Примеры и задачи в среде Multisim. Моделирование схем в программе Multisim Multisim примеры

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!

В данной статье рассмотрим простейшие примеры моделирования электрических схем с помощью Multisim.

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.

Итак, бегло осмотрев функционал программы, перейдём к практике.

Пример 1

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

Запускаем схему и открываем двойным кликом каждый прибор.

Пример 3

Надеемся данная статья оказалась для вас полезной. Спасибо за внимание!

Практические занятия

Общие сведения о программе Multisim

Программа Multisim является версией 6.02 (в 2007 г. появилась 10 версия) программы Electronics Workbench (EWB) разработки фирмы Interactive Image Technologies. Особенностью программы является наличие контрольно-измерительных приборов, обширных библиотек электронных компонентов, в том числе логических микросхем малой и средней степени интеграции.

Программа позволяет моделировать логические устройства, набирая их из отдельных компонентов, анализировать поведение схемы при различных воздействиях на аргументы, проводить «реконструкцию», заменяя одни элементы другими. При этом экономятся материальные средства, затрачиваемые на лабораторное оборудование и его обслуживание, пропадает риск «пережигания» элементов, возникающий при отладке реальных схем.

Ознакомимся с элементной базой и приборами анализа, используемыми в данной работе.

Логические элементы вызываются из библиотеки MISC, последовательным нажатием левой клавиши мыши на символы:

В библиотеке MISC широко представлены двух и многовходовые логические элементы И (AND)-U1, ИЛИ (OR)-U2, НЕ (NOT)-U3, И-НЕ (NAND)-U4, ИЛИ-НЕ (NOR)-U5, М2 (EOR)-U6, М2 с инверсией (ENOR)-U7,

И-ИЛИ-НЕ (AND-OR-N)-U8:

Кроме представленных логических элементов потребуются пассивные элементы-резисторы и резисторные сборки, средства коммутации-включатели и кнопки, источники питания. Все эти элементы и средства можно извлечь из соответствующих разделов библиотек:

Управление входными аргументами схемы можно осуществлять как в ручном, так и автоматическом режимах. Ручное управление, т.е. подача логических нулей и единиц производится при помощи контактных коммутаторов, а автоматическое с помощью генератора логических сигналов Word Generator.

Генератор может выдавать двоичные слова разрядностью в 32 бита, а кодовые комбинации необходимо задавать в шестнадцатеричном коде.

Каждая кодовая комбинация заносится с помощью клавиатуры, номер редактируемой ячейки фиксируется в окошке EDIT блока ADRESS. В процессе работы генератора в отсеке ADRESS индицируется номер текущей ячейки CURRENT, ячейки инициализации или начала работы INITIAL и конечной ячейки FINAL. К дополнительным органам управления относятся кнопки CYCLE – циклический режим начиная с нулевой ячейки, BURST – с выбранного слова до конца, STEP – пошаговый режим, BREAKPOINT – прерывание работы генератора в указанной ячейке.

Для перенесения компонента из библиотеки на рабочее поле курсор мыши подводится к значку соответствующего раздела, при этом его название подсвечивается. После выбора компонента курсором мыши и нажатия ее левой кнопки (отмена выбора – нажатие правой кнопки) возможны два варианта. В первом, наиболее простом случае, курсор мыши в форме стрелки с выбранным компонентом переносится на рабочее поле и нажимается левая кнопка мыши. Во втором случае вызов компонента сопровождается вызовом окна, Если необходимо отредактировать параметры компонента, то в этом окне нажимается кнопка Edit, проводится коррекция параметров, и только после нажатия кнопки ОК в этом окне курсор мыши принимает указанную форму.

Соединение выводов всех элементов друг с другом осуществляется только проводами. Не допускается наложение выводов элементов друг на друга – при этом соединение не устанавливается. Для прокладки соединительных проводников курсор мыши необходимо подвести к выводу компонента и когда курсор примет крестообразную форму, нажать-отпустить левую кнопку мыши, проводник в виде пунктирной линии протянуть к выводу второго компонента и снова нажать-отпустить левую кнопку мыши. Для удаления проводника он выделяется и нажимается клавиша Delete. При изменении формы проводника он отмечается, при этом точки его перегибов и соединений с выводами компонента отмечаются квадратиками, которые и служат для перемещения курсором мыши его отдельных частей.

При установке курсора мыши на иконку прибора или на любой другой компонент схему и нажатия ее правой кнопки, вызывается динамическое меню, позволяющее вырезать (Gut), копировать (Copy), изменить цвет (Color) компонента, а также выполнить четыре команды по его перемещению (вращению).

При необходимости удаления в буфер, копирования, изменения цвета или перемещения компонента целесообразно воспользоваться соответствующими командами из меню Edit. Если требуется размножить некоторый компонент, то после его копирования курсор мыши ставится на свободное место рабочего поля и нажатием правой кнопки мыши вызывается второе динамическое меню, отличающееся от первого большим числом команд. После выбора из этого меню команды вставки Paste курсор мыши с прицепившимся к нему значком компонента устанавливается в требуемое место будущей схемы и нажимается левая кнопка мыши. Если компонент необходимо вставить в разрыв проводника, то он устанавливается так, чтобы его выводы с обеих сторон совпали с проводником, после чего нажимается левая кнопка мыши. Для удаления компонента он отмечается и нажимается клавиша Delite, при этом удаляются и присоединенные к нему проводники.

