Интуитивный редактор схем программы Multisim дает возможность за счет экономии времени на рисовании оставлять больше времени на конструирование. Multisim построен так, что нет необходимости переключаться от режима размещения деталей к режиму разводки, как в других аналогичных программах. Multisim поступает к заказчику с полной базой из 16000 деталей и включает в себя имитационную модель, схематический символ, электрические параметры и макет для разводки. Также имеется бесплатный доступ к центру конструирования (Design Center), в котором имеется более 12 миллионов деталей в поисковой базе данных.
Максимальной точностью и достоверностью обладают классические программы схемотехнического моделирования или SPICE-подобные программы (где SPICE с английского — Имитационная Программа со Встроенным Выражением Цепи), к числу которых и относится Multisim. Принцип их работы основан на машинном составлении системы обыкновенных дифференциальных уравнений электрической цепи и их решении без применения упрощающих предположений. Здесь используются численные методы Рунге — Кутта или метод Гира для интегрирования системы дифференциальных уравнений, метод Ньютона — Рафсона для линеаризации системы нелинейных алгебраических уравнений и метод Гаусса или LU-разложение для решения системы линейных алгебраических уравнений. Модификации этих методов направлены на улучшение сходимости или вычислительной эффективности без упрощения исходной задачи.
Multisim (мультисим) — как установить программу
В Multisim используются следующие функции SPICE моделирования: SPICE-моделирование индустриального стандарта; XSPICE усиление для расширения Berkeley SPICE3 возможностей; моделирование с подключением VHDL и Verilog; интерактивное моделирование; широкий набор источников, включая DC, синусоидальный, импульсный, пилообразный, случайный, AM, FM; программное моделирование; смешанная аналого-цифровое моделирование; современные алгоритмы для разрешения проблем пересекающихся цепей, расширенные опции для получения компромисса скорость/точность. Функции радиочастотного моделирования: SPICE усиления для высокочастотной имитации; RF инструменты и анализы, RF модели и мастер создания собственных моделей.
Multisim — единственный общецелевой пакет моделирования для использования с частотами свыше 100 MHz, где SPICE обычно становится неработоспособным. Радиочастотный набор программы Multisim включает специальную библиотеку деталей, мастер создания радиочастотных моделей, радиочастотные виртуальные инструменты и радиочастотные анализаторы. VHDL и Verilog функции — простой способ работы для начинающих использовать HDLs, который представляет собой инструмент моделирования сложных цифровых деталей, которые не могут быть смоделированы в SPICE. VHDL и Verilog — возможность моделирования деталей без необходимости понимать HDL синтаксис. VHDL и Verilog — самостоятельный инструмент конструирования с редакторами кодов, менеджерами проектов моделирования, выводом формы колебаний и отладкой, совместным моделированием со SPICE, полным соответствие стандартам.
Знакомство с Multisim
Multisim позволяет работать группе конструкторов над идентичными схемами в реальном времени через локальную сеть или Интернет. С помощью Multisim можно вводить специальные поля для характеристики деталей, такие как стоимость, время поставки или предпочтительный поставщик.
Совместное использование Multisim и технологии виртуальных приборов, позволяет инженерам-разработчикам печатных плат и преподавателям электротехнических специальностей достичь полной непрерывности цикла проектирования, состоящего из трех этапов: изучение теории, создание принципиальной схемы моделируемой системы, изготовление прототипа и проведение тестовых испытаний.
В Multisim 10.0 и Ultiboard 10.0 реализовано большое количество функции для профессионального проектирования, ориентированных на самые современные средства моделирования, улучшенную компонентную базу данных и расширение пользовательского сообщества. Компонентная база данных включает в себя более 1200 новых элементов и более 500 новых SPICE-моделей от ведущих производителей, таких, как Analog Devices, Linear Technology и Texas Instruments, а также более 100 новых моделей импульсных источников питания.
Помимо этого, в новой версии программного обеспечения появился помощник Convergence Assistant, который автоматически корректирует параметры SPICE, исправляя ошибки моделирования, была добавлена поддержка стандартов BSIM 4, а так же расширены возможности отображения и анализа данных, включая новый пробник для значений тока и обновленные статические пробники для дифференциальных измерений.
