Библиотечные элементы Multisim. Создание схем в программе multisim Multisim как подключить питание

Для примера рассмотрим усилительный каскад на биполярном транзисторе - включенным в схему с обшим эмиттером. Построим графики зависимости выходного и входного напряжений от времени, передаточную характеристику, амплитудно-частотную и фазо-частотную характеристики.

1) Соберем исследуемую схему в среде Multisim
Примечание:
-двойное нажатие левой кнопкой мыши на элемент позволяет изменить его параметры
-для удобства при работе можно изменять цвет проводов (выделяем провод правой кнопкой мыши и в появившемся контекстном меню выбираем Change Color)

2) Запускаем схему, осциллограф автоматически строит графики зависимости входного и выходного напряжений от времени (для того, чтобы их посмотреть, достаточно нажать левой кнопкой мыши на осциллографе).

В активном окне Oscilloscope-XSC1 можно увеличивать и уменьшать масштаб, сдвигать графики по осям ординат и абсцисс, с помощью курсора смотреть параметры в каждой точке графика (здесь- значение напряжения), с помощью кнопки Save можно сохранить данные осциллографа в виде таблице в текстовом файле.

3) Построение аналогичных графиков с помощью Transient Analysis.
С помощью кнопки плоттера отображение курсоров и данных можно посмотреть значение напряжений в любой точке. При анализе графики для удобства отображаются разными цветами.

В окне Transient Analysis на вкладке Output выбираем необходимые для анализа величины, а на вкладке Analysis Parameters можно установить начальное и конечное время анализа (такие же действия производятся в любом виде анализа).

4) Построение передаточной характеристики (зависимость выходного напряжения от входного) с помощью DC-Sweep Analysis. Работа в плоттере (Grapher View) с графиком осуществляется аналогично.

5) Построение АЧХ и ФЧХ (с помощью AC-Analysis).

Этой статьей начинаю освещать одну из интереснейших тем это тема компьютерного, еще говорят, схемотехнического моделирования схем различных электронных устройств .

Вообще термин моделирование электронных схем имеет много синонимов, это и эмуляция электронных схем, симуляция электронных схем и т. д. Я буду придерживаться термина «компьютерное моделирование» или моделирование схем на компьютере, не суть важно.

Итак, поехали.

На сегодняшний день существуем множество компьютерных программ, которые предназначены в первую очередь для разработки различных электронных устройств и в таких программах существует одна из важных функций – эмуляция электрических схем.

Перечислю только самые известные из них:

LTSpice и множестов других программ.

Сегодня я хочу вас познакомить с программой компании National Instruments – это эмулятор схем Multisim.

Бесплатную программу Multisim с ограничениями на 50 элементов в схеме можно скачать с сайта производителя по ссылке https://lumen.ni.com/nicif/confirmation.xhtml, там же на сайте можно найти версию для учебных заведений, более расширенную по сравнению с предидущей, но тоже имеющую свои ограничения https://lumen.ni.com/nicif/us/academicevalmultisim/content.xhtml

Начнем с изучения интерфейса программы.

Основные функциональные панели программы показаны на следующем рисунке.

Отдельный интерес представляет панель компонентов. С помощью панели компонентов осуществляется доступ к базе компонентов. При нажатии на любую из выбранных пиктограмм компонентов схем открывается окно Выбор компонента . В левой части окна осуществляется выбор необходимого компонента.

Вся база данных компонентов разделена на разделы (пассивные элементы, диоды, транзисторы, микросхемы и т. д.), а разделы на семейства (например, для диодов – это сами диоды, стабилитроны, светодиоды, тиристоры и т. д.). Надеюсь идея понятна.

Так же в окне выбора компонента можно посмотреть обозначение выбранного компонента, описание его функции, выбрать тип корпуса.

Моделирование схем в программе Multisim.

Теперь переходим непосредственно к практике. Давайте соберем простую схему в программе Multisim и заставим ее работать!

Я скачал из интернета схему мультивибратора на двух транзисторах, где в качестве нагрузки используются светодиоды.

Можем воспользоваться измерительными приборами, например виртуальным осциллографом и посмотреть сигналы в различных точках схемы.

Мы убедились, что схема работает, на этом знакомство с программой Multisim заканчиваю, если вас заинтересовала тема моделирования схем, пишите свои вопросы в комментариях, отвечу с удовольствием.

Ну и на последок, по традиции представляю вам подробное видео по моделированию схем в программе Multisim.

