PRÁCE SE SIMULAČNÍM PROGRAMEM MultiSIM

Projekt: PODPORA PROJEKTOVÉ VÝUKY NA ELEKTROTECHNICKÝCH STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH V ČR, číslo 1414P2006

UČEBNÍ TEXT

PRÁCE SE SIMULAČNÍM PROGRAMEM MultiSIM

Učební text pro práci se simulačním programem MultiSIM vznikl v rámci projektu SIPVZ- PODPORA PROJEKTOVÉ VÝUKY NA ELEKTROTECHNICKÝCH STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH V ČR, číslo 1414P2006 na Vyšší odborné škole, Střední škole, Centru odborné přípravy, Sezimovo Ústí v roce 2006.

1

Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006


OBSAH: 1 Pracovní prostředí a nastavení programu

2

1.1 Pracovní prostředí 1.1.1 Lišta Nenu 1.1.2 Zásobník součástek 1.1.3 Zásobník měřících přístrojů 1.2 Nastavení programu uživatelem

3 4 8 8 9

2 Sestavení elektronického obvodu

10

2.1 Výběr součástky a umístění na plochu 2.2 Výběr měřících přístrojů a umístění na plochu 2.3 Propojení součástek a přístrojů 2.3.1 Automatický způsob 2.3.2 Ruční způsob 2.4 Editace součástek 2.5 Grafická úprava vytvořeného schématu 2.6 Nastavení měřících přístrojů 2.6.1 Multimetr 2.6.2 Ampérmetr 2.6.3 Voltmetr 2.6.4 Wattmetr

10 12 12 12 13 14 14 17 17 17 18

3 Prověrka činnosti elektronického obvodu

18

3.1 Použití multimetru 3.1.1 Multimetr při měření odporu 3.1.2 Multimetr při měření proudu 3.2 Použití voltmetru a ampérmetru 3.3 Měření na rezistorové síti R- 2R 3.4 Použití wattmetru

18 18 19 20 21 24

4 Řešení příkladu zapojení obvodu

24

4.1 Návrh obvodu 4.2 Výpočet rezistoru 4.3 Sestavení obvodu v programu MultiSIM 4.4 Simulace činnosti obvodu 4.5 Vyhodnocení příkladu

24 25 25 25 25

Závěr

25

Informační zdroje: http://www.electronicsworkbench.com/ - logo na str. 1, popis produktů http:// www.cadware.cz/ – distributor SW pro ČR, popis produktů

2



1 PRACOVNÍ PROSTŘEDÍ A NASTAVENÍ PROGRAMU 1.1 PRACOVNÍ PROSTŘEDÍ Po spuštění se zobrazí pracovní prostředí programu. Jednotlivé lišty, panely a zásobníky si můžeme tažením umístit na libovolné místo pracovní plochy. Situace je zobrazena na obr.1.

LIŠTA MENU LIŠTA NÁSTROJŮ

PANEL SIMULACE ZAP. / VYP. SIMULACE

ZÁSOBNÍK MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ

ZÁSOBNÍK SOUČÁSTEK

SCHÉMA OBVODU

STAVOVÝ ŘÁDEK

Obr. 1 Pracovní prostředí simulačního programu Program můžeme ovládat následujícími způsoby, které závisí na volbě uživatele: - myš- kurzor- ikona- klávesnice, - z roletového menu pomocí myši, - použití klávesových zkratek, - kombinací předcházejících způsobů. Poznámka:

PTM- pravé tlačítko myši, LTM- levé tlačítko myši

3



1.1.1 LIŠTA MENU FILE- SOUBOR Rozvinuté okno FILE je zobrazeno na obr. 2. Jednotlivé položky slouží k : –

založení nového schématu,

–

načtení již vytvořeného schématu,

–

uložení schémat,

–

náhledu před tiskem,

–

nastavení tiskárny a tisku dokumentů,

–

otevření posledních souborů.

