Е Р0пот-потужність,яка споживається схемою в стані 0”, Р1пот-потужність,яка споживається схемою в стані “1”.
абораторна робота № 1
Тема: Ознайомлення з програмним пакетом Multisim.
Мета роботи:Ознайомитись з можливостями Electronics Workbench MultiSim Power Pro. Навчитись створювати електричні схеми і проводити їх моделювання.
Короткі теоретичні відомості
1 Загальні завваги
Інтуїтивний редактор схем програми Multisim дає можливість за рахунок економії часу при рисуванні залишати більше часу на конструювання. Multisim збудований так, що вам немає необхідності переключатись від розміщення деталей до режму розводки, як в інших аналогічних програмах. Multisim надходить до закажчика з повною базою з 16,000 деталей і включає в себе імітаційну модель, схематичний символ, електричні параметри і макет для розводки. Також існує безплатний доступ до центру конструювання (Design Center), в якому знаходиться більше 12 мільйонів деталей в пошуковій базі даних.
Функції SPICE імітації: SPICE-імітація індустріального стандарту, XSPICE підсилення для розширення Berkeley SPICE3 можливостей, імітація з підключенням VHDL и Verilog, інтерактивна імітація, широкий набір джерел, включаючи DC, синусоїдальний, імпульсний, пилоподібний, випадковий, AM, FM, програмне моделювання, змішана аналого/цифрова імітація, сучасні алгоритми для вирішення проблем перетинаючихся цепів, розширенні опції для отримання компроміса швидкість/точність.
Функції радіочастотної імітації: SPICE підсилення для високочастотної імітації, RF інструменти і аналізи, RF моделі й мейкери моделей.
Multisim – єдиний загальноцільовий імітатор для використання з частотами більше 100 MHz, де SPICE, як правило, стає недієздатним. Радіочастотний набір програми Multisim включає спеціальну бібліотеку деталей, мэйкери радіочастотних моделей, радіочастотні віртуальні інструменти і радіочастотні аналізатори.
VHDL и Verilog Функції: простий спосіб почати використовувати HDLs, імітація складних цифрових деталей, котрі не можуть бути змодельовані в SPICE, імітація VHDL і Verilog деталей без необхідності розуміти HDL синтаксис, закінчений інструмент конструювання з редакторами кодів, менеджерами проектів, імітацією, виводом форми коливань і відладкою, сумісна імітація з SPICE, повна відповідність стандартам.
Multisim дозволяє працювати групі конструкторів над ідентичними схемами в реальному часі через локальну мережу або Інтернет. За допомогою Multisim ви можете ввести спеціальні поля для характеристики деталей, такі як вартість, час поставки або постачальник.
пис програми
пис меню програми
Як і більшість інших програм для Windows, Multisim теж має панель меню, панелі інструментів та робоче поле, на якому власне і моделюється схема. Multisim, на відміну від інших програм такого типу, досить зручна в користуванні і проста в розумінні. Кожна опція меню та кожна кнопка панелі інструментів детально описані в допомозі (Help).
Розгляд програми розпочнемо з опису меню. Для деяких команд в програмі передбачені комбінації клавіш швидкого доступу, тобто комбінації, при натисканні яких виконується ця команда. Ці клавіші наводяться в квадратних дужках.
Меню File:
New (новий) – створення нового файлу (схеми) [Ctrl+N].
Open (відкрити) – відкривання існуючої файлу (схеми) [Ctrl+O].
Save (зберегти) – запис файла (схеми) на диск [Ctrl+S].
Save as... (зберегти як) – запис файла під іншим іменем (цей пункт також відкривається автоматично, коли ви вперше записуєте новостворений файл).
New project (новий проект) – створення нового проекту для групування вже створених файлів(схем).
Open project (відкрити проект) – відкрити вже існуючий(створений) проект.
Save project – зберегти проект.
Close project – закрити проект.
Version control – відкатує або відновлює проект.
Print Circuit – друк поточної схеми :
1) Print – друк поточного файлу [Ctrl+P].
2) Print Preview друк попереднього файлу.
3) Print Circuit Setup – установки параметрів друку схеми.
Print Reports – друк поточного протоколу :
1) Bill of Materials – список компонентів і їх параметрів використаних у схемі.
2) Database Family List – список серій компонентів.
3) Component Detail Report – закладка, що показує всю інформацію, що знаходиться в базах даних Multisim про той чи інший компонент.
Print Instruments – друк використаних засобів.
Print Setup – установки параметрів друку (вибір принтера та інше).
Recent File – недавній файл.
Recent Project – недавній проект.
Exit – вихід.
Меню Edit (правка):
Undo – выдновлення попереднього стану.
Cut (вирізати) – виділений елемент видаляється зі схеми і переміщується до буферу обміну (Clipboard) [Ctrl+X].
Copy (копіювати) – виділений елемент переміщується до буферу обміну не видаляючись зі схеми [Ctrl+C].
Paste (вставити) – вставка елемента з буферу обміну [Ctrl+V].
Delete (знищити) – видалення елемента зі схеми [Del].
Select all (виділити все) – одночасне виділення всіх елементів схеми (може бити використане для копіювання схеми в буфер з метою вставки в редакторі Microsoft Word чи Paint, або для створення блоку) [Ctrl+A].
Flip Vertical – повертає елемент навколо горизонтальної осі [ Alt+X].
