KATEDRA INFORMATYKI
Wydział EAIiE AGH
Laboratorium Podstaw Elektroniki
Informatyka studia zaoczne
Ćwiczenie 1
Wprowadzenie do oprogramowania
Multisim. Elementy teorii obwodów.
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z możliwościami i zasadami posługiwania się
środowiskiem do symulacji układów elektronicznych MultiSim oraz podstawowymi
urządzeniami, podzespołami i prawami spotykanymi w laboratorium elektronicznym.
2. Wykonanie ćwiczenia
2.1 Idealne z
ródło napięcia
Idealne z
ródło napięcia jest z
ródłem energii elektrycznej charakteryzującej się stałym
napięciem na wyjściu niezależnie od wartości pobieranego z niego prądu.
W programie Multisim oznaczone jest ono następującym symbolem:
V1
gdzie 12V oznacza wartość napięcia z
ródła.
12 V
Aby zbadać doświadczalnie charakterystykę z
ródła należy zbudować układ
przedstawiony na Rys. 1.
Rys. 1 Układ do pomiaru charakterystyki idealnego z
ródła napięcia
y
ródło napięcia V1 znajdziemy w grupie elementów Sources, oznaczonych ikoną
pod nazwą DC_POWER.
Wskaz
niki  amperomierz U1 i woltomierz U2, znajdują się w grupie elementów
Indicators, oznaczonych ikoną ,pod nazwą AMMETER_H oraz VOLTMETTER_V.
Element oznaczony symbolem R1  rezystor znajdziemy w grupie elementów Basics
Dla przykładowej wartości U=10V lub innej podanej przez prowadzącego należy mierzyć
wartość napięcia i prądu zmieniając wartość rezystancji R w zakresie 1&! -500k&!
wybierając około 20 wartości z podanego zakresu. W tym podpunkcie interesuje nas
wyłącznie fakt, ze zmiana wartości rezystancji R1 powoduje zmianę wartości prądu
pobieranego ze z
ródła.
2
Wyniki zanotować w odpowiedniej tabeli umieszczonej w protokole obserwacji i
pomiarów.
Na podstawie pomiarów w opracowaniu należy sporządzić wykres zależności U(I). Dla
dobrego zilustrowania na wykresie skali zmian prądu oś prądu można wycechować w
skali logarytmicznej.
2.2 Idealne z
ródło prądu
Idealne z
ródło prądu jest z
ródłem energii elektrycznej charakteryzującej się stałym
prądem na wyjściu niezależnie od wartości napięcia na jego zaciskach.
programie Multisim występuje pod nazwą DC_CURRENT, znajduje się, podobnie jak
idealne z
ródło napięcia w grupie elementów Sources i oznaczone jest następującym
symbolem:
I1
gdzie 1A oznacza wartość prądu z
ródła.
1 A
Aby zbadać doświadczalnie charakterystykę z
ródła należy zbudować układ jak na Rys. 2.
Rys. 2 Układ do pomiaru charakterystyki idealnego z
ródła prądu
Dla przykładowej wartości prądu I=1 A, lub innej podanej przez prowadzącego, należy
mierzyć wartość napięcia i prądu, zmieniając wartość rezystancji R w zakresie l &!-
500k&! wybierając około 20 wartości z podanego zakresu. W tym punkcie interesuje nas
wyłącznie fakt, że zmiana wartości rezystancji R powoduje zmianę napięcia na z
ródle
prądu.
Wyniki zanotować w odpowiedniej tabeli w protokole obserwacji i pomiarów
Na podstawie pomiarów w opracowaniu należy sporządzić wykres zależności U(I). Dla
dobrego zilustrowania na wykresie skali zmian napięcia oś napięcia można wycechować
w skali logarytmicznej.
2.3 Prawo Ohma
Charakterystyka prądowo - napięciowa rezystancji.
Wykorzystując układ pomiarowy jak na Rys. 1, możemy wyznaczyć charakterystykę
prądowo- napięciową rezystora. Podobnie jak we wcześniejszych zadaniach,
wielkościami mierzonymi są prąd i napięcie. Interesuje nas jednak, w jaki sposób
3
zmieniać się będzie wartość prądu płynącego przez rezystor o stałej wartości (np.
510&!) przy zmianach wartość napięcia z
ródła w zakresie od l do 10 V.
Wyniki pomiarów zanotować w odpowiedniej tabeli protokołu obserwacji i pomiarów.
Z otrzymanych danych sporządzić wykres U(I). Wyznaczyć tangens (tg) kąta nachylenia
wykresu w stosunku do osi I. Czy wyznaczona wartość tangensa kąta ma związek z
wartością użytego rezystora?
2.4 Szeregowe łączenie rezystancji.
W układzie z Rys. 1 zastępujemy pojedynczy rezystor układem dwóch rezystorów R1 i
R2 połączonych jak na rysunku poniżej.
