирования позволяет существенно ускорить разработку сложных схем.
- NI Circuit Design Suite — Getting Started with NI Circuit Design Suite, National Instruments, January 2012.
- Технология виртуальных приборов компании National Instruments, National Instruments, 2013.
- NI Multisim — Fundamentals, National Instruments, January 2012.
- PROFESSIONAL EDITION RELEASE NOTES NI Circuit Design Suite Version 12.0.1, National Instruments, 2012.
