electronic workbench multisim 9 - etssa.edu.baetssa.edu.ba/stari/pdf/multisim-9.pdf · electronic...

ELECTRONIC WORK BENCH – MultiSim 9

National Instruments USA

ELECTRONIC WORKBENCH MultiSim 9

Pripremio: Mensur Šakić

ing. telekomunikacija

Sarajevo 19.11.2007

1


PREDGOVOR Programski alat Electronics Workbench je duže vrijeme prisutan na našim prostorima u verziji 5c. U nekoliko članaka „Radio T9“ autori su koristili simulacijske mogućnosti ovog programa kako bi na virtualan način potvrdili i pokazali rezultate dobivene u praksi ili su ga koristili u edukacijske svrhe. Snaga ove vrste programa je u mogućnosti aktivnog projektiranja strujnih krugova. To znači da je projektirani strujni krug moguće „pustiti u rad“ i na njemu obaviti sva potrebna mjerenja kako bismo se uvjerili u njegovo ispravno i očekivano funkcioniranje a da pri tome ne moramo isti i fizički sagraditi i priključiti na izvor električne energije. U fazi projektiranja komponentama je moguće mijenjati nazivne vrijednosti odnosno koristiti se scenarijem „šta ako“. Kad smo potpuno sigurni u valjano funkcioniranje strujnog kruga u fazi simuliranja, slijedi faza njegove fizičke realizacije i ponovne provjere ispravnog funkcioniranja. Novije verzije ovog programa uključuju i dodatne programe koji realiziranje projekta vode do samog kraja. Oni će umjesto vas sačiniti specifikaciju svih komponenti i dijelova, preporučiće njihove proizvođače, obaviće kompleksni posao njihovog optimalnog fizičkog i tehnički ispravnog razmještanja i kreiranja svih veznih puteva te će na kraju ponuditi crteže jednog ili više nivoa za fizičko realiziranje ploče sa štampanim vezama. Cilj ovog članka je da vas nauči osnovnim koracima pri korištenju programa za projektiranje i analizu rada zamišljenih strujnih krugova metodom simulacije. Kako bi stekli vještinu praktičnog korištenja ovog programa, i početnici i profesionalci moraju proći isti put obuke. Koristeći stečeno znanje početnici će se okušati u kreiranju krajnje jednostavnih strujnih krugova sa tendencijom njihovog usložnjavanja, a profesionalci će isto znanje iskoristiti za kreiranje kompleksnih strujnih krugova i obavljanje analiza na profesionalnom nivou. Za one koji su tek započeli sa procesom svog obrazovanja ili se nastavljaju usavršavati u struci u edukacijskim ustanovama koje tretiraju problematiku iz oblasti strujnih krugova (teorijska i praktična nastava iz elektronike – digitalne i analogne – industrijske i komercijalne, elektrotehnike – električnih instalacija i mreža, telekomunikacija, fizike....) ovo je izvanredna prilika za učenje bez granica. Pomislite samo na to da u toku razvoja vaših sklopova nećete napraviti nikakvu materijalnu/finansijsku štetu ako ste nehotice napravili kratak spoj ili niste upotrijebili odgovarajuće nazivne struje osigurača ili ste obrnuli polaritet elektrolitskog kondenzatora ili

2


izvora istosmjerne struje ili ste na ulaze vanredno skupog osciloskopa, analizatora spektra ili analizatora mreža doveli enormno visoke vrijednosti napona što bi uništilo skupocijeni instrument ili ste napravili bilo šta što bi u stvarnim uvjetima ugrozilo vaše zdravlje i život....Većina ovih ekscesnih situacija može biti izbjegnuta ako se u početnoj fazi projektiranja uključe simulaciske metode. Definitivno i neodložno nabavite neku od verzija ovog programa makar on bio i vremenski ograničen za korištenje (jer tada ne morate isti plaćati) i iskoristite ga svugdje i u svim prilikama gdje vam to zatreba. Korist od toga će biti neslućeno velika! UVOD Electronics Workbench - MultiSim program je platforma za simulaciju strujnih krugova, sličan drugim SPICE (Simulation Program with Integrated Circuit Emphasis) programima, uz čiju pomoć se mogu modelirati različiti analogni i digitalni strujni krugovi. Program omogućava modeliranje bilo kojeg zamišljenog strujnog kruga, ispitivanje njegovog funkcioniranja za različite vrijednosti komponenti ili ispitivanje funkcioniranja cijelog strujnog kruga primjenom DC, AC ili tranzijentne analize te puno više od toga. Sa ovim alatom korisniku je dostupno na hiljade dijelova i komponenti, kojima može pristupiti. Electronics Workbench - DesignSuite programski paket sadrži i druge programe kao što su Multicap, Multisim, Ultiboard i Ultiroute. Mi ćemo svoju pažnju fokusirati na MultiSim 9, platformu za simulaciju strujnih krugova. On je dio paketa DESIGNSUITE koji je u verziji 9 bio slobodno dostupan početkom 2006. godine i bilo ga je moguće preuzeti sa sljedeće Web stranice:

www.electronicsworkbench.com/html/proprod_dl.html U ovom momentu na istoj Web stranici je raspoloživa verzija 10.0 ovog programa koji se može slobodno preuzeti u svrhu procjene njegovih mogućnosti i vrijednosti, na vremenski period od 30 dana. Kapacitet mu je 300-340 MB. U okviru verzije 10.0 NI (National Instruments) nudi odvojeno pakete prilagođene potrebama različitih grupa i korisnika. Na raspolaganju su tri paketa: Multisim za studente, nastavnike, i profesionalce. Za one koji žele prije usvojiti osnovna znanja pri korištenju ovog programa mogu pristupiti Web stranici na kojoj se nalazi tekst grupe autora sa Internacionalnog univerziteta na Floridi – USA (FIU-FLORIDA INTERNATIONAL UNIVERSITY) – odjel za elektro i računarski inženjering. Pomenuti materijal je poslužio kao osnov za pisanje ovog članka. Preuzeti tekst je dopunjen sa dodatnim pojašnjenjima u vidu teksta slika i šema te slikama i šemama koje se u preuzetom tekstu pominju ali nisu prikazane. Izvorni tekst se nalazi na Web stranici:

http://vlsilab.fiu.edu./projects.html Obzirom da smo rekli da ćemo za obuku koristiti raniju verziju 9.0, počnimo tako da otvorimo MultiSim9. Korisnci OS MS Windows, će pronaći MultiSim9 u sekvenci direktorija kako slijedi: Start > All Programs > Electronics Workbench > DesignSuite Freewere Edition9 > MultiSim 9. Ako kliknete na MultiSim 9, pojaviće se se prozor programa kao na slici 1. Nakon što ste pokrenuli Multisim program otvoriće se MultiSim prozor i automatski će biti otvorena i radna površina za modeliranje novog strujnog kruga ili prazna datoteka sa ponuđenim imenom „Circuit 1“.

3

http://www.electronicsworkbench.com/html/proprod_dl.html

http://www.ni.com/academic/multisim

http://vlsilab.fiu.edu./projects.html


Slika 1 Uputno je da se prije narednih aktivnosti učine odgovarajuća podešavanja. Prvo se odnosi na promjenu standarda simbola putem padajućeg menija Optinons/Global preferences/Simbol standard/DIN, a drugo se može izvršiti odmah ili kasnije a odnosi se na veličinu radne površine. Ako znate da će šema biti velika povećajte površinu odmah koristeći padajući meni Options/Sheet Properties/Workspace/Sheet size gdje možete izabrati neki od standardnih formata ili preko opcije Custom size izaberite dimenzije radne površine po volji. Kreiranje nove ili otvaranje postojećih datoteka sa šemama (create/open): Ako želite šemu spasiti pod drugim imenom (različitim od ponuđenog), jednostavno kliknite na File/Save As sa trake alata i upišite ime po vašem izboru. Ako želite otvoriti postojeću datoteku kliknite na File/Open sa trake alata i izaberite datoteku koju želite otvoriti. Započnite izborom i stavljanjem dijelova na radnu površinu Multisim prozora od kojih će biti sastavljena šema strujong kruga za simuliranje jednostavnog djelitelja napona. Stavljanje komponenti: Sa trake alata izaberite Place/Component, pojaviće se prozor kao na slici 2: Ovdje ćete pronaći sve komponente potrebne za sastavljanje strujnog kruga djelitelja napona kojeg želite sastaviti. U vašem slučaju tražite: otpornike (Resistors), izvor istosmjerne struje (VDC) i komponentu uzemljenja (ground). Uzemljenje je neophodno velikom broju sklopova. Ako ga izostavite, biće prijavljena poruka o greški.

4


U prozoru Group: izaberite Basic. Sada sa mišem ili tipkama sa strijelicama izaberite Resistor. U srednjem dijelu prozora Component: vidjećete listu otpornika standardiziranih vrijednosti i tolerancija. Radi jednostavnosti izaberite otpornik 1kΩ, 5% i kliknite na OK. Slobodno vucite komponentu (za cijelo vrijeme dok vučete komponentu biće vidljivi njeni obrisi), bez pritiskanja tipki na mišu, do mjesta na radnoj površini koje ćete sami odrediti. Klikom na lijevu tipku postavljate komponentu na radnu površinu MultiSim prozora, a klikom na desnu tipku poništavate izbor i postavku. U MultiSim-u imate opciju postavljanja virtualnih komponenti. Jedina razlika je u tome što se parametri virtualnih komponenti (virtual components) mogu proizvoljno birati. Postavljanje virtualne komponente možete obaviti izborom komponente sa plavih ikona koje se nalaze na traci sa alatima kako pokazuje slika 3:

Slika 2

Slika 3

5


Vratite se vašem strujnom krugu i postavite još jedan otpornik 1kΩ, 5%. Sada ćete pronaći i postaviti komponente izvor istosmjerne struje (VDC) i uzemljenje (ground). Ponovo, na traci sa alatima izaberite Place/Component. U prozoru Group: izaberite Sources (izvori). U prozoru Family: izaberite Power_Source. U prozoru Component: izaberite DC_Power. Postavite ga na radnu površinu MultiSim prozora pa onda izaberite komponentu Ground. Ako želite postavili ne-virtualne komponente možete koristiti i traku sa alatima sa slike 4.

Slika 4 Manipuliranje komponentom: Postavite komponentu na radnu površinu MultiSim prozora. Pomicanje komponente: Kliknite na komponentu da biste je izabrali. Držite i povucite komponentu na novo mjesto. Okretanje komponente: Kliknite desnom tipkom na komponentu. Da biste komponentu okrenuli 90° u smjeru kretanja kazaljke na satu izaberite 90° Clockwise ili to uradite istovremenim pritiskanjem na tipke [Ctrl+R], a za okretanje komponente za 90° u smjeru suprotnom kretanju kazaljke na satu izaberite 90° CounterCW ili to uradite istovremenim pritiskanjem na tipke [Ctrl+Shift+R]. Prevrtanje komponente: Kliknite desnom tipkom miša na komponentu. Za prevrtanje komponente horizontalno (oko njene vertikalne ose) izaberite Flip Horizontal [Alt+x]. Za prevrtanje komponente vertikalno (oko njene horizontalne ose) izaberite Flip Vertical [Alt+y]. Brisanje komponente: Kliknite desnom tipkom miša na komponentu. Izaberite Delete[Delete]. Ožičenje: Sa trake alata izaberite Place/Wire. Postavljanje žice ćete obaviti tako što ćete odrediti njeno početno mjesto postavljanjem kursora na to mjesto te klikom na lijevu tipku fiksirate početak a zatim slobodno povlačite kursor do mjesta gdje žica treba da završi i kliknete dvostruko na lijevu tipku miša. Ako u toku postavljanja žice imate potrebu istu lomiti, na mjestu prijeloma kliknite jednom na tipku miša, a zatim nastavite ranije pomenutim postupkom. Ako se komponente međusobno povezuju žicom, jednostavno, pri postavljanju kursora na odgovarajući priključak i pri pojavi tačke, kliknite lijevom tipkom miša a zatim slobodno vucite kursor do željenog mjesta. Pri pojavi tačke na priključku komponente ili neke ranije postavljene žice fiksirajte kraj žice. Ako žica treba imati slobodan kraj tada dvostruko kliknite na lijevu tipku miša.

6


DEFINIRANJE ANALIZE Vaš strujni krug za dijeljenje napona izgleda kao na slici 5.

R11.0kΩ

R21.0kΩ

V15 V

Slika 5

Sada ćete izvršiti neke od analiza na ovom strujnom krugu. Kao i druge platforme za simulaciju, MultiSim može prikazati rezultantne vrijednosti napona i struje nakon obavljanja simulacije. Evo kako: Prvo, spasite vaš strujni krug izborom File/Save As i upisivanjem imena po vašem izboru (npr. Djelitelj napona). Zatim pokrenite simulaciju izborom Simulate/Run ili pritiskom na tipku [F5]. Simulaciju možete pokrenuti i klikanjem na ikonu sa trake alata. Iz Simulate/Instruments izaberite Multimeter (slika 6). Postavite ga u šemu i to na mjesto koje želite analizirati. Multimetrom možete mjeriti struju, napon, otpor i db.

Slika 6 MultiSim 9 raspolaže i sa drugim multimetrima i osciloskopima koji su vjerna kopija stvarnih uređaja. To su Agilent generator funkcija, multimetar i osciloskop, te Tektronics osciloskop. Na slici 7. je prikazan Agilent multimetar.

7


Slika 7

Na izabranom multimetru sa slike 6, klikom na tipku Set dopušteno vam je mijenjanje osnovnih parametara instrumenta (slika 8.).

Slika 8 Rezultati mjerenja: Struja kroz otpornike 1k (slika 9.).

R11.0kΩ

R21.0kΩ

V15 V

XMM1

Slika 9

8


Napon na otporniku 1k (slika 10.).

R11.0kΩ

R21.0kΩ

V15 V

XMM1

Slika 10

Mjerenje možete obaviti i upotrebom mjerne sonde koja je predstavljena ikonom . Sonde možete postaviti prije pokretanja simulacije na mjesta koja želite analizirati ili prvo pokrenite simulaciju a zatim kliknite na ikonu mjerne sonde i povucite istu do bilo kojeg mjesta u strujnom krugu koje želite analizirati. Ovaj drugi način je vjerna kopija mjerenja na stvarnim uređajima pri ćemu mjernu sondu premještate od tačke do tačke i pri tome očitavate odgovarajuće električne veličine. Na slici 11. su prikazane sonde koje su postavljene prije pokretanja simulacije.

R11.0kΩ

R21.0kΩ

V15 V

V: 2.50 V V(p-p): 0 V V(rms): 0 V V(dc): 2.50 V I: 2.50 mA I(p-p): 0 A I(rms): 0 A I(dc): 2.50 mA Freq.: --E--


Slika 11

Konačno, odgovarajuće rezultantne vrijednosti napona i struje možete vidjeti ako pokrenete analizu DC radne tačke. Prvo izaberite Simulate/Analyses, a zatim izaberite DC operating point. To određuje DC radnu tačku strujnog kruga i daje detaljan izvještaj o naponima i strujama u svim čvorovima strujnog kruga.

9


Slika 12

Opisani izbor opcije analize otvoriće prozor kao na slici 12. Budući da vas interesiraju samo struja i napon, izaberite parametre Voltage and current u prozoru Variables in circuit. Zatim, sve parametre iz lijevog prozora, obilježavajući svaki zasebno i klikom na tipku Add, dodajte u desni prozor. Kada ste završili dodavanje kliknite na Simulate. Dobiće se slijedeći rezultati (slika 13.).

Slika 13 Do ovog momenta ste saznali kako sastaviti strujni krug pronalazeći njegove dijelove, kako ih postaviti, povezati, kako promijeniti njihove nazivne vrijednosti i/ili reference i kako se

10


istovremeno uz dodatne mogućnosti prebaciti na izvršavanje simulacije u MultiSim-u. U nastavku ćete obaviti različite analize na nekoliko jednostavnih strujnih krugova. Primjer 1: Sastavite strujni krug sa slike 14.

Slika 14 Lista dijelova sadrži: izvor istosmjerne struje, kondenzator, otpornike, diode 1N4148 i uzemljenje. Kad ste sastavili šemu, spasite istu tako što ćete izabrati sa trake alata File/Save As birajući ime datoteke „Primjer1“ i sada ste spremni da obavite različite simulacije. Preletna (Sweep) DC analiza Pod DC preletom se podrazumijeva strujni izvor čiji DC napon kontinuirano mijenja unutar opsega vrijednosti „prelijeće“ da bi se vidjelo kako se kolo ponaša za različite vrijednosti napona. Potrebno je definirati preletni izvor, početnu i krajnju vrijednost i vrijednost prirasta preleta izražene u voltima. Da biste postavili analizu DC preleta sa trake alata izaberite Simulate/Analyses, izaberite zatim DC Sweep i kliknite lijevom tipkom miša. Upišite vrijednosti kako je to pokazano na slici 15. To pokazuje da će se DC prelet odvijati na izvoru V1 a vrijednosti će biti u opsegu -10V do 15V sa prirastom 1V.

11


Slika 15 Pored učinjenog trebate kliknuti na karticu Output kako biste izabrali promjenljive vašeg strujnog kruga koje će biti prikazane u izlaznom prozoru analize. U tom slučaju prikazani izlazi će biti žice označene sa 2, Mid i između kondenzatora 0,47uF i otpornika 5,6k. Na slici 16. je prikazan rezultat preletne DC analize. Analiza prijelaza (transient): Prijelazna analiza izračunava različite vrijednosti u strujnom krugu u domeni vremena. Npr. stavite sonde osciloskopa na izvor pobudnog signala koji generira sinusni oblik vala, te na izlaz strujnog kruga, a zatim pokrenite analizu prijelaza. Na osciloskopu bi se trebao vidjeti sinusni val pobudnog signala i valni oblik koji je rezultat analize prijelaza na izlazu strujnog kruga. Za analizu prijelaza se obično koriste izvor sa impulsnim naponom (PULS_VOLTAGE) i izvor izmjenične struje (AC_POWER).