Flip Horizontal – повертає елемент навколо вертикальної осі[Alt+Y].
Сомроnent Properties ( властивості елемента) – відкриває діалогове вікно, в якому можна змінити параметри виділеного елемента.
 |
90 Clockwise - поворот компонента на 90 градусів за годинниковою стрілкою [Ctrl+R].
90 Counter CW – поворот компонента на 90 градусів проти годинникової стрілки [Shift+Ctrl+R].
Сомроnent Properties ( властивості елемента) – відкриває діалогове вікно, в якому можна змінити параметри виділеного елемента.
Меню View (вид):
Toolbars – панелі інструментів (системна, проектувальна,інструментна, використаних в семі компонентів, а також панель збільшення і зменшення).
Component Bars – панель компонентів (база даних multisim, загальна база даних, база даних користувача, панель інструментів EDA).
Project Worckspace – робочий простір проекту
Status Bar – панель стану компонентів.
Show Simulation Error Log/Audit Trail – показати журнал помилки імітації.
Show Xspace Command Line Interface – Х – простірну командну строку інтерфейсу.
Show Grapher – показати самописець[Ctrl+G].
Show Simulate Switch – показати імітаційний перемикач.
Show Text Description Box – відкриває вікно опису схеми, в якому коротко занотовується її назва та призначення [Ctrl+D].
Show Grid - показати координатну сітку.
Show Page Bounds – показати границі сторінки.
Show Title Block and Bound – показати титульний блок і його границі.
Zoom in (збільшити) – збільшення схеми [Ctrl++].
Zoom out (зменшити) – зменшення схеми [Ctrl+-].
Find – знайти файл чи компонент[Ctrl+F].
Меню Place (розміщення):
Place Component – розмістити компонент[Ctrl+W].
Place Junction – розмістити вузол, з’єднання[Ctrl+J].
Place Bus – розмістити шину, канал передачі інформації[Ctrl+U].
Place Input/Output – розмістити точки входу/виходу[Ctrl+I].
Place Hierarchical Block – розмістити ієрархічний блок[Ctrl+H].
Place Text – розмістити текст[Ctrl+T].
Place Text Description Box – відкриває вікно опису схеми, в якому коротко занотовується її назва та призначення [Ctrl+D].
Replace Component – замінити компонент.
Place as Subcircuit – розмістити як підсхему[Ctrl+B].
Replace by Subcircuit – замінити підсхемою[Ctrl+Shift+B].
Меню Simulate (імітації):
Run – запускає процес аналізу схеми [F5].
Pause - тимчасово перериває моделювання [F6].
Default Instrument Settings – прийняті по замовчуванню значення інструментів.
Multisim дозволяє вам встановити установочні параметри для інструментів задані по замовчуванню, які базуються на поданих аналізах ( осцилоскоп, спектральний аналізатор, логічний аналізатор).
Acct – параметр, що відповідає за вивід імітаційної статистики,
дані виводяться на екрані Graph.
Gmin – мінімальна провідність. Опція, що скидає мінімальну провідність, що використовується в будь – якій схемі.
Reltol – відносно допустима похибка. Опція, що скидає відносну допустиму похибку для схеми. Для всіх схем ця похибка генерується автоматично і по замовчуванню у відповідності до заводських налагоджень.
Abstol – абсолютна допустима похибка.
Vtol – допустима похибка напруги.
Trtol – похибка переривання переоцінюючого фактору. Скидання настройок допустимої похибки перехідного аналізу.
Chgtol – опція, що відповідає за зміну розряду допустимої похибки.
Pivtol – опція всановлення мінімально прийнятної осі.
Pivrel – мінімально прийнятна пропорція осі
Tnom – скидання установок нормальної температури досліджуваної схеми.
Itl1 – встановлення ліміту циклу постійного струму.
Itl2 – встановлення ліміту циклу кривої постійного струму.
Itl4 – встановлення верхнього перехідного циклічного мінімуму.
Defl – встановлення довжини каналу польового транзистора зі структурою метал – оксид – напівпровідник.
Defw - встановлення тривалості імпульсу польового транзистора Defad - встановлення стоку польового транзистора
Defas - встановлення джерела струму польового транзистора.
Bypass – дозвіл на підключення до схеми нелінійних елементів.
Maxord – встановлення максимального інтегрованого порядку елементів.
Temp – встановлення необхідної температури використання схеми.
Oldlimit - використання лімітування польового транзистора по технології SPICE2
Itl6 – встановлення певного числа кроків в gmin алгоритмі.
Minbreak – встановлення мінімального часу перед точкою переривання.
Method – використання інтеграційного методу.
Badmos3 – використання старих mos3 моделей.
Convlimit – використання східної підтримки при роботі з кодами моделей.
Rshunt – паралельне включення опору від аналогових вузлів до землі (поверхні).
Установки у цьому вікні забезпечують вам додаткову гнучкість установок, але ви не маєте потреби встановлювати їх. Використовуйте це меню для встановлення титульної стрічки для результатів ваших аналізів, для перевірки чи підходить ваша схема для проведення аналізів і для встановлення особистих опцій аналізів.
Digital Simulation Settings – числові(цифрові) імітаційні значення.
Instruments – інструменти :
1)Multimeter – універсальний вимірювальний прилад.
2)Function Generator - генератор функцій.
3)Wattmeter – ватметр.
4)Oscilloscope – осцилоскоп.