В связи с широким развитием вычислительных устройств задача расчета и моделирования электрических схем заметно упростилась. Наиболее подходящим программным обеспечением для данных целей является продукт National instruments – Multisim (Electronic Workbench).
В данной статье рассмотрим простейшие примеры моделирования электрических схем с помощью Multisim.
Итак, у нас имеется Multisim 12 это последняя версия на момент написания статьи. Откроем программу и создадим новый файл с помощью сочетания Ctrl+N.
После создания файла перед нами открывается рабочая зона. По сути, рабочая зона Multisim – это поле для собирания требуемой схемы из имеющихся элементов, а их выбор, поверьте велик.
Кстати вкратце о элементах. Все группы по умолчанию расположены на верхней панели. При нажатии на какую либо группу, перед вами открывается контекстное окно, в котором вы выбираете интересующий вас элемент.
По умолчанию используется база элементов – Master Database. Компоненты содержащиеся в ней разделены на группы.
Sources содержит источники питания, заземление.
Basic – резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и т.д.
Diodes – содержит различные виды диодов.
Transistors — содержит различные виды транзисторов.
Analog — содержит все виды усилителей: операционные, дифференциальные, инвертирующие и т.д.
TTL — содержит элементы транзисторно-транзисторная логики
CMOS — содержит элементы КМОП-логики.
MCU Module – управляющий модуль многопунктовой связи.
Advanced_Peripherals – подключаемые внешние устройства.
Misc Digital — различные цифровые устройства.
Mixed — комбинированные компоненты
Indicators — содержит измерительные приборы и др.
С панелью моделирования тоже ничего сложного, как на любом воспроизводящем устройстве изображены кнопки пуска, паузы, останова. Остальные кнопки нужны для моделирования в пошаговом режиме.
На панели приборов расположены различные измерительные приборы (сверху вниз) — мультиметр , функциональный генератор, ваттметр, осциллограф, плоттер Боде, частотомер, генератор слов, логический конвертер, логический анализатор, анализатор искажений, настольный мультиметр.
Итак, бегло осмотрев функционал программы, перейдём к практике.
Для начала соберём простенькую схему, для этого нам понадобиться источник постоянного тока (dc-power) и пара резисторов (resistor).
Допустим нам необходимо определить ток в неразветвленной части, напряжение на первом резисторе и мощность на втором резисторе. Для этих целей нам понадобятся два мультиметра и ваттметр. Первый мультиметр переключим в режим амперметра, второй – вольтметра, оба на постоянное напряжение. Токовую обмотку ваттметра подключим во вторую ветвь последовательно, обмотку напряжения параллельно второму резистору.
Есть одна особенность моделирования в Multisim – на схеме обязательно должно присутствовать заземление, поэтому один полюс источника мы заземлим.
После того как схема собрана нажимаем на пуск моделирования и смотрим показания приборов.
Проверим правильность показаний (на всякий случай=)) по закону Ома
Показания приборов оказались верными, переходим к следующему примеру.
Соберём усилитель на биполярном транзисторе по схеме с общим эмиттером. В качестве источника входного сигнала используем функциональный генератор (function generator). В настройках ФГ выберем синусоидальный сигнал амплитудой 0,1 В, частотой 18,2 кГц.
С помощью осциллографа (oscilloscope) снимем осциллограммы входного и выходного сигналов, для этого нам понадобится задействовать оба канала.
Чтобы проверить правильность показаний осциллографа поставим на вход и на выход по мультиметру, переключив их предварительно в режим вольтметра.
Запускаем схему и открываем двойным кликом каждый прибор.
Показания вольтметров совпадают с показаниями осциллографа, если знать что вольтметр показывает действующее значение напряжения, для получения которого необходимо разделить амплитудное значение на корень из двух.
С помощью логических элементов 2 И-НЕ соберём мультивибратор, создающий прямоугольные импульсы требуемой частоты. Чтобы измерить частоту импульсов воспользуемся частотомером (frequency counter), а проверим его показания с помощью осциллографа.