12


Slika 16 Konačno, analiza prijelaza zahtijeva od vas da unesete dva parametra: korak štampanja i konačno vrijeme. Korak štampanja određuje koliko izračuna mora napraviti MultiSim kako bi nacrtao odgovarajući valni oblik kao rezultat analize prijelaza. Konačno vrijeme je vrijeme kad će simulacija analize prijelaza biti završena. U ovom primjeru upotrijebite šemu strujnog kruga sa slike 14 u kojoj ćete umjesto preletnog (sweep) DC izvora upotrijebiti kao pobudu izvor izmjeničnog napona (AC_VOLTAGE) sa slijedećim parametrima: Napon (Pk): 10V Napon Offset: 0V Frekvencija (F): 1kHz Spasite šemu strujnog kruga sa slike 17 kao datoteku pod imenom „Primjer1-1“. Na slici 18. je prikazana postavka zadatih parametara izvora izmjeničnog napona. Analiza je predstavljena na slici 19. Pobudni signal je sinusnog valnog oblika koji gererira pobudni izvor izmjeničnog napona V1, čija je amplituda 10V i frekvencija 1kHz. Drugi valni oblik je rezultat analize prijelaza na otporniku R4 (5,6k). Zadato vrijeme trajanja analize prijelaza je 5ms.

13


Slika 17

R1

1.0kΩ

R23.3kΩ

R33.3kΩ

R45.6kΩ

D11N4148

D21N4148

VCC5V

V1

10 V 1kHz 0Deg

C1

1.0uF

Slika 18

14


Slika 19

Primjer 2: Slika 20. pokazuje integrator koji je konstruiran sa operacijskim pojačivačem. Izlaz Vo predstavlja integral ulaznog signala V1 u domeni vremena. Integrator pretvara signal pravokutnog u signal trokutnog oblika i signal trokutnog oblika vala u signal sinusnog oblika vala. Kako je pokazano, ulazni pravokutni val mijenja amplitudu u granicama -5V i 5V sa periodom od 1ms simetričnog oblika.

U1

741

3

2

4

7

6

51

V110 V

V210 V V3

-5 V 5 V 0.5msec 1msec

C1

10nF

R1

10kΩ

R2

10kΩ

Slika 20

15


AC analiza AC Preletna (Sweep) analiza je u biti frekvencijska analiza. Omogućava vam prikaz amplitude signala koji ulazi u strujno kolo u ovisnosti o frekvenciji. Ovaj postupak simulira frekvencijski odziv nekog pojačivača. Za postavljanje parametara AC analize preleta odaberite Simulate/Analyses, a zatim izaberite AC Analysis. U odgovarajuće kućice prozora AC Analysis unesite sljedeće parametre: Početnu frekvenciju – Start frequency (FSTART): 10 Hz Krajnju frekvenciju – End frequency (FSTOP): 100 kHz Tip preleta – Sweep Type: Decade Broj tačaka po dekadi – Number of points per decade: 10 Vertikalna skala – Vertical scale: Decibel (Odabir ove opcije će rezultirati grafikom decibel-frekvencija koji je predstavljen na slici 21.)

Slika 21

16


Analiza prijelaza (transient) Za postavljanje parametara analize prijelaza izaberite Simulate/Analyses, a zatim Transient Analysis.V3 je u osnovi AC izvor te prema tome, parametri izvora V3 će definirati analizu prijelaza (slika 22)

Slika 22

Kliknite na karticu Output pa izaberite prijelaz signala sa ulaza ($5) na izlaz ($3) – slika 23.

Slika 23

17


Slika 24. prikazuje rezultirajući prijelazni graf.

Slika 24 Alternativno, MultiSim ima jednu osciloskop komponentu koja vam, kad se pokrene simulacija, omogućava poređenje oblika signala u posebno odabranim čvorovima. Da biste ovo uradili izaberite Simulate/Instruments, a onda izaberite Osciloscope. Spojite ulaze osciloskopa na odgovarajuća mjesta. Sada odaberite Simulate/Run [F5], a zatim podesite skalu vremenske baze, te skale osjetljivosti oba ulaza osciloskopa kako bi se rezultati jasno vidjeli. Na slici 25. je prikazan način priključenja osciloskopa i tok alalize na njegovom zaslonu. Primjer 3: Ovaj primjer strujnog kruga je spoj uobičajenog BJT diferencijalnog pojačivača. Ovdje ćemo pokazati samo pojačanje strujnog kruga sinusnog vala koristeći analizu prijelaza.

18


Slika 25

Q1

2N2222

Q2

2N2222

Q3

2N2222R35kΩ

R51.05kΩ

R12.5kΩ

R22.5kΩ

R45kΩ

VCC10V

VCC10V

VEE-10V

V1

1 V 0.5kHz 0Deg

Slika 26

19


Analiza prijelaza Izaberite komponentu AC_VOLTAGE preko Place/Komponent. U kućici grupa (Groupe) izaberite izvor (Sources). Zatim u kućici (familly) pronđite SIGNAL_VOLTAGE , AC_VOLTAGE. Dvostruko kliknite na komponentu AC_VOLTAGE, a zatim upišite sljedeće vrijednosti: Izvor sinusnog signala V1 ima slijedeće parametre (slika 27.): Voltage offset: 0V Amplituda napona -Voltage (Pk): 1V Frekvencija - Frequency (F): 0,5 kHz

Slika 27

Ako difercijalni tranzistorski par koristimo kao linearni pojačivač priključimo na njegov ulaz vrlo mali iznos diferencijalnog signala (nekoliko milivolti). Ponovo, za podešavanje parametara analize prijelaza, izaberite Simulate/Analyses, a zatim Transient Analysis. Postavite početno vrijeme (TSTART) na 0 ms a krajnje vrijeme (TSTOP) na 10ms. Zatim na kartici izlaz (Output) izaberite odgovarajuće čvorove u kojima ćete promatrati valni oblik signala.

20


Transient Analysis. Početno vrijeme – Start Time (TSTART): 0s Krajnje vrijeme – Stop Time (TSTOP): 10 ms. Rezultirajuća analiza prikazana na slici 28. pokazuje valni oblik ulaznog napona, oblike napona na kolektorima tranzistora Q1 i Q2 te tranzistora Q3.

Slika 28

Na slici 29. je prikazan način priključenja osciloskopa i tok analize na njegovom zaslonu.

21


Slika 29

DODATAK A: Valni oblici Ovdje ćete vidjeti nekoliko najčešće generiranih i korištenih valnih oblika u elektronici koje je moguće simulirati programom MultiSim9. Generiranje impulsa: Satni (Clock) oblik impulsa se generira koristeći komponentu Puls_Voltage, koji možete dobiti izborom Place/Component, a zatim izborom Clock Voltage iz familije Signal Voltage sa trake alata. Strujni krug sa slike 31. konstruiran je radi ilustracije satnog impulsa. Obratite pažnju na invertorsku kopmonentu NE (NOT) koja je dodata u strujni krug kako bi se izlazni satni impuls prikazao i u njegovom invertiranom obliku. NE (NOT) komponentu možete nači izborom Place/Component. U kućici Groupe izaberite Misc. Digital, izaberite TIL, a zatim u kućici komponenti izaberite NOT.

V1200 Hz 5 V

U1

NOT

XSC1

Tektronix

1 2 3 4 TGP

Slika 30

22


Alternativno, možete koristiti neki od generatora funkcija koji se isporučuje sa MultiSim-om. Generiranje četvrtastih oblika (četvrtki): Generiranje ovog tipa vala je krajnje jednostavno. Kreirajte jedan, koristeći komponentu Puls_Voltage (Slika 31.) ili upotrijebite neki od raspoloživih generatora funkcija.

V1-1 V 1 V 0.5msec 1msec R1

1kΩ

Slika 31

Na slici 32. je pokazan izgled izlaza

Slika 32 Generiranje pilastog oblika Generiranje pilastog oblika se čini na isti način kao i generiranje četvrtki. Za ovaj primjer uzmite komponentu Puls_Voltage sa pokazanim vrijednostima (Slika 33.).

23


Slika 33

Rezultirajući izgled generiranog pilastog oblika signala prikazan je na slici 34.

Slika 34

24


DODATAK B: Digitalne komponente Ovdje ćemo pokazati nekoliko jednostavnih primjera koristeći digitalne komponente uz pomoć MultiSim-a. Primjer 1: Strujni krug sa slike 35. je sastavljen od dvoulaznih ILI (OR) vrata. Izbaberite Simulate/Instruments, a zatim Logic Converter. Ovaj logički pretvarač može prikazati i stanje vašeg strujnog kruga kao i pripadajuću tablicu istinitosti.

Slika 35

Žice 1 i 2 su ulazi OR vrata, a žica 3 se uvijek koristi kao izlaz logičkog kruga. U šemi dvostruko kliknite na Logic Converter, zatim kliknite na kružiće A i B kako biste aktivirali oba ulaza ILI (OR) vrata, kliknite na nakon čega ćete vidjeti rezultirajuća logička stanja dvoulaznih ILI (OR) vrata (slika 36.).

Slika 36

Primjer 2: U ovom primjeru simuliraćemo 4-bitni brojač koristeći MultiSim. Šema strujnog kruga je prikazana na slici 37. A rezultat logičke analize na slic

25


U1A

74393N

1QA 31QB 41QC 51QD 6

1INA1

1CLR2

V11kHz 5 V

XLA1

C Q T

1

F

U2

AND4

Slika 37

Slika 38

Ovim bi zaokružio kratko predstavljanje programa za simuliranje strujnih krugova. Kako bi se uvjerili u korisnost ovog programa, u nastavku ćemo sastaviti nekoliko šema uređaja koje su u časopisu RADIO T9 (Časopis Asocijacije radio-amatera BiH) objavljivali

26


autori članaka te na taj način pokazati njegovu konkretnu primjenu. Predstaviću i niz drugih strujnih krugova koji će imati za cilj podsticanje čitalaca na korištenje ovog programa u najrazličitije svrhe. U srednjim škola u predmetu Informatika, obrađuje se nastavna jedinca logička algebra. Obzirom da simulacijski program EWB – Multisim 9 ima podršku i za ovu vrstu problema, odlučio sam da taj njegov dio približim, kako nastavnicima praktično-teorijske nastave tako i učenicima te radio-amaterima konstruktorima koji žele proširiti svoja znanja iz ove sve aktuelnije oblasti. Kako realizirati sklop koji treba da izvršava odgovarajuću logičku funkciju? Odgovor na ovo pitanje postaje krajnje jednostavan ako sa razmišljanjem pročitate retke koji slijede. U rješavanju ovog tipa zadataka biće vam od osobite kortisti instrument koji se krije pod nazivom logički pretvarač (Logic Converter), a koji možete izabrati sa popisa padajućih menija izborom Simulate/Instruments/Logic Converter ili direktno sa menija svih instrumenata koji je obično inicijalno postavljen vertikalno na desnoj strani Multisim radnog prozora i krije se pod ikonom kao na slici 39.

Slika 39

Kliknite lijevom tipkom miša na ikonu sa slike 39 a zatim istu otpustite, zakačićete za kursor obrise pomenutog instrumenta koji zatim prenesite i postavite na radnu površinu. Pri tome morate voditi računa da ostavite dovoljno slobodnog prostora za šeme koje će biti generirane iz zadatih logičkih algebarskih izraza, tablica istinitosti i obratno. Ponovnim klikom na lijevu tipku miša ispustite instrument koji zatim iz forme obrisa prelazi u formu ikone i ostaje na mjestu gdje ste ga ispustili (Slika 40. i Slika 41.) Slika 40 Slika 41 Kliknite sada dvaput na instrument sa slike 41. i otvoriće se prozor kao na slici 42.

Slika 42

27


Pretvaranje šeme logičkog sklopa u tablicu istinitosti Generiranje tablice istinosti, pri čemu vam je poznata šema logičkog sklopa sastavljena od logičkih kapija koje su predstavljene dogovorenim simbolima pojedinih logičkih algebarskih operacija ILI (OR), I (AND) i NE (NOT), odvija se u nekoliko koraka.

1. Priključite ulaze kola na ulazne krajeve logičkog pretvarača (Logic Converter). Moguće je priključiti do 8 ulaza. 2. Na 9-ti kraj logičkog pretvarača priključite jedan jedini izlaz logičkog sklopa. 3. U dijelu slike 4. označenom sa „pretvaranje“ (Conversions) kliknite na prvu tipku „pretvaranje kola u tabelu istinitosti“ (Circuit to Truth Table) .

Primjer 1: Sastavimo proizvoljnu šemu logičkog sklopa sa jednom dvoulaznom OR (OR2), jednom dvoulaznom I (AND2) i NE (NOT) logičkom kapijom kao na slici 43.

Slika 43 Sa popisa padajućih menija izaberimo Place/Component/Database:(Master DataBase)/Group:(Misc Digital)/Family:TIL)/Component:(OR2)/OK Gornji slijed koraka će rezultirati pojavom dogovorenog simbola dvoulazne ILI logičke kapije (OR2) koji ćete klikom na lijevu tipku miša ispustiti neposredno ispod ranije postavljenog logičkog pretvarača. Isti postupak ponovite i za dvoulaznu I logičku kapiju (AND2) te NE kapiju (NOT). Nakon što ste pripremili sve komponente povežite ih prema datoj šemi i priključite na instrument kako je to opisano u koracima 1. i 2. Izgled povezanog sklopa je predstavljen slikom 44.

Slika 44

28


Sada učinite korak 3, kliknite na tipku i u prozoru Logic Converter XLC će se pojaviti tablica istinitosti za upravo sastavljeni logički sklop. Obzirom da postoje samo dva ulaza (A i B) mogući broj kombinacija na ulazima može biti 22 = 4, a samim tim i broj generiranih vrijednosti logičke funkcije na izlazu koju predstavlja ovaj logički sklop mora biti 4. Velika cifra 2 predstavlja bazu binarnog brojnog sistema a mala cifra 2 (potencija/eksponent) – predstavlja broj ulaza u logički sklop. Slika 45.

Slika 45

Upisivanje i pretvaranje tablice istinitosti Da biste popunili tablicu istinitosti:

1. Kliknite na onoliko ulaza koliko ih trebate, od A do H, koji se nalaze na vrhu prozora logičkog pretvarača. Prazni prostor će se ispuniti kombinacijama nula i jedinica čime se potpuno definiraju ulazni uvjeti. Vrijednosti u stupcu izlaza na desnoj strani su inicijalno postavljeni na „ ? “. 2. U stupcu izlaza, umjesto znakova „ ? “, postavite željene vrijednosti izlaza za svaki ulazni uvjet.

Da biste promijenili vrijednosti izlaza, kliknite na odgovarajući znak „ ? „. Svakim narednim klikom će se mijenjati znak kako slijedi „0“, „1“, „X“ (izbor znaka „ X “ znači da je prihvatljiva bilo koja od vrijednosti 1 ili 0). Da biste pretvorili tablicu istinosti u Bulov izraz kliknite na tipku „tablica istinitosti u Bulov izraz“ (Truth Table to Boolean Expression) . Bulov izraz će se pojaviti u kućici na dnu prozora logičkog pretvarača. Da biste tablicu istinitosti pretvorili u jednostavniji Bulov izraz ili postojeći Bulov izraz u njegov jednostavniji oblik, kliknite na tipku „Jednostavnije“ (Simplify) .

29


Pojednostavljenje se posiže Quine-McCluskey metodom. Obično se koristi tehnika Karnoovih (Karnaugh) mapa. Međutim, Karnoove mape rade samo sa malim brojem promjenljivih i računa sa intuitivnošću čovjeka, dok Quine-McCluskey metod isprobava sve kombinacije sa sa svim promjenljivim dok ne iscrpi i zadnju mogućnost. Ovaj metod je neprikladan za ručnu obradu. Napomena: Pojednostavljenje Bulovog izraza zahtijeva veći raspoloživi kapacitet memorije. Ako to nije slučaj Multisim možda neće moći privesti kraju ovu operaciju. Upisivanje i pretvaranje Bulovih izraza Bulov izraz je moguće upisati u kućicu koja se nalazi na dnu prozora logičnog pretvarača zapisujući ga kao zbir produkata ili produkt zbirova. Da biste pretvorili Bulov izraz u tablicu istinitosti , kliknite na tipku „Bulov izraz u tablicu istinitosti“ (Boolean Expression to Truth Table) . Da biste pretvorili Bulov izraz u šemu logičkog sklopa, kliknite na tipku „Bulov izraz u kolo“ (Boolean Expression to Circuit) . Logičke kapije koje simbolički opisuju Bulov izraz pojavljuju se u prozoru gdje se projektiraju i sva ostala kola. Izabrane komponente možete pomicati po radnoj površini ili ih staviti sve u zasebno kolo koje je predstavljeno sa jednim simbolom i odgovarajućim brojem ulaza i izlazom. Ako sa trenutno izabranih komponenti želite skinuti znak odabira, kliknite na prazni dio tačkaste strukture radne površine. Da biste vidjeli kolo koje je sastavljeno isključivo od logičkih kapija tipa NI (NAND), kliknite na tipku „Bulov izraz u NI“ (Boolean Expression to NAND) . Napomena: Širina vodiča u rezultirajućem kolu je određena odabirom debljine vodiča sa menija Edit/Propertis/Wiring/Wire width (inicijalna debljina vodiča je 1). Primjer 2: Pretvorite slijedeću tablicu istinitosti u Bulov izraz, a zatim isti pokušajte pojednostaviti i konačno iz Bulovog izraza generirajte pripadajući logički sklop, koji realizira zadatu tablicu istinitosti. Isti logički sklop zatim realizirajte samo sa NI (NAND) logičkim kapijama.

ulazi izlazA B C Y 0 0 0 1 0 0 1 0 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1

Tablica istinitosti 1.

30


Ranije opisanim postupkom postavite na radnu površinu logički pretvarač, zatim kliknite dva puta na njegovu ikonu kako biste mogli upisati zadate ulazne i izlazne podatke. Klikom na kružiće koji se nalaze iznad oznaka ulaza A, B i C generirajte sve moguće kombinacije na tri ulaza. Broj tih kombinacija je 23 = 8. Slika 46.

Slika 46 Sada u subac izlaza umjesto znaova „ ? “ unesite vrijednosti zadate stupcom Y iz tablice istinitosti 1. Slika 47.

Slika 47

Klikom na tipku pretvorimo tablicu istinitosti u Bulov izraz, koji će se pojaviti u kućici na dnu prozora logičkog pretvarača. Slika 48.