Возможности системы схемотехнического моделирования определяются многими факторами, в том числе составом элементов из которых формируется эквивалентная схема.

Последовательное выполнение команд P lace\ Component… (Ctrl+W) вызывает панель «Seleсt a Component». С помощью мастера библиотеки «Master Library» следует выбрать из базы данных «Database» необходимый набор библиотечных компонентов. Все компоненты распределены по нескольким тематическим группам и подгруппам (рис.2.4). Вначале следует выбрать название группы «Group» (например, «Sources» - источники). Затем задать имя подгруппы «Family» (например, «POWER_SOURCES» - источники энергии). В графе «Component» будут приведен перечень элементов данного раздела библиотеки:

АС POWER – источник переменного тока;

DС POWER – источник постоянного тока;

DGND – цифровая земля;

GROUND – аналоговая земля;

THREE PHASE DELTA – трехфазный источник (треугольник);

THREE PHASE WYE – трехфазный источник (звезда),

и другие.

Рис.2.4. Часть окна выбора элементов схемы

Каждая позиция с именем элемента (например, полупроводникового диода) содержит множество конкретных приборов, выпускаемых различными фирмами и отличающихся значениями параметров.

Наряду с источниками «Sources» при моделировании электрических цепей используются базовые элементы группы «Basic» (рис.2.5).

Рис.2.5. Группа базовых элементов

В группу включены различные типы резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, трансформаторов, переключателей и других элементов. Вместе с промышленными элементами в библиотеке имеются виртуальные компоненты, параметры которых в рамках математического описания может устанавливать пользователь. Избранный элемент имеет по умолчанию некоторый начальный набор типовых параметров. Виртуальные элементы отличаются более простой процедурой их вызова щелчком левой кнопки мыши на ярлыке группы элементов и последующего помещения выбранного компонента на рабочее поле (см. рис.2.1).

Каждая группа содержит несколько типов виртуальных элементов. Источники сигналов “Sources” образуют две группы (рис.2.6).

Рис.2.6. Панели виртуальных источников энергии (а ) и сигналов различной формы (б )

Наряду с уже рассмотренными источниками энергии имеются источники напряжения и тока, выдающие сигналы различной формы: постоянные и синусоидальные, синусоидальные и модуляцией амплитуды или частоты, прямоугольных импульсов, экспоненциальных импульсов, сложной формы с кусочно-линейной аппроксимацией, белого шума.

Группа элементов “Basic” содержит пассивные схемные компоненты (резисторы, конденсаторы, индуктивности, трансформаторы) и другие элементы (рис.2.7,а ).

Рис.2.7. Панели виртуальных элементов “Basic” (а ), “Transistors”(б ) и “Diodes” (в )

Группы “Diodes…” (рис.2.7,в ), “Transistors…” (рис.2.7,б ), содержат полупроводниковые диоды и транзисторы различных типов: биполярные и полевые.

Группа разнообразных элементов “Miscellaneous” (рис.2.8,а ) содержит аналоговый коммутатор, кварцевый резонатор, плавкий предохранитель, лампу, двигатель постоянного тока, оптрон, цифровые индикаторы, таймер и другие элементы. Группа измерительных и индикаторных устройств “Measurement С…” (рис.2.8,б ) представлена набором разноцветных светодиодов и универсальных цифровых амперметров и вольтметров с разной ориентацией на рабочем поле.

Рис.2.8. Панели виртуальных разных элементов (а ), индикаторов и измерителей (б )

Имеются также группы операционных усилителей, цифровых логических элементов и микросхем. Для иллюстрации «сборки» схем с использованием «реальных»элементов в библиотеку введены их трехмерные изображения (рис.2.9).

Рис.2.9. Панель с изображением виртуальных элементов

Информацию о выбранном библиотечном элементе (модели, характеристики, параметры и примеры использования) можно получить с помощью быстрой помощи.

Для этого следует разместить элемент на рабочем поле:

открыть щелчком левой кнопки мыши соответствующую панель;

выбрать щелчком левой кнопки мыши требуемый элемент;

с помощью курсора поместить его в заданную область поля.

Если элемент уже находится на рабочем поле, то его необходимо выделить щелчком левой кнопки мыши (при этом границы элемента будут отмечены черными квадратиками). Вызвать панель операций с изображением элемента щелчком правой кнопки мыши и на ней щелчком левой кнопки мыши выбрать команду “Help”. Откроется панель “Msmapp” контекстной помощи на английском языке (рис.2.10).

Рис.2.10. Контекстная справка о характеристиках диода

Из приведенного перечня выбрать требуемый раздел помощи (например, статические характеристики полупроводникового диода) и ознакомиться с ними или распечатать для более подробного изучения.