PRÁCE SE SIMULAČNÍM PROGRAMEM MultiSIM

UČEBNÍ TEXT PRÁCE SE SIMULAČNÍM PROGRAMEM MultiSIM Učební text pro práci se simulačním programem MultiSIM vznikl v rámci projektu SIPVZ- PODPORA PROJEKTOVÉ VÝUKY NA ELEKTROTECHNICKÝCH STŘEDNÍCH ŠKOLÁCH V ČR, na Vyšší odborné škole, Střední škole, Centru odborné přípravy, Sezimovo Ústí v roce 2006. 1 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

OBSAH: 1 Pracovní prostředí a nastavení programu 2 1.1 Pracovní prostředí 3 1.1.1 Lišta Nenu 4 1.1.2 Zásobník součástek 8 1.1.3 Zásobník měřících přístrojů 8 1.2 Nastavení programu uživatelem 9 2 Sestavení elektronického obvodu 10 2.1 Výběr součástky a umístění na plochu 10 2.2 Výběr měřících přístrojů a umístění na plochu 12 2.3 Propojení součástek a přístrojů 12 2.3.1 Automatický způsob 12 2.3.2 Ruční způsob 13 2.4 Editace součástek 14 2.5 Grafická úprava vytvořeného schématu 14 2.6 Nastavení měřících přístrojů 17 2.6.1 Multimetr 17 2.6.2 Ampérmetr 17 2.6.3 Voltmetr 18 2.6.4 Wattmetr 3 Prověrka činnosti elektronického obvodu 18 3.1 Použití multimetru 18 3.1.1 Multimetr při měření odporu 18 3.1.2 Multimetr při měření proudu 19 3.2 Použití voltmetru a ampérmetru 20 3.3 Měření na rezistorové síti R- 2R 21 3.4 Použití wattmetru 24 4 Řešení příkladu zapojení obvodu 24 4.1 Návrh obvodu 24 4.2 Výpočet rezistoru 25 4.3 Sestavení obvodu v programu MultiSIM 25 4.4 Simulace činnosti obvodu 25 4.5 Vyhodnocení příkladu 25 Závěr 25 Informační zdroje: http://www.electronicsworkbench.com/ - logo na str. 1, popis produktů http:// www.cadware.cz/ distributor SW pro ČR, popis produktů 2 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

1 PRACOVNÍ PROSTŘEDÍ A NASTAVENÍ PROGRAMU 1.1 PRACOVNÍ PROSTŘEDÍ Po spuštění se zobrazí pracovní prostředí programu. Jednotlivé lišty, panely a zásobníky si můžeme tažením umístit na libovolné místo pracovní plochy. Situace je zobrazena na obr.1. LIŠTA NÁSTROJŮ LIŠTA MENU PANEL SIMULACE ZAP. / VYP. SIMULACE ZÁSOBNÍK MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ ZÁSOBNÍK SOUČÁSTEK SCHÉMA OBVODU STAVOVÝ ŘÁDEK Obr. 1 Pracovní prostředí simulačního programu Program můžeme ovládat následujícími způsoby, které závisí na volbě uživatele: - myš- kurzor- ikona- klávesnice, - z roletového menu pomocí myši, - použití klávesových zkratek, - kombinací předcházejících způsobů. Poznámka: PTM- pravé tlačítko myši, LTM- levé tlačítko myši 3 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

1.1.1 LIŠTA MENU FILE- SOUBOR Rozvinuté okno FILE je zobrazeno na obr. 2. Jednotlivé položky slouží k : založení nového schématu, načtení již vytvořeného schématu, uložení schémat, náhledu před tiskem, nastavení tiskárny a tisku dokumentů, otevření posledních souborů. Obr. 2 Rozvinuté okno EDIT- ÚPRAVY Place Component/ Junction / Bus Place Input/Output Place Text Umístění součástky/ uzlu/ sběrnice Umístění a pojmenování vstupních/ výstupních svorek obvodu Umístění textu na zvolené místo plochy Cut/ Copy/ Paste/ Delete Výběr/ kopírování/ vložení/ smazání Replace Part Select All Flip Horizontal... 90 CounterCW Set Sheet Size Set Title Block Description User Preferences Global Restrictions Circut Restrictions Nahradit zvolený objekt Vybrat zvolené objekty, např. pomocí myši, k další práci Změna polohy označené součástky Určení formátu a orientace schématu Vyplnění rohového razítka Popis obvodu Obr. 3 Okno Edit- úpravy Uživatelské nastavení pracovního prostředí Omezení přístupu- heslo Nastavení obvodu 4 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

