Podstawy Elektroniki dla Międzywydziałowej Szkoły Inżynierii Biomedycznej

Ćw. 0: Wprowadzenie do programu MultiSIM

Wstęp

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z programem MultiSIM przeznaczonym do analiz i

symulacji działania układów elektronicznych. Zaznajamianie się z tym programem połączymy z
badaniem podstawowych elementów elektronicznych.

Przebieg ćwiczenia

1. Pierwsza symulacja – badanie rezystorów

Program uruchamia się poprzez dwukrotne kliknięcie na ikonie programu, rysunek 1.

Rysunek 1.

Główne okno i opis podstawowych pasków narzędzi znajduje się na rysunku 2.

Rysunek 2.

Katedra Elektroniki AGH

1

Źródła

Podstawowe elementy

Diody

Tranzystory

Układy analogowe

Układy cyfrowe (TTL)

Układy cyfrowe (CMOS)

Wskaźniki

Multimetr

Generator funkcyjny

Oscyloskop

Przyciski obsługi symulacji

Elementy elektro-mechaniczne

Podstawy Elektroniki dla Międzywydziałowej Szkoły Inżynierii Biomedycznej

Celem pierwszej symulacji będzie analiza charakterystyki prądowo-napięciowej I = f(U)

rezystora. Aby zbadać tę zależność należy sporządzić schemat jak na rysunku 3.

Rysunek 3.

Wybrane etapy rysowania tego schematu znajdują się na kilku poniższych rysunkach:

-

wstawienie źródła napięcia, rysunek 4,

-

wstawienie potencjometru, rysunek 5,

-

obrót, odbicie lustrzane możliwe jest po kliknięciu prawym przyciskiem myszy na
wybranym elemencie, rysunek 6,

-

podwójne kliknięcie na elemencie otwiera okno jego właściwości, w zakładce Value
potencjometru można ustawić przyciski, którymi steruje się wartością rezystancji i krok
zmian, rysunek 7,

-

wstawienie źródła napięcia sterowanego napięciem, rysunek 8,

-

wstawienie badanego rezystora, rysunek 9,

-

elementy XMM1 i XMM2 to multimetry. Miernik XMM1 należy ustawić na funkcję
pomiaru prądu (amperomierz), a XMM2 jako woltomierz, rysunek 3.

Badany rezystor ma na rysunku 3 oznaczenie R2.
Po narysowaniu schematu można rozpocząć symulację, patrz rysunek 2. Za pomocą potencjometru
zmieniamy napięcie podawane na rezystor (co 5%). Należy zanotować wartości prądów i napięć
(każdy zespół mierzy inny rezystor) i umieścić je w sprawozdaniu (tabela, wykres).

Katedra Elektroniki AGH

2

Podstawy Elektroniki dla Międzywydziałowej Szkoły Inżynierii Biomedycznej

Rysunek 4.

Rysunek 5.

Katedra Elektroniki AGH

3

Podstawy Elektroniki dla Międzywydziałowej Szkoły Inżynierii Biomedycznej

Rysunek 6.

Rysunek 7.

Katedra Elektroniki AGH

4

Podstawy Elektroniki dla Międzywydziałowej Szkoły Inżynierii Biomedycznej

Rysunek 8.

Rysunek 9.

Katedra Elektroniki AGH

5

Podstawy Elektroniki dla Międzywydziałowej Szkoły Inżynierii Biomedycznej

2. Badanie kondensatorów

Podczas kolejnych symulacji zbadamy działanie kondensatorów w obwodach prądu stałego i
zmiennego. Rysunek 10 przedstawia schemat układu przeznaczonego do analizy pracy
kondensatora w obwodzie prądu stałego i przełączania tego elementu.

Rysunek 10.

Aby na schemacie umieścić przełącznik J1 należy z menu głównego wybrać opcję Place, a
następnie Place Component. Na ekranie ukaże się okno wyboru elementów Component Browser.
W polu Component Family wybieramy SWITCH, a następnie w polu Component Name List
znajdujemy element SPDT, rysunek 11. Oscyloskop XSC1 pobieramy z paska narzędzi
wskazanego na rysunku 2. Dwukrotne kliknięcie na oscyloskopie otwiera widok z jego ekranem i
przyciskami sterującymi, rysunek 12. Także na tym rysunku jest pokazane jak zmienić kolor
wybranego połączenia (kliknięcie prawym przyciskiem myszy na tymże połączeniu a następnie
wybranie polecenia Color...). Zmiana koloru jest przydatna przy obserwacji dwóch przebiegów na
ekranie oscyloskopu.

Katedra Elektroniki AGH

6

Podstawy Elektroniki dla Międzywydziałowej Szkoły Inżynierii Biomedycznej

Rysunek 11.

Rysunek 12.

Katedra Elektroniki AGH

7

Podstawy Elektroniki dla Międzywydziałowej Szkoły Inżynierii Biomedycznej

W stanie początkowym (rysunek 10) kondensator jest rozładowany (nie gromadzi żadnego
ładunku). Po uruchomieniu symulacji należy zaobserwować na ekranie oscyloskopu poziomy
napięć wejściowych. Następnie za pomocą klawisza spacji należy zmieniać stan przełącznika.
Wówczas napięcie ze źródła zasilania będzie podane poprzez rezystor na kondensator. Nastąpi
ładowanie kondensatora aż do momentu, gdy napięcie na kondensatorze zrówna się z napięciem
źródła zasilania. Aby zaobserwować czy i kiedy płynie prąd przez kondensator należy dołączyć
drugi oscyloskop tak, aby pokazywał napięcie na rezystorze, rysunek 13. (Z poprzedniego
podpunktu wiemy, iż napięcie na rezystorze jest wprost proporcjonalne do prądu, który płynie przez
ten rezystor). W badanym układzie przez rezystor i kondensator płynie ten sam prąd, ponieważ
elementy te są połączone szeregowo.

Rysunek 13.

Po zatrzymaniu symulacji należy z menu View wybrać Show Grapher. Widzimy tam w dwu
zakładkach przebiegi z oscyloskopów. Aby przebiegi były lepiej widoczne można dopasować
zakresy osi. Należy je albo przerysować albo zapisać (File -> Save as) jako plik tekstowy i za
pomocą np. programu Excel lub Matlab wyrysować te charakterystyki i umieścić je w
sprawozdaniu.

Kolejnym krokiem jest zbadanie działania kondensatora w obwodach prądu zmiennego
sinusoidalnego. W tym celu należy narysować schemat jak na rysunku 14, uruchomić symulację i
jej wyniki, jak poprzednio, przerysować bądź zapisać do pliku i umieścić w sprawozdaniu. W
oscyloskopie można zmieniać podstawę czasu Y/T (Timebase – s/Div) i skale napięć (volt/działkę
– V/Div).

Katedra Elektroniki AGH

8

Podstawy Elektroniki dla Międzywydziałowej Szkoły Inżynierii Biomedycznej

Rysunek 14.

W sprawozdaniu należy umieścić także wnioski wynikające z otrzymanych wyników symulacji w
poszczególnych punktach.

Katedra Elektroniki AGH

9