31


Slika 48

Funkcija predstavljena rezultirajućim Bulovim izrazom, za odgovarajuće zadate kombinacije ulaznih stanja generira pripadajuće izlazno stanje: CBACBACBAY ⋅⋅+′⋅⋅′+′⋅′⋅′= . Isti izraz možete zapisati i na slijedeći način (što je češći način označavanja u domaćoj literaturi):

C)B(A)CBA()CBA(Y ∧∧∨∧∧∨∧∧=

Znak „ “ ili „ ⋅ “ predstavlja operator konjukcije, ∧Znak „ “ ili „ + “ predstavlja operator disjunkcije i ∨Znak „ “ ili „ ' “ predstavlja operator negacije. Obzirom da ovaj Bulov izraz izgleda prilično komplicirano, pokušajmo ga pojednostaviti klikom na tipku . Uočite da se prethodni Bulov izraz pojednostavio i da sada izgleda ovako: C)B(A)CA(Y ∧∧∨′∧′= ili C)B(A)CA(Y ∧∧∨∧=

Slika 49

32


Na slici 49. je to i praktično pokazano. Slijedeći korak je generiranje logičkog sklopa koji će za odgovarajuće ulazne uvjete iz tablice istinitosti na svom izlazu dati projektiranu funkciju. Kliknite sada na tipku .

Slika 50

Ako sada kliknete na tipku cijeli logički sklop sa slike 50. će se transformirati u novi logički sklop koji obavlja istu logičku funkciju ali je ovaj put realiziran sa logičkim kapijama tipa dvoulazni NI (NAND2). Slika 51.

Slika 51 Ranije je rečeno da je cijele sklopove moguće objediniti u samo jednan sklop predstavljen jednim simbolom (subcircuit) koji obavlja istu funkciju i koji ima isti broj ulaza i izlaza kao razvijeni sklop iz kojeg je nastao. Pogledajte kako se to postiže. Zamjena cijelog sklopa sa sklopom koji je predstavljen jednim simbolom (subcircuit). 1. Odaberite Place/New Subcircuit. Pojaviće se prozor sa kućicom za upis imena subcircuit-a.

33


2. U praznu kućicu upišite ime subcircuit-a po želji, npr. "LogikaY" i kliknite OK. Vaš kursor će se promijeniti u obris slike subcircuit-a upučujući vas da je subcircuit spreman za postavljanje. 3. Kliknite na mjesto u kolu gdje želite smjestiti subcircuit (možete ga kasnije po potrebi pomicati). Subcircuit se pojavljuje na željenom mjestu u prozoru na radnoj površini kola kome ga želite pridružiti kao simbol sa imenom subcircuit-a pored nje. 4. Kliknite dva puta na novi subcircuit nakon čega se otvara prozor Hierarchical Block/Subcircuit a zatim kliknite na Edit HB/SC. Pojaviće se jedan prozor sa praznom radnom površinom za modeliranje kola. 5. Postavite i povežite komponente po želji u novom hierarchical block-u. 6. Izaberite Place/Connectors/HB/SC Connector, postavite priključnicu, i povežite je na željeno mjesto u kolu. Isti postupak ponovite za svaku HB/SC priključnicu posebno. Sada se vratite na radnu površinu na koju ste postavili simbol subcircuit-a „LogikaY“, i primjetite da su simbolu dodate priključnice koje ste upravo postavili u razvijenoj šemi kola. 7. Povežite ove priključnice subcircuit-a sa preostalim dijelom kola. Postavljanje drugog primjerka simbola istog subcircuit-a: 1. Izdvojite simbol željenog subcircuit-a na radnoj površini a zatim odaberite Edit/Copy. 2. Izaberite Edit/Paste kako biste zalijepili kopirani subcircuit na radnu površinu. Primjer 3: Logički sklop sa slike 50. zamijeniti sa jednim simbolom i isti priključiti na Logički pretvarač te provjeriti da li su obje tablice istinitosti iste. Kliknite na Place/New Subcircuit, nakon čega će se pojaviti prozor kao na slici 52. U praznu kućicu upišite ime Subcircuit-a po želji, npr. „LogikaY“, pa zatim kliknite OK.

Slika 52 Simbol koji se pojavi sa imenom LogikaY smjestite na željeno mjesto. Sada kliknite dva puta unutar simbola nakon čega će se otvoriti prozor Hierarhical Block/Subcircuit. Na Kartici Label kliknite na tipku Edit HB/SC.

34


Slika 53 Otvoriće se prazna radna pvršina na koju ćete postaviti i povezati komponente logičkog sklopa sa slike 50. Poslije toga kliknite na Place/Connectors/HB/SC Connector i postavite i povežite tri ulazne i jednu izlaznu priključnicu na odgovarajuća mjesta u logičkom sklopu sa slike 50. Po potrebi svakoj priključnici možete prilagoditi imena kao u ranijem logičkom sklopu. Novi logički sklop sa dodatim ulaznim i izlaznim priključnicama izgleda kao na slici 54.

A B C

Y

Slika 54

Sada pređimo na glavnu radnu površinu gdje smo smjestili simbol Subcircuit-a i primjetite kako su na isti dodate priključnice za povezivanje. Slika 55.

35


X1

LogikaY

ABCY

Slika 55

Simbol sa priključnicama povežite na logički pretvarač kao na slici 56. kliknite dva puta na ikonu instrumenta a zatim kliknite u novootvorenom prozoru na tipku .

Slika 56

Slika 57 Prostor za tablicu istinitosti se popunjava sa ulaznim uvjetima i izlaznim rezultatima funkcije. Poređenjem ove tablice istinitosti sa tablicom istinitosti sa slike 47. Zaključite da su tablice potpuno iste iz čega proizilazi da logički sklop obuhvaćen jednim simbolom i označen sa

36


imenom LogikaY obavlja istu logičku funkciju kao i sklop sa slike 50. što je i bio cilj ovog primjera.

T112N3055A

T102N3055A

T92N3055A

T2BC327

T6BC327

T4BC337

T5BC337

T1BC327 T3

BC337

GRETZ11B4B42

1

2

4

3

GRETZ21B4B42

1

2

4

3

D11N4148

D21N4148

T8BC337

T7BC337

D31N4148

C34.7nF

ZD1ZPD10

ZD2RD5.6C4

470uF-POL

C5100uF-POL

C12200uF-POL

C2

2200uF-POL

S2Key = B

S1Key = 1

LED2

LED3

D51N4148

D41N4148

A

DC 1e-009Ω

1.995 A+ -

V

DC 10MΩ

0.000 V+

-

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

LED1

R5390Ω

R67.5kΩ

R21.5kΩ

R36.8kΩ

R71.0kΩ

R8 0.2 Ω

R9 0.2 Ω

R10 68Ω

P110KΩ_LINKey = A

100%

P21KΩ_LINKey = S

100%

R14

330Ω

R15

1.0kΩ

R251.5kΩ

TR21KΩ_LINKey = D 41%

R2333Ω

TR1Key = W 2.5kΩ

79% R241.8kΩ

P31KΩ_LINKey = Q

0%R22

3.3kΩ

R2133kΩ

R20330Ω

R110.51 Ω

R125.1 Ω

R4

33Ω

R19

270Ω

R18

820Ω

R13

1.0kΩ

R10.33 Ω

R16 1.0kΩ

R1751Ω

MINUS

PLUS

SEC1

30 V 50 Hz 0Deg 3A

SEC2

20 V 60 Hz 0Deg 0,1A

Slika 58 Ako ste dovoljno dobro ovladali sastavljanjem šema u programu Multisim 9, pokušajte sastaviti šemu Univerzalne napojne jedinice sa regulaciom struje koju sam objavio u RADIO T9, broj 50, strana 20-22. Ako niste ranije učinili postavke vezane za standard simbola, učinite to sada. Odaberite padajući meni Options/Global Preferences, nakon čega će se otvoriti prozor Preferences u kojem ćete izabrati karticu Parts i u okviru Simbol Standard kliknite mišem na DIN, pa zatim zatvorite prozor sa klikom na OK (Slika 59.). Šeme koje ste ranije sastavili koristeći ANSI simbole a zatim ih spasili, nakon ove izmjene po pozivu dotične šeme sa ANSI simbolima u program isti neće biti zamijenjeni DIN simbolima. To morate učiniti ručno. Ponuđene oznake za tranzistore (Q), za instrumente (U) za potenciometre i trimer potenciometre (R), za prekidače (J) itd. možete prilagoditi oznakama koje se obično koriste (T, V, A, TR, P, S itd). To ćete učiniti dvostrukim klikom na dotični simbol zatim na karticu Label pa onda u prostoru RefDes postojeću oznaku zamijeniti novom (npr. umjesto oznake za tranzistor Q1 stavite T1). Na istoj kartici u prostoru Label možete upisati dodatni komentar za dotičnu komponentu.

37


Slika 59

Kako biste izvršili podešavanja opisana u pomenutom članku postavite indikatore napona i struje (voltmetar i ampermetar) prema šemi sa slike 58. Izbor indikatora se vrši sa padajućeg menija Place/Components/Database: Master Database, Group: Indicators, Family: VOLTMETER, Component: VOLTMETER_H. Iz istog prozora ćete odabrati i ampermetar, Family: AMMETER, Component: AMMETER_V. Izbor ovih indikatora se vrši tako da njihovi priključci i polaritet bude primjeren mjestu u šemi gdje se postavljaju. Primjetite da se radi o indikatorima za istosmjeri napon i struju. Da biste podesili najviši podesivi izlazni napon na izlaznim stezaljkama, ostavite priključne kleme napojne jedinice neopterećenim „otvorenim“. Ovaj napon ćete podesiti tako što ćete potenciometre P1 i P2 postaviti u položaj 100% koristeći tipke na tipkovnici „A“ i „S“. Za sve komponente koje su u šemi podesive inicijalno se dodjeljuje tipka „SPACE“ čijim se pritiskanjem povećava a u kombinaciji sa „SHIFT“ smanjuje ovaj postotak a time i vrijednost veličine dotične komponente. Ova promjena se inicijalno vrši u skokovima po 5%. Ako je ovaj korak nedovoljno fin za odgovarajuća podešavanja kliknite dvostruko mišem na simbol dotične podesive komponente. Otvoriće se prozor sa nazivom komponente POTENTIOMETER. Izaberite karticu Value pa u prostoru Key: izaberite tipku kojim ćete

38


vršiti promjenu vrijednosti ove komponente ( u našem slučaju za P1 izaberite tipka „A“ a za P2 tipka „S“ ). U prostoru „Increment“ inicijalna vrijednost je 5%. Za preciznije podešavanje smanjite ovaj postotak na odgovarajuću vrijednost. Najniža vrijednost inkrementa je 0,2%. Sada isto učinite i sa trimer potenciometrom TR2. Za podešavanje vrijednosti izaberite npr. key: „D“ a Increment: 1%. Pokrenite simulaciju klikom na padajući meni Simulate/Run. Podesite vrijednost TR2 tako da Voltmetar pokaže vrijednost oko 30V. Voltmetar će postepeno pokazivati sve veću vrijednost. Razlog postepenom povećavanju napona je taj što se proces uspostavljanja stabilnog stanja ne odvija u realnom vremenu. Ovaj proces traje kraće na bržim računarima (npr. na računaru sa Core2Duo CPU-om taktne frekvencije 1,86MHz i 1GB RAM-a za dotičnu kompleksnost sklopa 1 sekunda stvarnog vremena prijelaznog procesa simulirana je cijelih 115 sekundi. Trimer potenciometar TR2 podešen na 41% nazivne vrijednosti (0,41*1000 = 410 Ohm) daje na izlazu napon od 30V. Uočite da u toku simulacije svijetli zelena svjetleća dioda LED2 koja obavještava korisnika napojne jedinice da se ista nalazi u normalnom režimu rada. Ovo je normalna posljedica kada je napojna jedinica u praznom hodu (neopterećeno stanje).

Zaustavite simulaciju klikom na ikonu . Spojite kratko izlazne stezaljke napojne jedinice. Provjerite da je prekidač S1 uključen i S2 u poziciji kada je emiter tranzistora T6 spojen sa crvenom svjetlećom diodom LED3. Upravljanje ovim prekidačima se vrši tipkama „1“ i „B“ respektivno pri čemu se njihov izbor vrši na isti način kao i za potenciometre i trimer potenciometre. Izaberite inkrement podešavanja trimer potenciometra TR1 1% a tipka za podešavanje neka bude „W“. Postavite potenciometar P3 ranije odabranim tipkom za upravljanje na vrijednost 0% (kratko spojen P3). Sa inicijalne pozicije 50% na poziciju 0% dolazite tako što držite pritisnuta tipka „SHIFT“ a tipkate po tipki Q (P3 služi za podešavanje struje koja neće biti prekoračena bez obzira koliko snažan potrošač priključili na stezaljke napojne jedinice, uključujući i kratak spoj).

Pokrenite simulaciju klikom na ikonu . Uočite da voltmetar pokazuje napon 0V što je posljedica kratko spojenih izlaznih stezaljki. Također uočite da umjesto zelene svjetleće diode LED2 sada svijetli dioda LED3 koja obavještava korisnika da je dostignuta potenciometrom P3 podešena granična struja. Nakon uspostavljanja stabilnog stanja očitajte struju i ako je veća ili manja od 2A izvršite podešavanje trimera TR1 tako da ampermetar pokazuje oko 2A. Ova vrijednost granične struje će se postići postavljanjem klizača trimer potenciometra TP1 na 79% nominalne vrijednosti. Ako biste prekidač S2 prebacili klikom na tipku „B“ u položaj kada je emiter tranzistora T6 spojen sa žutom svjetlećom diodom tada bi pored napona na voltmetru i struja na ampermetru pala do nule a umjesto crvene zasvijetlila bi žuta dioda. Tako je obavješten korisnik da se napojna jedinica nalazi u režimu blokiranja izlaza napojne jedinice. Ovo se dešava kada je potrošač koji je u kratkom spoju ili je oštećen pa vuče nedopustivo jaku struju, čime se isti štiti od daljeg i potpunog uništenja. Po nestanku uzroka strujnog prekoračenja napojna jedinica ostaje u blokiranom stanju. Da bi se vratila u normalan režim rada potrebno je samo prekidač S2 prebaciti u drugi položaj. Ovim su nužna podešavanja napojne jedinice završena. Izmjerite sada valovitost napona na ulazu u stabilizatorski dio napojne jedinice (plus pol elektrolitskih kondenzatora C1 i C2) kao i na njenom izlazu (priključne stezaljke). Za ovo mjerenje potrebno je postaviti osciloskop. Odaberite dvokanalni osciloskop sa menija Simulate/Instruments/Oscilloscope te kanal A priključite na pozitivan pol kondenzatora C1 i C2 a kanal B na izlazne stezaljke. Cilj ovog mjerenja je da uočite kolika je valovitost ulaznog napona u regulator/stabilizator napona a kolika na njegovom izlazu (uobičajeni termin za valovitost je „brum“ koji je posljedica frekvencije mreže koja se ako nije svedena u potrebno male granice manifestira posebno u pojačivačima zvuka kao zvučna smetnja

39


frekvencije 50Hz ). Nakon povezivanja ulaza osciloskopa kliknite dvostruko na ikonu osciloskopa, nakon čega će se otvoriti prozor Oscilloscope-XSC1. Ispod prostora koji predstavlja zaslon nalaze se ostali nužni upravljački dijelovi i priključci osciloskopa. U prostor Timebase postavite Scale na 2ms/Div. Ovo znači da je osa X vremenska osa i da svaki njen podiok vremenski traje 2ms, a obzirom da je širina zaslona 10 podioka, čitav zaslon traje 20ms. Kako je frekvencija valovitog istosmjernog napona iza dvostranog mosnog ispravljača 100Hz, jedna puna promjena traje 1/100 s ili 0,010 s ili 10ms. Dvije pune promjene valovitog istosmjernog napona će trajati 20ms pa ćete u tom slučaju dvije pune promjene vidjeti na punoj širini zaslona. Koliko iznosi valovitost od vrha do vrha V(p-p) saznaćete kad osjetljivost kanala A postavite na 1V/Div. Osjetljivost kanala B postavite na 100 puta veću osjetljivost ili 10mV/Div. Postavljajući markere 1 i 2 na najviši i najniži vrh valovitosti za kanal A i kanal B možete pročitati razliku amplituda napona. Razlike očitanja vidite na dnu stupca Channel A i Channel B (Slika 60). Ove vrijednosi su vrijednosti napona valovitosti koji se obilježava sa V(p-p). Ovdje nećemo objašnjavati funkcioniranje svake pojedinačno tipke na osciloskopu. Ako želite saznati nešto više njima kliknite na padajući meni Help/multisim Help odaberite zatim karticu Index pa u praznom prostoru utipkajte riječ oscilloscope, odaberite oscilloscope settings i dobićete dodatne informacije koje ste željeli.

Slika 60 Pored ovoga koristićete pipalicu za mjerenje (Measurement probe). Postoje dvije vrste pipalica za mjerenje (ranije smo ih pomenuli): dinamička i postavljena. U ovom slučaju ćete koristiti dinamičku koju ćete (kako bi to uradili i u stvarnosti) u kolu pod simulacijom, prislanjati na nožice komponenti ili spojna mjesta i vodiče, i na taj način očitati trenutne vrijednosti napona V: , njihove valovitosti V(p-p): ili iznose od najnižeg do najvišeg vrha promjene, efektivne vrijednosti V(rms):, istosmjerne iznose V(dc): kao i frekvenciju Freq:. Uočite da je nakon pokretanja simulacije jedino raspoloživi instrument dinamička pipalica.

Kliknite na ikonu a zatim otpustite tipku miša i povlačite pipalicu do mjesta u šemi na kom želite obaviti mjeranja. Dodirivanjem vodiča, nožica pojedinih komponenti na praznim

40


mjestima pojedinih mjernih veličina pojaviće se iznosi. Slika 61 pokazuje primjer mjerenja u jedno takvoj tački.

Slika 61

Namještena pipalica se postavlja na proizvoljno mjesto u šemi izuzev u čvorišta a strijelica pokazuje inicijalni smjer mjerenja (ona se postavlja za vrijeme neaktivne simulacije). Ako se npr. na taj način izmjeri struja koja ima negativnu vrijednost, to znači da je njen smijer suprotan od smjera koji pokazuje strijelica namještene pipalice. Ako želite uskladiti smjer struje i smjer strijelice pipalice tada ćete kliknuti desnom tipkom na žutu površinu za mjerne rezultate pa u otvorenom prozoru izaberite Reverse Probe Direction (Slika 62.).

Razmotrimo sada još jedan praktičan primjer gdje je bilo potrebno prvo ispitati sklop u programu Multisim 9 a zatim ga i praktično sagraditi. Potrebno je sagraditi punjač NiCd (NiMH) baterija koje se koriste za osvjetljavanje kućnog broja. U zimskom periodu kada su dani znatno kraći, hladniji i tmurniji, solarna čelija koja treba da puni baterije nije u stanju da da dovoljno energije za punjenje u odnosu na vrijeme koje je potrebno za napajanje svjetlećih dioda u toku noči. Zato se ukazala potreba za dopunsko punjenje rezervnih baterija i njihova povremena zamjena sa onim oslabjelog kapaciteta u svjetlećem kućnom broju. Odlučili smo se upotrijebiti stabilizator napona LM317.