Итак, допустим, мы задались частотой 5 кГц, подобрали опытным путём требуемые значения конденсатора и резисторов. Запускаем схему и проверяем, что частотомер показывает приблизительно 5 кГц. На осциллограмме отмечаем период импульса, который в нашем случае равен 199,8 мкс. Тогда частота равна
Назначение, состав и особенности программной системы схемотехнического моделирования MultiSim
Программные средства Electronics Workbench (EWВ) фирмы Interactive Image Technologies, называемые в отечественной литературе «Электронная лаборатория» (от англ. стенд для работ по электронике) предназначены для сквозного проектирования электронных устройств от составления и моделирования электрической схемы до разработки печатной платы и составления производственной документации. Они содержат взаимодействующие программные пакеты MultiSim для выполнения схемотехничекого проектирования и Ultiboard для разработки печатных плат.
История создания и развития программных средств Electronics Workbench насчитывает полтора десятилетия. Большую популярность получили версии EWВ 4.1 и EWВ 5.0, позволяющие моделировать как аналоговые, так и цифровые устройства. Они представляют собой достаточно компактные программные продукты (EWВ 5.0 требует всего 16 Мбайт дисковой памяти и может запускаться и работать непосредственно с компакт-диска CD). Современная версия MultiSim-7 представляет собой профессиональный программный продукт, требующий более мощной аппаратной поддержки.
Пакет MultiSim (от англ. Multisimulation – многоцелевой имитатор) включает графический редактор электрических схем (Schematic Capture), библиотеку элементов (Component Database) и собственно имитатор (Simulation), осуществляющий управление моделированием (рис.8.1).
Рис.8.1. Взаимодействие программных средствMultiSim
Имеющийся в MultiSim (MS) набор моделей элементов электрической цепи, а также имитаторов типовых электроизмерительных приборов, позволяет выполнять численное моделирование, называемое вычислительным экспериментом, подобно проведению экспериментальных исследований электрических устройств с помощью измерительного оборудования.
Программа MS-7, предназначенная для схемотехнического проектирования электронных средств, содержит практически все основные элементы электронных цепей (библиотека содержит несколько тысяч промышленных компонентов и дает возможность пользователю задавать свои параметры или создавать нестандартные элементы). Наличие моделей трехфазных источников, трансформаторов, электромеханических реле и переключателей позволяет использовать MS-7 для исследования силовых электрических преобразователей.
Удобство применения программы MultiSim при моделировании электрических устройств заключается в отображении на экране монитора схемы исследуемого устройства и контрольно-измерительных приборов, передние панели которых с органами управления максимально приближены к их промышленным аналогам. Это сводит виртуальный эксперимент к процедуре «сборки» схемы с измерительными приборами на экране монитора и выполнению измерений, что способствует приобретению навыков работы с электроизмерительными приборами.
Предлагаемая краткая инструкция работы с программой MultiSim 7 предназначена для получения пользователем быстрой помощи решении стандартных ситуаций моделирования простых электрических схем. Для углубленного изучения методов анализа и особенностей программного комплекса следует обратиться к приведенным литературным источникам.
Интерфейс пользователя MultiSim базируется на привычном типовом графическом интерфейсе операционной системы Windows, использующем многооконное изображение с ниспадающими и разворачивающимися меню и панелями. При создании инструкции предполагалось, что пользователь знаком с Windows и имеет некоторый опыт работы с Windows – приложениями, содержащими типичные атрибуты: главное меню, пиктограммы (ярлыки), кнопки управления программами, открывающиеся окна и т.д. Поэтому не приводятся общие принципы работы с элементами диалоговых окон, командами меню и другими атрибутами, которые идентичны для большинства современных программных продуктов.
Основное внимание уделено правилам и приемам моделирования схем с помощью программы MultiSim. При этом из нескольких возможных приводится, как правило, один простой способ управления программой, с помощью которого можно получить требуемый результат. Освоение принципов моделирования облегчается наличием простой встроенной в интерфейс контекстной помощи, которая содержит описание выделенного элемента и примеры схем его применения.
