Контрольные вопросы
1. Какой признак резонанса токов используется в данной работе? Существуют ли другие признаки?
2. Как приблизительно выглядит график зависимости полного сопротивления исследуемой цепи от частоты?
3. Что изменится в методике экспериментов, если вместо источника напряжения использовать источник тока?
4. Как по осциллограммам тока и напряжения определить характер цепи?
5. Опишите качественно энергетические процессы в исследуемой цепи?
Библиографический список
1. Касаткин, А.С. Электротехника / А.С. Касаткин, М.В. Немцов – М.: Энергоатомиздат, 2000. – 542 с.
2. Электротехника и электроника в экспериментах и упражнениях. Практикум на Electronics Workbench / Под ред. проф. Д.И. Панфилова. – М.: Додека, 1999. 2 т.
3. Карлащук, В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение / В.И. Карлащук. –2-е изд., перераб. и доп. – М.: СОЛОН-Р, 2001. – 726 с.
Приложение п.1.1. Система схемотехнического моделирования Multisim 7
Система Multisim 7 является развитием известной программы Electronics Workbench, широко использовавшейся в образовательных учреждениях [2, 3]. Она позволяет моделировать аналоговые, цифровые и смешанные электронные схемы. Если результаты моделирования устраивают разработчика, то схемные данные могут быть переданы в программу проектирования печатных плат.
Multisim 7 состоит из редактора схем и подсистемы моделирования, базирующейся на интеграции вычислительных ядер SPICE3F5 (BSpice) и XSpice. После сборки схемы в редакторе запускается процесс моделирования, что аналогично включению реальной электрической цепи. Функционирование цепи можно наблюдать на виртуальных приборах, вид которых близок к реальности. Таким образом, Multisim 7 – идеальная среда для проведения компьютерных лабораторных работ, основу которых составляет вычислительный эксперимент.
П.1.2. Системные требования и ограничения версии Multisim 7 Demo
Системные требования:
Операционная система – Windows98/Me/2000/XP;
Размер файла дистрибутива msm7demo.exe – 70Мб;
Размер инсталлированной программы – 110 Мб (включая примеры 23 Мб);
Минимальный объем оперативной памяти – 64 Мб;
Рекомендуемое разрешение монитора – 1024 x 768.
Ограничения Multisim 7 Demo:
максимальное количество компонентов, включая виртуальные приборы и символы «земля», не должно превосходить 35 во всех открытых схемных файлах пользователя. В противном случае выдается сообщение
«Component limit exceeded»;
сохранение схемных файлов и подсхем не допускается;
открыть можно только схемные файлы примеров, устанавливаемых вместе с программой (папка Samples);
схемы не распечатываются;
база данных компонентов ограничена 2 000 экземпляров (подробное описание базы см. в файле partlist.doc);
мастер создания моделей электронных приборов по экспериментальным данным (Model Makers) работает только для диодов.
П.1.3. Краткое описание интерфейса
З
апуск
программы осуществляется из главного
меню: «Пуск/Программы…», группа «Multisim
7 Demo», щелчок по пункту
пункт «Multisim 7» или двойным
щелчком по ярлыку на Рабочем столе
Примерный вид окна программы показан на рисунке П1.
Рис. П1. Примерный вид окна программы Multisim 7 Demo
с указанием основных элементов интерфейса
Рассмотрим только те команды меню, которые применяются в описанных выше лабораторных работах. После щелчка мышью на пункте меню в строке команд открывается список команд, которые либо выполняются непосредственно, либо появляется диалоговое окно, требующее ввода дополнительной информации. Для наиболее часто используемых команд в списках, приводятся значки, применяемые на кнопках различных панелей инструментов. Здесь же могут указываться клавиатурные комбинации или функциональные клавиши, которые позволяют ускорить работу. Строка команд меню содержит пункты приведенные в таблице П1.