Slika 62

41


Zadatak: Punjač NiMH baterija 1300mAh/3,6V sa ograničavačem struje na 10% nazivnog kapaciteta baterije (130mA) pri naponu od 3,6V. Max. Napon punjača u praznom hodu smije biti 4,27V, a max. struja pri kratkom spoju izlaza 0,33A. Pri naponu 3,6V struja punjenja smije biti oko 158mA a pri max. naponu punjača 4,27V smije iznositi oko 100mA te na tom naponu dalje treba da pada do zanemarivo male jačine. Osnova za proračun je formula.

4,26V560105023556011,25

RIRR1UU

6

2ADJ1

2refOUT

=⋅⋅+⎟⎠⎞

⎜⎝⎛ +⋅=

=⋅+⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛+⋅=

−

Koja se oslanja na šemu sa slike 63. U ovom slučaju približna vrijednost otpornika 240Ohm je postignuta sa dva paralelno vezana otpornika po 470Ohm-a (235Ohm), izlazni napon od približno 4,27 V se postiže otpornikom od 560Ohm-a. Ograničenje struje se postiže sa dodatkom otpornika od 3,9Ohm. Obzirom da kroz ovaj otpornik, u najgorem slučaju pri kratkom spoju izlaza, teče struja 334mA, njegova snaga mora biti oko 0,5W.

Slika 63 Na slici 63a. je tipična aplikacija gdje se ograničenje struje vrši uz pomoć otpornika male otpornosti.

Slika 63a

42


Realizaciju šeme u programu Multisim 9 neću opisivati jer je postupak do sada par puta opisivan (slika 63b.). Treba samo konstatirati da su podaci dobiveni mjerenjem na šemi i mjerenja na raliziranom punjaču pududarna. Uočite da su baterije u šemi zamjenjene potenciometrom sa kojim su simulirani različiti nivoi opterećenja od kratkog spoja do skoro praznog hoda.

IC1LM317K

LINE VREG

COMMON

VOLTAGE

T1

2N2222A

GRETZ1

1B4B42

1

2

4

3

TS1

TS_POWER_10_TO_1

C12200uF-POL

XMM1XMM2

R6470Ω

R2470Ω

R1560Ω

R5

100ΩR43.9 Ω

R3

100Ω_LINKey = A

50%V1

220 V 50 Hz 0Deg

Slika 63b

Na slikama 63c. i 63d. je pokazan praktično izveden punjač.

Slika 63c

43


Slika 63d

Sada riješite metodom konturnih struja jedno kompleksno strujno kolo a zatim uz pomoć programa Multisim 9 izmjerite sve struje u granama i uporedite ih sa onim računski dobivenim. Zadatak: U strujnom kolu sa slike 63e. odrediti struje u svim granama metodom konturnih struja. Zadato je: E1=12V, E2=10V, E5=30V, E6=38V, R1=150Ohm R2=1kOhm, R3=250Ohm, R4=R6=500Ohm. Rješenje: U zadatom strujnom kolu sa slike 63e. broj grana je ng=6 a broj čvorova nč=4 te je broj kontura nk=ng-(nč-1)=6-(4-1)=3

Slika 63e

Sistem jednačina prema oznakama sa slike 63e. po metodi konturnih struja glasi:

44


K1 I1(R1+R3+R4) –I2R3 –I3R4 = E1 K2 –I1R3 +I2(R2+R3) = –E2+E5 K3 –I1R4 +I3(R4+R6) = –E5–E6 Konturne struje se dobivaju kao rješenje jednačina pomoću determinanti: I1=D1/D, I2=D2/D i I3=D3/D.

D= 8105,710000500

01250250500250900

R6R40R40R3R2R3R4R3R4R3R1

⋅=−−

−−=

+−+−

−−++

D1= 71025,21000068

012502050025012

R6R40E6E50R3R2E5E2R4R3E1

⋅−=−

−−=

+−−++−

−−

D2= 6105,7100068500

02025050012900

R6R4E6E5R40E5E2R3R4E1R4R3R1

⋅=−−

−−

=+−−−

+−−−−++

D3= 710225,6680500

20125025012250900

E6E50R4E5E2R3R2R3

E1R3R4R3R1⋅−=

−−−

−=

−−−+−+−

−−++

30mA107,5

102,25DD1I1 8

7

−=⋅⋅−

== ; 10mA8107,5

6107,5DD2I2 =

⋅

⋅−== ; 83mA

107,5102,25

DD3I3 8

7

−=⋅⋅−

==

Struja grane se određuje kao algebarski zbir konturnih struja onih kontura kojima grana pripada. Ovaj zbir se formira prema referentnom smjeru u grani. Prema slici 63e. su: IAB=I1= –30mA IBD=I2=10mA ICD=–I2+I3=–10mA–83mA=–93mA IAD=–I3=83mA IBC=I1–I2=–30mA–10mA=–40mA IAC=–I1+I3=30mA–83mA=–53mA Sastavite sada šemu prema slici 63f. u programu Multisim 9. Postavite zatim namještene pipalice u svaku od grana i orijenirajte ih kao na slici 63f. Pokrenite simulaciju i dobićete vrijednosti struja kao što je to i matematički pokazano. Za kolo na slici 63f. potrebno je reći da je neophodno jedan od čvorova postaviti na referentnu masu. Samim tim smo mjerenjem

45


dobili još jedan podatak koji računom nismo pokazali a to su naponi čvorova u odnosu na referentni čvor A. UA=0V, UB=16,5V, UC=26,5V, UD=–3,5V.

E112 V

E530 V

E638 V

E210 V

R2

1.0kΩ

R1

150Ω

R6

500 Ω

R4

500 Ω

R3250 Ω

V: 0 V V(p-p): 0 V V(rms): 0 V V(dc): 0 V I: 83.0 mA I(p-p): 0 A I(rms): 0 A I(dc): 83.0 mA Freq.: --E--

V: -3.50 V V(p-p): 0 V V(rms): 0 V V(dc): -3.50 V I: -93.0 mA I(p-p): 0 A I(rms): 0 A I(dc): -93.0 mA Freq.: --E--

V: 0 V V(p-p): 0 V V(rms): 0 V V(dc): 0 V I: -53.0 mA I(p-p): 0 A I(rms): 0 A I(dc): -53.0 mA Freq.: --E--

V: 16.5 V V(p-p): 0 V V(rms): 0 V V(dc): 16.5 V I: -30.0 mA I(p-p): 0 A I(rms): 0 A I(dc): -30.0 mA Freq.: --E--


V: 26.5 V V(p-p): 1.73 pV V(rms): 0 V V(dc): 26.5 V I: -40.0 mA I(p-p): 0 A I(rms): 0 A I(dc): -40.0 mA Freq.: --E--

Slika 63f.

U nastavku ću govoriti o mjernim instrumentima koje posjeduje MultiSim 9.0. Naravno, radi se o virtualnim instrumentima. Neke od ovih instrumenata sam pominjao, koristio i više ili manje opisao njihov rad. Obziorm da ovaj program ne vrijedi bez instrumeata i mjerenja koja se sa njima vrše, u narednom tekstu ću pažnju usredotočiti na namjenu i opis rada svakog od njih kao i način upotrebe u okviru ovog programa. Instrumenti o kojima ćemo govoriti koriste se za mjerenje električnih karakteristika i veličina strujnih kola koja se sastavljaju i čiji se rad simulira u MultiSim-u. Ovi instrumenti se postavljaju, koriste i očitavaju upravo kao ekvivalenti stvarnih instrumenata. Izgledaju kao instrumenti koji se viđaju i koristite u laboratorijama. Korištenje virtualnih instrumenata je najlakši put za ispitivanje karakteristika strujnog kola i prikaz rezultata simulacije. Uz standardne instrumente koji dolaze uz MultiSim, moguće je kreirati instrumente korištenjem LabVIEW-a (Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench). Ovo je programska platforma za razvoj koristi vizualni programski jezik. Nastala je u firmi u kojoj je nastao i MultiSim (National Instruments). LabVIEW se koristi i za prikupljanje i analizu podataka, kontrolu instrumenata, i industrijsku automatizaciju na različitim platformama uključujući i MS Windows. Virtualni instrument ima dva izgleda: Ikonu koja se spaja u električno kolo, i lice preko koga su dostupne kontrolni i upravljački dijelovi instrumenta. Lice instrumenta se pokaže ili sakrije dvostrukim klikom na ikonu instrumenta, a moguće ga je postaviti bilo gdje na radnu površinu. Dvostrukim klikom na ikonu instrumenta sakrije se ranije prikazano lice. Prilikom povratka, lice se postavlja na svoje ranije mjesto. Pri spašavanju sastavljenog kola, spašavaju

46


se i pozicije lica kao i njihov status skriven/prikazan. Osim pozicije, spašavaju se i postavke kao i zatečena pokazivanja instrumenata. Ikona instrumenta pokazuje kako je instrument spojen u strujno kolo. Kada se instrument spoji pojavi se crna tačka unutar indikatora priključenosti ulaza/izlaza koja je vidljiva na licu instrumenta (Slika 64).

Slika 64 Dodavanje instrumenta u strujno kolo 1. Traka sa instrumentima je unaprijed postavljena uz desnu stranu radne površine. Ako se traka sa instrumentima ne vidi na radnoj površini, klikanjem sekvence View/Toolbars/Instruments pojaviće se traka sa ikonama za svaki instrument posebno pa istu treba smjestiti na pogodno mjesto (obično uz desni rub radne površine u vertikalnom nizu). Postavka trake sa instrumentima se može obaviti i pozicioniranjem kursora na slobodni dio površine sa alatima, klikom na desnu tipku miša te postavljanjem kvačice u kvadratić pored imena instruments. (LabVIEW instrumenti se nalaze u podmeniju na kraju trake instrumenata). 2. Klikom na instrument sa trake instrumenata, odabire se instrument koji se želi upotrijebiti. Izbor LabVIEW instrumenata vrši se iz grupe LabVIEW koja se nalazi na kraju trake instrumenata. 3. Premiještanjem kursora na radnu površinu za sastavljanje strujnih krugova određuje se mjesto postavljanja instrumenta. Ponovnim klikom se postavlja ikona instrumenta na željeno mjesto tako da se njegove priključnice poravnaju sa rasterom radne površine. Na radnoj površini se pojavljuje ikona i oznaka instrumenta. Oznaka instrumenta označava vrstu instrumenta i njegov izgled. Npr, prvi multimetar koji se postavi na radnu površinu se zove „XMM1“, drugi je „XMM2“, itd. Ove oznake su jednoznačne unutar svakog kola. Ako sastavite novi strujni krug, prvi multimetar će biti označen sa „XMM1“, itd. Ranije verzije MultiSim-a ne podržavaju sve instrumente ili višestruki izbor i postavljanje istog instrumenta. 4. Povezivanje instrumenta u strujno kolo vrši se klikom na priključnicu ikone instrumenta a zatim se drugi kraj vodiča povlači do željenog mjesta u strujnom kolu (do nožice komponente, vodiča ili spoja). Voltmetru i Ampermetru se ne pristupa na opisani način. Ovi instrumenti se nalaze u grupi indikatorskih komponenti (Indicators).

47


Korištenje instrumenata 1. Podešavanje instrumenta za mjerenje se vrši tako što se dvostruko klikne na njemu pripadajuću ikonu. Pojavljuje se lice instrumenta. Zatim se obavljaju sve potrebne postavke upravo kako bi se to činilo i sa stvarnim instrumentom. Postavke su različite za svaki instrument. Ako korisnik ne poznaje dovoljno dobro instrument ili su potrebne dodatne upute za njegovo korištenje, moguće je pozvati pomoć preko padajućeg menija Help. Vrlo je važno da izbor tipki i pozicija prijeklopnika i ulaza/izlaza za kontrolu instrumenta budu prilagođene vrsti i iznosu električnih veličina u kolu u kome će biti upotrijebljen instrument. Ako su postavke neodgovarajuće, to može prouzrokovati pogrešne, netačne ili nerazumljive rezultate simulacije. Na licu instrumenta nije moguće mijenjati poziciju svih detalja za kontrolu rada instrumenta. Pri postavljanju kursora na detalj koji je moguće mijenjati pojavi se simbol ruke sa ispruženim kažiprstom. 2. Za puštanje električnog kola u rad, treba kliknuti na tipku Run/Stop simulation (F5) koja se nalazi na glavnoj traci alata. MultiSim počinje simulirati karakteristike i signale kola te prikazivati rezultate mjerenja kao da se koristi stvarni instrument. Rezultati simulacije ovise o konstrukciji kola. Poruke o toku simulacije njenim rezultatima i eventualnim greškama se ipisuju u posebnom prozoru koji se zove Simulation Eerror Log/Audit Trail. Tok simulacije se može pratiti prikazom pomenutog prozora koji se aktivira klikom na padajući meni Simulate i postavljanjem kvačice u prazni kvadratić pored Simulation Eerror Log/Audit Trail. Postavka kontrolnih elemenata instrumenta se može mijenjati u toku simuliranja rada kola. Nije moguće mijenjati elemente kola promjenom vrijednosti komponenata (ovo se ne odnosi na komponente koje su konstruktivno izvedene tako da im se vrijednost može mijenjati), ili obavljati aktivnosti kao što su npr. obrtanje ili zamjena komponenti što bi listu kola učinilo nevažećom. U toku simulacije je moguće napraviti pauzu ili nastaviti njeno izvršavanje klikom na Simulate/Pause. Simulacija se zaustavlja klikom na tipku Run/Stop koja se nalazi na glavnoj traci alata. Simulacija završava sa rezultatima koji se zateknu na licu instrumenta i u prozoru za njeno praćenje. Pregled instrumenata sa kojima raspolaže MultiSim 9.0 Izuzev prva dva instrumenta svi ostali se nalaze na traci instrumenata (slika 65). Voltmetar Ampermetar Multimetar Analizator izobličenja Vatmetar Osciloskop Generator funkcija Frekvencmetar/brojač 4-kanalni osciloskop Agilent generator funkcija Bode crtač Generator riječi

48


Logički pretvarač I-U analizator Logički analizator Agilent multimetar Analizator mreža Agilent osciloskop Mijerna pipalica Analizator spektra Tektronix osciloskop LabVIEW instrumenti

Slika 65 Voltmetar Spajanje voltmetra Voltmetar se spaja paralelno trošilu, spajanjem pipalica na kontrolne tačke sa obje strane trošila. Kada je kolo aktivirano i njegova karakteristika simulirana, voltmetar pokazuje napon između kontrolnih tačaka. (Voltmetar može pokazati i trenutnu vrijednost napona prije nego što se dostigne krajnje stabilno stanje). Voltmetar se nalazi na traci glavnog menija: Aktivira se klikanjem sekvence Place/Component/Group: Indicators/Family: Voltmeter. Ako se voltmetar premjesti na drugo mjesto u kolu, nakon što se simulacija zaustavi, potrebno je ponovo pokrenuti simulaciju kako bi se dobila očitanja. Način rada (DC ili AC) Voltmetar može mjeriti DC (istosmjerne) ili AC (izmjenične) napone. U DC načinu rada sve AC komponente signala se eliminiraju tako da se mjeri samo DC komponenta signala. U AC načinu rada sve DC komponente se eliminiraju tako da se mjeri samo AC komponenta. Kada je postavljen na AC, voltmetar pokazuje (RMS rout-mean-square) efektivnu vrijednost napona. Dvostrukim klikom na voltmetar otvara se prozor pa izborom kartice Value u kućici Mode moguće je mijenjati jedan od dva načina rada DC ili AC. Unutrašnja otpornost )99.9990.1( Ω−Ω T Unutrašnja vrijednost otpornosti voltmetra je postavljena na visoku vrijednost ( koja nema uticaja na kolo. Ako se testira kolo čija je otpornost vrlo visoka, možda će trebati povećati unutrašnju otpornost voltmetra kako bi se dobila tačnija očitanja. (Međutim, upotreba voltmetra sa vrlo visokom otpornošću u kolima male otpornosti može uzrokovati matematičku grešku zaokruženja).

))(( +ΩM

49


Dvostrukim klikom na voltmetar otvara se prozor pa izborom kartice Value u kućici Resistance (R) moguće je mijenjati iznos unutrašnje otpornosti voltmetra u rasponu od

. Slika 66. )99.9990.1( Ω−Ω T

Slika 66 Voltmetar nudi izvjesne prednosti u odnosu na multimetar. On zauzima manje prostora u električnom kolu a izborom odgovarajućeg izgleda možemo ga primjerenije smjestiti na mjesto u električnom kolu (Slika 67).

Slika 67

50


Ampermetar I ampermetar nudi izvjesne prednosti u odnosu na multimetar. I on zauzima manje prostora u električnom kolu a izborom odgovarajućeg izgleda možemo ga prmjerenije smjestiti na mjesto u električnom kolu (Slika 68).

Slika 68 Spajanje ampermetra Kao i stvarni ampermetar, i simulirani ampermetar mora se spojiti u seriju između čvorova gdje se želi mjeriti struja. Ako se ampermetar premjesti na drugo mjesto u kolu, nakon što se simulacija zaustavi, potrebno je ponovo pokrenuti simulaciju kako bi se dobila očitanja. Ampermetar se nalazi na traci glavnog menija: Aktivira se klikanjem sekvence Place/Component/Group: Indicators/Family: Ammeter. Način rada (DC ili AC) Ampermetar je unaprijed postavljen na DC način rada kada se mjeri samo DC komponenta signala. Ako se želi mjeriti AC struja, potrebno je promijeniti DC u AC način rada. U AC načinu rada ampermetar pokazuje (RMS rout-mean-square) efektivnu vrijednost struje. Dvostrukim klikom na ampermetar otvara se prozor pa izborom kartice Value u kućici Mode moguće je mijenjati jedan od dva načina rada DC ili AC. Unutrašnja otpornost )99.9990.1( Ω−Ωp Unutrašnja otpornost ampermetra je unaprijed postavljena na 0.1 Ωm koji u električnom kolu predstavlja malu otpornost. Ako se testira kolo male otpornosti potrebno je dodatno smanjiti unutrašnju otpornost ampermetra kako bi rezultati mjerenja bili precizniji. (Međutim, upotreba ampermetra sa vrlo niskom otpornošću u kolima visoke otpornosti može uzrokovati matematičku grešku zaokruženja). Dvostrukim klikom na ampermetar otvara se prozor pa izborom kartice Value u kućici Resistance (R) moguće je mijenjati iznos unutrašnje otpornosti ampermetra u rasponu od

. )99.9990.1( Ω−Ωp

51


Multimetar Multrimetrom se mjeri AC ili DC napon ili struja, otpor te gubici između dva čvora (dB) u kolu. Multimetar automatski vrši izbor mjernog opsega, pa ga zato nije potrebno ručno birati. Unutrašnji otpor i struja su unaprijed postavljeni na približno idealne vrijednosti, koje se mogu po potrebi mijenjati. Izbor instrumenta se vrši klikom na tipku Multimetar sa trake instrumenata a zatim se obrisi ikone povlače do željenog mjesta na radnoj površini i klikom ispuštaju na to mjesto (Slika 69).