Každý uživatel si musí zvolit a nastavit vlastní uživatelské prostředí (barvy, rozměry schématu, zobrazené informace, čas automatického ukládání...). Tato nastavení můžeme provést po otevření nabídky User Preferences. Rozvinutá nabídka a okno je na obr. 4. Show Color Workspace Preferences Print page setup Zobrazení parametrů Nastavení barev Nastavení formátu Ukládání a způsob zobrazení součástek DIN/ANSI Nastavení tisku Obr. 4 Okno Nastavení VIEW- VZHLED Pomocí této nabídky si volíme, co chceme zobrazit na naší pracovní ploše. Okno je zobrazeno na obr. 5. Toolbars Status Bar Show/ Hide Simulation... Show/ Hide Command... Show/ Hide Grapher Show Simulate Switch Grid Visible Show Page Bounds Show Title Block and Border Color Show Zoom... Zobrazení jednotlivých panelů Zobrazení stavového řádku Zobrazení okna Simulace a chyb Zobrazení okna příkazů SPICE Zobrazení grafu s průběhy simulace Zobrazení vypínače simulace Mřížka na pracovní ploše Ohraničení formátu schématu Zobrazení rohového razítka a ohraničení formátu Nastavení barev prvků schématu Volba zobrazení informací a prvcích Měřítko zobrazení 5 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

SIMULATE- SIMULACE Obr. 5 Okno Vzhled V tomto okně nastavujeme podmínky analogové a digitální simulace, volíme a umísťujeme měřící přístroje, určujeme typy analýzy elektronického obvodu. Run/Stop Pause/Resume Default Instrument Settings Digital Simulation Instruments Analyses Postprocess Start a ukončení simulace Přerušení simulace Nastavení podmínek simulace (doporučená a nebo uživatelsky nastavená) Výběr měřícího přístroje Výběr typu analýzy Zpracování výsledků simulace Obr. 6 Rozvinuté okno simulace 6 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

TRANSFER PŘENOS Aktivací tohoto okna můžeme výsledky naší práce odeslat do jiných programů, především nás bude zajímat přechod do programů umožňujících návrh plošných spojů a generování seznamu spojů. Jednotlivé položky otevřeného okna jsou zobrazeny na obr. 7. Transfer to Ultiboard Transfer to other PCB Layout Backannotate from... Export Simulation... Export Netlist Přenos dat vytvořeného obvodu do programu pro návrh plošných spojů UltiBOARD Přenos dat vytvořeného obvodu do jiných programů pro návrh plošných spojů Aktivace anotace projektu- návaznost na návrh plošných spojů Přenos výsledků simulace do tabulkových procesorů... Vytvoření seznamu spojů obvodu Obr. 7 Okno přenosu dat TOOLS NÁSTROJE Okno nástroje, které je na obr. 8, nám umožňuje: vytvářet, upravovat, kopírovat, mazat a doplňovat součástky v databázi programu. Obr. 8 Rozvinutá nabídka nástroje WINDOW A HELP Jsou to standardní okna, která umožňují nastavení zobrazení na obrazovce PC, informují nás o verzi programu a aktivují nápovědu. 7 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