Если вы еще не подписались на новые выпуски интернет журнала «Электрон», то заполняйте форму внизу страницы и получайте новые выпуски на электронную почту в формате PDF.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Изучение и получение навыков работы в программе Multisim

ЗАДАНИЕ НА ПРОВЕДЕНИЕ РАБОТЫ

Изучить принцип построения электронных схем в программе Multisim

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Организация интерфейса программы Multisim представлена на рис. 1. Здесь показана стандартная инструментальная панель, содержащая кнопки для наиболее употребительных функций программы.

Панель симуляции позволяет осуществлять старт, остановку и другие функции симуляции, описанные ниже.

Панель инструментов имеет конпки для каждого из используемых инструментов, выбираемых из базы данных Multisim/

Общая панель разработки, показанная на рис.1. содержит окно схемы, в котором размещается исследуемая схема.

Стандартная панель содержит следующие кнопки:

На инструментальной панели расположены следующие кнопки:

И, наконец, на панели компонентов показаны следующие элементы:

Инструменты

В программе Multisim есть ряд виртуальных приборов. Эти приборы используются также как и их реальные эквиваленты. Использование виртуальных приборов - один из лучших и самых простых путей исследования схемы. Эти приборы могут быть помещены в любой уровень схемы или подсхемы, но они активны только в настоящее время для схемы или подсхемы на активных компонентах.

Виртуальные приборы имеют два вида: значок инструмента, который Вы устанавливаете на вашу схему, и, открытый прибор, где Вы устанавливаете способ управления прибором и отображения на экран.

Активный прибор

Идентификатор инструмента

Значок инструмента

Индикаторы ввода-вывода

Значок прибора показывает, как прибор связан со схемой. Когда инструмент активен, черная точка внутри индикаторов ввода-вывода показывает, что прибор связан с точкой разветвления.

Добавление прибора к схеме:

1. По умолчанию инструментальная панель приборов отображена на рабочем пространстве. Если инструментальная панель не отображена, нажмите кнопку Instruments. Появится Инструментальная панель Instruments, на которой каждая кнопка соответствует одному инструменту.

2. На инструментальной панели Instruments нажмите кнопку прибора, который Вы хотите использовать.

3. Переместите курсор в то место схемы, где Вы хотите разместить прибор и нажмите на кнопку мыши.

Появятся также значок и идентификатор инструмента. Инструментальный идентификатор идентифицирует тип прибора и его образца. Например, первый прибор, который Вы размещаете на схеме – будет назван "XMM1", второй - "XMM2", и так далее.

Примечание: чтобы изменить цвет значка Instrument, щелкните на немправой кнопкой мыши и выберете Color из контекстного меню. Выберите желатемый цвет, и нажмите OK.

Использование прибор:

1. Чтобы просмотреть и изменить средства управления прибором, дважды щелкните на нем. Появится окно управления Инструментом. Внесите необходимые изменения в параметры настройки также, как Вы сделали бы это на их реальных эквивалентах.

Обратите внимание на то, что параметры настройки должны соответствовать вашей схеме. Если параметры настройки неправильны, это может исказить результаты имитации.

Примечание : Не все участки открытого прибора поддаются изменению. Знак в виде руки появляется, если курсор находится на настройке, которая может изменяться.

2. Чтобы "активировать" схему, нажмите кнопку Simulate на Панели управления, и выберите Run из появившегося всплывающего меню. Multisim начнет имитировать поведение схемы и значения измеряемых параметров в точках, к которым Вы подключили прибор.

В то время, как схема активизирована, Вы можете корректировать параметры настройки инструмента, но Вы не можете изменять схему, изменяя значения или выполняя какие-либо действия, такие как вращение или перемещение элемента.

Создание электрических схем представляет собой вычерчивание их на рабочем поле. На первом этапе после запуска программы необходимо вынести требующиеся элементы из библиотек, а потом соединить их заданным образом.

Чтобы вынести элемент из библиотеки необходимо однократно щёлкнуть левой кнопкой мышки на библиотеке. Появится окно с компонентами библиотеки. Затем, однократно щёлкнув по элементу необходимо переместить указатель мышки на рабочее поле, после чего, щёлкнув мышкой по любой точке рабочего поля, вы помещаете туда элемент.