Slika 69 U strujno kolo se povezuje ikona multimetra (Slika 70). Dvostrukim klikom na ikonu multimetra otvara se lice instrumenta koje služi za neophodna podešavanja i očitanje rezultata mjerenja (Slika 71).

Slika 70

Slika 71 Izbor mjerenja Izbor vrste mjerenja vrši se: 1. klikom na jednu od sljedećih tipki na licu multimetra (Slika 72):

52


Slika 72 Ampermetar - mjeri struju koja teče kroz kolo u grani između dva čvora. Ampermetar se postavlja u seriju sa trošilom čija se struja želi mjeriti (Slika 73).

XMM1

D11N4097

R1 R2

10kΩ

3

10kΩ

D2

1N1199C

1 2 4

Slika 73 Za mjerenje struje na drugom mjestu u strujnom kolu, spaja se ovaj ili drugi multimetar u seriju sa trošilom i ponovo aktivira kolo. Kada se multimetar koristi kao ampermetar unutrašnja otpornost multimetra je vrlo niska ) n 1( Ω . Promjena ove vrijednosti vrši se klikom na Set tipku koja se nalazi na licu instrumenta. Voltmetar - mjeri napon između dva čvora. Izbor ove vrste mjerenja se vrši klikom na tipku V a zatim se pipalice voltmetra povežu paralelno trošilu (Slika 74).

XMM1

R1

10kΩ

R2

10kΩ

D11N1199C

3D2

1N1199C

12

Slika 74 Kad se koristi kao voltmetar, multimetar ima visoku unutrašnju otpornost , koja se može mijenjati klikom na Set.

) 1( ΩG

Ohmmetar - mjeri otpor između dva čvora. Sve što leži između čvorova na koje je priključen ohmmetar definira se kao „mreža komponenti“. Za mjerenje otpornosti treba kliknuti na tipku

i postaviti pipalice ohmmetra paralelno sa mrežom komponenti (Slika 74). ΩKako bi mjerenje bilo tačno, treba provjeriti:

- da u mreži komponenti nema izvora, - da je komponenata ili mreža komponenti uzemljena, - da nema više ništa u paraleli sa komponentom ili mrežom komponenti.

53


Ohmmetar generira struju od 10 nA, koja se može mijenjati klikom na Set. Ako se promjeni mjesto priključenja ohmmetra u strujnom kolu mora se ponovo aktivirati simulacija kako bi se dobilo novo očitanje otpornosti. Decibeli - mjerenje koje kao rezultat daje mjeru gubitka napona između dva čvora u krugu. Da bi se izmjerili decibeli, potrebno je kliknuti tipku dB i povezati pipalice paralelno trošilu (Slika 74). Decibel standard za računanje dB je unaprijed postavljen na vrijednost 774,69 mV a može se mijenjati klikom na Set. Decibel gubitak se računa kao:

⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅=

ulazni

izlazni

UU

dB 10log20

Vrsta signala (AC ili DC) Kada je pritisnuta tipka Sinusni val , mjeri se efektivna vrijednost (RMS ) napona ili struje AC signala. DC komponente signala će biti eliminirane, dakle, mjeri se samo AC komponenta. Tipkom DC , mjeri se vrijednost struje ili napona DC signala. Da bi se izvršilo mjerenje efektivne vrijednosti (RMS) napona kola sa obje komponente AC i DC, potrebno je izmjeriti i AC i DC komponentu napona između odgovarajućih čvorova. Slijedeća formula se koristi za izračunavanje RMS napona kada u kolu postoje AC i DC komponenta. Ovo nije univerzalna formula i trebalo bi je koristiti samo u MultiSim-u.

22 ACDC UUnaponRMS += Unutrašnje postavke multimetra Idealni mjerni instrumenti nemaju uticaja na kolo u kome se vrše mjerenja. Idealni voltmetar ima beskonačnu otpornost, dakle struja neće teći kroz njegove spojne vodiče preko kojih se spaja na kolo. Stvarni mjerni instrumenti ne mogu postići ovu idealnost, pa će njhova pokazivanja (očitanja) biti vrlo blizu teoretskim, izračunatim vrijednostima za kolo, ali nikad sa apsolutnom preciznošću. Multimetar u MultiSim-u koristi vrlo male i vrlo velike brojeve koji se približavaju nuli i beskonačnosti računajući skoro idealne vrijednosti mjerenih električnih veličina u kolima. Za specijalne slučajeve, međutim, karakteristika mjernog instrumenta se može mijenjati sa promjenom ove vrijednosti kako bi uočili efekte na strujne krugove. (Ova vrijednost mora biti veća od 0 – mora biti pozitivna). Npr, ako se testira kolo sa vrlo velikom otpornošću, povećajte unutrašnju otpornost voltmetra. Ako se mjeri struja u električnom kolu sa malom otpornošću, smanjite unutrašnju otpornost ampermetra.Vrlo mala unutrašnja otpornost ampermetra u kolima sa visokom otpornošću može izazvati matematiču grešku zaokruženja. Prikaz unaprijed postavljenih unutrašnjih postavki: 1. Klikom na tipku Set pojaviće se prozor Multimeter settings (postavke multimetra) (Slika 75),

54


2. Obaviti promjenu željenih postavki, 3. Spašavanje promjena vrši se klikom na tipku Accept. Poništavanje promjena vrši se klikom na tipku Cancel.

Slika 75 Analizator izobličenja (Distortion Analyzer) Ovaj instrument se odabire klikom na tipku Distortion Analyzer koji se nalazi na traci instrumenata a zatim se ponovnim klikom postavlja na radnu površinu. Ikona se povezuje u strujno kolo (Slika 76). Dvostrukim klikom na ikonu se otvara prozor sa licem instrumenta, na kojem se vrše postavke i očitavaju rezultati (Slika 77 i 78).

XDA1THD

Slika 76

Tipični analizator izobličenja omogućava mjerenja izobličenja za signale u frekvencijskom opsegu od 20 Hz do 100 kHz, uključujući i tonske signale.

55


Slika 77

Sa ovim instrumentom je moguće mjeriti ukupna harmonička izobličenja (THD - Total Harmonic Distortion) ili Signal plus šum i izobličenje (SINAD – Signal Plus Noise and Distortinon). Izbor jedne od ove dvije vrste mjerenja se vrši klikom na Set.

Slika 78 Priprema analizatora izobličenja za mjerenje. Harmonička izobličenja Postavlja se pitanje šta su harmonička izobličenja? Ova nelinearna izobličenja nastaju kada se nelinearni element pobuđuje jednim sinusnim signalom. Ako se uzme kao pobudni signal napon Uul = Usin(ωt) može se vidjeti da se u izlazu pojavljuju uz osnovni ton i komponente koje imaju frekvencije 2ωt, 3ωt, 4ωt, itd. Komponenta s dvostrukom frekvencijom zove se drugi harmonik osnovnog vala, komponenta s trostrukom frekvencijom treći harmonik, itd. Mjerenje se provodi sinusnim signalom frekvencije 1 kHz, tako da je na opteretnom otporu R

2=R

2naz nazivni izlazni napon (odnosno uz nazivnu izlaznu snagu), na dva načina:

- mjerenje ukupnog harmoničkog izobličenja (kuk

) s mjernim mostom, kojim se izdvaja osnovni val a mjeri suma svih preostalih harmonika u izlaznom signalu;

56


- mjerenje amplitude svakog harmonika zasebno, to je tzv. harmonička analiza, instrument se naziva frekvencijski analizator. Ukoliko su poznate komponente na izlazu moguće je odrediti koliko izobličenje unosi nelinearni element, odnosno pojačalo. Ukoliko su poznate komponente na izlazu moguće je odrediti koliko izobličenje unosi nelinearni element, odnosno pojačalo.

100%UUUUU

UUUUk 2fn

2f4

2f3

2f2

2f1

2fn

2f4

2f3

2f2

uk ⋅+⋅⋅⋅++++

+⋅⋅⋅+++=

Faktor harmoničkog izobličenja izražen u postocima se zove ukupno harmoničko izobličenje – k

uk (THD – Total Harmonic Distortion), i to je podatak koji se obično daje kao mjera

harmoničkih izobličenja audio pojačala.

Slika 79

Slika 80 Za ovo mjerenje je potreban vrlo oštar podesivi filter nepropunsnik (notch). On je podešen na test frekvenciju kao što je to često 1 kHz koji neće dozvoliti prolaz signalu ove frekvencije, ostavljajući samo harmoničke frekvencije koje su produkt izobličenja. Ova harmonička izobličenja se mjere i rezultat se poredi sa amplitudom test signala. Na slici 79 je prikazana blok šema mjerenja a na slici 80 je prikazan ulazni signal U1 koji se potiskuje oštrim filtrom (Notch) na izlazu iz kola koje se testira a mjeri se ukupan iznos prisustva harmoničkih produkata nelinearnosti testnog kola U2, U3, U4, U5, . . .

57


SINAD SINAD je mjerenje koje se koristi u bilo kom komunikacijskom uređaju kako bi se saznao stepen degradacije signala od strane neželjenih ili stranih signala uključujući šum i izobličenja. Pa ipak SINAD mjerenja se najčešće koriste za mjerenje i tehnički opis osjetljivosti radio prijemnika. Važeća definicija SINAD-a je potpuno jasna. Nju je moguće sažeti kao odnos totalnog nivoa snage signala (SND: Signal + Šum + Izobličenje) u odnosu sa snagom neželjenog signala (ND: Šum + Izobličenja). Prema tome, viši iznos SINAD-a, bolji kvalitet audio signala. Iznos SINAD-a se izražava u decibelima (dB) i može se odrediti primjenom jednostavne formule:

SINAD = 10Log ( SND / ND )

Gdje je:

SND = Kombinirani signal + Šum + nivo snage izobličenja ND = Kombinirani šum + nivo snage izobličenja

Važno je naglasiti da je SINAD u ovom izračunu odnos snaga a ne odnos napona. Na slici 81 je prikazana blok šema mjerenja iznosa SINAD-a.

Slika 81 Watmetar (Watmetter) Watmetar mjeri električnu snagu trošila. Koristi se za mjerenje veličine aktivne snage koja je produkt pada napona na trošilu i struje koja teče kroz njega. Rezultat se prikazuje u Watima. Watmetar pokazuje i faktor snage odnosno cosinus faznog kuta između vektora napona i struje. Instrument se postavlja na radnu površinu klikom na tipku Wattmeter sa trake alata Instruments te ponovnim klikom na odgovarajuće mjesto (Slika 82).

58


Slika 82

Spajanje Watmetra Na slici 83 je prikazan jedan primjer priključenja Watmetra u strujno kolo.

V1

220 V 50 Hz 0Deg

R151Ω

L1220mH

XWM1

V I

1

3

0 0

0

2

Slika 83 Osciloskop (Oscilloscope) Odabir osciloskopa se vrši klikom na tipku Oscilloscope sa trake Instruments a zatim se ponovo klikne na mjestu radnog prostora gdje se ikona instrumenta želi postaviti. Ikona se koristi za povezivanje osciloskopa u električno kolo (Slika 84). Dvostrukim klikom na ikonu otvara se lice instrumenta, koje se koristi za pripremu instrumenta za mjerenje i uvid u mjerne rezultate (Slika 85).

59


Slika 84 Dvokanalni osciloskop prikazuje veličinu i frekvernciju različitih elektroničkih signala. Osciloskop prikazuje oscilograme jednog ili dva signala u funkciji vremena te omogućava međusobno poređenje valnih oblika signala. Priprema osciloskopa za mjerenje Vremenska baza (Time Base) Postavka vremenske baze kontrolira razmjeru osciloskopske horizontale ili x-ose pri poređenju amplituda signala u funkciji vremena (Y/T). Slika 86 pokazuje dio lica osciloskopa na kome se vrši podešavanje vremenske baze.

Slika 85

60


- Da bi bila moguća očitanja sa zaslona, treba podesiti vremensku bazu u inverznoj proporciji u odnosu na frekvenciju koja se podešava na generatoru funkcija ili izvoru izmjeničnog napona (AC) – viša frekvencija, niža (ili više uvećana) veremenska baza.

Npr, ako se želi vidjeti jedna puna promjena signala frekvencije 1 kHz vremenska baza bi trebala biti oko 1ms (odnosno postavka vremenske baze mora biti 100µs/Div, pa kako na osi x ima 10 podioka (Div) to će ukupno vremensko trajanje x ose biti 10 puta 100µs što iznosi 1ms).

Slika 86 Tipka Add se koristi kada se valni oblici signala koji su priključeni na kanal A i kanal B, žele

sabrati. Kada se pored pritisnute tipke Add pritisne i tipka signal B se grafički oduzima od signala A (Slika 87). (Na slici 88 je prikazan primjer grafičkog sabiranja dva signala).

Slika 87

61


Slika 88

Slika 89

62


Osa (Y/T, A/B i B/A) Ose na zaslonu osciloskopa mogu biti tako odabrane da prikažu iznos mjerene veličine u funkciji od vremena (Y/T) i da prikažu ovisnost jednog ulaznog signala o drugom (A/B ili B/A). Ovaj izbor prikazuje razliku u frekvencijama i fazni pomak, poznat kao Lissajous krive (Na slikama 90a, b i c su prikazane neke od tipičnih Lissajous krivi), a istim izborom se može prikazati petlja histereze. Kada se poredi signal kanala A sa signalom kanala B (A/B) razmjera x-ose je određena odnosom V/Div ili volti-po-podioku koji je izabran za kanal B (i obratno).

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

V1

12 V 50 Hz 0Deg

V2

12 V 50 Hz 0Deg

23

0

Slika 90a - Lissajous kriva za dva signala istih amplituda, frekvencija i faza.

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

V1

12 V 50 Hz 90Deg

V2

12 V 50 Hz 0Deg

23

0

Slika 90b - Lissajous kriva za dva signala istih amplituda, frekvencija i faznog pomaka

90°.

XSC1

A B

Ext Trig+

+

_

_ + _

V1 V2

12 V 100 Hz 0Deg

12 V 50 Hz 90Deg

23

0

Slika 90c - Lissajous kriva za dva signala istih amplituda od kojih jedan signal ima

dvostruko višu frekvenciju i fazni pomak 90°.

63


Uzemljenje Osciloskop se ne mora uzemljiti, ako je uzemljeno strujno kolo. Postavke kanala A i kanala B (Channel A, Channel B) Razmjera (Scale) Ova postavka određuje razmjeru y –ose. To također kontrolira razmjeru x-ose kada se izabere jedna od mogućnosti A/B ili B/A.

- Da bi bilo moguće očitavati sa zaslona, treba podesiti razmjeru prema očekivanom naponu na dotičnom kanalu. Npr., jedan ulazni AC signal 3 V ispuni vertikalno zaslon osciloskopa kada se y-osa postavi na 1 V/Div. Ako se razmjera poveća valni oblik će biti manji. Ako se razmjera smanji valni oblik će biti odrezan.

Y pozicija (Y position) Ovim se odabire ishodišna tačka y-ose. Kada je Y position postavljen na 0.00, ishodišna tačka presjeca x-osu. Povećanjem Y position na 1.00, npr. pomjera ishodišnu tačku (0) prema gore na prvi podiok iznad x-ose. Smanjenjem Y division na -1.00 pomjera ishodišnu tačku (0) dole na prvi podiok ispod x-ose. Izbor vrste ulaznog signala (AC, 0 i DC) Izborom AC, na zaslonu osciloskopa se prikazuje samo AC komponenta signala. Ovaj izbor ima efekat postavljanja kapaciteta u seriju sa pipalicom (sondom) osciloskopa. Kao i kod stvarnog osciloskopa kod koga je izabran AC ulazni signal, prva prikazana promjena je netačna. Čim se DC komponenta signala izračuna i eliminira nakon prve promjene, valni oblik AC signala postaje tačan. Sa izborom DC ulaznog signala, na zaslonu će biti prikazan zbir AC i DC komponenti. Izborom 0 na zaslonu se prikazuje referentna ravna crta u ishodišnoj tački koja je postavljena sa Y position. Napomena - Nije dopušteno dodavati vezni kapacitet u seriju sa pipalicom (sondom) osciloskopa. Dodavanjem serijskog kapaciteta se prekida tok jednosmjerne struje pa će prikaz DC signala na zaslonu osciloskopa izostati. Ovo ne važi za AC ulazne signale. Okidanje (Trigger)

Slika 91

64


Ove postavke određuju uvjete pod kojima će se valni oblik prvi pojaviti na osciloskopu (Slika 91). Okidna ivica (Trigger Edge)

- Za početak ispisa valnog oblika na svojoj pozitivnoj kosini ili porastu signala, potrebno je kliknuti na uzlaznu ivicu (Ascending Edge).

- Za početak ispisa sa negativnom kosinom ili opadanjem signala, potrebno je odabrati silaznu ivicu (Descending Edge).

Na slici 92 su pokazani primjeri okidanja na uzlaznoj i silaznoj ivici valnog oblika signala. Okidni nivo (Trigger Level) Okidni nivo je tačka na y-osi osciloskopa koja mora biti presjećena valnim oblikom signala prije nego što se ispiše. Na slici 92 su pokazani okidni nivoi -5 V i 5V. Savjet - Ravan signal neće presjeći okidni nivo. Da bi se vidio ravan signal mora biti izabrano Auto okidanje.

Slika 92 Okidni signal (Trigger Signal) Okidanje može biti unutrašnje, u odnosu na ulazni signal za kanale A ili B, ili vanjsko u odnosu na signal koji se dovodi na prikjučnicu za vanjski okidni signal. Ako se očekuje ravan signal ili ako se radi o signalima koji je potrebno čim prije prikazati (bez odgađanja), izaberite Auto.