Obr. 2 Rozvinuté okno EDIT- ÚPRAVY Place Component/ Junction / Bus

Umístění součástky/ uzlu/ sběrnice

Place Input/Output

Umístění a pojmenování vstupních/ výstupních svorek obvodu

Place Text

Umístění textu na zvolené místo plochy

Cut/ Copy/ Paste/ Delete Výběr/ kopírování/ vložení/ smazání Replace Part

Nahradit zvolený objekt

Select All

Vybrat zvolené objekty, např. pomocí myši, k další práci

Flip Horizontal...... 90 CounterCW

Změna polohy označené součástky

Set Sheet Size

Určení formátu a orientace schématu

Set Title Block

Vyplnění rohového razítka

Description

Popis obvodu

User Preferences

Uživatelské nastavení pracovního prostředí

Global Restrictions

Omezení přístupu- heslo

Circut Restrictions

Nastavení obvodu

Obr. 3 Okno Edit- úpravy

4



Každý uživatel si musí zvolit a nastavit vlastní uživatelské prostředí (barvy, rozměry schématu, zobrazené informace, čas automatického ukládání.........). Tato nastavení můžeme provést po otevření nabídky User Preferences. Rozvinutá nabídka a okno je na obr. 4.

Show

Zobrazení parametrů

Color

Nastavení barev

Workspace

Nastavení formátu

Preferences

Ukládání a způsob zobrazení součástek DIN/ANSI

Print page setup

Nastavení tisku

Obr. 4 Okno Nastavení VIEW- VZHLED Pomocí této nabídky si volíme, co chceme zobrazit na naší pracovní ploše. Okno je zobrazeno na obr. 5. Toolbars

Zobrazení jednotlivých panelů

Status Bar

Zobrazení stavového řádku

Show/ Hide Simulation...

Zobrazení okna Simulace a chyb

Show/ Hide Command...

Zobrazení okna příkazů SPICE

Show/ Hide Grapher

Zobrazení grafu s průběhy simulace

Show Simulate Switch

Zobrazení vypínače simulace

Grid Visible

Mřížka na pracovní ploše

Show Page Bounds

Ohraničení formátu schématu

Show Title Block and Border

Zobrazení rohového razítka a ohraničení formátu

Color

Nastavení barev prvků schématu

Show

Volba zobrazení informací a prvcích

Zoom....

Měřítko zobrazení

5



Obr. 5 Okno Vzhled SIMULATE- SIMULACE V tomto okně nastavujeme podmínky analogové a digitální simulace, volíme a umísťujeme měřící přístroje, určujeme typy analýzy elektronického obvodu.

Run/Stop

Start a ukončení simulace

Pause/Resume

Přerušení simulace

Default Instrument Settings Digital Simulation

Nastavení podmínek simulace (doporučená a nebo uživatelsky nastavená)

Instruments

Výběr měřícího přístroje

Analyses

Výběr typu analýzy

Postprocess

Zpracování výsledků simulace

Obr. 6 Rozvinuté okno simulace

6



TRANSFER – PŘENOS Aktivací tohoto okna můžeme výsledky naší práce odeslat do jiných programů, především nás bude zajímat přechod do programů umožňujících návrh plošných spojů a generování seznamu spojů. Jednotlivé položky otevřeného okna jsou zobrazeny na obr. 7.

Transfer to Ultiboard

Přenos dat vytvořeného obvodu do programu pro návrh plošných spojů UltiBOARD

Transfer to other PCB Layout

Přenos dat vytvořeného obvodu do jiných programů pro návrh plošných spojů

Backannotate from...

Aktivace anotace projektu- návaznost na návrh plošných spojů

Export Simulation....

Přenos výsledků simulace do tabulkových procesorů...

Export Netlist

Vytvoření seznamu spojů obvodu

Obr. 7 Okno přenosu dat TOOLS – NÁSTROJE

Okno nástroje, které je na obr. 8, nám umožňuje: – vytvářet, upravovat, kopírovat, mazat a doplňovat součástky v databázi programu.