5)Bode Plotter – вимірювач графіків Боде.
6)Word Generator – генератор слів.
7)Logic Analyzer – аналізатор логічних станів.
8)Logic Converter – логічний трансформатор.
9)Distortion Analyzer – деформаційний аналізатор.
10)Spectrum Analyzer – спектральний аналізатор.
11)Network Analyzer – аналізатор схем.
Analyzes – підменю, що дає змогу провести дослідження і аналіз використовуваної схеми.
DC Operating Point – аналіз схеми по постійному струму. Для такого аналізу всі джерела змінної напруги – занулені. Індуктивності розглядаються як короткі замикання, конденсатори – як розрив. Результати такого аналізу, як правило, є проміжними результатами для подальшого аналізу. Результати виводяться після того, як аналіз завершиться в вигляді списку напруг у вузлах та струмів у всіх вітках.
AC Analysis– аналіз схеми за змінною напругою. При цьому всі джерела постійної напруги вважаються зануленими, джерела змінної напруги, конденсатори та індуктивності представлені відповідними моделями. Нелінійні компоненти представлені лінійними моделями для малих сигналів. Всі вхідні джерела розглядаються як синусоїдальні.
Transient Analysis – аналіз перехідних процесів. Програма обчислює відгук схеми як функцію від часу. Враховуються джерела як постійної та і змінної напруги. Конденсатори та індуктивності представлені моделями накопичувачів енергії.
Fourier Analysis- аналіз Фур`є оцінює постійну складову, основні та гармонічні компоненти сигналу в часовій області. Під час роботи програми проводиться дискретне перетворення Фур`є за результатами аналізу в часовій області. В результаті, часове представлення форми сигналу розбивається на складові в частотній області. Аналіз потребує початкової частоти, яка повинна бути встановлена в частоту джерела змінної напруги. Якщо в схемі декілька джерел, то встановлюється найменша спільна початкова частота. Наприклад, якщо ви маєте джерела з частотами 10.5 кГц і 7 кГц – то встановлюєте частоту 0.5 кГц.
Noise Analysis - шумовий аналіз. Використовується для знаходження потужності шуму на виході електричної схеми. Під час аналізу, програма вираховує шуми від резисторів та напівпровідникових елементів. Кожне джерело шуму вважається статичним і некорельованим до інших джерел в схемі. Їх значення розраховуються незалежно одне від одного по відношенню до вихідного вузла. Повний шум є сумою індивідуальних шумів.
Результатом аналізу є вхідний та вихідний шумовий спектри. На графіку зображається залежність квадрату шумової напруги від частоти.
 |
Distortion Analysis – вимірювання гармонічних та інтермодуляційних спотворень. Даний аналіз корисний для дослідження малих спотворень, які як правило не можливо оцінити при аналізі перехідних процесів.
DC Sweep – цей пункт меню дозволяє перевірити схему при зміні постійної напруги.
Sensitivity – розрахунок чутливості вихідної величини (струму чи напруги) до зміни значення одного з елементів схеми (при аналізі для змінної напруги) чи всіх елементів одночасно (при аналізі по постійному струму).Результати виводяться в вигляді графіка залежності чутливості від частоти (для першого випадку), або в вигляді таблички (для другого).
Monte Carlo – метод Монте Карло дозволяє оцінювати, як працюватиме схема при зміні в заданих межах номіналів її елементів. Похибка номіналів задається в діалоговому вікні одна для всіх компонентів. Результатом аналізу будуть криві, які характеризують роботу схеми при випадкових змінах номіналів в встановлених межах. Кількість кривих задається в діалоговому вікні. Там же ж задається і метод розподілу номіналів. Такий аналіз може бути використаним, коли є потреба оцінити в яких межах лежатимуть значення вихідної величини при сталій вхідній дії.
Parameter Sweep – використання цього пункту меню дає можливість швидко перевіряти роботу схеми в залежності від зміни номіналу деякого елементу. Ефект – такий же ж, як і моделювання схеми декілька разів, змінюючи кожного разу значення номіналу одного з елементів.Результатом аналізу будуть криві, які характеризують поведінку схеми при кожному номіналі елемента. Номінали задаються автоматично. Однак ви можете задавати початкове та кінцеве значення, а також, в випадку лінійного типу аналізу діапазону, крок збільшення номіналу. Можна вибрати також декадний або октавний тип (в першому випадку номінал збільшуватиметься в 10 разів: 10,100,1000 Ом, в другому – в 2 рази: 10,20,40 Ом).
Batched Analyses – меню для групування різних методів аналізу на одній схемі.
Temperature Sweep – цей пункт дає можливість проаналізувати поведінку схеми при різних температурах. При цьому, попередньо необхідно задати для всіх елементів відповідні температурні коефіцієнти. В діалоговому вікні задаються значення початкової та кінцевої температур, метод за яким проводитиметься аналіз: за постійним струмом, відгук схеми, чи залежність значення вихідної напруги від частоти сигналу, а також тип розбивання діапазону (лінійний з заданим кроком, октавний чи декадний).Результатом аналізу будуть криві для кожної температури, які з`являються після завершення аналізу.
