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.
В Multisim используется безрежимный принцип работы: действие мышью зависит от положения курсора, нет необходимости выбирать инструмент или режим при работе в Multisim. Курсор изменяет свой вид в зависимости от того, на какой объект он наведен. Различные виды курсора приведены на рисунке 20.
Рис. 20 Безрежимный курсор мыши.
Когда курсор расположен над разъемом (pin) или терминалом (terminal) компонента, левым щелчком мыши можно его соединить. Когда курсор расположен над существующим проводом и рядом с разъемом или терминалом, соединение можно легко изменить.
Чтобы начать вести соединяющий провод, кликните по разъему, чтобы завершить соединение, кликните по конечному терминалу.
В Multisim есть функция автоматического соединения разъемов между собой и с проводниками. Чтобы добавить компонент в существующую сеть соединений, просто его разъемы касались существующей сети.
Рис. 21 Автоматическое соединение касанием.
В Multisim есть возможность вставить компонент внутрь существующей сети соединений. Для этого просто следует разместить элемент параллельно проводнику (рисунок 22).
Рис. 22 Автовставка компонентов.
Назначение «горячих» клавиш
Назначение «горячих» клавиш приведено в таблице 13.
Таблица 13.
| Сочетание клавиш | Выполняемая функция | Сочетание клавиш | Выполняемая функция |
| Ctrl+N | Создать новый файл. | Ctrl+F | Поиск. |
| Ctrl+O | Открыть файл. | Delete | Удалить выделенную группу |
| Ctrl+S | Сохранить текущий файл. | Ctrl+W | Выбор устройств. |
| Ctrl+P | Печать графиков / текущий файл. | Ctrl+J | Вставка узла. |
| Ctrl+Z | Отмена действия. | Ctrl+Q | Добавление провода. |
| Ctrl+X | Вырезать. | Ctrl+I | Вставка коннектора. |
| Ctrl+C | Копировать. | Ctrl+B | Вставка подсхемы. |
| Ctrl+V | Вставить. | Ctrl+T | Вставка текста. |
| Ctrl+D | Открывает Circuit Description Box. | F5 | Запуск схемы. |
| Alt+Y | Зеркальное отображение по вертикали. | F6 | Пауза. |
| Alt+X | Зеркальное отображение по горизонтали. | Ctrl+R | Поворот на 90 вправо. |
| Ctrl+Shift+R | Поворот на 90 влево. |
Клавиши курсора перемещает выделенное устройство влево, вправо, вверх, вниз.
Анализ схемы
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 анализа электрической цепи можно получить, выбирая соответствующие команды подпункта Analysis. При выборе того или иного метод анализа всплывает диалоговое окно с несколькими закладками, в котором установить параметры моделирования (количество закладок, их комбинация, а также содержание некоторых из них может варьироваться для различных методов анализа). Для каждого вида анализа будет предложен свой набор параметров для изменения. Так, например, в закладке Analyses Parametersбудут предложены параметры характерные только для данного вида анализа. Например для AC Analysis будет предложено выбрать диапазон и изменения частоты, количество значений частоты для которых будет вычислена амплитудно- и фазо-частотная характеристика, характер выбора частоты расчёта (линейный выбор точки, через декаду, через октаву), а также параметры графиков, на которых будут выведены результаты (логарифмическая или линейная шкала). Некоторые закладка будут одинаковыми для всех видов анализа. Например, Output(позволяет выбрать узлы схемы для которых будут отображаться результаты расчёта и переменные, которые будут отображаться) и Analysis Options. Последняя закладка позволяет менять некоторые параметры численной схемы, используемой для моделирования предложенной пользователем радиофизической схемы. После нажатия на данной закладке кнопки Customizeпоявляется диалоговое окно, содержащее пять основных закладок.
Опишем некоторые параметры, которые могут пригодиться при выполнении заданий данного пособия.
Закладка Globa»– настройки общего характера, задаются с помощью следующих параметров:
• ABSTOL – абсолютная ошибка расчета токов;
• GMIN – минимальная проводимость ветви цепи (проводимость ветви, меньшая GMIN, считается равной нулю);
• RELTOL – допустимая относительная ошибка расчета напряжений и токов;
• VNTOL – допустимая ошибка расчета напряжений в режиме Transient (анализ несходных процессов);
• CHGTOL – допустимая ошибка расчета зарядов;
• RAMPTIME – начальная точка отсчета времени при анализе переходных процессов
• CONVSTEP – относительный размер шага итерации при расчете режима по постоянному току;
• CONVABSSTEP – абсолютный размер шага итерации при расчете режима по постоянному току;
• CONVLIMIT – включение или выключение дополнительных средств для
обеспечения сходимости итерационного процесса;
• RSHUNT – допустимое сопротивление утечки для всех узлов относительно общей шины (заземления).
• АССТ – разрешение на вывод статистических сообщений о процессе
моделирования.
Закладка DC– настройка для расчета режима по постоянному току (статический режим):
• ITL1 – максимальное количество итераций приближенных расчетов;
• GMINSTEPS – размер приращения проводимости в процентах от GMIN
(используется при слабой сходимости итерационного процесса);
Кнопка Reset Defaults предназначена для установки по умолчанию параметров и используется в том случае, если после редактирования необходимо вернуться к исходным данным.
Закладка Transient– настройка параметров режима анализа переходных процессов:
• ITL4 – максимальное количество итераций за время анализа переходных
процессов;
• MAXORD – максимальный порядок (от 2 до 6) метода интегрирования дифференциального уравнения;
• TRTOL – допуск на погрешность вычисления переменной;
• METHOD – метод приближенного интегрирования дифференциального уравнения:
TRAPEZOIDAL – метод трапеций, GEAR – метод Гира;
C содержанием закладок Deviceи Advancedпредлагаем студентам разобраться самостоятельно.
После установки всех необходимых значений параметров нажмите кнопку Simulate для активации процесса вычисления.
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 (Pole-Zero), 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.