Obr. 8 Rozvinutá nabídka nástroje WINDOW A HELP Jsou to standardní okna, která umožňují nastavení zobrazení na obrazovce PC, informují nás o verzi programu a aktivují nápovědu.

7



1.1.2 ZÁSOBNÍK SOUČÁSTEK Zásobník je tvořen okny se součástkami podle funkce. Součástky mohou být virtuální (jsou označeny nápisem „virtuál“) a u nich můžeme měnit jejich hodnotu. Ostatní mají již pevně nastaveny hodnoty a vlastnosti, které nemůžeme v průběhu práce měnit. V následující tabulce jsou jednotlivé skupiny součástek charakterizovány. SOURCES

Zdroje

Napájecí zdroje AC a DC, zdroje signálu různého tvaru, uzemnění...

BASIC

Základní

Pasivní součástky R, L, C, přepínače, transformátory, relé, konektory, patice...

DIODES

Diody

Diody, usměrňovací můstky, tyristory, triaky, diaky....

TRANSISTORS Tranzistory

Bipolární a unipolární tranzistory

ANALOG

Analogové obvody

Analogové integrované obvody- operační zesilovače......

TTL

Číslicové obvody

Číslicové TTL integrované obvody

CMOS

Číslicové obvody

Číslicové CMOS integrované obvody

MISC DIGITAL Hradla

Hradla a funkční bloky............

MIXED IC

Výběr IO

Převodníky, časovače.........

INDICATOR

Indikátory

Měřící přístroje, indikátory, LED, zobrazovače, reproduktory.....

MISC

Krystaly, motory, regulátory, elektronky, pojistky................

optoelektronické

součástky,

CONTROLS

Řídící obvody

Funkční bloky- směšovače, ovládače, zdroje napětí a proudu

RF

Vysokofrekvenční součástky

VF tranzistory, tunelové diody, L, C, VF vedení......

ELECTRO

Elektrické součástky Vypínače, kontakty, motory, ovládací obvody.....

1.1.3 ZÁSOBNÍK MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ Na obr. 9 je zobrazen zásobník měřících přístrojů.

Obr. 9 Pohled na zásobník měřících přístrojů

8


Projekt: PODPORA PROJEKTOVÉ VÝUKY NA ELEKTROTECHNICKÝCH STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH V ČR, číslo 1414P2006 1

Výběr

2

Zapisovač- sestrojení charakteristik

3

Analyzátor zkreslení

4

Funkční generátor

5

Logický konvertor

6

Logický analyzátor

7

Multimetr

8

Analyzátor VF obvodů

9

Osciloskop

10

Spektrální analyzátor

11

Měřič výkonu W- m

12

Generátor slov

1.2 NASTAVENÍ PROGRAMU UŽIVATELEM Uživatel si především musí nastavit pracovní prostředí a způsob zobrazování informací o použitých součástkách. Při nastavení je možné využít již popsaná okna EDIT (obr. 5), VIEW (obr. 6) a nebo kliknutím PTM rozvinout nabídku, která je na obr. 10. Při aktivaci nabídky EDIT můžeme nastavit: – formát a orientaci schématu, – vyplnit rohové razítko, – popsat obvod, – nastavit pracovní prostředí, – omezení přístupu zadáním hesla. Nabídka VIEW umožní nastavit: – zobrazení panelů a stavového řádku, okna chyb a příkazů, – zobrazení grafu s výsledky, mřížky, ohraničení plochy a rohového razítka, – zobrazení vypínače simulace, – barvy a informace o prvcích, – měřítko zobrazení. Obr.10 Nabídka po kliknutí PTM

9



2 SESTAVENÍ ELEKTRONICKÉHO OBVODU Sestavení elektronického obvodu si ukážeme na příkladu jednoduchého zapojení se svítivou červenou diodou LED, rezistorem a stejnosměrným zdrojem napětí. Pro náš příklad si v nabídce EDIT a VIEW zvolíme formát a orientaci schématu, rámeček a zobrazení rohového razítka, barvy, formát a popis značek. Nastavíme: – formát výkresu A4 orientovaný „naležato“, – zobrazení rámečku a rohového razítka, – schématické značky ve formátu DIN, – barvy- bílá pracovní plocha/ černé značky, – úplný popis značek.