Для запуска программы следует щёлкнуть кнопкой мыши помещенную на рабочем столе пиктограмму (ярлык) системы MultiSim .
При отсутствии ярлыка нажать кнопку “Пуск” в нижнем углу экрана, активизировать “Все программы», выбрать “MultiSim” и в подменю щелчком мыши на пиктограмме запустить программу. На экране появится основное окно программы (рис.8.2).
Рис8.2. Основноеокно программы MultiSim 7
Верхняя строка окна содержит имя файла схемы. Далее следуют:
ü строка инструментов, на которой расположены пиктограммы наиболее употребительных команд;
ü рабочее поле для создания схемы исследуемого устройства;
ü группы виртуальных и промышленных элементов (слева от рабочего поля);
ü пиктограммы измерительных приборов.
Меню активизированной курсором кнопки набора команд разворачивается для выбора исполняемой команды (рис.8.3).
Рис.8.3. Главное меню с раскрытой группы команд пересылки данных
Например, набор команд раздела Trasfer (пересылка) содержит команды передачи данных об электрической схеме в графические редакторы печатных плат и результатов схемотехнического моделирования для анализа с помощью математической программы MathCad, а также в программу Еxel.
Воспользуйтесь поиском по сайту:
studopedia.org — Студопедия.Орг — 2014-2023 год. Студопедия не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования (0.008 с) .
Источник: studopedia.org
Multisim что за программа
В современном мире для изучения технических дисциплин все чаще используются, описаны возможности проведения лабораторных работ и приведен пример организации одной из них. Сочетание лабораторного практикума на традиционных лабораторных стендах с виртуальными лабораторными работами позволяет глубже осваивать изучаемый материал.
Следует отметить, что при применении виртуальных лабораторных работ возможно изучение процессов, протекающих в течение короткого промежутка времени, в частности переходных процессов в электрических и электронных схемах. Исследование таких процессов с использованием традиционных лабораторных стендов представляет значительные трудности. Данная статья посвящена описанию программного пакета Multisim и его применение для разработки и исследования работы электрических и электронных схем. В статье кратко описана программа Multisim для создания и моделирования электрических, электронных и цифровых устройств, а также разработаны виртуальные лабораторные работы для проектирования виртуальных электрических и электронных схем и изучения их работы. Предлагаемый лабораторный практикум может применяться для всех специальностей, в учебном графике которых предусмотрено изучение курса электротехники и электроники.
электронные схемы
электрические схемы
программа multisim
Лабораторные работы
1. Corbin M.J. MulTiSIM: An object-based distributed framework for mission simulation / M.J. Corbin, G.F. Butler // Simulation Practice and Theory – 15 January 1996, Vol. 3. – Issue 6. –
2. Хернитер Марк Е. Электронное моделирование в Multisim / М.Е. Хернитер. – М.: ДМК Пресс, 2010. – 501 с.
4. Быковский Н.А., Федоров В.М., Дятлов И.Г. Electronics work bench. Руководство пользователя / Н.А. Быковский, В.М. Федоров, И.Г. Дятлов. – УГНТУ, 2005. – 59 с.
5. Kezerashvili R.Ya. Teaching RC and RL Circuits Using Computer–supported Experiments / R.Ya. Kezerashvili // IERIProcedia. – 2012. – Vol. 2. – P. 609-615.
6. Ананичева С.С., Шелюг С.Н. Анализ электронных сетей и систем в примерах и задачах / С.С. Ананичева, С.Н. Шелюг. – Екатеринбург: Изд-во Уральский фед. ун-т, 2016. – 176 с.
7. Немцов М.В. Электротехника. Кн. 1 / М.В. Немцов. – Изд-во: Академия, 2014. – 240 с.
8. Шилов Ю.В. Радиотехнические цепи и сигналы: лабораторный практикум / Ю.В. Шилов. – Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2017. – 160 с.
9. Матвиенко В.А. Основы теории цепей: учебное пособие для вузов / В.А. Матвиенко. – Екатеринбург: УМЦ УПИ, 2016. – 162 с.
