MULTISIM

Рис. 2. Мультиметр

После нажатия на кнопку установки параметров мультиметра открывается диалоговое окно, в котором можно выставить следующие параметры:

•Ammeter resistance — внутреннее сопротивление амперметра;

•Voltmeter resistance — входное сопротивление вольтметра;

•Ohmmeter current — ток через контролируемый объект;

•dB Relative value — установка эталонного напряжения V1 при измерении ослабления или усиления в децибелах (по умолчанию V1=774.597mV). При этом для коэффициента передачи используется формула: K=20 1og(V2/V1), где V2 – напряжение в контролируемой точке, K измеряется в децибеллах .

Функциональный генератор. Лицевая панель функционального генератора показана на рис. 3. Управление генератором осуществляется следующими органами управления:

•выбор формы выходного сигнала: синусоидальной (установлен по умолчанию), треугольной и прямоугольной;

•установка частоты выходного сигнала;

•установка коэффициента заполнения в %: для импульсных сигналов это отношение длительности импульса к периоду повторения – величина, обратная скважности, для треугольных сигналов – соотношение между длительностями переднего и заднего фронта;

•установка амплитуды выходного сигнала;

•установка смещения (постоянной составляющей) выходного сигнала;

•выходные зажимы; при заземлении клеммы СОМ (общий) клеммах "–" и "+" получается парафазный сигнал.

12

Рис. 3. Функциональный генератор

Осциллограф. Лицевая панель осциллографа показана на рис. 4. Осциллограф имеет два канала (CHANNEL) А и В (в случае двухканального осциллографа; в арсенале приборов Multisim имеется также и 4-х канальный осциллограф, а также виртуальный осциллограф фирмы Agilent) с раздельной регулировкой чувствительности в диапазоне от 10 мкВ/дел (mV/Div) до 5 кВ/дел (kV/Div) и регулировкой смещения по вертикали (Y POS). При этом каждый канал имеет два вывода обозначенные как «+» и «-». Подавая сигнал на один из выводов, другой целесообразно заземлять.

Выбор режима по входу осуществляется нажатием кнопок AC, 0, DС. Режим AC предназначен для наблюдения только сигналов переменного тока (его еще называют режимом «закрытого входа», поскольку в этом режиме на входе усилителя включается разделительный конденсатор, не пропускающий постоянную составляющую). В режиме 0 входной зажим замыкается на землю. В режиме DC (включен по умолчанию) можно проводить осциллографические измерения как постоянного, так и переменного тока. Этот режим еще называют режимом «открытого входа», поскольку входной сигнал поступает на вход вертикального усилителя непосредственно. С правой стороны от кнопки DC расположен входной зажим.

Режим развертки выбирается кнопками Y/T, B/A, A/B. В режиме Y/T (обычный режим, включен по умолчанию) реализуются следующие режимы развертки: по вертикали – напряжение сигнала, по горизонтали – время; в режиме В/А: по вертикали – сигнал канала В, по горизонтали – сигнал канала А; в режиме А/В: по вертикали – сигнал канала А, по горизонтали – сигнал канала В.

13

Рис. 4. Осциллограф

Врежиме развертки Y/T длительность развертки (TIME BASE) может быть задана в диапазоне от 0,1 нc/дел (ns/div) до 1 с/дел (s/div) с возможностью установки смещения в тех же единицах по горизонтали, т.е. по оси Х (X POS).

Врежиме Y/T предусмотрен также ждущий режим (TRIGGER) с запуском развертки (EDGE) по переднему или заднему фронту запускающего сигнала (выбирается нажатием соответствующих кнопок) при регулируемом уровне (LEVEL) запуска, а также в режиме AUTO (от канала А или В), от канала А, от канала В или от внешнего источника (ЕХТ), подключаемого к зажиму в блоке управления TRIGGER. Названные режимы запуска развертки выбираются кнопками AUTO, A, B, EXT.

Также пользователю доступна прокрутка изображения по горизонтали и его сканирования с помощью вертикальных визирных линий (синего и красного цвета), которые за треугольные ушки (они обозначены также цифрами 1 и 2) могут быть курсором установлены в любое место экрана. При этом в индикаторных окошках под экраном приводятся результаты измерения напряжения, временных интервалов и их приращений (между визирными линиями).

Изображение можно инвертировать нажатием кнопки REVERSE, а также можно записать данные в текстовый файл с помощью кнопки SAVE.

14

Измеритель АЧХ и ФЧХ (Bode Plotter). Лицевая панель измерителя АЧХ-ФЧХ показана на рис. 5. Измеритель предназначен для анализа амплитудно-частотных (при нажатой кнопке MAGNITUDE, включена по умолчанию) и фазо-частотных (при нажатой кнопке PHASE) xaрактеристик при логарифмической (кнопка LOG, включена по умолчанию) или линейной (кнопка LIN) шкале по осям Y (VERTICAL) и Х (HORIZONTAL). Настройка измерителя заключается в выборе пределов измерения коэффициента передачи и вариации частоты с помощью кнопок в окошках F – максимальное и I – минимальное значение. Значение частоты и соответствующее ей значение коэффициента nepедачи или фазы индицируются в окошках в правом нижнем углу измерителя. Значения указанных величин в отдельных точках АЧХ или ФЧХ можно получить с помощью вертикальной визирной линии, находящейся в исходном состоянии в начале координат и перемещаемой по графику мышью или кнопками ←, →. Результаты измерения можно записать также в текстовый файл. Для этого необходимо нажать кнопку SAVE и в диалоговом окне указать имя файла (по умолчанию предлагается имя схемного файла). В полученном таким образом текстовом файле «*.scp» АЧХ и ФЧХ представляются в табличном виде.