2.1 VÝBĚR SOUČÁSTKY A UMÍSTĚNÍ NA PLOCHU Výběr součástky provedeme z odpovídajícího zásobníku. Klikneme na symbol součástky a tažením ji umístíme na odpovídající místo pracovní plochy. Dokud ji neumístíme, můžeme s ní libovolně pohybovat po ploše. V našem případě jsme vybrali součástky následovně: - SOURCES - DC VOLTAGE SOURCE - stejnosměrný zdroj napětí - BASIC - RESISTOR VIRTUAL - rezistor (možná změna jeho odporu) - DIODES - LED red - svítivá dioda LED Poznámka: - vždy je nutné ještě provést uzemnění celého obvodu i když prakticky při reálném sestavování to není nutné. Pro činnost simulačního programu je to nezbytný předpoklad- stejně by vás na tento fakt program upozornil.

- SOURCES - GROUD - uzemnění Na obr. 11 je vidět rozmístění součástek našeho příkladu na ploše.

Obr. 11 Rozmístění součástek na ploše

10



V případě výběru ze zásobníku DIODES-LED se rozvinulo okno COMPONENT BROWSER. Tato situace může nastat i u ostatních součástek v případě, že nepracujeme s virtuálními. Pohled na rozvinuté okno je na obr. 12.

Obr. 12 Rozvinuté okno COMPONENT BROWSER Po aktivaci okna máme možnost výběru součástky, vidíme základní informace o součástce a schématickou značku. Podrobnější informace o součástce zjistíme kliknutím na tlačítko DETAIL REPORT. V případě, že chceme změnit umístění, orientaci,barvu značky, značku vymazat nebo kopírovat. Klikneme LTM na schématickou značku, objeví se okolo ní čtyři značky signalizující „připravenost“ k operaci. PTM aktivujeme okno, kterým můžeme vybrat, kopírovat, měnit orientaci a barvu značky. Situace je na obr. 13.

Obr. 13 Změna polohy značky

11



Obdobně můžeme přemístit na vhodné místo popisy součástek- REFERENCE ID (jméno součástky), např R1 a VALUES (hodnota), např 1 kOhm. Při umístění další součástky stejného typu se automaticky zvyšuje pořadové číslo v jejím „jméně“, např R1, R2, R3......... .

2.2 VÝBĚR MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ A UMÍSTĚNÍ NA PLOCHU Měřící přístroje vybíráme, umísťujeme na plochu a měníme jejich orientaci, barvu a umístění popisu podobným způsobem, jako u součástek. Automaticky se při umístění dalšího měřícího přístroje zvyšuje číslo v jeho „jméně“. V našem příkladu si schéma doplníme o měřící přístroj- multimetr, kterým budeme měřit hodnotu napájecího zdroje. Doplněný obvod o měřící přístroj je na obr. 14.

Obr. 14 Umístění měřícího přístroje- multimetru

2.3 PROPOJENÍ SOUČÁSTEK A PŘÍSTROJŮ Propojení součástek a přístrojů můžeme provést dvěma způsoby: - automaticky, - ručně. Při automatickém způsobu program volí nejvhodnější cestu spojení vývodů součástek a přístrojů. Spoje neprocházejí přes schématické značky Podstatou ručního propojení je to, že spoje jsou vedeny na základě rozhodnutí uživatele. V průběhu práce můžeme oba způsoby kombinovat.

2.3.1 AUTOMATICKÝ ZPŮSOB - najedeme kurzorem na vývod součástky- dojde k jeho změně na bod s křížkem (režim propojování), - klikneme LTM a bod s křížkem přemístíme na vývod součástky, kterou chceme připojit a nebo do bodu na již vytvořeném vodiči, - připojení ukončíme kliknutím LTM. 12



Výsledek automatického způsobu propojování je vidět na obr. 15. Spoje jsou neuspořádané a budou vyžadovat úpravu.