Соединение элементов осуществляется следующим образом: при наведении указателя мышки на один из зажимов элемента она примет вид крестика, далее однократно щёлкнув левой кнопкой мыши начните перемещать указатель мышки. За ним потянется пунктирная линия. Для необходимости сделать перегиб линии в заданной точке щёлкните левой кнопкой мыши. Когда вы подведёте указатель мыши к свободному выводу элемента, узлу или проводнику (соединительной линии) и щёлкните левой кнопкой мыши, то появится линия, соединяющая элементы (проводник).

Сопротивление проводников в Multisim нулевое. Необходимо иметь ввиду, что схема обязательно должна быть заземлена, и на рабочем поле должен присутствовать хотя бы один измерительный прибор. Заземление подключается к любой точке схемы.

Когда схема собрана, и подключены все необходимые измерительные приборы, то можно начать симуляцию (включить схему). Включение осуществляется выключателем в верхнем правом углу экрана. После включения схемы модель начинает работать. После снятия необходимых данных схему надо отключить. Любые изменения в схемы возможны только в отключенном режиме.

Факультет нелинейных процессов Кафедра электроники, колебаний и волн

Е.Н. Егоров, И.С. Ремпен

ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО ПРИКЛАДНОГО ПАКЕТА MULTISIM ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯ РАДИОФИЗИЧЕСКИХ СХЕМ

Учебно-методическое пособие

Саратов – 2008

	Введение
	Основные принципы создания схемы
	Описание основных элементов
	Анализ схем
	Меры предосторожности и безопасности
	Теоретическое задание
	Задание для численного эксперимента
	Приложение
	Контрольные вопросы

1. Введение

Разработка любого радиоэлектронного устройства сопровождается, как правило,

физическим или математическим моделированием. Физическое моделирование связано с большими материальными затратами, поскольку требуется изготовление макетов и их исследование, которое может быть весьма трудоемким. Поэтому часто применяют математическое моделирование с использованием средств и методов вычислительной техники. Одной из таких программ является электронная система моделирования Multisim (Electronics Workbench), отличающаяся простым и легко осваиваемым пользовательским интерфейсом. Широкое распространение Multisim получила в средних и высших учебных заведениях, где она используется в учебных целях в качестве лабораторного практикума по целому ряду предметов (физика, основы электротехники и электроники, основы вычислительной техники и автоматики и др.).

Электронная система моделирования Multisim имитирует реальное рабочее место исследователя – лабораторию, оборудованную измерительными приборами, работающими в реальном масштабе времени. С ее помощью можно создавать, моделировать как простые, так

и сложные аналоговые и цифровые радиофизические устройства.

В настоящей лабораторной работе описываются основные принципы работы с электронной системой моделирования Multisim 9. Для четкого понимания принципов ее работы необходимо:

знание основных принципов работы операционной системы Windows;

понимание принципов работы основных измерительных приборов (осциллограф, мультиметр, и т.п.);

знание отдельных элементов радиоэлектронных устройств.

2. Основные принципы создания схемы.

Работа с электронной системой моделирования Multisim включает в себя три основных

этапа: создание схемы, выбор и подключение измерительных приборов, и, наконец, активация схемы – расчет процессов, протекающих в исследуемом устройстве.

В общем случае процесс создания схемы начинается с размещения на рабочем поле Multisim компонентов из библиотеки программы. Подразделы библиотеки программы Multisim поочередно могут быть вызваны с помощью иконок, расположенных на панели инструментов (рис. 1). Каталог выбранного раздела библиотеки располагается в

вертикальном окне справа или слева от рабочего поля (устанавливается в любое место перетаскиванием стандартным способом – за шапку заголовка). Для выбора требуемого элемента из библиотеки необходимо подвести курсор мыши к соответствующей иконке и нажать один раз на стрелку раскрывающегося списка, после чего выбрать в списке необходимый для работы элемент. После этого необходимый для создания схемы значок (символ) компонента переносится на рабочее поле программы нажатием левой клавиши мыши. При размещении компонентов схемы на рабочем поле программы можно также воспользоваться контекстным меню, возникающим при нажатии на правую клавишу мыши на свободном месте рабочего поля. На этом этапе необходимо предусмотреть место для размещения контрольных точек и иконок контрольно-измерительных приборов.

Рис. 1. Каталоги библиотеки компонентов Multisim 9

Выделенный компонент схемы (выделяется рамкой из штриховой синей линии) можно повернуть (контекстного меню, кнопок на панели инструментов или пункта меню Circuit>Rotate) или зеркально отразить относительно вертикальной (горизонтальной) оси (команда меню Circuit>Flip Vertical (Horizontal), контекстное меню, кнопки на панели инструментов). При повороте большинство компонентов поворачиваются на 90o против часовой стрелки при каждом выполнении команды, для измерительных приборов (амперметр, вольтметр и др.) меняются местами клеммы подключения.