Transfer Function – аналіз функції передачі між вхідним та вихідним вузлами. Під час аналізу також обчислюються значення вхідного та вихідного опорів. Результатом аналізу будуть значення функції передачі, вхідного та вихідного опорів.
 |
Worst Case – перевірка схеми на найгірший випадок. Дає можливість, наприклад, оцінити відхилення вихідної напруги при найгіршому розкиді параметрів від значення, яке повинно б бути при точній відповідності номіналів. Є також і інші можливості аналізу: обчислення частоти, при якій напруга на виході максимальна, мінімальна, частота, при якій вихідний сигнал вперше опускається нижче заданого користувачем значення, чи навпаки, піднімається вище нього.
Trace Width Analysis – аналіз довжини траєкторії обраховує мінімальну довжину траєкторії імпульсу необхідну на схемі для маніпулювання амплітудою струму, що використовується в цій траєкторії.
Pole-Zero – аналіз нулів та полюсів функції передачі схеми. Аналіз корисний при оцінці стійкості схеми. Схема повинна мати полюси з від`ємною дійсною частиною, інакше існує можливість збудження на певних частотах. Перед початком аналізу в діалоговому вікні Pole-Zero потрібно вказати вхідні та вихідні вузли. Результатом аналізу є дійсні та уявні частини нулів та полюсів функції передачі.
User Defined Analysis – меню, в якому користувач може писати SPICE команди, які будуть виконані для представлення аналізів.
Noise Figure Anlysis – аналіз коефіцієнту шуму (шум – фактору).
Stop Analysis – припинення виконання аналізу.
RF Analyses – аналіз, що допомагає користувачам досліджувати RF схеми на основі підсилення потужності, напруги, а також вхідному/вихідному опорах.
Меню Transfer (переміщення):
Transfer to UltiBoard – відкриває файловий браузер, де ви зможете вибрати або ввести ім’я файлу для переміщуваних даних.
Transfer to other PCB layout- відкриває файловий браузер, де ви зможете вибрати або ввести ім’я файлу для переміщуваних даних. Ви також маєте змогу вибратий правильний тип файлу з наведеного списку типів.
Backannotate from UltiBoard - відкриває файловий браузер, де ви зможете вибрати змінений раніше файл, що відповідає вашому вайлу в схемі.
VHDL Synthesis – запускає VHDL синтез програму на файл створений на схемі. Вам буде запропоновано зберегти файл, а потім VHDL синтез програма запуститься з файлом загруженим на ній
Export Simulation Results to MathCAD – експортує результати вашої імітації в файл, який може бути розпізнаний програмою MathCAD
Export Simulation Results to Excel - експортує результати вашої імітації в файл, який може бути розпізнаний програмою Excel.
Export Netlist – експортує схему з’єднань вашого проекту.
Меню Tools (інструменти):
Create Component – створити компонент.
Edit Component – редагувати компонент.
Copy Component – копіювати компонент.
Delete Component – видалити компонент.
Database Management – менеджер базданих.
Update Components – модернізація компонентів.
Remote Control | Design Sharing – дистанційне регулювання \ проектувальний розподіл дозволяють ділитися вашими моделями з іншими користувачами.
Меню Options (опції):
Preferences - меню, яке показує в якому вигляді ваша схема та її компоненти з’являються на екрані. Програма пропонує вибрати вам колір фону, з’єднань і компонентів, ширину провідних з’єднань, масштаб схеми…
Modify Title Block – в цьому меню ви можете ввести інформацію про вашу схему, включаючи титульну стрічку, пояснення до схеми, а також її розмір.
Global Restrictions – меню використовується для встановлення рівня функціонування програми, що буде доступним іншим користувачам на всіх схемах з якими вони будуть працювати. Також ви можете вибрати місце, де будуть зберігатись схеми, бази даних, а також ви зможете встановити, які саме види аналізів будуть доступні іншим користувачам.
Circuit Restrictions – меню для задання обмежень на певних схемах.
Опис кнопок панелей інструментів
| Кнопка | Назва кнопки | Опис кнопки |
 | New (Створити) | Створення нової схеми. |
 | Open (Відкрити) | Відкривання створеної раніше схеми. |
 | Save (Зберегти) | Збереження поточної схеми. |
 | Print (Роздрукувати) | Друк схеми. |
 | Cut (Вирізати в буфер обміну) | Виділений елемент(ти) видаляється зі схеми та переноситься в буфер обміну. |
 | Copy (Копіювати в буфер обміну) | Виділений елемент переноситься в буфер обміну, не видаляючись зі схеми. |
 | Paste (Вставити з буфера обміну) | Вставка в схему елемента, розміщеного в буфері обміну. |
 | Rotate (Повернути) | Поворот виділеного елемента на 90 градусів. |
 | Flip horizontal (Відобразити по горизонталі) | Дзеркальне відображення по горизонталі (відносно вертикальної осі). |
 | Flip vertical (Відобразити по вертикалі) | Дзеркальне відображення по вертикалі (відносно горизонтальної осі). |
 | Create subcircuit (Створити підколо) | Створення підкола. |
 | Display graph (Показати вікно графіків) | Вивід на екран вікна графопобудовувача. |
 | Component properties (Властивості компонента) | Корегування властивостей виділеного компонента. |
 | Zoom out (Зменшити) | Зменшення схеми на екрані на 20 процентів. |
 | Zoom in (Збільшити) | Збільшення схеми на екрані на 20 процентів. |