Таблица П1
Пункт меню (группа команд) |
Подпункт меню (команда), значок |
Клавиатурная комбинация |
Пояснения |
File команды операций с файлами |
New
(Новый)
|
Ctrl+N |
Создание новой схемы. Появляется ярлык новой вкладки в левом нижнем углу окна схем (см. рис. П1) |
Close (Закрыть) |
|
Закрытие вкладки окна схем |
|
Exit (Выход) |
|
Выход из программы |
|
Edit команды редактиро-вания cхемы |
Undo (Отмена изменений) |
Ctrl+Z |
Отмена одного или нескольких последних изменений |
Redo (Возврат к измененному состоянию) |
Ctrl+Y |
Возврат одного или нескольких последних отмененных изменений |
|
Cut
(Вырезать)
|
Ctrl+X |
Выделенный элемент или группа элементов удаляется из схемы и помещается в буфер обмена Windows |
|
Copy
(Копировать) |
Ctrl+C |
Выделенный элемент или группа элементов помещается в буфер обмена Windows |
|
Paste
(Вставить) |
Ctrl+V |
Содержимое буфера обмена Windows помещается в окно схем |
|
Paste Special (Специальная вставка) |
|
Содержимое буфера обмена Windows помещается в окно схем в одном из трех возможных вариантов |
|
Delete (Удалить) |
Delete |
Удаление выделенного объекта из окна схем |
|
Select All (Выбрать все) |
Ctrl+A
|
Выделение всех элементов схемы |
продолжение таблицы П1
Пункт меню (группа команд) |
Подпункт меню (команда), значок |
Клавиатурная комбинация |
Пояснения |
Edit команды редактиро-вания cхемы |
Flip Horizontal (Поворот по горизонтали) |
Alt+X |
Переворот условного графического изображения (УГО ) элемента по горизонтали |
Flip Vertical (Поворот по вертикали) |
Alt+Y |
Переворот УГО элемента по вертикали |
|
90 Clockwise |
Ctrl+R |
Поворот УГО элемента по часовой стрелке на 90 градусов |
|
90 CounterCW |
Ctrl+Shift+R |
Поворот УГО элемента против часовой стрелки на 90 градусов |
|
Properties (Свойства) |
Ctrl+M |
Свойства выделенного компонента
|
|
View команды просмотра |
Toolbars |
|
Отображение панелей инструментов |
Show Grid |
|
Показать сетку |
|
Show Page Bounds |
|
Показать границы страницы |
|
Show Titles Block |
|
Показать основную надпись |
|
Show Border |
|
Показать разметку страницы на ее границах |
|
Show Ruler Bars |
|
Показать линейку разметки окна схем |
|
Zoom In
|
F8 |
Увеличить |
|
Zoom Out
|
F9 |
Уменьшить |
|
Zoom
Area
|
F7 |
Масштаб 100 % |
|
Zoom
Full
|
|
Максимальное заполнение окна схем |
|
Grapher
|
|
Показать графическое окно |
|
Place команды выбора компонентов из баз данных |
Component |
Ctrl+W |
Открывается окно выбора компонентов (см. рис. П4). После выбора нажимается кнопка OK, и элемент помещается в окно схем |
Junction |
Ctrl+J |
Вставка соединителя (узла). Допускается подключение к соединителю от 1 до 4-х компонентов |
|
Simulate команды моделирования |
Run
|
F5 |
Запуск процесса численного моделирования схемы, который эквивалентен подключению реальной цепи к источникам |
окончание таблицы П1
Пункт меню (группа команд) |
Подпункт меню (команда), значок |
Клавиатурная комбинация |
Пояснения |
Simulate команды моделирования |
Pause |
F6 |
Пауза в процессе моделирования |
Instruments
|
|
Выбор виртуальных приборов (всего 17). Эти же приборы доступны на специальной панели (см. рис. П1) |
|
Analyses |
|
Содержит 20 видов анализа. Среди них важнейшие:
|
|
Postprocessor
|
|
Постпроцессор позволяет вычислять различные выражения с найденными электрическими величинами и строить их графики |
Стандартная панель инструментов содержит, в основном, кнопки из таблицы П1. Назначение остальных кнопок указано на рисунке П2.
Рис. П2. Стандартная панель инструментов:
1 – табличное представление схемы; 2 – мастер создания моделей электронных приборов; 3 – контроль схемных ошибок; 4 – раскрывающийся список повторного выбора компонентов из имеющихся в схеме; 5 – справка
Панель групп компонентов (рис. П3) состоит из кнопок, позволяющих получать доступ к определенной группе в открывающемся окне Select a Component (выбор компонента, рис. П4) или через Интернет.
