Часть1. Основы работы с программой Multisim.
Графический интерфейс программы Multisim представлен на рис.1.
Рис.1. Графический интерфейс программы Multisim.
Для того, что бы поместить компонент необходимо: выбрать на панели Компонентов необходимую группу компонентов, например Basic. Появится окно с выбранной вами группой. Щелкните по нужному вам семейству, затем щелкните по выбранному компоненту и нажмите OK. После этого окно закроется, а возле курсора появится графическое изображение выбранного компонента, переместите его на нужную позицию и щелкните левой кнопкой мыши. Рис.2 иллюстрирует окно выбора компонента.
Чтобы повернуть компонент необходимо его выбрать, например, щелкнуть по нему левой кнопкой мыши, и нажать сочетание клавиш Ctrl+R (для вращения по часовой оси) либо Shift+Ctrl+R (для вращения против часовой оси), отразить по вертикали/горизонтали можно с помощью сочетания клавиш Alt+Y/X соответственно. Данные действия можно также произвести с помощью контекстного меню компонента (вызывается по щелчку правой кнопкой мыши).
Изменение свойств и настроек компонентов (например, таких как сопротивление резистора, напряжение смещение нуля у модели идеального ОУ, режим измерения напряжения у вольтметра и т.д.) производится из окна свойств компонента. Оно вызывается либо по двойному щелчку мышью, либо с помощью контекстного меню.
Рис.2. Окно выбора компонентов.
Окна свойств ОУ и конденсатора приводятся на рис.3
Рис.3. Окна свойств компонента
а) модели ОУ; б) идеального конденсатора.
Чтобы соединить выводы компонента (или выводы компонента и провод), необходимо щелкнуть на выводе, при этом курсор мыши изменит свой вид. После этого подведите курсор к другому выводу или проводу и щелкните на нем левой кнопкой мыши.
Запустить
моделирование схемы можно: либо нажав
кнопку
,
либо выбрав пункт Run
из меню Simulate,
либо нажав клавишу F5.
Часть 2. Использование измерительных инструментов.
Наиболее часто используемыми в курсе лабораторных работ среди измерительных инструментов будут:
вольтметр;
плоттер Боде;
осциллограф (2-х или 4-х канальный);
многофункциональный генератор;
Что бы разместить
в схеме измерительный прибор (например,
вольтметр) необходимо выбрать группу
Indicators,
нажав кнопку
Place
Indicator
на панели инструментов, и выбрать
вольтметр. Окно свойств вольтметра
представлено на рис.4. Вольтметр может
работать в двух режимах: режим измерения
постоянного напряжения (DC),
режим измерения переменного напряжения
(АС).
Размещение Плоттера
Боде (рис.5) в окне редактирования схемы
можно осуществить, нажав левой кнопкой
мыши на пиктограмме
соответствующей данному элементу,
размещенной на панели инструментов.
Выводы «In-»
и «Out-»
обычно подключаются к «земле», а выводы
«In+»
и «Out+»
к входу и выходу схемы соответственно.
Для настройки плоттера Боде нужно дважды
щелкнуть левой кнопкой мыши по его
графическому символу в окне редактирования
схемы.
Рис.4. Окно свойств вольтметра
Рис.5. Интерфейс плоттера Боде.
Настройка отображения результатов измерения Плоттера Боде производится с помощью секций настройки горизонтальной, вертикальной осей. Вы можете задать здесь тип шкалы (логарифмический или линейный), а так же пределы по этим осям (рис.5). Выбор амплитудной либо фазовой характеристики осуществляется нажатием кнопок «magnitude», «phase».
Размещение 2 или 4 канального осциллографа производится нажатием соответствующей клавиши на панели инструментов:
-
2-х канальный осциллограф;
- 4-х канальный осциллограф;
В большинстве случаев подключение осциллографов ничем не отличаются кроме количества каналов и секции настройки отображения по оси y для различных каналов, о чем будет сказано позже.
Рис.6. Графический символ 2-х канального осциллографа.