 | Help (Допомога) | Виклик вікна допомоги. |
 | Activate simulation (Активувати моделювання) | Запускає процес моделювання схеми. |
 | Pause simulation (Призупинити моделювання) | Тимчасово зупиняє моделювання. Замість кнопки Pause з`являється кнопка Resume (відновлення моделювання). |
 | Favorites (Улюблені) | Корзина, в яку можна помістити елементи, що найбільш часто використовуються. Сюди ж поміщаються створені користувачем підкола (блоки). |
 | Sourses (Джерела) | Корзина, в якій містяться джерела постійної та змінної напруг та струмів, тощо. |
 | Basic (Основні) | Корзина з пасивними елементами – резистори (змінні та постійні), конденсатори, індуктивності, трансформатори, керовані напругою чи струмом перемикачі тощо. |
 | Diodes (Діоди) | Корзина з різними типами діодів (випрямляючі діоди, світлодіоди, випрямляючі мости, тиристори тощо). |
 | Transistors (Транзистори) | Корзина з біполярними та польовими транзисторами. |
 | Analog ICS (Аналогові ІМС) | Корзина з аналоговими мікросхемами (операційні підсилювачі, компаратори тощо). |
 | Mixed ICS (ІМС змішаного типу) | Корзина, яка містить аналогово-цифрові перетворювачі, цифро-аналогові з виходом по струму, цифро-аналогові з виходом по напрузі, тригери Шмітта, таймери тощо |
 | Digital ICS (Цифрові ІМС) | Корзина з шаблонами найбільш вживаних цифрових мікросхем. При встановленні мікросхеми на схемі, з`являється діалогове вікно, в якому потрібно вказати, яку саме мікросхему даної серії ви бажаєте використати. Після вибору мікросхеми на екрані з`являється відповідне їй схематичне позначення. Параметри мікросхеми при моделюванні братимуться вже не ідеальні, а ті, які відповідають даній серії. |
 | Logic gates (Логічні елементи) | Корзина логічних елементів (І, НЕ, АБО, І-НЕ, АБО-НЕ тощо). По замовчуванню встановлюються параметри, що відповідають ідеальному елементу, однак їх можна змінити. |
 | Digital (Цифрові елементи) | Корзина цифрових елементів. Містить тригери (RS, JK, D тощо), мультиплексори, демультиплексори, декодери тощо |
 | Indicators (Індикатори) | Корзина, яка містить вольтметри, амперметри, семисегментні та лінійні індикатори зі встроєним перетворювачем та без нього, ідикаторні лампи. |
 | Controls (Елементи керування) | Корзина, яка містить елементи для обмеження струму, напруги, суматори, подільники, інтегратори, диференціатори, помножувачі тощо. |
 | Miscallaneous (Різне) | Корзина з набором різних додаткових компонентів (запобіжники, пристрої запису інформації в файл, двигуни постійного струму, кварци тощо) |
 | Instruents (Інструменти) | Корзина з набором інструментів (генератор, осцилограф, аналізатор АЧХ тощо). |
Створення схеми
Програма з великою достовірністю імітує створення нової схеми на макетній платі, та тестування її з допомогою необхідних інструментів. Спершу розмістіть елементи на робочому столі, потім вкажіть зв`язки між ними. Тоді витягніть необхідні інструменти і підключіть їх до тих місць схеми, які вас цікавлять.
Щоб вийняти елемент чи інструмент з корзини необхідно її відкрити (клацнути по потрібній корзині мишкою), вибрати елемент і, зачіпивши його вказівником мишки, не відпускаючи кнопки перетягнути на робочий стіл.
Щоб з`єднати один елемент з іншим, підведіть вказівник до вивода (повинна з`явитись чорна крапка), натисніть ліву кнопку мишки і, не відпускаючи її, підведіть вказівник до виводу іншого елемента, чи до вже існуючого зв`язку (також повинна з`явитись чорна крапка). Так само підключаються і прилади (інструменти).
Процедура з`єднання елементів на схемі проілюстрована на рис. 1.
Рисунок 1- З’єднання виводів двох елементів
Іноді виникає потреба знищити зв’язок. Це можна зробити двома способами:
- виділити зв’язок, клацнувши по ньому мишкою (лінія повинна стати жирнішою), і натиснути клавішу Delete на клавіатурі.
- підвести вказівник до вузла, в який входить зв’язок, зі сторони цього зв’язку. При цьому на зв’язку, поряд з вузлом, повинна з`явитись чорна крапочка. Тепер натисніть ліву кнопку мишки і відведіть зв`язок від вузла. Відпустіть кнопку – зв’язок зникне.
Після того, як схема зібрана необхідно ввести номінали елементів. Для цього двічі клацніть мишкою на необхідному елементі, або, виділивши його (повинен з`явитись вказівник у вигляді руки – див рис. 2), натисніть праву кнопку і виберіть в контекстному меню Component Properties. В діалоговому вікні, замість значень, встановлених по замовчуванню, введіть значення, що відповідають модельованій схемі. Зверніть увагу на те, що для кожного виду елементів це діалогове вікно має інший набір параметрів. Так для резисторів існує можливість встановлювати значення температурних коефіцієнтів опору та температури, при якій працює даний резистор. В змінних резисторах, конденсаторах та індуктивностях існує можливість вводити клавішу, натискання якої призводить до зміни положення движка. При натисканні вибраної в вікні Key клавіші движок переміщуватиметься в одному напрямку, при натисканні комбінації Shift+клавіша – в іншому. Таким чином, задавши певні клавіші ви зможете змінювати положення движка не викликаючи вікно властивостей елемента (по замовчуванню движок встановлюється в середнє положення).