В современном мире одним из растущих перспективных направлений обучения в вузах является применение компьютерных технологий, которые являются новым этапом развития обучения. Для реализации поставленных технологических целей, таких как разработка и моделирование электрических и электронных цепей, применяются различные технические и программные средства. Программа Multisim подразделения Electronics Workbench Group компании National Instruments является одной из наиболее простых и легко осваиваемых программ, содержащих контрольно-измерительные приборы для логического моделирования электрических, электронных схем и цифровых устройств. Особенность данной программы – это наличие в ней контрольно-измерительных приборов, которые по организации управления, характеристикам и внешнему виду максимально приближены к их промышленным аналогам.
Организация учебного процесса на основе использования возможностей программы Multisim позволила повысить уровень познавательной активности студентов при выполнении самостоятельных заданий, осуществить индивидуальный подход при планировании образовательной траектории каждого студента в зависимости от его возможностей, дифференцировать количество информации и уровень сложности заданий по данному предмету без потери качества усвоения материала каждым отдельным студентом.
Multisim – это программа моделирования и расчета электронных и электрических схем устройств [1]. Широкий набор приборов позволяет задавать входные воздействия, производить измерения различных величин и строить графики [2]. Все приборы изображаются максимально приближенными к реальным. На рисунке 1 приведено главное окно программы Multisim. Интерфейс Multisim состоит из таких базовых элементов, как стандартная инструментальная панель (кнопки для наиболее часто применимых функций), меню (команды для всех функций), инструментальная панель компонентов (выбор компонентов из базы данных программы Multisim для размещения их в схеме), панель разработки (панель для отображения разработанных схем), панель вида (кнопки для увеличения, уменьшения масштаба), панель симуляции (кнопки старта, паузы, остановки и других функций симуляции), основная модель, список используемого, закладка активной схемы (закладка, где расположена текущая схема), панель инструментов (кнопки для каждого инструмента), окно схемы (текущее окно, где разрабатывается схема), вид ячеек (для быстрого обозревания и редактирования таких деталей, как параметры, включая ссылки, атрибуты и прочее), прокрутка влево/вправо [3].
Рис. 1. Интерфейс программой Multisim
Используя программный пакет Multisim, нами разработан лабораторный практикум по электротехнике и электронике. По электротехнике разработаны виртуальные лабораторные работы на темы: исследование резонансных контуров, исследование переходных процессов в линейных электрических цепях на постоянном токе, исследование переходных процессов в линейных электрических цепях с неидеальным источником синусоидального напряжения, исследование переходных процессов в колебательных контурах. По электронике разработаны виртуальные лабораторные работы на темы: исследование работы емкостного фильтра на выходе выпрямителя, исследование биполярного транзистора, исследование характеристик операционного усилителя, исследование логических функций.
Ниже приведен пример виртуальной лабораторной работы по электротехнике на тему «Исследование переходных процессов в RCL цепи при ее отключении от источника постоянного напряжения».
Цель работы: Исследовать переходный процесс в RCL цепи при ее отключении от источника постоянного напряжения. Оборудование: IВМ-совместимый компьютер с модификацией процессора не ниже 486, Pentium III и выше. Задание: собрать схему, показанную на рисунке 2; задать параметры время и напряжение на канале А и В; получить осциллограмму переходного процесса; измерить величины амплитуд U0 и U1 и периода Т; вычислить период колебания Т и коэффициент затухания β; сравнить полученные теоретические и практические данные; сделать вывод.
В среде моделирования электронных схем Multisim выполнена сборка и отладка электрической схемы [4], представленной на рисунке 2. Схема содержит генератор постоянного тока V1, переключатель J1, катушку индуктивности L1, резистор R1 и конденсатор C1. Используя окно свойств для каждого элемента, были заданы параметры: генератор постоянного тока с напряжением 200 В, катушка с индуктивностью 1 Гн, резистор с сопротивлением 20Ом, конденсатор с емкостью 300 мкФ.