Эта панель ускоряет выбор элемента из базы данных Мultisim Master. Другой способ состоит в использовании команды меню Place/Component (табл. П1), которая также открывает окно Select a Component (выбор компонента), имеющее вид, показанный на рисунке П4. Здесь имеется возможность выбора другой базы данных (поле Database). В лабораторном практикуме предполагается использование только базы Мultisim Master.
|
|
Sources (источники) |
|
Basics (основные компоненты электрических цепей) |
|
Diodes (диоды) |
|
Transistors (транзисторы) |
|
Analog (аналоговые микросхемы) |
|
TTL (цифровые логические микросхемы ТТЛ) |
|
CMOS (цифровые логические микросхемы КМОП) |
|
Miscellaneous digital (различные цифровые микросхемы) |
|
Mixed (микросхемы смешанного типа) |
|
Indicators (амперметры, вольтметры, световые индикаторы) |
|
Miscellaneous (разное) |
|
RF (компоненты радиочастотных схем) |
|
Electromechanical (электромеханические устройства) |
|
Выход на сайт http://www.ni.com/multisim/ |
|
Place Hierarchical Block (поместить иерархический блок) |
|
Place Bus (поместить шину) |
|
|
Рис. П3. Панель групп компонентов
Рис. П4. Окно «Выбор компонента»
Процедура добавления компонента в схему состоит из следующих действий:
из раскрывающегося списка Group (Группа) можно выбрать любую группу, указанную на рисунке П3;
в поле Family (Семейство) перечислены все семейства, входящие в группу. После выбора семейства в поле Component (Компонент) появляется список моделей компонентов этого семейства;
после выбора конкретного компонента в поле Symbol отображается соответствующее УГО, а в поле Function – краткое описание выполняемой функции;
нажатие на кнопку OK приводит к помещению компонента в схему;
параметры компонента устанавливаются в окне свойств, открываемого двойным щелчком по его обозначению, или командой Edit/Properties главного меню. Это окно обычно имеет три вкладки (рис. П5): Label (Метка), Display (Отображение) и Value (Величина). Параметры задаются на вкладке Value в числовой форме с учетом размерности и присваиваются компоненту нажатием кнопки OK.
Рис. П5. Вкладки Label, Display и Value окна свойств компонента RESISTOR_VIRTUAL (идеальный резистивный элемент)
Таким образом, чтобы выбрать компонент из базы данных, надо знать его группу, семейство и название. Для ускорения процедуры выбора эта информация для наиболее распространенных моделей компонентов электротехнических схем приведена в таблице П2.
Рассмотрим панель приборов (рис. П6). С помощью мыши значок прибора перетаскивается в схемное окно и подсоединяется к схеме. Двойной щелчок на значке раскрывает изображение панели прибора в виде близком к реальности. После запуска процесса моделирования (то есть «включения цепи») на приборах появляются показания в числовой или графической форме. Цифровые вольтметры и амперметры содержатся не на панели приборов, а в группе Indicators базы данных (семейства VOLTMETER и AMMETER).
Несколько отличается в использовании Dynamic measurement probe (динамический измерительный щуп) – последняя нижняя кнопка на панели приборов. Щуп можно поместить в окно схем только в процессе моделирования, и его не надо присоединять к схеме. Достаточно коснуться щупом провода или узла, чтобы в его окне появилось значение напряжения и частота (в цепях переменного тока). По окончании моделирования щуп становится неактивным.