Рисунок 2 - Зміна параметрів елемента
При встановленні на схемі елементів з корзини Digital, з`являється вікно, в якому необхідно вибрати тип мікросхеми (І-НЕ, АБО, НЕ і т.д.). Таким чином, спершу вибирається серія (74xx,741xx і т.д.), а потім тип ІМС. Після цього можна викликати вікно властивостей елемента (Component Properties) і вибрати відповідну модель (КМОП, ТТЛ, чи ідеальну). Для навчальних цілей, як правило, цілком достатньо використання ідеальних моделей. Однак іноді доводиться створювати елементи, які мають строго задані властивості. Більшість лабораторних робіт зводяться до аналізу інтегруючих та диференціюючих ланок, фільтрів першого та другого порядків тощо. Тобто в навчальних схемах переважно використовуються резистори, конденсатори, індуктивності та операційні підсилювачі. З інструментів, як правило, використовуються генератор, осцилограф та аналізатор АЧХ.
Наведемо приклад аналізу простої схеми. При складанні схеми потрібно мати на увазі, що програма проводить математичне моделювання схеми. Тепер розглянемо один з можливих методів аналізу схеми на прикладі дослідження активного смугового фільтра другого порядку. Параметри елементів фільтра вибрані таким чином, що резонансна частота рівна приблизно 15 кГц, добротність фільтра Q=1.25. Схема фільтра з підключеними приладами зображена на рисунку 3.
Рисунок 3 - Схема фільтра другого порядку
Як видно з рисунку, для аналізу схеми було використано генератор, осцилограф, та побудовувач АЧХ. Таке підключення приладів дає можливість побачити як змінюється вхідний сигнал на частоті генератора (один канал осцилографа показує вхідний сигнал, інший – вихідний). Генератор працює на частоті 15 кГц. Побудовувач АЧХ дає можливість одразу ж побудувати АЧХ ланки в заданому частотному діапазоні (в нашому випадку 200 Гц – 200 кГц), а також ФЧХ в тому ж діапазоні. Тобто, виконавши нескладні дії, ми можемо оцінити всі основні характеристики фільтра – резонансну частоту, смугу пропускання, добротність, стійкість.
Щоб побачити результати роботи програми, необхідно двічі клацнути мишкою, наприклад, на осцилографі. На екрані з`явиться зображення передньої панелі осцилографа зі всіма кнопками управління. Тут необхідно вибрати ціну поділки вертикальної (V/div) та горизонтальної (s/div) осей (div – скорочення від поділка, s/div – секунд на поділку). Тепер ввімкніть вимикач в верхньому правому кутку панелі інструментів. На екрані осцилографа з`являться зображення вхідного та вихідного сигналів (див рис. 4).
Для зручності можна зробити їх різного кольору. В Multisimколір осцилограми співпадає з кольором провідника по якому він подається на вхід приладу. Щоб змінити колір зв’язку необхідно двічі клацнути по ньому мишкою, або виділити зв`язок і клацнути правою кнопкою, потім вибрати в меню, що з`явилось пункт Wire Properties. В обох випадках з`явиться вікно Wire Properties. В цьому вікні клацніть на кнопці Set Wire Color і виберіть потрібний колір.
Рисунок 4 - Осцилограми вхідного та вихідного сигналів (частота 1 кГц)
Подібно до осцилографа користуються і побудовувачем АЧХ-ФЧХ. Для використовування останнього обов’язково потрібне підключення генератора на вході схеми, хоча частота його генерації немає ніякого значення. На передній панелі розміщені кнопки перемикача Magnitude/Phase (АЧХ/ФЧХ), перемикачі Log/Lin (логарифмічна/лінійна), які дають можливість вибирати тип шкали по горизонтальній та вертикальній осях, а також вікна, що задають межі цих осей. В нашому випадку аналіз проведено для частот 200 Гц...200 кГц і межі вертикальної осі встановлено –20...20 Дб. Результати побудови АЧХ (натиснута кнопка Magnitude)наведено на рисунку 5.
Рисунок 5 - Результати побудови АЧХ фільтра
Якщо натиснути кнопку Phase, то в робочому полі приладу з`явиться графік фазочастотної характеристики.
Зверніть увагу на кнопку Save. Ця кнопка дає можливість зберегти результати побудови АЧХ і ФЧХ в файлі на диску. Ім’я файла вказується в діалоговому вікні, яке з`являється на екрані.
Для визначення точних значень досліджуваної функції існує візир (вертикальна лінія, яку можна переміщувати вздовж горизонтальної осі). Після зупинення моделювання, ця лінія співпадає з вертикальною віссю. Однак її можна, зачепивши мишкою, або скориставшись кнопками у вигляді стрілок, перемістити у будь-яке місце графіка. При цьому в вікнах справа від кнопок відображаються точні значення частоти, на якій знаходиться візир, та значення функції, яке цьому значенню відповідає.
Такі ж можливості має і осцилограф. Однак, щоб скористатись ними, треба спершу натиснути кнопку Expand в верхній частині передньої панелі. При цьому розміри останньої збільшуються. Щоб повернутись до попереднього режиму – натисніть кнопку Reduce.