Obr. 15 Výsledek automatického propojení součástek a přístrojů

2.3.2 RUČNÍ ZPŮSOB - najedeme kurzorem na vývod součástky- dojde k jeho změně na bod s křížkem (režim propojování), - klikneme LTM a bod s křížkem táhneme potřebným směrem, - při změně směru klikneme LTM a pokračujeme v žádaném směru, - spoj ukončíme LTM na vývodu součástky a nebo spoji. Ruční způsob nám umožní vytvořit spoje, které jsou uspořádané podle představ uživatele a úprav bude již méně. Výsledek je na obr. 16. V případě, že ukončujeme spoj na jiném vodiči, automaticky se vytvoří uzel- Junction.

Obr. 16 Ruční způsob propojení 13



2.4 EDITACE SOUČÁSTEK U virtuálních součástek a přístrojů můžeme nastavit jejich hodnoty, např. odpor rezistoru, kapacitu kondenzátoru, hodnotu napětí u napájecího zdroje......... . Dále můžeme měnit i pojmenování jednotlivých součástek a přístrojů. Postup je velmi jednoduchý, dvojitým kliknutím LTM na součástku dojde k označení součástky a otevře se okno, kde můžeme měnit jména a hodnoty součástek a přístrojů. V našem případě jsme změnili jméno rezistoru R1 na R10 a hodnotu jeho odporu na 2 kΩ. Změna jména

- pomocí záložky Label/ Reference ID.

Změna hodnoty

- pomocí záložky Value.

Podobným způsobem jsme změnili i označení stejnosměrného napájecího zdroje z V1 na U25. Editační okna umožňují nastavení dalších parametrů podle typu součástek. Otevřené okno pro editaci parametrů virtuálního rezistoru je na obr. 17.

Obr. 17 Změna hodnot rezistoru

2.5 GRAFICKÁ ÚPRAVA VYTVOŘENÉHO SCHÉMATU Propojením součástek, určením jejich hodnot, připojením měřících přístrojů a napájecích zdrojů jsme ukončili vytvoření schématu. Schéma může být graficky nedokonalé a tím nepřehledné- popisy součástek jsou nejednotné, spoje jsou nepřehledné, hustota spojů a součástek je nevyrovnaná. Pozor- nepřehlednost může být zdrojem častých chyb, které se jako u reálného obvodu těžko hledají! Příklad složitějšího schématu je na obr. 18, kde jsou jednotlivé nedostatky vyznačeny šipkami a nedostatky popsány v tabulce. Obvod sice bude pracovat, ale grafická úprava je nevyhovující. 14



Obr. 18 Nedostatky ve schématu 1. Nevyrovnán popis přepínače S3 2. Neuspořádán popis rezistoru 3. Nevhodně vedené spoje a spoj vede přes popis součástky V1 4. Připojení měřícího přístroje je blízko R8, nevhodné spoje na GND 5. Nevyrovnané umístění přepínače S4 vzhledem k S3 Na obr. 19 je stejné schéma po grafické úpravě. Můžete srovnat, které schéma je přehlednější.

Obr. 19 Schéma obvodu po grafické úpravě

15



Grafické úpravy je možné provést následujícím způsobem: a)Posunutí spoje- LTM na spoj, který se označí body a tažením provedeme posunutí. b)Umístění, vymazání, kopírování značky, posunutí popisů, změna orientace bylo rozebráno v bodě 2.1. c)Využitím nástrojů v menu EDIT (prvek, který chceme měnit musíme označit kliknutím LTM) d)Kliknutím LTM a PTM na prvek (označíme ho) a nebo na pracovní ploše se otevře okno, které umožní úpravy (viz. obr. 3). e)Vyrovnání všech objektů na ploše nám umožní zobrazení sítě bodů (View/Grid Visible nebo pomoci kliknutí LTM a PTM). TEXT Schéma obvodu je vhodné doplnit nápisy, které objasňují jeho funkci, označit vstupy a výstupy. Provádíme pomocí- Edit/Place Text a nebo kliknutím LTM a PTM a volbou Place Text. VYPLNĚNÍ ROHOVÉHO RAZÍTKA - zobrazení razítka a rámečku- View/ Show Title Block and Border. - vyplnění- Edit/ Set Title Block. Příklad vyplněného rohového razítka je na obr. 20.