Wyznaczyć przy pomocy pomiaru prądu i napięcia (analogicznie jak przy wyznaczaniu
charakterystyki prądowo-napięciowej rezystora) wartości rezystancji układu dla
R1=R2=10&! lub innych wartości podanych przez prowadzącego:
Wyniki zanotować w protokole.
I na podstawie pomiarów obliczyć korzystając z prawa Ohma wartość rezystancji
takiego układu rezystorów.
Dołączyć do układu rezystorów w sposób pokazany linią przerywaną, rezystor R3=20&!
lub o innej wartości podanej przez prowadzącego Dokonać pomiaru prądu i napięcia dla
takiego układu. Wyniki zanotować w protokole. Obliczyć wartość rezystancji zastępczej
takiego układu.
Zaproponować formułę opisującą zależność pomiędzy rezystancją całego układu a
rezystancją poszczególnych składników.
2.5 Równoległe łączenie rezystancji
Do pomiaru wartości rezystancji wykorzystamy multimetr ustawiony na pomiar
rezystancji. Multimetr, jako przyrząd pomiarowy znajdziemy na pasku przyrządów po
lewej stronie (pierwszy element od góry)
Zbudować układ pomiarowy przedstawiony na Rys. 3.
Rys. 3 Układ do pomiaru rezystancji z wykorzystaniem multimetru.
4
Zmierzyć za pomocą multimetru ustawionego na pomiar rezystancji wartości rezystancji
układu dla Rl=R2=1K&! lub innych wartości podanych przez prowadzącego. Wynik
zanotować.
Do układu z Rys. 3 równolegle trzeci rezystor R3=5k&! lub innej wartości podanej przez
prowadzącego w sposób pokazany linią przerywaną. Ponownie dokonać pomiaru
rezystancji. Wynik zanotować.
Zaproponować lub odszukać w z
ródłach literaturowych formułę opisującą zależność
pomiędzy rezystancją zastępczą całego układu a rezystancją poszczególnych
składników.
2.6 Dzielnik napięcia.
Dzielnik napięcia to czwórnik, (czyli element o czterech wyprowadzeniach
zewnętrznych) zbudowany z dwóch połączonych szeregowo rezystancji. Schemat
przedstawiono na rysunku.
Rys. 4 Dzielnik napięcia.
Jeżeli pomiędzy zaciski 1-2 podłączymy z
ródło napięcia to na zaciskach 3-4 uzyskamy
napięcie proporcjonalne do wartości rezystorów R1 i R2.
Podłączyć układ pomiarowy według Rys. 5.
Rys. 5 Układ pomiarowy dzielnika napięcia.
Wykonać serie pomiarów napięcia wyjściowego U3-4 dla ustalonej wartości R1 (np. l k&!
lub innej) zmieniać wartość R2. Wyniki zanotować w odpowiedniej tabeli w protokole.
Przy założeniu, że suma rezystancji R +R =10k&! i relacji napięć U /U =n dla n=2, 3,
1 2 1-2 3-4
5, 10 wyznaczyć doświadczalnie i zanotować w tabeli w protokole wartości rezystorów
R1 i R2.
Wykazać teoretyczne (za pomocą odpowiednich wzorów i obliczeń) poprawność
dobranych doświadczalnie wartości elementów dla każdego przypadku.
5
2.7 Rezystancja zastępcza
Dany jest dwójnik (element o dwóch wyprowadzeniach zewnętrznych) o budowie
przedstawionej na Rys. 6.
Rys. 6 Dwójnik rezystancyjny
Zgodnie z twierdzeniami teorii obwodów układ ten może zostać zastąpiony
pojedynczym rezystorem o odpowiednio dobranej wartości zwanej rezystancją
zastępczą. Jak można zauważyć układ stanowi kombinacje połączeń szeregowych i
równoległych.
Obliczyć teoretycznie wartość rezystancji zastępczej układu z Rys. 6.
Zmierzyć za pomocą multimetru wartość rezystancji pomiędzy zaciskami A i B (jak w
punkcie 2.5). Wynik zanotować w protokole.
Zamienić rezystory o wartości 10&! na rezystory o wartości 200&!, rezystory o
wartości 20&! na rezystory o wartości 400&! a rezystor o wartości 80&! zastąpić
rezystorem o wartości 800&!. Powtórnie obliczyć wartość rezystancji zastępczej tak
otrzymanego układu. Zmierzyć i zanotować w protokole wartość rezystancji między
zaciskami A i B.
W kolejnych zadaniach można wykorzystać wiadomości znajdujące się w p.4 instrukcji.
3. Literatura
1. Horowitz P. Hill W.: Sztuka elektroniki cz.1 i 2. Wyd.8. WKA
, Warszawa, ISBN: 978-
83-206-1128-1
2. http://www.ni.com/multisim/
6