ПРИМЕНЕНИЕ ПРОГРАММНОГО ПАКЕТА MULTISIM ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ СХЕМ

Разработка современной электронной аппаратуры требует использование программных средств моделирования и автоматизированного проектирования.

Основными этапами разработки электронного устройства являются проектирование, тестирование, реализация и окончательные испытания.

На этапе проектирования рассматриваются конструктивные особенности, способы реализации соответствующих функций и выполняются технико-экономические расчеты. Предлагается несколько вариантов решения поставленной задачи, и выбираются наиболее оптимальные. Также разрабатываются структурная и электрическая принципиальная схемы будущего устройства в соответствии с выбранной технологией реализации.

На этапе тестирования проводится максимально возможная проверка функциональности, стабильности работы и соответствие полученных результатов техническим требованиям. Тесты должны быть максимально приближены к условиям эксплуатации устройства, учитывать влияние на него изменения температуры, влажности и т.п.

На этапе реализации все спроектированные компоненты передаются на производство, где схемы и чертежи приобретают материальную форму первых прототипов. После этого, проводятся физические испытания первых экземпляров устройства, для конечного устранения недостатков и доработки устройства.

С повышением точности технического процесса увеличиваются требования к точности исполнения электронных схем. Поэтому, в настоящее время, этапы проектирования и тестирования почти полностью реализуются в виртуальных средах проектирования.

Самыми популярными и общедоступными программными пакетами моделирования электронных схем являются Electronic Workbench 5.12, Multisim 10 и Micro-Сap 10.

Система моделирования Multisim 10 значительно отличается инструментами ручной и автоматической смены точности моделирования. Алгоритм автоматического переключения вступает в действие при обнаружении ошибок в моделировании, причиной возникновения которых является убыточность или недостаточность данных моделирования [1].

В его пользу большая встроенная библиотека элементов и возможность ее пополнения собственными элементами с заданными характеристиками. Отдельно следует отметить интерактивные компоненты, характеристики которых можно изменять во время работы процесса моделирования схемы. Изменение параметров таких компонентов мгновенно влияет на схему, в режиме реального времени просчитывается виртуальной средой.

Мастер поддержки и обновления (SUU – SupportandUpgradeUtility) автоматически проверяет наличие последней версии программных модулей и устанавливает с помощью сети Интернет необходимые обновления, обеспечивая постоянно высокий уровень работы программного обеспечения.

Корпорация National Instruments уделила внимание всем циклам разработки электронных устройств, выпустив следующие программы: Ultiboard 10.0 (платформа для проектирования и трассировки печатных плат); LabView (графическая среда разработки для создания гибких, масштабируемых приложений тести­рования, измерения и управления); Signal Express (интерактивное программное обеспечение для сбора, сравнения, автоматизации и сохра­нения измерений); ELVIS (комплект виртуальных инструментов). Их совместное использование с Multisim 10 позволяет достичь полной непрерывности цикла проектирования: создание принципиальной схемы и моделирование, изготовление прототипа и проведение тестовых испытаний.

Продемонстрируем возможности ПП Multisim при исследовании схемы двухкаскадного усилителя с RC- связью между каскадами (далее - УНЧ).

Соберем схему УНЧ в среде Multisim 10, и вначале определим коэффициент усиления по напряжению на частоте 1 кГц в линейном режиме (режим А) с согласованной нагрузкой R10 = 3,9 кОм – рис.1.

Рисунок 1. Модель схемы УНЧ в режиме усиления А на частоте 1 кГц

Исходя из показаний осциллографа коэффициент усиления по напряжению в линейном режиме А равен – рис.1

                                                        (1)

в относительных единицах это составит:

                               (2)

При подаче на вход УНЧ синусоидального сигнала с Uвх = 10 мВ, частоты 1 кГц, УНЧ переходит в режим ограничения по выходному сигналу – рис.2.

Рисунок 2. Модель схемы УНЧ в режиме ограничения выходного сигнала

При этом коэффициент усиления по напряжению равен

                                                           (3)

и

                                          (4)

Получаем, что коэффициент усиления УНЧ в режиме ограничения выходного сигнала уменьшился почти на ≥ 15 dB.

Далее, для построения амплитудно – частотной характеристики (АЧХ) УНЧ используем виртуальный прибор «Плоттер Боде» [1] – рис.3.

Рисунок 3. Амплитудно-частотная характеристика УНЧ с использованием плоттера Боде

Получаем среднюю частоту полосы пропускания равна ≈ 30…170 кГц (по уровню ≈ ±0.5 dB).

Таким образом, продемонстрированы некоторые основные функциональные возможности программы Multisim 10: выполнение любых по сложности экспериментов, прогнозирование и отображение полученных результатов; проведение тестирования спроектированной схемы и внесение соответствующих изменений; работа с диаграммами с помощью виртуального осциллографа так же, как с настоящим осциллографом; построение АЧХ с помощью плоттера Боде;  выявление неисправностей.

Список литературы:

1. Марченко, А. Л., Освальд С. В. Лабораторный практикум по электротехнике и электронике в среде Multisim: учебное пособие для вузов. – М.: ДМК пресс, 2010. – 448 с.