ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
Начальное знакомство со средой моделирования MultiSim11.
Освоение основных приемов работы.
по дисциплине «Схемотехника»
Выполнил
студент гр. 23328/1 Волков А.Ю.
Руководитель
Богданов С.В.
Дата выполнения работы 18.02.2014 г.
Дата сдачи (отправки) отчета 23.02.2014г.
Санкт-Петербург
Цель работы: Освоить основные приемы, используемые при составлении простых моделей электрических цепей в среде моделирования MultiSim11.
Задание к работе:
1) Данная работа выполняется с помощью программы моделирования электрических схем MultiSim 11.0. В ней на примерах из области электротехники и электроники демонстрируется методика построения схем и проведения различных типов анализа в программе.
Объекты исследования: источники питания, измерительные приборы: вольтметры и амперметры, постоянные резисторы, резистивный делитель напряжения, переменный резистор (потенциометр).
Методика выполнения работы:
Виртуальные элементы.
Для каждой из рассматриваемых далее групп элементов:
· Найдите, где расположены элементы этой группы в меню Place.
· Поместите элемент на поле листа, затем ознакомьтесь с его свойствами. Это можно сделать, экспериментируя с элементом, либо из справочной подсистемы.
· Определите, какие манипуляции можно выполнять с каждым из типов элементов (копирование, изменение размера, поворот, зеркальное отображение, изменение размера, и т.п.)
· Определите, какие свойства (параметры) можно изменять для этого элемента. Сделайте вывод о степени важности рассмотренных параметров. Некоторые из них, возможно, придется изменять чаще, а некоторые другие, может быть, не придется трогать вовсе никогда.
Ход работы:
Источники питания
Поместите на лист элемент Digital Ground.
Для выбора символа заземления необходимо реализовать цепочку действий: Place→Components→ Sources→ POWER_SOURCES→ GROUND
Научитесь выполнять следующие операции с этим элементом:
1) Перемещать элемент по листу.
Необходимо щелкнуть по элементу левой кнопкой мыши. Источник питания «привяжется» к курсору мыши и будет следовать за его передвижением.
2) Вращать элемент
Необходимо щелкнуть по элементу левой кнопкой мыши. Для поворота на 90° по часовой нажмите комбинацию клавишей Ctrl+R, против часовой Ctrl+Shift+R, также можно нажать правой кнопкой мыши на элемент и там выбрать пункт разворота на 90° в любую из желаемых сторон.
3) Копировать элемент, если требуется более, чем один экземпляр (без обращения к пункту меню Place)
Копировать элемент можно с помощью комбинации клавишей Ctrl+C, или также зайдя в контекстное меню.
Можно ли задать какие-либо параметры для элемента Digital Ground? Нет, нельзя.
Перечислите, какие еще источники питания имеются в вашем распоряжении в среде MultiSim 11.
В панели инструментов Power Source расположены стандартные источники питания, например, источники напряжения DC, трехфазные источники питания, а также источник питания АС.
Поместите на лист элемент CMOS Supply (VDD).
Place→ Components→ Sources→ POWER_SOURCES→ VDD
· Какие параметры можно задать (изменить) для этого элемента?
Для элемента CMOS Supply (VDD) можно задать напряжение, для этого необходимо щелкнуть левой кнопкой мыши два раза и в появившемся окне нажать вкладку параметры→ напряжение(либо с помощью контекстного меню).
· Можно ли поменять полярность источника питания, моделируемого этим элементом? Нет, т.к. VDD - положительное напряжение питания.
· Можно ли поместить на лист несколько таких источников питания и задать для них разные значения напряжения? Если окажется, что нет – как можно в модели организовать несколько различных питающих напряжений? Нет, задать разные значения напряжения для нескольких одинаковых источников питания невозможно. Можно наряду с CMOS Supply (VDD) создать TTL Supply(VCC), но можно задать разные названия для источников питания, например VDD1 и VDD2, для них можно задать разное напряжение.
· Учтено ли в моделях источников питания, что при возрастании тока, потребляемого от источника, выходное напряжение этого источника может измениться? (Обычно для учета этого свойства используют параметр, называемый внутренним сопротивлением.) Да, учтено. Чем меньше выходное сопротивление, тем меньше изменяется выходное напряжение при изменении тока нагрузки.
Измерительные приборы.
Вольтметры и амперметры.
Вольтметры и амперметры можно найти в группе Indicators.
· Какие варианты вольтметров имеются в вашем распоряжении? Чем они отличаются? Существует 4 варианта вольтметров, отличающиеся способом подключения вольтметра в цепь: горизонтально, вертикально, а также в зависимости от знака на зажиме вольтметра есть +-, а есть -+.Для амперметра - аналогично.
· Какие манипуляции можно выполнять с вольтметром (далее – и с другими измерительными приборами).
Разворачивать по горизонтали, вертикали, поворачивать на 90°.
· Каковы пределы измерения вольтметра. Пределы измерения вольтметра нет. Все ограничено источником питания.
· Какова погрешность измерения вольтметра.
Погрешность измерения вольтметра и амперметра порядка 10-3.
· Какие электрические параметры вольтметра вы можете изменять, а какие определены заранее и не могут быть изменены.
Выбирать режим AC или DC, изменять входное сопротивление у вольтметра, а для амперметра менять внутреннее сопротивление.