Рис. 5. Измеритель АЧХ и ФЧХ

Подключение прибора к исследуемой схеме осуществляется с помощью зажимов IN (вход) и OUT (выход). Левые клеммы зажимов подключаются соответственно к входу и выходу исследуемого устройства, а правые – к общей шине (земля). Ко входу устройства необходимо подключить функциональный генератор или другой источник переменного напряжения, при этом каких-либо настроек в этих устройствах не требуется.

15

4. Анализ схем

Концепция электронной лаборатории с виртуальными измерительными приборами, заложенная в систему моделирования EWB, существенно облегчает проведение самого сложного этапа – расчета процессов, протекающих в радиоэлектронном устройстве. После составления схемы и подключения к схеме измерительных приборов для начала анализа цепи достаточно нажать кнопку Activate/Stop, находящуюся в левом углу панели инструментов. Рассчитанные значения токов, напряжений или сопротивлений показываются на экранах измерительных приборов. Аналогичный порядок работы имеет место в реальной лаборатории с реальными измерительными приборами. Процесс моделирования можно временно приостановить, нажав кнопку Pause. Для запуска, прекращения или временного приостановления процесса моделирования можно также воспользоваться соответствующими командами пункта меню или «горячими» клавишами (F5 запуск и остановка вычислений, F6 - пауза).

На втором этапе моделирования можно изменить параметры элементов, удалить или добавить радиоэлементы, подключить приборы к другим контрольным точкам схемы и т.п. После таких изменений, как правило, требуется снова активизировать цепь, нажимая кнопку Simulate/Stop. При использовании переменных резисторов, конденсаторов или катушек изменение процессов в цепи можно наблюдать, как правило, не прекращая моделирование. Однако при этом увеличивается погрешность получаемых результатов. Поэтому для получения надежных результатов расчет рекомендуется повторить при фиксированных параметрах.

В зависимости от типа подключенного прибора программа Multisim автоматически настраивается на выполнение следующих основных видов анализа:

•DC Operating Point – расчет режима по постоянному току, при включении мультиметра, амперметров и вольтметров для измерения постоянных токов и напряжений;

•AC Analisis – расчет частотных характеристик, при включении измерителя АЧХ и ФЧХ, а также мультиметра, амперметров и вольтметров для измерения гармонических токов и напряжений;

•Transient – расчет переходных процессов, при использовании осциллографа.

В программе Multisim предусмотрен также другой порядок анализа схемы – выбор режимов анализа с помощью подпункта меню Simulate/Analysis. Указанные выше режимы

16

В электронной системе моделирования Multisim по умолчанию установлен достаточно большой шаг численного интегрирования. Для повышения точности и корректности результатов анализа переходных процессов, особенно в узкополосных цепях, в цепях с нелинейными элементами и в других сложных цепях, рекомендуется в пункте меню Transient установить следующие значения параметров: ITL4 = 100...1000 и TRTOL= 1 ... 0.1

Кроме указанных трех основных видов анализа, с помощью подпункта Analysis можно дополнительно провести другие виды анализа: спектральный анализ (Fourier), расчет чувствительности и разброса характеристик схемы при изменении параметров компонентов (Monte Carlo), анализ спектра внутренних шумов (Noise), расчет нелинейных искажений (Distortion), анализ влияния вариаций параметра какого либо элемента схемы (Parameter sweep), анализ влияния изменения температуры на характеристики устройства (Temperature sweep), расчет нулей и полюсов передаточной характеристики моделируемой цепи (PoleZero), расчет передаточной функции (Transfer Function) и расчет чувствительности и разброса характеристик схемы при изменении параметров компонентов (Sensitivity, Worst Case).

Расчет чувствительности и разброса характеристик схемы при изменении параметров компонентов может быть важен из-за того, что все радиоэлементы изготавливаются на предприятиях с некоторым разбросом параметров. В бытовой аппаратуре разброс параметров элементов достигает 20%. В аппаратуре специального назначения, в ответственных узлах радиоэлектронных устройств разброс параметров, как правило, не должен превышать 10%. Отдельные радиокомпоненты изготавливаются с разбросом параметров, равным 5%, 2%, 1% и менее. Например, в источниках питания ЭВМ для получения высокостабильного напряжения могут использоваться резисторы с разбросом параметров, равным 0.5%. Для расчета нестабильности характеристик устройства и их чувствительности к изменениям параметров компонентов при заданном разбросе параметров элементов используется пункт меню Analysis > Monte Carlo. При анализе нестабильности характеристик, как правило, задается гауссово распределение случайного разброса параметров радиоэлементов. Анализ чувствительности и разброса характеристик схемы при изменении параметров компонентов требуется для оценки работоспособности устройств при модернизации, ремонте и при серийном производстве.

19

5. Меры предосторожности и безопасности

Основным источником опасности в работе являются розетки и провода сети 220 В. При обнаружении нарушений следует работу прекратить и сообщить о неполадках преподавателю.

6. Теоретическое задание:

(должно быть сделано до выполнения экспериментальной части работы)

1. Рассчитайте все токи и напряжения в одной из схем указанных преподавателем с помощью законов Кирхгофа (рис. 7, таблица 1);

а б в

Рис. 7. Схемы для самостоятельной работы к п. 1 теоретического задания

2. Используя метод комплексных амплитуд, рассчитайте все комплексные амплитуды токов и напряжений для схемы, указанной преподавателем (рис. 8, таблица 2) при нескольких значениях частоты ω. Значения частоты определите самостоятельно таким образом, чтобы отчетливо проявлялись свойства схемы на малых, средних и больших частотах.

г д е

Рис. 8. Схемы для самостоятельной работы к п. 2 теоретического задания

20