65


Tipka Sing se koristi da učini da osciloskop izvrši okidanje u jednom prolazu kada se dostigne okidni nivo. Kada trag signala dođe do desnog ruba zaslona, ispis se neće mijenjati dok se ponovno ne klikne na Sing. Tipka Nor se koristi kada osciloskop treba da izvrši osvježenje svaki put kada se dostigne okidni nivo. Tipka None se koristi ako se ne želi koristiti okidanje.

Slika 93 Sa Save tipkom moguće je spasiti rezultate simulacije u Grapher prozor. (Put do Grapher-a je View/Grapher) Otvaranje postojeće datoteke u Grapher-u: 1. Kliknuti na tipku Open. Pojavi se pretraživač (Browser). 2. Izabrati željeni tip datoteke sa padajuće liste. Raspoloživi tipovi datoteka su: Grafičke datoteke (*.gra) – Multisim Grapher datoteke. Datoteke sa podacima (*.dat) – datoteke koje su kreirane i spašene simuliranim osciloskopom proizvođača Agilent. Datoteke oscilograma (*.scp) – datoteke koje su kreirane i spašene Multisim osciloskopom. Bode datoteke (*.bod) – Datoteke koje su kreirane i spašene Multisim bode crtačem (Bode Ploter). 3. Izabrati datoteku koja se želi otvoriti. 4. Kliknuti na Open. Da bi se spasila datoteka u Grapher: 1. Kliknuti na tipku Save. Pojaviće se pretraživač datoteka. 2. Izabrati željeni tip datoteke sa padajuće liste. Raspoloživi tipovi datoteka su: Grafičke datoteke (*.gra) – Multisim Grapher datoteke. Tekstualne datoteke (*.txt) – Standardne tekstualne datoteke. Datoteke mjerenja bazirane na tekstualnom izvještaju (*.ivm) – Datoteke kao one koje su kreirane u National Instruments LabVIEW. Binarno zapisane datoteke mjerenja (*.tdm) – Datoteke koje služe za razmjenu podataka između National Instruments software-a kao što su LabVIEW and DIAdem. Treba imati na umu da pri spašavanju podataka kao što je DIAdem datoteka, kreiraju se dvije datoteke, datoteka zaglavlja (*.tdm) i binarna datoteka (*.tdx) 3. Izabrati željenu datoteku koju se želi zamijeniti (prepisati) ili istipkati novo ime datoteke. Grafičke datoteke imaju datotečni nastavak *.gra. Datotečni nastavak se dodaje automatski. 4. Kliknuti Save.

66


Pregled rezultata na osciloskopu

- Za prikaz ispravnih (tačnih) rezultata vrijednosti valnog oblika signala, potrebno je uhvatiti vertikalni kursor i pomjerati dok se ne pojavi željena vrijednost. Kursor je moguće postaviti na precizno mjesto ako se prvo kursor miša postavi na vertikalni kursor osciloskopa a zatim klikne na desnu tipku miša. Pojaviće se popis mogućnosti za postavljanje vertiklanih kursora.

Meni vertikalnih kursora Pomjeranje kursora na precizno mjesto: 1. Postaviti kursor miša na željeni vertikalni kursor osciloskopa pa kliknuti na desnu tipku miša. Pojaviće se popis mogućnosti za postavljanje vertiklanih kursora (Slika 94).

Slika 94 2. Izabrati ID traga. Pojaviće se sljedeći prostor za dijalog (Slika 95).

Slika 95

3. Izabrati trag koji se želi koristiti kao referentini za druge mogućnosti pobrojane u listi sa slike 94. Ako se izabere bilo koja druga opcija u popisu sa slike 94, kursor će se pomjeriti na odgovarajuće mjesto na tragu koji je odabran u ovom koraku.

67


4. Postaviti kursor miša na na željeni vertikalni kursor osciloskopa koji se želi pomjeriti a zatim izabrati jednu od slijedećih mogućnosti:

o Set X_Value - klikom na ovu opciju pojaviće se slijedeći prostor za dijalog. Upisati željeno mjesto na x-osi i kliknuti na OK. Vertikalni kursor će se pomjeriti na navedeno mjesto.

Slika 96

o Set Y_Value => - kliknuti kako bi se pojavio slijedeći prostor za dijalog. Upisati željeno mjesto na y-osi gdje se želi postaviti vertikalni kursor i kliknuti na OK. Kursor će se pomjeriti udesno na prvo mjesto gdje se pronađe zadata vrijednost (Slika 97).

Slika 97

o Set Y_Value <= - kliknuti kako bi se pojavio slijedeći prostor za dijalog. Upisati željeno mjesto na y-osi gdje se želi postaviti vertikalni kursor i kliknuti na OK. Kursor će se pomjeriti ulijevo na prvo mjesto gdje se pronađe zadata vrijednost (Slika 98).

Slika 98

o Go to next Y_MAX => - Kliknuti da bi se kursor pomjerio na prvu pronađenu maksimalnu Y vrijednost koja se nalazi sa desne strane trenutnog mjesta.

68


o Go to next Y_MAX <= - Kliknuti da bi se kursor pomjerio na prvu pronađenu

maksimalnu Y vrijednost koja se nalazi sa lijeve strane trenutnog mjesta.

o Go to next Y_MIN => - Kliknuti da bi se kursor pomjerio na prvu pronađenu minimalnu Y vrijednost koja se nalazi sa desne strane trenutnog mjesta.

o Go to next Y_MIN <= - Kliknuti da bi se kursor pomjerio na prvu pronađenu

minimalnu Y vrijednost koja se nalazi sa lijeve strane trenutnog mjesta. Prostor ispod zaslona osciloskopa pokazuje vrijeme i napon na spoju pipalice (sonde) gdje vertikalni kursor presjeca sinusni val i razliku između veličina vremena i napona u te dvije pozicije (Slika 99).

Slika 99 Čim se strujno kolo aktivira i simulira karakteristika kola, pipalica osciloskopa se može pomjeriti u drugi čvor bez ponovnog pokretanja strujnog kola. Pomjeranjem pipalice na drugo mjesto automatski se ispisuje valni oblik signala u novom čvoru. Ako se vrši fino podešavanje postavki osciloskopa u toku ili poslije simulacije, zaslon će se automatski ponovno iscrtati.

Opaska Ako se postavke osciloskopa ili opcija analize promijeni kako bi se dobilo više detalja, valni oblici signala se mogu pojavljivati u naletima i neravnomjerno. Ako se to desi, ponovo pokrenite strujno kolo kako bi dobili više detalja. Moguće je povećati preciznost valnog oblika povećanjem broja koraka korištenjem početnih postavki instrumenta izborom Interactive Simulation Settings (Slika 100). Multisim dopušta promjenu početnih postavki za instrumente koji su zasnovani na analizi prijelaza (kao što su osciloskop, analizator spektra i logički analizator) Promjena početnih postavki instrumenta:

1. Izborom Simulate/Interactive Simulation Settings. Pojaviće se prozor Interactive Simulation Settings u kome su prikazane najčešće korištene funkcije. 2. Klikanjem na tipku more>> pojavljuje se cijeli prozor. 3. Vrši se unošenje željenih postavki a zatim se klikne na OK. Ove postavke će imati efekta slijedeći put kada se pokrene simulacija. Moguće je kontrolirati mnogo aspekata simulacije, kao što je tehnika simulacije, i pregled rezultata. Opcija koju odaberete će odrediti djelotvornost simulacije.

69


Slika 100 4-kanalni osciloskop 4-kanalni osciloskop u odnosu na ranije opisani dvokanalni, ima sva ista podešavanja i postupak mjerenja. Jedina razlika se očituje u načinu postavljanja parametara svakog od 4 kanala A, B, C i D. Izbor 4-kanalnog osciloskopa se vrši izborom ikone sa trake Instruments (Slika 101). Ponovnim klikom se osciloskop postavlja na odgovarajuće mjesto u strujnom kolu. Dvostrukim klikom se otvara lice instrumenta a zatim se vrše odgovarajuća podešavanja parametara prilagođena iznosima u tačkama strujnog kola gdje se vrši spajanje priključnica ikone (Slika 102).

XSC1

A B C D

G

T

Slika 101

70


Slika 102 Osim opisanog rada simuliranog 2 i 4 kanalnog osciloskopa koji nije vezan ni za jednog proizvođača, Multisim 9 raspolaže sa osciloskopima firme Agilent (ranije Hewlett Packard) i Tektronix. Obzirom da je princip rada svih osciloskopa uglavnom isti nećemo detaljnije pisati o ova dva osciloskopa. I sami ćete uočiti da lica ovih instrumenata izgledju potpuno isto kao i u stvarnosti. Ako pozovete pomoć (Help) pa na kartici Index potražite podatke, dobićete spisak mogućnosti koje su podržane kao i one koje nisu. Agilent osciloskop (Agilent Oscilloscope) Simulirani Agilent Technologies 54622D Osciloskop raspolaže sa 2 analogna i 16 logičkih kanala, frekvencijske širine opsega 100 MHz. Spajanje Agilent osciloskopa u strujno kolo

1. Kliknuti na ikonu Agilent Oscilloscope sa trake Instruments, a zatim ponovnim klikom postaviti instrument na željeno mjesto radne površine. Dvostrukim klikom pojavljuje se lice instrumenta. Instrument se uključuje klikom na tipku POWER (slika 104).

2. Spajanje ikone u strujno kolo se vrši koristeći priključnice kako je to okazano na slici 103.

Slika 103

71


Slika 104

3. Za potpune informacije u vezi sa korištenjem ovog instrumenta potražiti PDF verziju korisničkih uputa na www.electronicsworkbench.com

Tektronix osciloskop (Tektronix Osciloscope) Simulirani Tektronix TDS 2024 Osciloskop raspolaže sa 4 analogna kanala frekvencijske širine opsega 200 MHz. Spajanje Tektronix osciloskopa u strujno kolo

1. Kliknuti na ikonu Tektronix Oscilloscope sa trake Instruments, a zatim ponovnim klikom postaviti instrument na željeno mjesto radne površine. Dvostrukim klikom pojavljuje se lice instrumenta. Instrument se uključuje klikom na tipku POWER (slika 106).

2. Spajanje ikone u strujno kolo se vrši koristeći priključnice kako je to pokazano na slici 105.

Slika 105

72

http://www.electronicsworkbench.com/


Slika 106


Generator funkcija (Function Generator) Generator funkcija je izvor napona koji generira signal sinusnog, trokutnog i pravokutnog valnog oblika. On osigurava prikladan pobudni signal strujnim kolima. Moguće je mijenjati i kontrolirati valni oblik, frekvenciju, amplitudu, i odnose unutar jedne pune promjene periodičnog signala te DC pomak. Opseg frekvencija generatora funkcija je dovoljno velik da proizvede uobičajene AC signale zvučnih i radio frekvencija. Generator funkcija ima tri priključnice preko kojih se valni oblici signala mogu dovesti do strujnog kola. Zajednička priključnica osigurava referentni nivo signala. Izbor instrumenta se vrši klikom na tipku Generator funkcija (Function Generator) sa trake Instrumenti (Instruments) a zatim ponovnim klikom instrument se postavlja na željeno mjesto na radnoj površini. Ikona generatora funkcija se povezuje u strujno kolo (Slika 107) . Dvostrukim klikom na ikonu se otvara lice instrumenta na kojem se vrše odgovarajuća podešavanja (Slika 108).

Slika 107

73

http://www.electronicsworkbench.com/


Slika 108

Kako bi referentna tačka signala bilo uzemljenje, vrši se spajanje zajedničke priključnice na komponentu uzemljenja. Pozitivna priključnica (+) isporučuje valni oblik u pozitivnom smjeru a negativna priključnica (-) isporučuje valni oblik u negativnom smjeru u odnosu na referentnu zajedničku tačku (Slika 109) . Podešavanje generatora funkcija Izbor Valnog oblika Na izlaznim priključnicama moguće je birati tri različita tipa valnog oblika signala.

Klikom na odgovarajuću tipku na kojoj je grafički prikazan sinusni, trokutni i pravokutni valni oblik vrši se izbor signala.

Ako je odabran pravokutni valni oblik moguće je podesiti parametar vremena porasta/opadanja:

1. Kliknuti na tipku pravokutnog valnog oblika. Na licu instrumenta će biti dostupna tipka podešavanje vremena porasta/opadanja ivice pravokutnog signala (Set Rise/Fall Time).

2. Kliknuti na tipku Set Rise/Fall Time kako bi se otvorio prozor u kome je moguće podesiti vrijeme porasta/opadanja ivice pravokutnog signala (Slika 110).

74


Slika 109

Slika 110

3. Upisati željeno vrijeme porasta/opadanja a zatim kliknuti na tipku „prihvati“ (Accept).

Na slici 111, na oscilogramu je prikazano vrijeme porasta/opadanja ivice pravokutnog signala.

Slika 111

75


Parametri signala Frekvencija (frequency) (1 Hz – 999 MHz) – Ovim se podešava broj punih promjena u sekundi funkcije koju generira generator. Odnosi unutar pune promjene periodičnog signala (Duty Cycle) (1% - 99%) - Ovo podešavanje određuje odnos trajanja porasta trokutnog signala (ili postojanja [„1“] pravokutnog signala) i trajanja opadanja trokutnog signala (ili nepostojanja [„0“] pravokutnog signala). Ovo utiče na valni oblik trokutnog i pravokutnog signala. Na slici 112 su prikazana dva valna oblika generirana u odvojenim generatorima funkcija. Prvi je pravokutnog, a drugi trokutnog oblika sa odnosom uključeno/isključeno (on-period/off period) 10% prema 90%. Ukupno vrijeme trajanja pune promjene iznosi 10%+90% = 100%. Kod sinusnog oblika signala nije moguće mijenjati ovaj parametar, obzirom da je ova funkcija simetrična (Duty Cycle = 50%).

Slika 112

Amplituda (Amplitude) (1mV – 999 kV) - Ovo podešavanje kontrolira napon signala koji se mjeri od njegovog DC nivoa do njegove vršne vrijednosti. Ako je jedan vodič priključen na zajedničku priključnicu a drugi na (+) ili (-) priključnicu instrumenta, izmjerena vrijednost signala od vrha do vrha (pp – peak-to-peak) je dvostruka vrijednost njegove amplitude. Ako se izlaz bira sa pozitivne i negativne priključnice tada je izmjerena vrijednost signala od vrha do vrha četverostruka vrijednost njegove amplitude. DC pomak (Offset) (od -999 kV do 999 kV) – Ovo podešavanje kontrolira DC nivo oko koga se izmjenični signal mijenja. Pomak 0 postavlja valni oblik duž x-ose osciloskopa (postavljajući njegovo mjesto na Y osi (Y Position) na 0). Pozitivna vrijednost pomiče DC nivo prema gore, dok negativna vrijednost pomiče DC nivo prema dole. Vrijednosti pomaka su iskazane vrijednostima amplitude. Agilent generator funkcija (Agilent Function Generator) Simulirani Agilent Technologies 33120A generator funkcija je visoko-kvalitetni 15 MHz sinetizirani generator kod kojeg je ugrađena mogućnost izbora proizvoljnih valnih oblika.

76


Kao i kod Agilent i Tektronix osciloskopa, ako pozovete pomoć (Help) pa na kartici Index potražite podatke dobićete spisak mogućnosti koje su podržane kao i one koje nisu. Spajanje Agilent generatora funkcija u strujno kolo

1. Kliknuti na ikonu Agilent Function Generator sa trake Instruments, a zatim ponovnim klikom postaviti instrument na željeno mjesto radne površine. Dvostrukim klikom pojavljuje se lice instrumenta. Instrument se uključuje klikom na tipku POWER (slika 114).

2. Spajanje ikone u strujno kolo se vrši koristeći priključnice kako je to pokazano na slici 113.


Slika 113

Slika 114

Brojač frekvencije (Frequency Counter) Brojač frekvencije se koristi za mjerenje frekvencije signala. Izbor instrumenta se vrši klikom na tipku brojač frekvencije (Frequency Counter) sa trake Instrumenti (Instruments) a zatim ponovnim klikom instrument se postavlja na željeno mjesto na radnoj površini. Ikona brojača frekvencije se povezuje u strujno kolo (Slika 115) . Dvostrukim klikom na ikonu se otvara lice instrumenta na kojem se vrše odgovarajuća podešavanja (Slika 116).

77


XFC1123

Slika 115

Slika 116 Upotreba brojača Mjerenja u strujnom kolu upotrebom brojača frekvencije: Klinuti na brojač frekvencije (Frequency Counter) i postaviti ikonu na odgovarajuće mjesto u strujnom kolu. Spojiti brojač frekvencije i u tačku strujnog kola gdje se želi mjeriti (Slika 117).

XFC1

123

V1

220 V 50 Hz 0Deg

0

1

Slika 117

Napomena U ovom primjeru je upotrijebljen jednostavan AC izvor koji osigurava signal brojaču frekvencije.

Dvostruko kliknuti na ikonu kako bi se pokazalo lice instrumenta. Uočiti da je u momentu otvaranja lica instrumenta uključena tipka Freq. Koristiti slijedeće kontrole za podešavanje instrumenta kako bi se izvršila željena očitanja.

Okvir Measurement (mjerenje)

78


Freq (frekvencija) – da bi se mjerila frekvencija kliknuti na tipku Freq. Pulse (inpuls) – da bi se mjerila vremena trajanja pozitivnog i negativnog inpulsa kliknuti na tipku Pulse. Period (trajanje) - da bi se mjereila vremena trajanja jedne pune promjene periodičnog signala kliknuti na tipku. Rise/Fall (Porast/opadanje) - kliknuti na tipku da bi se mjerilo vrijeme porasta i opadanja jedne pune promjene.

Okvir Coupling (spajanje) AC - kliknuti na tipku za prikaz samo AC komponente signala. DC - kliknuti na tipku za prikaz zbira AC i DC komponenti signala.

Sensitivity (RMS) (osjetljivost (efektivna vrijednost)) – upisati osjetljivost u lijevo

polje i mjernu jedinicu u desno polje.

Trigger Level (Nivo okidanja) – Upisati nivo okidanja u lijevo polje i njegovu mjernu jedinicu u desno polje. Nivo okidanja je tačka koju mora dosegnuti valni oblik prije nego što se pokaže očitanje.

Napomena Navedena podešavanja mogu se mijenjati prije, u toku ili nakon

simulacije. Izabrati Simulate/Run. Budući da je Freq tipka uključena pojaviće se frekvencija u tački u kojoj je brojač frekvencija priključen (Slika 118).