· Какое значение показывает вольтметр (амперметр) в режиме измерения переменного напряжения(тока).
· Вольтметр переменного напряжения показывает среднеквадратичное значение напряжения U. Его еще называют эффективным или действующим. Амперметр показывает действующее значение силы тока, а чтобы найти амплитудное нужно действующее умножить на √2.
· Какие характеристики вольтметра могут изменить режим электрической цепи, и тем самым внести погрешность в проводимые измерения?
Реальный вольтметр:
а) имеет ненулевую проводимость,
б) ненулевую входную емкость,
в) ненулевую индуктивность.
Реальный амперметр:
а) имеет ненулевое сопротивление,
б) ненулевую емкость между выводами,
в) ненулевую индуктивность.
· Как можно уменьшить такие погрешности, либо учесть их и впоследствии скомпенсировать.
Для исключения погрешностей, вызываемых влиянием паразитных емкостей, клеммы вольтметра и объекта измерения, соединенные с корпусом должны быть соединены вместе и закреплены. По пределам измерения напряжений вольтметр выбирают так, чтобы нижний предел обеспечивал достаточно высокую чувствительность, а верхний позволял по возможности обходиться без всяких усилителей напряжения.
Способ подключения вольтметра(параллельно) – между двумя узлами, между которыми требуется измерить напряжение. Это приводит к тому, что в цепи появляется новая ветвь.
Можно ли аналогично вольтметру, подключить к источнику питания амперметр, чтобы измерить ток источника? Что покажет модель?
Нет, амперметр подключается последовательно к нагрузке, если подключить напрямую к клеммам это вызовет короткое замыкание.
Способ подключения амперметра(последовательно) – в разрыв одной из ветвей (в которой требуется измерить ток). Это приводит к тому, что в ветви появляется новый элемент-двухполюсник.
Постоянные резисторы.
Поместите на лист и изучите свойства элемента Resistor Rated Virtual
Place→ Components→ Basic→ RESISTOR→ RESISTOR_RATED
Какие свойства можно задавать (изменять) для виртуального резистора.
Сопротивление, допуск в %.
На какие свойства цепи могут влиять эти свойства?
С помощью резистора, меняя сопротивление, мы можем регулировать ток в цепи.
Подключите резистор к источнику питания, чтобы через резистор протекал ток (величину резистора задаст преподаватель). Теперь подключите к цепи вольтметр и амперметр и измерьте напряжение на резисторе и ток, протекающий через резистор. Включите моделирование, зафиксируйте наблюдаемый результат. Соответствует ли измеренное значение тока через резистор величине, которую можно рассчитать, используя законы теории цепей. Как следует подключить вольтметр и амперметр, чтобы можно было определить напряжение на источнике питания и ток, протекающий через источник?
В ходе выполнения задания подтвердилось, что измеренное значение силы тока через резистор, соответствует тому значению, которое можно рассчитать и из закона Ома для замкнутой цепи по формуле: I=U/R. Для того, чтобы определить напряжение на источнике питания, необходимо подсоединить вольтметр к нему параллельно,а амперметр- последовательно.
Резистивный делитель напряжения
Он позволяет сформировать напряжения, величина которых не превышает напряжения источника питания вашей цепи. Выберите параметры резисторов, чтобы с выхода делителя можно было получить напряжение, заданное преподавателем. Подключите к цепи измерительные приборы и определите напряжения на входе и выходе делителя, а также ток делителя. Соответствуют ли измеренные значения величинам, которые можно рассчитать, используя законы теории цепей?
Простейший резистивный делитель напряжения представляет собой два последовательно включённых резистора R1и R2, подключённых к источнику напряжения U. Поскольку резисторы соединены последовательно, то ток через них будет одинаков в соответствии с первым правилом Кирхгофа. Получим формулу, связывающую выходное U2 и входное U напряжение делителя. Полученные значения величин соответствуют данным соотношениям:
Переменный резистор (потенциометр).
Поместите на лист потенциометр и исследуйте, какие параметры можно задавать для этого типа элемента. Place→ Components→ Basic→ RATED_VIRTUAL→ POTENTIOMETR_RATED
Потенциометр используется во многих электронных цепях как управляемый делитель, позволяющий регулировать напряжение перемещением движка. Именно так во многих аудио-устройствах устроен регулятор громкости.
| Если нагрузка не подключена делитель работает в режиме холостого хода и зависимость коэффициент передачи k=Uвых/Uвх от положения движка потенциометра будет линейной.
|
Использование потенциометра в качестве резистора с регулируемым сопротивлением.
Основное назначение такого включения – регулировка величины тока, протекающего по ветви, в которую включен потенциометр. Два варианта включения потенциометра в ветвь цепи изображены на рис. 2
| а)
| б)
|
Рис. 2 Два варианта включения потенциометра в качестве резистора с регулируемым сопротивлением
При увеличении значения сопротивления ток в цепи уменьшался. Напряжение источника питания при изменении тока, потребляемого от источника не изменялось.
Заключение по выполненной работе.
В ходе данной лабораторной работы я был ознакомлен со средой моделирования MultiSim11,был изучен пользовательский интерфейс, а также компоненты, необходимые для создания
простых схем. С помощью MultiSim11 можно осуществлять анализ схем,моделировать ситуации, а также проверять свои решения.