Obr. 20 Příklad vyplněného rohového razítka POPIS OBVODU V mnoha případech je vhodné k vytvořenému schématu obvodu připojit jeho popis (komentář). V popisu můžeme uvést jeho funkci, zadané a změřené hodnoty,typ simulace, pro jaký účel bylo schéma vytvořeno, poznámky......... . Vytvoření popisu je možné následujícím způsobem: - EDIT/ DESCRIPTION a napsat text do okna, - uložit soubor. Vždy, když otevřeme soubor, můžeme si přečíst komentář k tomuto obvodu (EDIT/ DESCRIPTION). Komentář si můžeme vytisknout a přiložit k vytištěnému schématu. Pro náš vzorový příklad (obr. 16) je vytvořen popis obvodu, který je zobrazen na obr. 21.

Obr. 21 Popis obvodu 16



2.6 NASTAVENÍ MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ Na obr. 10 je zobrazen zásobník měřících přístrojů. Ukážeme si nastavení základních měřících přístrojů, které budeme využívat. Jejich využitím se budeme zabývat v kap.3.

2.6.1 MULTIMETR Dvojitým kliknutím na ikonu se zobrazí ovládací panel multimetru, kde můžeme provést nastavení režimu práce. Po kliknutí na tlačítko Set se zobrazí panel pro nastavení vlastností multimetru. Otevřené ovládací panely jsou na obr. 22.

Obr. 22 Ovládací panely multimetru V levé části obr. 22 je ovládací panel, zde můžeme nastavit režim práce multimetru: - A - měření proudu I, - V - měření napětí U, - Ω - měření odporu R, - dB - měření útlumu mezi dvěma uzly obvodu, - -/~ - stejnosměrné / střídavé hodnoty I nebo U, -Set - nastavení vlastností multimetru. Panel pro nastavení vlastností přístroje (pravá strana obr. 22) umožňuje nastavit vnitřní odpor multimetru v jednotlivých režimech.

2.6.2 AMPÉRMETR Je umístěn v zásobníku součástek- INDICATOR a můžeme zvolit orientaci jeho ikony ve schématu. Dvojitým kliknutím na jeho ikonu se zobrazí panel, kde můžeme nastavit vnitřní odpor přístroje, druh měřeného proudu (AC/DC) a jeho označení v obvodu. Panel je na obr. 23.

Obr. 23 Panel pro nastavení ampérmetru 17



2.6.3 VOLTMETR Je opět umístěn v zásobníku součástek- INDICATOR a jeho nastavení je stejné jako nastavení ampérmetru.

2.6.4 WATTMETR Složí k měření výkonu a účiníku cosφ. Pohled na ikonu a otevřený panel W-m je na obr. 24.

Obr. 24 Ikona a panel W-m Při zapojení do obvodu musíme respektovat proudový a napěťový okruh schématu a určení jednotlivých svorek přístroje.

3 PROVĚRKA ČINNOSTI ELEKTRONICKÉHO OBVODU V kapitole si názorně ukážeme použití základních měřících přístrojů při prověrce činnosti jednoduchých obvodů.

3.1 POUŽITÍ MULTIMETRU 3.1.1 MULTIMETR PŘI MĚŘENÍ ODPORU Na obr. 25 je obvod sestavený z rezistorů. Pomocí multimetru změřte výsledný odpor obvodu a porovnejte se svým výpočtem. U každého příkladu provedeme porovnání výpočtů a výsledků měření formou tabulky.