Slika 118

Preostala očitanja se mogu vidjeti kako slijedi:

Pulse (Slika 119)

Slika 119

79


Period (Slika 120)

Slika 120

Rise/Fall (Slika 121)

Slika 121 Bode crtač (Bode Plotter) Bode (Hendrik Wade Bode - 24.12.1905 - 21.06.1982 - pionir moderne teorije kontrole i elektroničkih telekomunikacija). Bode crtač se izabire sa trake Instruments a zatim se ponovno klikne na mjestu radne površine gdje se instrument želi postaviti. Ikona Bode crtača se povezuje u električno kolo (Slika 122). Dvostruki klik otvara lice instrumenta gdje je moguće izvršiti podešavanja i očitati rezultate mjerenja (Slika 123).

Slika 122

Napomena Upotrebom tipke Save Bode crtača, moguće je spasiti rezultate simulacije u prozor Grapher-a o čemu smo ranije govorili u poglavlju otvaranje i spašavanje datoteka.

80

http://en.wikipedia.org/wiki/Hendrik_Wade_Bode

http://en.wikipedia.org/wiki/December_24

http://en.wikipedia.org/wiki/1905

http://en.wikipedia.org/wiki/June_21

http://en.wikipedia.org/wiki/1982


Slika 123

Bode crtač generira frekvencije unutar zadanog opsega. Frekvencija bilo kog AC izvora u strujnom kolu ne utiće na bode crtač. Ipak, AC izvor mora biti upotrebljen negdje u strujnom krugu. Početna i krajnja vrijednost vertikane i horizontalne skale su unaprijed postavljene na maksimalne vrijednosti. Ove vrijednosti se mogu promijeniti kako bi se dijagram mogao vidjeti u ratličitim razmjerama. Ako se razmjera poveća ili baza promijeni nakon što simulacija završi, mora se pokrenuti kolo ponovo, kako bi se dobilo više detalja na grafu. Suprotno većini instrumenata za testiranje, ako se pipalice Bode crtača premjeste u druge čvorove, potrebno je ponovno pokrenuti strujno kolo kako bi se osigurali tačni rezultati. Podešavanje Bode crtača Tačke razlučivosti – podešavanja u okviru za dijalog

Podešavanje razlučivosti bode dijagrama: 1. Kliknuti na Set da bi se pojavio Settings Dialog. 2. Unijeti željeni broj tačaka razlučivosti pa zatim kliknuti na Accept.

Odnos izlaznog i ulaznog napona ili Faza Ako je pritisnuta tipka Magnitude mjeri se odnos napona (naponsko pojačanje, u decibelima) između dva čvora, V+ i V-. Klikom na tipku Phase mjeri se fazni pomak (u stupnjevima) napona između dva čvora. Oboje se crta u funkciji od frekvencije (u Hz).

Ako su V+ i V- zasebne tačke u strujnom kolu: 1. Priključiti pozitivnu ulaznu (IN) i pozitivnu izlaznu (OUT) priključnicu na

priključnice V+ i V-. 2. Priključiti negativne IN i OUT priključnice na komponentu uzemljenja.

Ako je V+ (ili V-) veličina ili faza kroz komponentu, treba spojiti obje IN priključnice (ili obje OUT priključnice) na krajeve komponente. Na slici 124 je za ovaj slučaj dat primjer serijskog rezonantnog kola gdje za date komponente rezonantna frekvencija iznosi 145,288 kHz. Vidljivo je da je u toj tački

81


između tačaka +V i –V slabljenje zanemarivo jer se radi o idealnim komponentama. Također je vidljivo da se na rezonantnoj frekvenciji faza teroijski mijenja od +90° na -90°.

Slika 124

Podešavanja vertikalne i horizontalne ose

Slika 125 Izbor baze Logaritamska baza se koristi kada vrijednosti koje se porede postanu veliki brojevi, što je upćenito uzevši slučaj kod frekvencijskog odziva. Npr. ako se naponsko pojačanje mjerenog signala želi izračunati u decibelima slijedi da je:

82


⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛⋅=

ul

izl

VVdB 10log20

Baza skale se može biti logaritamska (Log) i linearna (Lin) a pri promjeni sa jedne na drugu kolo se ne mora ponovo uključiti. (Samo pri korištenju logaritamske skale dobiveni graf na zaslonu se zove Bode graf).

Skala horizontalne ose

Na horizontalnoj ili x-osi uvijek je predstavljena frekvencija. Njena skala je određena izborom početne (I) i krajnje (F) vrijednosti horizontalne x-ose (slika 125). Pošto analiza frekvencijskog odziva zahtijeva veliki opseg frekvencija, češće se koristi logaritamska skala.

Napomena Kada se podešava skala horizontalne ose, početna (I) mora biti manja

od krajnje (F) frekvencije.

Skala vertikalne ose

Jedinice i skala vertikalne ose ovise o tome šta će se mjeriti, što je prikazano narednom tabelom.

Vrsta mjerenja Baza Najmanja početna vrijednost

Najveća krajnja vrijednost

Odnos izlazne i ulazne veličine

(pojačanje) Logaritamska -200 dB 200 dB

Odnos izlazne i ulazne veličine

(pojačanje) Linearna 0 10e+09

Faza Linearna -720° 720°

Kada se mjeri naponsko pojačanje, vertikalna osa prikazuje odnos izlaznog i ulaznog napona. Za logaritamsku bazu jedinice su decibeli. Kada se mjeri faza, vertikalna osa uvijek pokazuje fazni kut u stupnjevima. Neovisno o jedinici, moguće je podešavati početnu (I) i krajnju (F) vrijednost za osu koristeći kontrole Bode crtača (slika 125).

Napomena Kada se podešava skala vertikalne ose, početna vrijednost (I) mora biti manja od krajnje (F) vrijednosti odnosa izlazne i ulazne veličine.

Očitanje mjernih rezultata

Pomijeranjem vertikalnih kursora Bode crtača očitava se frekvencija i odnos izlazne i ulazne veličine ili faze u bilo kojoj tački grafa. Vertikalni kursor je unaprijed postavljen uz lijevi rub zaslona Bode crtača.

Pomijeranje vertikalnog kursora: Klikati na strjelice u dnu Bode crtača.

ili Premjestiti vertikalni kursor sa lijeve strane zaslona Bode crtača u tačku grafa gdje

želimo oćitati mjerne rezultate.

83


Napomena Kursor je moguće postavljati na specifična mjesta na grafu ako se

klikne na desnu tipku miša. Pojaviće se meni u mome je moguće odabrati poziciju kursora na jedno od nekoliko ponuđenih karakterističnih mijesta (o ovome smo pisali u šestom- prošlom nastavku )

Veličina (ili faza) i frekvencija na mjestu presjeka vertiklanog kursora se očitavaju pored strjelica ispod zaslona.

Radi lakšeg razumijevanja rada Bode crtača, na slici 126 je projektiran jedan nisko propusni pasivni filter uz pomoć alata sa kojim raspolaže Multisim 9. Klikom na padajući meni alati (Tools) i izborom čarobnjaka za filtere (Filter Wizard) otovoriće se prozor u kojem je moguće projektirati filtere. Na slici 127 je odabran tip niskopropusnog Butterworth pasivnog filtera iste ulazne i izlazne otpornosti koja iznosi 50 Ohm-a, opsega propusnih frekvencija 0 – 1 kHz unutar kojeg logaritamski odnos izlaznog i ulaznog napona signala ne smije biti ispod -1dB. Frekvencija na kojoj se na izlazu iz filtera mora postići slabljenje ulaznog napona od -25 dB je zadana i iznosi 1,5 kHz. Na temelju zadanih podataka čarobljak sam projektira i iscrtava šemu filtera sa vrstom i vrijednošću komponenata. Dodavanjem Bode crtača u šemu i odgovarajućim opisanim podešavanjima vrši se snimanje amplitudno-frekvencijske i fazno-frekvencijske karakteristike filtera.

Slika 126

84


Slika 127 Generator riječi (Word Generator) Izbor generatora riječi (Word Generator) vrši se izborom ikone sa trake Instruments (Slika 128). Ponovnim klikom generator riječi se postavlja na radnu površinu. Ikona generatora riječi se povezuje u strujno kolo. Dvostrukim klikom na ikonu generatora riječi otvara se lice instrumenta na kome se vrše odgovarajuće postavke i vide rezultati mjerenja (Slika 129).

Slika 128 Generator riječi se koristi za slanje digitalne riječi ili niza bita složenih po određenom obrascu u strujno kolo čime se obezbjeđuje pobuda digitalnim kolima.

85


Slika 129 Podešavanja generatora riječi Upisivanje riječi Desna strana lica instrumenta generatora riječi pokazuje redove brojeva, koji se mogu birati između 00000000 i FFFFFFFF u hexadecimalnom brojnom sistemu ( 0 do 4.294.967.295 u decimalnom brojnom sistemu). Tip prikazanih brojeva može biti Hex, Dec, Binary ili ASCII, ovisno o tome koja je tipka izabrana u omeđenom prostoru Display. Svaki horizontalni red predstavlja jednu riječ. Kada se generator riječi pokrene, šalje se red bita paralelno na odgovarajuće priključke na dnu instrumenta.

Promjena vrijednosti bita u generatoru riječi vrši se izborom odgovarajuće cifre koja se želi promijeniti a zatim se tipka nova vrijednost vodeći računa o tome kom tipu brojeva ista pripada.

Kada se riječ pošalje sa generatora riječi, vrijednost svakog bita se pojavi u kružićima kojima su označeni izlazni priključci na dnu instrumenta.

Slika 130

Ubacivanje 32-bitne riječi u krug vrši se klikom na Step, Burst ili Cycle. Slanje jedne riječi se vrši klikom na Step.

86


Slanje svih riječi u zadanom redu šalje se klikom na Burst. Klikom na Cycle šalje se neprekinuti niz riječi čije se slanje može zaustaviti klikom na tipku Run/Stop simulation koja se nalazi na traci alata Main.

Ako se želi privremeno zaustaviti niz riječi od odabrane riječi treba odabrati tačku prekida (Breakpoint).

Za umetanje tačke prekida (Breakpoint), treba izabrati riječ u privremenom spremniku, pomjerajući listu do mjesta gdje se želi unijeti zaustavljanje, zatim klikom na desnu tipku miša izabrati Set Breakpoint sa menija koji će se pojaviti. U pomičnoj listi će se pojaviti „znak privremenog zaustavljanja“ u tački prekida (Breakpoint).

Izbacivanje tačke prekida vrši se tako što se izabere u privremenom spremniku na pomičnoj listi a zatim se izabere Delete Breakpoint iz prozora koji će se pojaviti.

Moguće je upotrijebiti više tačaka prekida. Tačke prekida se mogu koristiti pri odabiru Cycle i Burst. Postavke (Settings Dialog Box) Za postavljanje opcija potrebno je kliknuti na Set čime je omogućeno spremanje struktura riječi u datoteku kao i odabir ranije spremljenih struktura riječi koje su upisane u generator riječi (Slika 131). Ova funkcija može se upotrijebiti i za generiranje pogodne strukture ili za čišćenje prikaza.

Slika 131

Okidanje (Triggering)

Slika 132

87


Klikom na Internal za slanje riječi koristiće se vlastiti okidni takt generatora riječi.

Klikom na External, biće odabran vanjski okidni takt čiji će svaki takt uzrokovati slanje jedne riječi iz generatora riječi (Slika 132).

Klikom na tipku okidanje se vrši uzlaznom ivicom okidnog takt impulsa a klikom na tipku

okidanje se vrši opadajućom ivicom okidnog takt impulsa. Frekvencija i pripravnost podataka (Frequency and data ready) Frekvencija takta generatora riječi može biti postavljena u Hz, kHz ili MHz. Svaka riječ se postavlja na izlazne priključke u ritmu frekvencije takta i tamo se zadržava onoliko dugo koliko traje jedan ciklus taktne frekvencije (trajanje određeno sa dvije susjedne uzlazne ili silazne ivice okidnih impulsa). Slika 133.

Slika 133 Oznaka u kružiću pripravan (Ready) obavještava strujno kolo da je generator riječi spreman. Logički pretvarač (Logic Converter) Rad ovog instrumenta je detaljno opisan u časopisu RADIO T9 u broju 53 (Treći dio) tako da ga ovdje nećemo posebno tretirati. Logički analizator (Logic Analyzer) Za odabir ovog instrumenta potrebno je kliknuti na tipku Logic Analyzer koji se nalazi na traci alata Instruments a zatim ponovno kliknuti na mjestu radne površine gdje se instrument želi postaviti (Slika 134). Kao i do sada, ikona služi za povezivanje logičkog analizatora u strujno kolo. Dvostrukim klikom na ikonu otvara se lice instrumenta, na kome je moguće izvršiti odgovarajuća podešavanja, postavke parametara i uvid u rezultate mjerenja (Slika 135).

Slika 134

88


Logički analizator pokazuje nivoe do 16 digitalnih signala u jednom strujnom kolu. Koristi se za prikupljanje logičkih stanja brzih podataka i njihovu vremensku analizu kako bi se pomoglo pri projektiranju velikih sistema i otkrivanju grešaka.

Slika 135 16 vertikano postavljenih kružića (priključaka) na lijevoj strani i 3 vodoravna priključka na dnu ikone odgovara isto raspoređenim priključcima koji se nalaze na licu instrumenta. Kada se priključak spoji sa čvorom, u kružiću se pojavi crna tačka i ime čvora a pripadajući graf signala se oboji pripadajućom bojom čvora. Ukoliko priključak nije upotrijebljen, u kružiću se neće pojaviti crna tačka. Kada se strujno kolo pokrene, logički analizator počinje spašavati ulazne vrijednosti koje se dovode na priključke. Kada se okidni signal opazi logički analizator pokazuje podatke neposredno prije i poslije okidanja. Podaci se prikazuju u formi četvrtki u funkciji vremena. Vrijednosti kanala 0 se prikazuju u prvom redu na vrhu. (Općenito, prvi bit je digitalna riječ), slijedeći red prikazuje vrijednosti kanala 1, itd. Binarna vrijednost svakog bita u tekućoj riječi pojavljuje se na priključcima na lijevoj strani lica instrumenta. Vremenska osa je prikazana na vrhu prozora lica instrumenta. U ovom prozoru se nalazi vlastiti signal takta, vanjski signal takta, takt označni podatak i okidni označni podatak.

Za tačno određivanje broja uzoraka koji će biti spašeni prije i nakon okidanja, potrebno je kliknuti na tipku Set u okviru Clock ili koristiti unaprijed izvršene

89


postavke što je objašnjeno ranije kada je bilo govora o Interactive Simulation Settings (Radio T9, broj 56, Šesti dio, strana 21, slika 100)

Logički analizatator spašava podatke dok se ne dostigne pred-okidni broj uzoraka. Zatim, počinje uništavanje uzoraka sa pojavom novih. Nakon okidnog signala, uzorci se spašavaju sve dok se ne dostigne broj poslije-okidnih uzoraka. Kada se zaustavi uzorkovanje, postavljanjem dva vertikalna kursora na određena mjesta automatske vremenske ose moguće je na presjeku kursora i signala očitati vrijeme i vrijednosti signala u svim kanalima u odabranom trenutku. Promjenu okidnog napona je moguće podešavati kako je opisano u Interactive Simulation Settings. Podešavanje logičkog analizatora Zaustavljanje i ponovno postavljanje (Set & Reset) Ako se izabere Simulate/Pause u toku simulacije rada strujnog kola, privremeno se zaustavlja i strujno kolo i logički analizator. Korištenjem trake za pomijeranje na dnu lica instrumenta moguće je vidjeti rezultate u bilo kom vremenskom periodu o od trenutka određeog uvjetima okidanja sve dok se ne izvrši ponovno postavljanje (Reset) logičkog analizatora. Ako se logički analizator ponovno postavi (Reset), biće moguće vidjeti rezultate od trenutka kada je instrument ponovno postavljen do dostignutog vremena koje je određeno uvjetima okidanja.

Otpočinjanje nove analize se vrši klikom na tipku Reset. Ova akcija će izbrisati sve informacije u instrumentu i počeće spašavanje novih informacija čim se dostigne trenutak koji je određen uvjetima okidanja, nakon što se klikne na tipku Reset.

Ako se logički analizator ne okida, poništavanje spašenih podataka se vrši pritiskom na tipku Stop. Ako se vrši okidanje i prikaza podataka logičkim analizatorom, klikanjem na tipku Stop će zaustaviti instrument i omogučiće nastavak simulacije. Nakon zaustavljanja instrumenta, mora se ponovno postaviti (Reset) logički analizator kako bi ponovo otpočeo spašavati podatke.

Brisanje zaslona logičkog analizatora vrši se klikom na Stop a zatim na Reset tipku. Brisanje zaslona ne prekida simulaciju. Instrument će početi spašavati podatke kad se dostigne trenutk koji je određen uvjetima okidanja, nakon klikanja na Reset tipku.

Podešavanje takta Takt obavještava logički analizator kad će očitati uzorak ulaznog signala. Takt može biti unutrašnji ili vanjski.

Da bi se obavilo podešavanje takta potrebno je:

1. Kliknuti na tipku Set u okviru Clock lica logičkog analizatora. Pojaviće se prozor (Slika 136).

90


Slika 136

2. Izabrati vanjski ili unutrašnji takt. 3. Postaviti frekvenciju unutrašnjeg takta. Takt označni podatak je ulazni signal

koji filtrira takt signal. Ako je postavljen na vrijednost „x“, označni podatak je onemogućen pa će takt signal određivati kada će se očitati uzorak signala. Ako je postavljen na „1“ ili „0“, uzorci će se očitavati samo ako takt signal dostigne izabrani označni podatak.

4. Odabrati koliko podataka se želi prikazati prije (Pre-triger semples) i poslije (Post-triger samples) okidanja.

5. Kliknuti na tipku prihvat postavki (Accept). Podešavanje okidanja Logički analizator je moguće podesiti tako da okida kod očitanja određene riječi ili kombinacije riječi ili kada dostigne uzlaznu ili izlaznu ivicu signala takta (Slika 137).