При моделюванні схем засобами панелі інструментів, ми можемо знати осцилограму одночасно не більше ніж з двох вузлів (осцилограф двоканальний), а АЧХ і ФЧХ взагалі лише для одного виходу. Крім того, для виводу результатів на друк теж виникають певні складності. Ці проблеми може допомогти вирішити використання меню Analysis. Його використання є не таким наочним і зрозумілим, але це компенсується рядом інших переваг.
Розглянемо схему, зображену на рис. 6.
Рисунок 6 - Пралельне ввімкнення фільтрів
Ця схема представляє собою двосмуговий фільтр. Кожна смуга фільтрується з допомогою схеми розглянутої вище. Перед побудовою схеми було створено блоки), що представляють собою смугові фільтри другого порядку, які повністю повторюють схему розглянуту вище. Сигнали з виходу фільтрів подаються на входи суматора. Припустимо, нас цікавить, якими будуть частотні характеристики на виходах обох фільтрів, а також якою буде сумарна характеристика на виході суматора. Вибираємо меню Analysis/AC Frencuency. В діалоговому вікні встановлюємо межі частотного діапазону, в якому ми проводитимемо аналіз. В нижній частині вікна розміщено два вікна: Nodes in circuit i Nodes for analysis. В першому перечисленні всі зв’язки, які є в колі, в другому – лише ті, для яких виконується частотний аналіз. Номери зв’язків співпадають з номерами в прямокутниках. Щоб додати до списку зв`язок, який нас цікавить, потрібно виділити його в лівому вікні і клацнути на кнопці Add->, щоб навпаки зняти з аналізу – виділіть його в правому вікні і клацніть на кнопці <-Remove. В нашому випадку для аналізу використано зв’язки № 1, 4, 5. Решта параметрів не мають важливого значення. В вікні можна також вибрати кількість точок для побудови графіка (чим вона більша, тим плавніший і точніший графік), тип вертикальної шкали (логарифмічна чи лінійна). Після того, як всі параметри вибрані, клацніть на кнопці Simulate.
На екрані з`явиться вікно графік Analysis Graph, на якому будуть відображені графіки залежності напруги і фази від частоти для всіх вибраних вузлів (див. Рис. 7). Зверніть увагу, що на першому графіку відкладається значення вихідної напруги від частоти.
Рисунок 7 - Результат використання AC Analysis
Якщо ж вам потрібно побудувати осцилограми для цих вузлів, то можна скористатись меню Analysis/Transient (аналіз перехідного процесу). Діалогове вікно досить схоже до попереднього. Номери вузлів вказуються таким же ж чином, як і в попередньому випадку. В вікнах Start time та End time вказуються значення початкового та кінцевого часу. В нашому випадку вибрано значення 0 і 0,005 с. відповідно, тобто 5 мс від часу ввімкнення схеми (див. рис. 8). Тому досить добре помітно перехідні процеси (зверніть увагу на перших два періоди).
Рисунок 8 - Результати використання команди Trancient
З вікна Analysis Graph ви також можете дуже просто роздрукувати отримані графіки на принтері. Для цього спершу натисніть кнопку Print preview. Прогляньте результати, та виберіть потрібні сторінки. Потім натисніть кнопку Print і, ввівши номера потрібних сторінок, роздрукуйте їх. Зверніть увагу на те, що використовуються кнопки панелі інструментів вікна Analysis Graph, а не програми.
Описані вище способи аналізу схем є найбільш вживаними. Використання інших пунктів меню Analysis має, звичайно, деякі свої особливості, але в цілому дуже схоже на користування вікнами AC Frecuency i Trancient.
Порядок виконання
1.Ознайомитись з методичними вказівками.
2.Створити елемент з заданими параметрами (параметри вибирати згідно довідника, або взяти завдання в викладача).
3.Створити задану електричну схему.
4.Провести моделювання з виводом АЧХ і ФЧХ (аналіз провести двома способами: з використанням набору інструментів та з використанням меню Analysis).
5.Використовуючи меню вікна Analysis Graphs, вивести одержані графіки на друк.
6.Порівняти графіки, одержані з допомогою аналізатора АЧХ – ФЧХ та пункту Analysis/AC Frequensy, зробити висновок.
Зміст звіту
1.Навести мету роботи.
2.Привести створену електричну схему.
3.Привести параметри створеного елементу.
4.Привести одержані графіки.
5.Зробити висновок.
Контрольні питання
1.Для чого призначений Multisim?
2.Які можливості має Multisim Power Pro?
3.Опишіть коротко вміст корзин з елементами та корзини з інструментами.
4.Як викликати елемент на схему?
5.Як змінити параметри елемента (наприклад, опір резистора)?
6.Як створити власну бібліотеку та елемент цієї бібліотеки з заданими параметрами?
7.Опишіть два способи побудови ФЧХ.
Література
1. Help file for Electronics Workbench Multisim Power Pro (Interactive Image Technologies Ltd).
абораторна робота № 2
Тема:Побудова схем комбінаційної логіки на логічних елементах
Мета роботи: Теоретичне вивчення параметрів логічних елементів, що реалізують елементарні функції; Ознайомлення з будовою різних серій мікросхем; Дослідження логічних елементів, побудованих на вітчизняних мікросхемах серії К155.