Obr. 25 Použití multimetru při měření odporu 18



Výpočet celkového odporu zvoleného obvodu: R ∗R 8∗10 R45= 4 5 = =4,44 Ω R4 R5 810 R2456 =R2 R45 R6=104,444=18,444 Ω R ∗R 8∗18,444 R23456 = 3 2456 = =5,57 Ω R3R2456 818,444 RC =R1R23456 =55,57=10,57 Ω

Celkový odpor, Ω

Výpočet

Simulace

10,57

10,58

3.1.2 MULTIMETR PŘI MĚŘENÍ PROUDU Na obr. 26 je zapojení několika multimetrů, které využíváme pro měření proudu v jednotlivých větvích obvodu. Vypočítejte proudy IC, I3, I4, I5 a porovnejte s hodnotami zobrazené multimetry.

Obr. 26 Multimetr při měření proudu Výpočet obvodových veličin: V1 12 IC= = =1,135 A RC 10,57 U R2− R6 =V 1−U R1 =V 1− I C ∗R1 =12−1,135∗5=6,325 V U 6,325 I 3= R2−R6 = =0,79 A R3 8 U R45 =U R2−R6 −[ I C −I 3∗R2 ]−[ I C −I 3∗R6 ]=6,325−3,45−1,38=1,495V 19



U R45 1,495 = =0,189 A R4 8 U 1,495 I 5 = R45 = =0,1495 A R5 10 I 4=

Multimetr

Výpočet

Simulace

IC, A

XMM1

1,135

1,134

I3, A

XMM2

0,79

0,7911

I4, A

XMM3

0,189

0,1906

I5, A

XMM4

0,1495

0,1525

3.2 POUŽITÍ VOLTMETRU A AMPÉRMETRU Na obr. 27 je dělič napětí, vypočítejte velikost výstupního napětí U20 nezatíženého děliče a velikost výstupního napětí U2 při připojení zátěže RZ= 8 kΩ. Jednotlivá napětí v obou případech vypočítejte a změřte voltmetrem. Vypočítejte celkový proud odebíraný děličem a změřte ho ampérmetrem.

Obr. 27 Nezatížený a zatížený dělič napětí V1 50 = =0,00724 A=7,24 mA R1R2 22004700 U 20 =I C∗R 2=0,00724∗4700=34,05V R 4∗R5 4700∗8000 R45= = =2960,6 Ω R4 R5 47008000 V1 50 IC= = =0,00968 A=9,86 mA R1R45 22002960,6 IC=

U 2=I C∗R 45 =0,00968∗2960,6=28,68V

20



Nezatížený dělič Zatížený dělič

Výpočet

Simulace

IC, mA

7,24

7,269

U20, V

34,05

34,007

IC, mA

9,86

9,706

U2, V

28,68

28,649

3.3 MĚŘENÍ NA REZISTOROVÉ SÍTI R-2R Na obr. 28 je zobrazeno zapojení DA převodníku na výstupu jednočipového mikropočítače PIC.

Obr. 28 Zapojení DA převodníku na výstupu PIC

21



DA převodník je tvořen rezistorovou sítí R-2R, její zapojení je na obr. 29.

Obr. 29 Zapojení rezistorové sítě Vypočítejte a prověřte velikost výstupního napětí UOUT v případě, že napájení U1 =16 V je připojeno na vstup b2. Na vstupy b3, b1, b0 je připojeno 0V. To odpovídá kombinaci 0100, tedy hodnotě 4 V na výstupu. Zapojení rezistorové sítě si pro názornost překreslíme, výsledek je na obr. 30. Výpočet provádíme postupným zjednodušováním zapojení, vždy se jedná o výpočty sériového a paralelního zapojení rezistorů.