В готовой схеме пользоваться поворотом и отражением элементов нецелесообразно, поскольку это чаще всего приводит к путанице соединительных проводов – в этом случае компонент нужно отключить от цепи, и только потом вращать (отражать).

По умолчанию устанавливается виртуальный элемент, обладающий идеальными свойствами (например, отсутствие внутренних шумов и потерь) того или иного элемента. С помощью двойного щелчка по значку компонента можно изменить его свойства. В раскрывающемся диалоговом окне устанавливаются требуемые параметры (как правило, номинал элемента схемы и ряд других параметров для других элементов типа измерительных приборов или сложных интегральных схем) и выбор подтверждается нажатием кнопки «Ok» или клавиши «Enter» на клавиатуре. В том же диалоговом окне, при нажатии кнопки Replace появляется диалоговое окно с указанием всей библиотеки элементов. С помощью этого окна можно заменить идеальный элемент его реальным аналогом, при этом варьируется не только его номинал, но и производитель конкретных схемных элементов, а также серия элемента. Для большого числа компонентов можно выбрать параметры, соответствующие реальным элементам (диодам, транзисторам и т.п.) различных производителей.

При создании схем удобно также пользоваться динамическим меню, которое вызывается нажатием правой кнопки мыши. Меню содержит команды Help (помощь), Paste (вставить), Zoom In (увеличить), Zoom Out (уменьшить), Schematic Options (параметры схемы), а также команды Add <Название компонента>. Эта команда позволяет добавить на рабочее поле компоненты, не обращаясь к каталогам библиотеки. Количество команд Add <Название компонента> в списке меню определяется количеством типов компонент (резисторов, знака заземления и т.д.), уже имеющихся на рабочем поле.

После размещения компонентов производится соединение их выводов проводниками. При этом необходимо учитывать, что к выводу компонента можно подключить только один проводник. Для выполнения подключения курсор мыши подводится к выводу компонента, и после появления площадки, нажимается левая кнопка мыши. Появляющийся при этом проводник протягивается к выводу другого компонента до появления на нем такой же площадки, после чего ещё раз нажимается левая кнопка мыши. При необходимости подключения к этим выводам других проводников в контекстном меню (появляется при нажатии правой кнопки мыши) выбирается точка (символ соединения, обозначен как

Junction) и переносится на ранее установленный проводник. Если на ней виден след от пересекающего проводника, то электрического соединения нет и точку необходимо установить заново. После удачной установки к точке соединения можно подключить еще два проводника. Если соединение нужно разорвать, курсор подводится к соответствующему проводу и выделяется левой кнопкой мыши, после чего нажимается клавиша Delete.

Если необходимо подключить вывод к имеющемуся на схеме проводнику, то проводник от вывода компонента курсором подводится к указанному проводнику и после появления точки соединения нажимается левая кнопка мыши. Следует отметить, что прокладка соединительных проводников производится автоматически, причем препятствия – компоненты и другие проводники – огибаются по ортогональным направлениям (по горизонтали или вертикали).

Подключение к схеме контрольно-измерительных приборов производится аналогично. Панель с контрольно-измерительным оборудованием (за исключением амперметра и вольтметра) расположена вертикально с правой стороны рабочей области, и включает в себя такие элементы как мультиметр, осциллограф (2-х и 4-х канальный), ваттметр, функциональный генератор, бодплоттер, спектранализатор и т.д. Более подробно работа некоторых из этих приборов будет описана ниже.

Для таких приборов, как осциллограф или логический анализатор, соединения целесообразно проводить цветными проводниками, поскольку их цвет определяет цвет соответствующей осциллограммы.

Каждый элемент может быть передвинут на новое место. Для этого он должен быть выделен и перетащен с помощью мышки. При этом расположение соединительных проводов изменится автоматически. Можно также переместить целую группу элементов: для этого их нужно последовательно выделять мышкой при нажатой клавише Ctrl, а затем перетащить их в новое место. Если необходимо переместить отдельный сегмент проводника, к нему подводится курсор, нажимается левая кнопка и, после появления в вертикальной или горизонтальной плоскости двойного курсора, производятся нужные перемещения.