Доступ к интерфейсу осциллографа производится с помощью двойного щелчка мышью по его графическому символу. Интерфейс 2-х канального осциллографа (рис.7) является интуитивно понятным, однако стоит обратить внимание на секции настроек отображения результатов по осям х и у (рис.8).
Рис.7. Интерфейс 2-х канального осциллографа
Рис.8. Секции настроек отображения результатов по осям х и у 2- канального осциллографа.
Сначала рассмотрим настройки каналов A и В. Здесь мы можем найти несколько режимов отображения:
«АС» – предназначен для отображения лишь переменной составляющей сигнала;
«0» – выставляет показания осциллографа на уровне потенциала земли;
«DC» – отображает постоянную и переменную составляющую.
«-» - имеется только в секции канала В и предназначен для инвертирования сигнала.
Теперь рассмотрим секцию настроек (разверток) оси х. Имеется 4 вида настроек:
«Y/T» - отображает зависимость входного сигнала от времени;
«Add» - складывает показания каналов А и В и отображает зависимость суммарной характеристики от времени;
«В/А» - предназначен для отображения зависимости показаний канала В от показаний канала А;
«А/В» - предназначен для отображения зависимости показаний канала А от показаний канала В.
Рассмотрим отличия в настройке осей у 2-х и 4-х канального осциллографов. Секции настроек 4-х канального осциллографа представлена на рис.9.
Рис.9. Секции настроек отображения результатов по осям х и у 4- канального осциллографа.
У 4-х канального осциллографа для настройки какого-то канала необходимо сначала выбрать канал (А, В, С, D), с помощью виртуальной поворотной ручки. Как можно видеть на рисунке инвертирование сигнала доступно для любого из 4 каналов. Так же здесь нет режима отображения зависимости показаний канала В от показаний канала А.
Размещение
многофункционального генератора в
окне редактирования схемы можно
осуществить, нажав левой кнопкой мыши
на пиктограмме
панели инструментов соответствующей
данному элементу. Многофункциональный
генератор может являться источником
синусоидального, пилообразного либо
прямоугольного сигнала. Сигнал,
вырабатываемый генератором, подается
на вывод «+», инвертированный сигнал на
вывод «-». Окно настройки многофункционального
генератора вызывается либо двойным
щелчком по графическому символу, либо
выбором строки Properties
контекстного меню.
Рис. 10 Окно настроек многофункционального генератора
Приложение 2.
Рекомендуемая методика расчета активного фильтра 2-го порядка для выполнения лабораторной работы №4.
Использование ОУ позволяет реализовать фильтры второго порядка без потерь.
Эти фильтры можно подразделить на следующие основные классы:
Бесселя – фильтр с линейной фазовой характеристикой, предназначенный для передачи импульсов без «всплесков».
Баттерворта – фильтр с плоской частотной характеристикой в полосе пропускания без ослабления .
Чебышева – фильтр с наибольшей скоростью затухания за частотой среза, имеет волнообразные колебания в полосе пропускания.
Сравнение АЧХ и ФЧХ фильтров 2 порядка приведены ниже на рис.1,2.
Рис.1 АЧХ фильтров второго порядка разных видов.
Рис.2 ФЧХ фильтров второго порядка разных видов.
Для выполнения лабораторной работы рекомендуется фильтр Баттерворта, построенный на основе структуры фильтра с положительной обратной связью (рис.3).
Передаточная функция ФНЧ будет иметь следующий вид:
;
(1)
Очевидно, что коэффициентом передачи в области низких частот составит W0=1.
Рис.3 Структура фильтра 2 порядка с положительной обратной связью.
Передаточная функция фильтра Баттерворта 2-го порядка в каноническом виде выглядит следующим образом
(2)
Сопоставляя выражения 1 и 2 можно записать следующие соотношения
,
или
;
;
Выбирая R1=R2=R (желательно выбирать номиналы сопротивления порядка единиц-десятков кОм), получим следующие формулыдля расчета номиналов фильтра
;
(3)
; (4)
. (5)