Obr. 30 Překreslené zapojení sítě 22



R7∗R8 2000∗2000 = =1000 Ω R7R8 20002000 R678 =R6 R78=10001000=2000 Ω R5∗R678 2000∗2000 R5678 = = =1000 Ω R5 R678 20002000 R45678 =R4 R5678=10001000=2000 Ω R1∗R 45678 2000∗2000 R145678= = =1000 Ω R1∗R 45678 20002000 RC =R3R 2R145678=200010001000=4000 Ω R78=

U OUT =I C ∗R145678=

U1 16 ∗R145678= ∗1000=4V RC 4000

UOUT , V

Výpočet

Simulace

4

4

Samostatně žák vypočítá a pomocí programu ověří výstupní napětí pro ostatní kombinace 0000-1111, výsledky doplní do tabulky. b3 (8V) b2 (4V) b1(2V)

b0(1V) UOUT, V

0

0

0

0

0

0

0

0

1

1

0

0

1

0

2

0

0

1

1

0

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

0

1

1

0

1

0

1

0

1

1

1

1

0

0

1

1

0

1

1

1

1

0

1

1

1

1

23

4

8

15



3.4 POUŽITÍ WATTMETRU Na obr. 31 je zapojení pro měření výkonu automobilové žárovky na 12 V o výkonu 25 W. Vypočítejte odebíraný proud a porovnejte s výsledkem simulace. Při zapojení wattmetru musíme respektovat proudový a napěťový obvod. I=

P 25 = =2,08 A U 12

Výpočet Simulace I, A

2,08

2,069

P, W

25

24,828

Obr. 31 Měření výkonu žárovky

4 ŘEŠENÍ PŘÍKLADU ZAPOJENÍ OBVODU Úkol: Navrhněte obvod pro napájení červené světlo emitující diody (LED). Napájecí napětí U1 = 12 V, napětí LED v propustném směru UF = 2 V, proud diodou volíme IF = 10 mA. Sestavte obvod, pro kontrolu napájecího napětí použijte voltmetr, ampérmetrem změřte proud procházející diodou. Postup: 1. V pracovním sešitě navrhněte obvod. 2. Proveďte výpočet předřadného rezistoru R1. 3. V programu MultiSIM sestavte obvod se zadanými součástkami a měřícími přístroji. 4. Zapněte simulaci, odečtěte hodnoty z měřících přístrojů a zaneste do tabulky. 5. Vyhodnocení příkladu.

4.1 NÁVRH OBVODU Návrh obvodu provedeme v pracovním sešitě, využíváme platné schématické značky a značky měřících přístrojů. Výsledkem je zapojení na obr. 32.

Obr. 32 Návrh obvodu

24



4.2 VÝPOČET REZISTORU R1 R 1=

U1−U F 12−2 = =1000 Ω IF 0,01

4.3 SESTAVENÍ OBVODU V PROGRAMU MultiSIM Vybíráme součástky a měřící přístroje ze zásobníků. Schématické značky se v některých případech mohou lišit, na funkci obvodu to nemá vliv. Výsledek je na obr. 33.

Obr. 33 Sestavený obvod v simulačním programu

4.4 SIMULACE ČINNOSTI OBVODU Srovnání hodnot je v tabulce. Zadání

Simulace

U1, V

12

12

IF, mA

10

10

4.5 VYHODNOCENÍ PŘÍKLADU Z tabulky je patrné, že výpočet předřadného rezistoru byl proveden správně- naměřené hodnoty odpovídají zadání.

ZÁVĚR V textu byl uživatel programu MultiSIM seznámen s pracovním prostředím, se zásadami výběru, umístění součástek a základních měřících přístrojů. Je schopen sestavit jednoduchý obvod. Příklady jsou z oblasti stejnosměrných obvodů. V závěrečném příkladu je uveden možný postup řešení jednoduché úlohy. Po zvládnutí základních obvodů a v návaznosti na teoretické znalosti získané v odborných předmětech ve vyšších ročnících, může žák přejít na složitější analogové a digitální obvody. Získané praktické návyky s programem MultiSIM 2001 může využít při přechodu na vyšší verze a případně jiné simulační programy.

25


PRÁCE SE SIMULAČNÍM PROGRAMEM MultiSIM

Recommend Documents