3. Описание основных элементов

Как уже говорилось, в электронной системе Multisim имеется несколько разделов

библиотеки компонентов, которые могут быть использованы при моделировании. Ниже приводится краткая справка по основным (естественно, не всем) компонентам. После названия в скобках приведены некоторые параметры компонента, которые могут быть изменены пользователем.

Все компоненты условно разделим на ряд подгрупп.

3.1. Источники сигналов (вкладки Power Source Components и Signal Source Components).

Понятно, что здесь под источниками сигналов подразумеваются не только источники питания, но и управляемые источники.

Батарея (напряжение). Длинная полоска соответствует положительной клемме.

Заземление (метка).	Источник постоянного тока

Источник переменного	Источник переменного
синусоидального напряжения	синусоидального тока
(эффективное значение	(эффективное значение тока,
напряжения, частота, фаза).	частота, фаза).
Источники фиксированного	Генератор однополярных
напряжения. Применяются в	прямоугольных импульсов
логических схемах.	(амплитуда, частота,
	коэффициент заполнения).
Генератор амплитудно-	Генератор фазо-
модулированных колебаний	модулированных колебаний
(напряжение и частота	(напряжение и частота
несущей, коэффициент и	несущей, индекс и частота
частота модуляции).	модуляции).

3.2. Пассивные элементы (вкладка Basic) – библиотека, в которой собраны все пассивные компоненты, а также коммуникационные устройства.

Резистор (сопротивление). Конденсатор (емкость).

Катушка индуктивности Трансформатор. (индуктивность).

Реле (находится только в библиотеке элементов).

Переключатель, управляемый нажатием заданной клавиши (по умолчанию – пробел).

Потенциометр (реостат). Параметр «Key» определяет символ клавиши клавиатуры (по умолчанию A), при нажатии на которую сопротивление уменьшается на заданную в процентах величину (параметр «Increment», по умолчанию 5%) или увеличивается на такую же величину при нажатии клавиш Shift+«Key». Параметр «Setting» задает начальную установку сопротивления в процентах (по умолчанию – 50%), параметр «Resistance» задает номинальное значение сопротивления.

Конденсатор и катушка индуктивности переменной емкости. Действуют аналогично потенциометру.

3.3. Полупроводниковые элементы (Diode Components и Transistor Components) – диоды и транзисторы.

Светодиод (тип).

Симметричный динистор или диак (тип).

Выпрямительный мост (тип).

Симметричный тринистор или триак (тип).

Полевые МОП-транзисторы с изолированным затвором (n - канальные с обогащенной подложкой и p -канальные с обедненной подложкой), с раздельными или соединенными выводами подложки и истока (тип).

Полевые МОП-транзисторы с изолированным затвором (n - канальные с обогащенным затвором и p -канальные с обедненным затвором), с раздельными или соединенными выводами подложки и истока (тип).

Арсенид-галлиевые n - и p- канальный полевые транзисторы (тип)

Указанные выше разделы библиотеки содержат основные схемотехнические элементы, которые студентам придётся применять в данном практикуме. Далее, опишем некоторые разделы библиотеки, которые в нашей работе будут затрагиваться реже.

3.5. Логические цифровые микросхемы (разделы библиотеки TTL и CMOS).

Светоиндикатор (цвет свечения). Семисегментный индикатор с дешифратором (тип). Линейка из десяти светодиодов со встроенным АЦП (минимальное и минимальное напряжение).

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ-НЕ (количество входов)

Тристабильный буфер Триггер Шмидта (тип) (элемент с тремя состояниями) и буфер (тип)

Более сложные элементы цифровой схемотехники (триггеры, мультиплексоры, декодеры и т.д.) не имеют в Multisim специальных обозначений и изображаются в виде пиктограммы (квадрат с различным числом выходов и соответствующими обозначениями). Определить тип того или иного схемного элемента можно по описанию в окне библиотеки. Поэтому здесь не приводится их описание.

3.6. Индикаторные устройства (Misc, Measurement Components или раздел Indicators в

библиотеке).

Вольтметр с цифровым отсчетом (внутреннее сопротивление, режим измерения постоянного или переменного тока). Отрицательная клемма показана утолщенной черной линией.

Амперметр с цифровым отсчетом (внутреннее сопротивление, режим измерения постоянного или переменного тока). Отрицательная клемма показана утолщенной черной линией.

Лампа накаливания (напряжение, мощность). Семисегментный индикатор

Линейка из десяти независимых светодиодов (напряжение, номинальный и минимальный ток).