Таблица П2
Компонент |
Группа (Group) |
Семейство (Family) |
Компонент (Component) |
УГО (по европейскому стандарту DIN) |
Примечание |
АКТИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ |
|||||
ИДЕАЛИЗИРОВАННЫЕ НЕЗАВИСИМЫЕ ИСТОЧНИКИ |
|||||
Источник постоянного напряжения |
Sources |
POWER_ SOURCES |
DC_ POWER |
|
По умолчанию 12 В |
Источник постоянного тока |
Sources |
SIGNAL_ CURRENT SOURCES |
DC_ CURRENT |
|
По умолчанию 1 А |
Источник переменного напряжения |
Sources |
POWER_ SOURCES |
AC_ POWER |
|
По умолчанию действующее значение напряжения 120 В, 60 Гц, 0 градусов нач. фаза |
Sources |
SIGNAL_ VOLTAGE SOURCES |
AC_ VOLTAGE |
|
По умолчанию амплитудное (!) значение напряжения 1 В, 1 кГц, 0 градусов нач. фаза |
|
Источник переменного тока |
Sources |
SIGNAL_ CURRENT SOURCES |
AC_ CURRENT |
|
По умолчанию амплитудное (!) значение тока 1 А, 1 к Гц, 0 градусов нач. фаза |
ИДЕАЛИЗИРОВАННЫЕ УПРАВЛЯЕМЫЕ ИСТОЧНИКИ |
|||||
Источник напряжения, управляемый напряжением (ИНУН) |
Sources |
CONTROL-LED_VOL TAGE_ SOURCES |
VOLTAGE_ CONTROLLED_VOLTAGE_ SOURCE |
|
По умолчанию коэфф. передачи напряжения равен 1 |
продолжение таблицы П2
Компонент |
Группа (Group) |
Семейство (Family) |
Компонент (Component) |
УГО (по европейскому стандарту DIN) |
Примечание |
Источник напряжения, управляемый током (ИНУТ) |
Sources |
CONTROLLED_VOL TAGE_ SOURCES |
CURRENT_ CONTROLLED_VOLTAGE_SOURCE |
|
По умолчанию передаточное сопротивление равно 1 Ом |
Источник тока, управляемый напряжением (ИТУН) |
Sources |
CONTROLLED_CUR RENT_ SOURCES |
VOLTAGE_ CONTROLLED_CURRENT_ SOURCE |
|
По умолчанию передаточная проводимость равна 1 См
|
Источник тока, управляемый током (ИТУТ) |
Sources |
CONTROLLED_CUR RENT_ SOURCES |
CURRENT_ CONTROLLED_CURRENT_ SOURCE |
|
По умолчанию коэфф. передачи тока равен 1 |
Заземление (общая точка нулевого потенциала) |
Sources |
POWER_ SOURCES |
GROUND |
|
|
ИДЕАЛИЗИРОВАННЫЕ (ВИРТУАЛЬНЫЕ) ПАССИВНЫЕ КОМПОНЕНТЫ |
|||||
Резистивный элемент |
Basic |
BASIC_ VIRTUAL |
RESISTOR _VIRTUAL |
|
По умолчанию сопротивление равно 1 кОм |
Индуктивный элемент |
Basic |
BASIC_ VIRTUAL |
INDUCTOR_ VIRTUAL |
|
По умолчанию индуктивность равна 1 мГн |
Емкостной элемент |
Basic |
BASIC_ VIRTUAL |
CAPACI TOR_ VIRTUAL |
|
По умолчанию емкость равна 1 мкФ |
Идеальный переменный резистор |
Basic |
BASIC_ VIRTUAL |
POTENTIOMETR_VIRTUAL |
|
По умолчанию сопротивление равно 1 кОм |
окончание таблицы П2
Компонент |
Группа (Group) |
Семейство (Family) |
Компонент (Component) |
УГО (по европейскому стандарту DIN) |
Примечание |
Линейный трансформатор со средней точкой вторичной обмотки |
Basic |
BASIC_ VIRTUAL |
TS_VIRTUAL |
|
По умолчанию коэффициент трансформации равен 2. Первичная и вторичная обмотки должны быть заземлены. |
Наиболее близко к реальности выглядят виртуальные приборы, имитирующие аналогичные изделия фирмы Agilent Technologies. Применяя эти виртуальные приборы при моделировании, можно приобрести навыки использования соответствующих реальных устройств.
|
|
Multimetr (мультиметр) |
|
Function Generator (функциональный генератор) |
|
Wattmter (ваттметр) |
|
Oscilloscope (осциллограф двухканальный) |
|
4 Channel Oscilloscope (осциллограф четырехканальный) |
|
Bode Plotter (измеритель частотных характеристик) |
|
Frequency counter (частотомер) |
|
Word Generator (генератор двоичных слов) |
|
Logic Analyzer (логический анализатор) |
|
Logic Convertor (логический преобразователь) |
|
IV-Analyzer (измеритель вольт-амперных характеристик) |
|
Distortion Analyzer (анализатор нелинейных искажений) |
|
Spectrum Analyzer (анализатор спектра сигнала) |
|
Network Analyzer (измеритель параметров четырехполюсников) |
|
Agilent Function Generator (функцион. генератор фирмы Agilent) |
|
Agilent Multimetr (мультиметр фирмы Agilent) |
|
Agilent Oscilloscope (осциллограф двухканальный фирмы Agilent) |
|
Dynamic measurement probe (динамический измерительный щуп) |
|
|
Рис. П6. Панель приборов