Рис. 2. Колебательная RLC цепь
Разряд конденсатора на катушку индуктивности при высокой добротности контура
[5-7] описывается дифференциальным уравнением
, (1)
где i – ток в RLC контуре;
L – индуктивность катушки;
C – емкость конденсатора;
R – активное сопротивление резистора.
Из решения уравнения (1) для напряжения на конденсаторе получаем выражение
,
. (2)
где UC0 – начальное напряжение на конденсаторе.
Для регистрации изменения напряжения на конденсаторе во времени к конденсатору был подключен осциллограф (рисунок 3).
Рис. 3. Схема для исследования переходных процессов в колебательных контурах
Осциллограф – это измерительный прибор, который используется для наблюдения, измерения и записи временных и амплитудных параметров электрического сигнала, подаваемого на его вход [8-9]. Благодаря этому появляется возможность исследования осциллограмм переходных процессов, которые длятся в течение коротких промежутков времени. Для этого необходимо задать масштабы осциллограммы и при завершении переходного процесса нажать кнопку паузы. По полученной осциллограмме можно изучить все процессы, протекающие в составленной цепи, а также снять величины амплитуды и периода колебаний.
Для получения осциллограммы переходного процесса при отключении колебательного контура (рисунок 3) от источника напряжения необходимо:
- открыть осциллограф;
- задать время равное 100 м с,
- задать напряжение на канале А равное 200 В,
- задать напряжение на канале В равное 5 В;
- включить схему, предварительно замкнув ключ на колебательный контур;
- через 1–3 секунды разомкнуть ключ клавишей Space.
На рисунке 4 приведен график зависимости напряжений uc(t) на конденсаторе от времени при его разрядке.
Полученная осциллограмма позволяет измерить амплитудные значения напряжения для различных значений времени и период затухающих колебаний.
Рис. 4. График кривой UC(t)
Результаты обработки осциллограммы:
- начальная амплитуда первого колебания Uo= 424,741 В;
- амплитуда второго колебания через период U1=140,689 В;
- период колебания T= 110,922 м с.
По полученным значениям амплитуд и периоду затухающих колебаний рассчитан коэффициент затухания β
(3)
(4)
Кроме того, был произведен расчет значений коэффициента затухания, частоты собственных колебаний контура, частоты затухающих колебаний и периода.
Коэффициент затухания рассчитан по формуле
(5)
Формулы для нахождения частоты
(6)
(7)
Формула для нахождения периода одного колебания
(8)
Для сравнения результатов, полученных с осциллограммы и рассчитанных по уравнениям (5–7), были рассчитаны отклонения между измеренными и рассчитанными значениями параметров.
Абсолютная погрешность рассчитывается по формуле
(9)
где х – снятое значение с осциллограммы;
х расч – истинное значение, рассчитанное по формулам.
Относительная погрешность рассчитывается по формуле
(10)
Для периода колебаний разница между измеренными и рассчитанными значениями составила 0,483 м с или 0,9 %.
Для коэффициента затухания разница между измеренными и рассчитанными значениями составила 0,039 1/с или 0,39 %.
Сочетание лабораторного практикума на традиционных лабораторных стендах с виртуальными лабораторными работами позволяет глубже осваивать изучаемый материал. Следует отметить, что при использовании виртуальных лабораторных работ возможно изучение процессов, протекающих в течение короткого промежутка времени, в частности переходных процессов в электрических и электронных схемах. Исследование таких процессов с использованием традиционных лабораторных стендов представляет значительные трудности.
Рассматриваемая в работе программная среда National Instruments Multisim позволяет объединить процессы разработки электронных устройств и их тестирования на основе технологии виртуальных приборов для учебных и производственных целей. Данная платформа связывает процессы тестирования и проектирования, предоставляя разработчику электронного оборудования гибкие возможности технологии виртуальных приборов.
Использование виртуальных лабораторных работ совместно с традиционными работами, выполняемыми на лабораторных стендах, позволяет показать эффективность в применении виртуального лабораторного практикума, высокую точность получаемых результатов и быстроту выполнения лабораторных работ.
Источник: science-education.ru