Slika 137

91


Moguće kombinacije okidanja su:

A B C A OR B A OR C B OR C

A OR B OR C A AND B A AND C B AND C A AND B AND C NOT B A NOT C B NOT C A THEN B

A THEN B B THEN C (A OR B) THEN C A THEN (B OR C) A THEN B THEN C A THEN (B WITHOUT C)

Mjerna pipalica (Measurement Probe) Korištenje mjerne pipalice je brz i jednostavan način za provjeru očitanja napona i frekvencije u različitim čvorovima i nožicama. Mjerna pipalica se može koristiti kao:

Dinamička pipalica (Dynamic Probe) – Za vrijeme simuliranja rada strujnog kola klikne se na tipku pa se zatim prenese premještanjem miša do čvora, vodiča ili nožice u strujnom kolu gdje se želi izvršiti mjerenje. Svaki dodir na mjernu tačku daje nova očitanja (Slika 138).

Slika 138

Postavljena pipalica (Placed Probe) – U strujnom kolu je moguće postaviti nekoliko ovakvih pipalica prije ili u toku simulacije. Ove pipalice ostaju nepomične, i pokazivaće podatke simulacije sve dok se ne pokrene nova simulacija ili se podaci pobrišu. Pored očitanja koja nudi dinamička pipalica postavljena pipalica dodatno nudi različita očitanja struje kako je to pokazano na slici 139.

92


Slika 139

Napomena Dinamička pipalica ne može prikazati struju; Pipalica postavljena nakon

simulacije neće mjeriti struju. Ovo se dešava zato što SPICE mrežna lista mora biti izmjenjena da bi bilo moguće mjeriti struju, i ovo može samo biti učinjeno kada se započne nova simulacija.

Korištenje mjerne pipalice

Podešavanje mjerne pipalice

Podešavanje Mjerne pipalice se obavlja u Probe Properties prozoru.

Da bi se podesila pipalica potrebno je:

1. Izabrati Simulate/Dynamic Probe Properties a zatim kliknuti na karticu Display (Slika 140).

93


Slika 140

2. Po potrebi, odabrati boju pozadine i teksta u okviru Color. 3. U okviru veličina (Size), unosi se širina i visina, ili se čekira automatsko

prilagođenje veličine (Auto-Resize). 4. Po potrebi, kliknuti na karticu Font kako bi bilo moguće promijeniti vrstu

slova koja se koristi u informacionom okviru pipalice (slika 141). 5. Kliknuti na karticu Parameters (Slika 142). 6. Kako bi neki parametri bili nevidljivi (npr. V(p-p)), kliknuti na odgovarajući

parametar u stupcu Show pri čemu se Yes mijenja u No. 7. Minimum i Maximum stupci služe za podešavanje opsega parametara. 8. Po potrebi se može promijeniti broj značajnih cifara za prikaz parametra u

stupcu Precision. Napomena Ova podešavanja će ubuduće važiti za svaku novu postavljenu i dinamičku pipalicu.

94


Slika 141

95


Slika 142 Spajanje mjerne pipalice Dinamička pipalica

Ako se želi koristiti mjerna pipalica dinamično (tj. nije postavljena niti u jednu tačku) i vršiti očitanja potrebno je:

1. Izabrati Simulate/Run ili kliknuti na tipku Run/Stop Simulation kako bi se

strujno kolo aktiviralo.

96


2. Kliknuti na tipku Measurement Probe koja se nalazi na alatnoj traci Instruments. Od tog momenta je pipalica zakačena za kursor miša.

3. Prisloniti pipalicu u tačku u kojoj se želi izvršiti mjerenje. Na mjernoj pipalici će se pojaviti očitanja (Slika 143).

Slika 143

4. Ako pipalica nije prislonjena uz vodič ili priključak u toku simulacije, pojaviće se slijedeće (Slika 144):

Slika 144

5. Deaktiviranje mjerne pipalice se vrši klikom na tipku Measurement Probe ili klikom na tipku ESC.

Napomena Da bi mjerenja bila tačna strujno kolo mora biti uzemljeno, čak kad se

koristi i lebdeći izvor napajanja.

97


Postavljena pipalica

Kako bi se spojila postavljena mjerna pipalica i izvršila očitanja potrebno je:

1. Kliknuti na tipku Measurement Probe koja se nalazi na alatnoj traci

Instruments. 2. Kliknuti na mjesto u električnom kolu gdje se želi postaviti pipalica. 3. Izabrati Simulate/Run ili kliknuti na tipku Run/Stop Simulation kako bi se

strujno kolo aktiviralo. 4. Okvir za informacije će se ispuniti podacima.

Ako se želi sadržaj pipalice sakriti potrebno je učiniti slijedeće: 1. Kliknuti na desnu tipku miša a zatim kliknuti na Show Comment/Probe.

Postavljena pipalica se pojavljuje u vidu strijelice kako je to pokazano na slici 145.

Slika 145

Ako se želi pokazati sadržaj pipalice, potrebno je kliknuti na desnu tipku miša a zatim

kliknuti na Show Comment/Probe. Promjena svojstava postavljene pipalice se vrši na slijedeći način:

1. Kliknuti dvostruko na pipalicu kako bi se pojavio prozor Probe Properties (Slika146).

Slika 146

98


Analizator Spektra (Spectrum Analyzer) Analizator spektra se koristi za mjerenje amplitude u funkciji od frekvencije. Ovaj instrument može mjeriti snage signala i komponenti frekvencije, i pomaže pri određivanju postojanja harmonijskih frekvencija u signalu. Jedna od oblasti koja je zainteresirana za mjerenje spektra su komunikacije. Npr., u sistemima celularnog radija moraju se provjeravati harmonijske frekvencije signala nosilaca koje bi mogle uzrokovati smetnje drugim RF sistemima. Druga interesantna primjena analizatora spektra je mjerenje izobličenja uzrokovanog porukama moduliranog nosioca. Analizator spektra prikazuje mjerenja češće u domeni frekvencije nego u domeni vremena. Referentni okvir u analizi signala obično je vrijeme. U tom slučaju, koristi se osciloskop da pokaže trenutne vrijednosti u funkciji vremena. Često se dešava da se umjesto čistog sinusnog valnog oblika signala javlja deformirani sinusni signal koji je posljedica prisustva harmonijskog signala. Zbog toka, nije moguće mjeriti nivo sinusnog valnog oblika. Ako isti signal prikazuje analizator spektra, biće prikazana amplituda, kao i njegove komponente osnovnih i harmonijskih frekvencija koje može sadržavati. Mjerenje u domeni vremena kao što su vrijeme porasta i vrijeme opadanja, širina impulsa, kašnjenje, itd. se ne mogu jednostavno obaviti u domeni frekvencija. Zbog toga su obje metode mjerenja važne. Korištenje multisim-ovog analizatora spektra Analizator spektra u Multisim-u ne generira šum kao što je to normalno u stvarnom analizatoru spektra. U stvarnosti, šum koji generira analizator spektra (koji je posljedica haotičnog kretanja elektrona kroz različita elektronička kola analizatora) se pojačava kroz različite pojačivačke sklopove analizatora pa se na zaslonu (CRT) analizatora spektra neizbježno pojavljuje i signal šuma ispod čijeg nivoa mjerenja nije moguće obaviti. Sa Multisim-ovim analizatorom spektra, nema dodatnog šuma koji uzrokuje pomenute probleme. Parametri koji karakteriziraju analizator spektra su:

Opseg frekvencija u okviru kog instrument radi Frekvencijski Span ili zadati opseg frekvencija u kojem se vrši analiza Referentni nivo Mjerno područje

Svi oni se nalaze na analizatoru spektra i moraju se ručno podesiti.

XSA1

TIN

Slika 147

99


Slika 148 Opseg frekvencija Opseg frekvencija je opseg unutar koga analizator spekta analizira signal. Postoje dvije frekvencije koje se moraju ručno podesiti: početna (najniža vrijednost je 1 kHz) koja se upisuje u polje Start i krajnja (najviša vrijednost 4 GHz) se upisuje u polje End. Frekvenciju nula nije moguće upisati niti u jedno od navedenih polja. Ovaj parametar označava koji će od tri moguća opsega frekvencija biti prikazan:

Slika 149

Ako se odabere Full Span, pokazaće se cijeli raspoloživi opseg frekvencija o 1 kHz do 4GHz. Ako se odabere Zero Span prikazaće se polje Center za upisivanje jedne frekvencije. Ako se odabere Set Span opseg frekvencija se određuje kontrolom opsega ili kontrolom frekvencije kako je objašnjeno u slijedećem odjeljku. Analiza frekvencija Postoje dvije metode za izbor opsega frekvencija.

Span kontrola Frekvencijska kontrola

Span kontrola (kontrola mjernog raspona frekvencija) Ova tehnika postavlja span i centralnu frekvenciju, tj. f-span i f-centar.

Postavljanje spana i centralne frekvencije se vrši tako što se klikne na Enter (u okviru Frequency) pri čemu se automatski izračunava početna i krajnja frekvencija primjenom formula: f_početna = (f_centralna – f_span / 2)

100


f_krajnja =(f_centralna + f_span / 2)

Kontrola frekvencije Moguće je postaviti ručno početnu i krajnju frekvenciju. Za ove postavke potrebno je unijeti numeričke vrijednosti frekvencija u prostor Frequency. Ove vrijednosti moraju biti različite od nule. Kada se klikne Enter, centralna frekvencija (f-center) i mjerni raspon frekvencija koji se pojavljuje na analizatoru spektra (f-span) se izračunava automatski. Izrazi koji se pri tome koriste za izračunavanje su: f_centralna = (f_početna + f_krajnja)/2 f_span = (f_krajnja – f _početna) Ove dvije tehnike su u međusobnom odnosu, pa zbog toga nije moguće postaviti sve četiri parametra neovisno jedan o drugome. Npr. Ako želite vidjeti frekvencijske komponente u okolini određene frekvencije kao što je 100 MHz +/- 100 kHz , jednostavnije je podesiti dotičnu tehniku kontrole frekvencije.

Slika 150

Centralna frekvencija u ovom primjeru, je 100 MHz, a span (mjerni raspon) je 2*(100 kHz) = 200 kHz.

Slika 151

Opseg amplituda Korištenjem jedne od tri naredne mogućnosti moguće je podesiti opseg amplituda signala koji će biti vidljiv na zaslonu:

dB – Ova mogućnost za osnovu ima izraz 20*log10(V), gdje je log10 logaritam za bazu 10, a V amplituda signala. Kada se koristi ova mogućnost, signal se prikazuje u „dB po podioku“, koji se pojavljuje u desnom dijelu zaslona.

101


dBm - Ova mogućnost za osnovu ima izraz 10*log10(V/0,775), Nula dBm je snaga koja se troši na otporu 600 Ohm pri naponu 0,775V. Ova snaga je ekvivalent snage 1mW. Ako je nivo snage +10dBm to znači da je iznos snage 10mW. Kada se koristi ova mogućnost, snaga signala se mjeri u odnosu na referentni nivo 0 dBm. Kod primjena u kojima je zaključni otpor 600 Ohm, kao što je to slučaj u telefonskim linijama, očitanja se češće vrše u dBm jer je tada očitanje direktno poroporcionalno disipiranoj snazi. Međutim, u dB, potrebno je uzeti u obzir vrijednost otpora kako bi se odredila na njemu disipirana snaga. U slučaju dBm, vrijednost otpora je uračunata.

Lin – Ovom mogućnošću odabire se linearni prikaz signala. Promjena maksimalne

prikazane amplitude na zaslonu, vrši se unošenjem vrijednosti napona u polje Range. Referentni nivo

Referentni nivo se koristi za postavljanje opsega ulaznog signala koji se želi prikazati na zaslonu.

Ose analizatora spektra nisu označene u jedinicama i vrijednostima. Frekvenciju i amplitudu je moguće vidjeti pozicioniranjem kursora na odgovarajuća mjesta. Također je moguće kliknuti na desnu tipku miša, poslije čega će se pojaviti meni koji će omogućiti postavljanje kursora na precizno odabrano mjesto u grafu. Postavljanjem kursora na željeno mjesto očitanja frekvencije i amplitude je moguće izvršiti ispod grafa. Moguće je promatrati više od jedne frekvencije i ocijeniti rezultate za cijeli prikazani opseg frekvencija. Nekada je potrebno znati kada je amplituda (u dB ili dBm) određenog broja komponenti iznad određene granice u dB ili dBm. Npr. Ako se pretpostavi da je ta amplituda (-3 dB), postavljanjem tačke (-3 dB) moguće je procijeniti propusnu širinu pojačivača. Klikom na Show-Ref, moguće je postaviti referentni nivo na (-3 dB) i uz istovremeno korištenje kursora, moguće je naći donji i gornji bok propusnog opsega. Moguće je doznati kada je amplituda signala manja od određene vrijednosti za određeni opseg frekvencija. Da bi se ovo postiglo potrebno je promatrati signal na analizatoru spektra i upotrijebiti tipku za referenciranje. Najveća referentna vrijednost u dB je postavljena na (+30 dB). Show-Ref je raspoloživ samo ako je aktiviran dB ili dBm.

Frekvencijska razlučivost

Frekvencijska razlučivost je inicijalno postavljena na najmanju vrijednost . Dakako, moguće je taj iznos mijenjati na više, promatrajući spektar.

Frekvencijsku razlučivost treba izabrati tako da su frekvencije cjelobrojni umnošci frekvencijske rezlučivosti.

1024f_krajnja/Δf =

Napomena Kako bi očitanja bila precizna, frekvencijske komponente nebi trebale

biti ispod Δf . Analizator mreža

102


Analizator mreža se koristi za mjerenje S-parametara kola koji opisuju njihove karakteristike najčešće na visokim frekvencijama. Ovi S-parametri se koriste za različite namjene i sastavni su dio Multisim RF analiza. Analizator mreža izračunava H, Y i Z parametre. Kolo se poistovjećuje sa mrežom koja ima dva priključka. Da bi se analizator mreža ispravno koristio potrebno je ulaz kola ostaviti otvoren. U toku simulacije analizator mreža dopunjava analizirano kolo sa svojim pod-kolima. Neophodno je ova pod-kola izbaciti prije početka obavljanja drugih analiza i simulacija. Kada započne simulacija, analizator mreža automatski izvršava dvije AC analize. Prva AC analiza se postavlja na ulazni priključak radi izračunavanja direktnih parametara S11 i S21. Druga analiza se postavlja na izlazni priključak kako bi se izračunali parametri S22 i S12. Nakon određivanja S-parametara moguće je koristiti analizator mreža za prikaz podataka na različite načine i provoditi neke druge analize bazirane na podacima.

XNA1

P1 P2

Slika 152

Zaslon analizatora spektra je podijeljen u dva dijela: U lijevom dijelu je zaslon dijagrama i zaslon za tekst, koji pokazuje markere i informacije o kolu. U desnom dijelu su kontrole analizatora mreža. Kontrola Markera Sa padajuće liste izabire se Marker čime se definira prikaz podataka:

Realni /Imaginarni (Re/Im) Veličina/faza(stupanj) (Mag/Ph(Deg)) dB Veličina/Faza(stupanj) (dB Mag/Ph (Deg))

103


Slika 153 Sa lijevim i desnim strjelicama ispod dijagrama moguće je kretanje od podatka do podatka koji su dobijeni za dotično kolo. U početku, tačke frekvencije su dekadno predstavljene. Unaprijed postavljeni opseg frekvencija u kome se obavlja prolaz je 1 MHz do 10 GHz. Za postavljanje na određeni podatak mogu se koristiti tipke PAGE UP i PAGE DOWN. Kontrola traga Tipka Trace se koristi kako bi se pokazao i sakrio svaki pojedini trag na dijagramu. Kada je analizator mreža otvoren, S11 i S22 parametri se pojavljuju u Trace prostoru. Trace tipke se mijenjaju ovisno o tome koji se parametar ili analiza gledaju. Moguće postavke u načinu rada „Measurement“ su S11, S12, S21, S22, Z11, Z12, Z21, Z22, H11, H12, H21, H22, Y11, Y12, Y21, Y22, K,|D|. Moguće postavke u načinu rada „RF Characterizer“ P.G.,T.P.G., A.P.G., V.G., i Zin, Zout. Više o ovim načinima rada vidite u poglavlju kontrole načina rada „Mode Kontrols“. Kontrola formata Opcije parametara Da bi se na zaslonu prikazali parametri potrebno ih je postaviti. Omogućeni parametri ovise o načinu rada analizatora mreže. U načinu rada „Measurement“ moguće je koristiti neki od S-, Y-, H-, Z- parametara, i faktora stabilnosti K i |D|. U načinu rada „RF Characterizer“, moguće je izabrati pojačanja snage (Power Gains), naponska pojačanja (Voltage Gains) i impedancu. Tipke formata Tipke formata se koriste za prikaz podataka različitim formatima dijagrama.

104


Tipkom Scale se mijenja skala trenutnog dijagrama. Pri tome će se mijenjati samo polarno predstavljanje, realno/imaginarno predstavljanje i veličina/faza predstavljanje. Tipkom Avto Scale vrši se automatsko skaliranje podataka kako bi mogli biti prikazani unutar tekućeg dijagrama. Tipkom Setup se mijenjaju različite osobine analizatora mreže. Kontroliranje podataka (Data Controls) Tipkom Save vrši se spašavanje tekuće grupe podataka S-parametara. Tipkom Load se u analizator mreže puni prethodno spašena grupa podataka S-parametara. Kada se podaci napune, moguće je koristiti sve funkcije kojima raspolaže analizator mreže, kako bi se podaci predstavili i analizirali. Spašeni S-parametri imaju ekstenziju .sp. Tipkom Exp vrši se izvoz grupe podataka izabrane grupe parametara u tekst datoteku. Npr., ako je izabrana grupa parametara Z-parametri oni se prikazuju u formatu dijagrama veličina/faza a Z-parametri će biti izvezeni, i njihove vrijednosti će biti u formatu veličina/paza. Tipkom Print daje se nalog za štampanje izabranog dijagrama. Kontrola načina rada U prostoru Mode, potrebno je kliknuti na željeni način rada analizatora mreže: Measurement – omogućava različite formate parametara RF – Characterizer – omogućava pojačanje snage, naponsko pojačanje, i impedance koje se vide na ulaznom i izlaznom priključku. Match Net. Designer (projektiranje mreža za prilagođenje) – otvara novi prostor za dijalog, što je objašnjeno u analizi mreže za prilagođenje (Matching Network Alalysis). Prva od gore navedene tri mogućnosti analizatora omogućava mjerenja (uobičajena primjena). Druga i treća mogućnost se koristi za pristup dvijema RF analizama koje su objašnjene u RF analizi. Tipkom Simulation Set se unose postavke mjerenja za izračun S-parametara kola.

105

electronic workbench multisim 9 - etssa.edu.baetssa.edu.ba/stari/pdf/multisim-9.pdf · electronic...

Documents