Короткі теоретичні відомості
Розвиток мікроелектроніки сприяв появі малогабаритних, високонадійних і економічних обчислювальних приладів на основі цифрових інтегральних мікросхем. Потреба збільшення швидкодії і зменшення потужності споживання обчислювальних засобів привело до створення серій цифрових інтегральних мікросхем. За останні роки розвитку цифрових інтегральних мікросхем базові електронні ключі розвивались в наступній послідовності: резистивно-транзисторна логіка (РТЛ), резистивно-ємнісна транзисторна логіка (РЕТЛ), діодно-транзисторна логіка (ДТЛ), транзисторно-транзисторна логіка (ТТЛ), емітерно-звязана логіка (ЕСЛ), інтегрально-інжекціонна логіка (І2Л). В цих позначеннях словом «логіка» замінюєтся поняття «електронний ключ».
Разом з біполярними схемами широке поширення отримали цифрові інтегральні мікросхеми на МОН структурах (на транзисторах p- і n-типів з збагачуваним каналом, КМОН схеми на доповнюючих транзисторах). Найбільш широке поширення в сучасній апаратурі одержали серії ІС, ТТЛ. Ці цифрові інтегральні мікросхеми відрізняються кращими електричними параметрами, прості у використанні, мають більш високий рівень інтеграції і володіють більшою функціональною різноманітністю.
Більшість цифрових інтегральних мікросхем малої степені інтеграції, що входять в склад серії, представляють собою поєднання логічних елементів, виконуючих функції НІ, І-НІ, АБО-НІ, І-АБО-НІ. Це так званні базові логічні елементи.. Їх основні електричні параметри визначають характеристики практично усіх інтегральних мікросхем які входять у склад серії. Від цих параметрів залежать можливості сумісної роботи цифр інтегральних мікросхем різних серій що входять у склад апаратури, тому ряд основних електричних параметрів являється спільним для цифрових інтегральних мікросхем і дозволяє порівнювати їх між собою. До таких параметрів відносяться: швидкодія, споживана напруга (Рспож), завадостійкість (Uзав), коефіцієнт розгалуження по виходу (навантажувальна здатність Кроз), коефіцієнт об’єднання по виходу Коб.
Розглянемо більш докладно кожен з цих параметрів. Швидкодія визначається динамічними параметрами цифрових інтегральних мікросхем , до яких відносяться: t1,0 – час переходу з “1”(високий рівень) в “0” (низький); t0,1 –час переходу із стану низького рівня в стан високого рівня; t1.0зд –час затримки виключення; t1.0зд р час затримки розповсюдження при виключенні; t0.1зд р ср –середній час затримки розповсюдження сигналу; 
тривалість імпульсу; fр 
- робоча частота. Середній час затримки розповсюдження tзд р ср =0.5(t1.0зд р +t0.1зд р ) являється середнім параметром швидкодії, який використовується при розрахунку часових характеристик послідовно включених цифрових інтегральних мікросхем .
На рисунку (рис.1) показані рівні відліку, відносно яких визначаються динамічні параметри.
Рисунок 1 Рисунок 2
В довідниках про цифрові інтегральні мікросхеми найбільш часто приводяться наступні динамічні параметри цифрових інтегральних мікросхем: t1.0 ад ,t0.1зд , t1.0зд р, t0.1зд р .
Потенційні логічні елементи при роботі у складі цифрового пристрою можуть знаходитися в статичному режимі (в стані «1» або «0»), або в динамічному (перехідний процес).В залежності від виду технології, по якій виконані логічні елементи, потужність, яку вони споживають різна для кожного стану. Одні елементи використовують велику потужність в статичному режимі, яка лише незначно збільшується в момент переключення , інші, навпаки, характеризуються значним ростом споживаного струму під час переключення. Логічні елементи з малим споживанням потужності в динамічному режимі характеризуються середньою споживаною потужністю
Рпот ср=0.5(Р0пот+Р1пот),
е Р0пот-потужність,яка споживається схемою в стані 0”, Р1пот-потужність,яка споживається схемою в стані “1”.
Потужність, яка використовується цими інтегральними мікросхемами в момент перехідних процесів , не перевищує потужності, спожитої в одному із логічних елементів.
Логічні елементи з наростаючим споживанням в динамічному режимі крім статичної потужності характеризуються потужністю, яка споживається на максимальній частоті переключення, коли на багато зростають струми в ланцюгах живлення. Прикладом таких схем являються КМОН ІС, які використовують мікроамперні струми живлення, якщо нема переключаючих сигналів. Допустима межа статичної завадостійкості логічного елемента обмежує рівень випадкової напруги, яка може бути присутня на його вході без небезпеки фальшивого спрацювання.
В статичному режимі розрізняють статичну завадостійкість по низькому рівні (U0пом) і по високому (U1пом ). Значення цих величин U0пом та U1пом визначають за допомогою передаточних характеристик (рис.2). Як видно з рисунку параметр U0пом визначається як різниця мінімальної напруги високого рівня ( U1 вх mіn ) і напруги в точці перегинання на верхній кривій (точка В). Параметр U0пом визначається як різниця напруг в точці перегинання нижньої кривої (точка А) і максимальної напруги низького рівня (U1 вх max).
Для більш повної оцінки завадостійкості схеми разом із статичною необхідно враховувати динамічну завадостійкість. Завадостійкість в динамічному режимі залежить від подовженості, амплітуди, і форми сигналу завади, а також від значення статистичної завадостійкості і швидкості переключення логічного елемента.