1.1.2 ZÁSOBNÍK SOUČÁSTEK Zásobník je tvořen okny se součástkami podle funkce. Součástky mohou být virtuální (jsou označeny nápisem virtuál ) a u nich můžeme měnit jejich hodnotu. Ostatní mají již pevně nastaveny hodnoty a vlastnosti, které nemůžeme v průběhu práce měnit. V následující tabulce jsou jednotlivé skupiny součástek charakterizovány. SOURCES Zdroje Napájecí zdroje AC a DC, zdroje signálu různého tvaru, uzemnění... BASIC Základní Pasivní součástky R, L, C, přepínače, transformátory, relé, konektory, patice... DIODES Diody Diody, usměrňovací můstky, tyristory, triaky, diaky... TRANSISTORS Tranzistory Bipolární a unipolární tranzistory ANALOG Analogové obvody Analogové integrované obvody- operační zesilovače... TTL Číslicové obvody Číslicové TTL integrované obvody CMOS Číslicové obvody Číslicové CMOS integrované obvody MISC DIGITAL Hradla Hradla a funkční bloky... MIXED IC Výběr IO Převodníky, časovače... INDICATOR Indikátory Měřící přístroje, indikátory, LED, zobrazovače, reproduktory... MISC Krystaly, motory, regulátory, optoelektronické součástky, elektronky, pojistky... CONTROLS Řídící obvody Funkční bloky- směšovače, ovládače, zdroje napětí a proudu RF ELECTRO Vysokofrekvenční součástky VF tranzistory, tunelové diody, L, C, VF vedení... Elektrické součástky Vypínače, kontakty, motory, ovládací obvody... 1.1.3 ZÁSOBNÍK MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ Na obr. 9 je zobrazen zásobník měřících přístrojů. Obr. 9 Pohled na zásobník měřících přístrojů 8 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

1 Výběr 2 Zapisovač- sestrojení charakteristik 3 Analyzátor zkreslení 4 Funkční generátor 5 Logický konvertor 6 Logický analyzátor 7 Multimetr 8 Analyzátor VF obvodů 9 Osciloskop 10 Spektrální analyzátor 11 Měřič výkonu W- m 12 Generátor slov 1.2 NASTAVENÍ PROGRAMU UŽIVATELEM Uživatel si především musí nastavit pracovní prostředí a způsob zobrazování informací o použitých součástkách. Při nastavení je možné využít již popsaná okna EDIT (obr. 5), VIEW (obr. 6) a nebo kliknutím PTM rozvinout nabídku, která je na obr. 10. Obr.10 Nabídka po kliknutí PTM Při aktivaci nabídky EDIT můžeme nastavit: formát a orientaci schématu, vyplnit rohové razítko, popsat obvod, nastavit pracovní prostředí, omezení přístupu zadáním hesla. Nabídka VIEW umožní nastavit: zobrazení panelů a stavového řádku, okna chyb a příkazů, zobrazení grafu s výsledky, mřížky, ohraničení plochy a rohového razítka, zobrazení vypínače simulace, barvy a informace o prvcích, měřítko zobrazení. 9 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

2 SESTAVENÍ ELEKTRONICKÉHO OBVODU Sestavení elektronického obvodu si ukážeme na příkladu jednoduchého zapojení se svítivou červenou diodou LED, rezistorem a stejnosměrným zdrojem napětí. Pro náš příklad si v nabídce EDIT a VIEW zvolíme formát a orientaci schématu, rámeček a zobrazení rohového razítka, barvy, formát a popis značek. Nastavíme: formát výkresu A4 orientovaný naležato, zobrazení rámečku a rohového razítka, schématické značky ve formátu DIN, barvy- bílá pracovní plocha/ černé značky, úplný popis značek. 2.1 VÝBĚR SOUČÁSTKY A UMÍSTĚNÍ NA PLOCHU Výběr součástky provedeme z odpovídajícího zásobníku. Klikneme na symbol součástky a tažením ji umístíme na odpovídající místo pracovní plochy. Dokud ji neumístíme, můžeme s ní libovolně pohybovat po ploše. V našem případě jsme vybrali součástky následovně: - SOURCES - DC VOLTAGE SOURCE - stejnosměrný zdroj napětí - BASIC - RESISTOR VIRTUAL - rezistor (možná změna jeho odporu) - DIODES - LED red - svítivá dioda LED Poznámka: - vždy je nutné ještě provést uzemnění celého obvodu i když prakticky při reálném sestavování to není nutné. Pro činnost simulačního programu je to nezbytný předpoklad- stejně by vás na tento fakt program upozornil. - SOURCES - GROUD - uzemnění Na obr. 11 je vidět rozmístění součástek našeho příkladu na ploše. Obr. 11 Rozmístění součástek na ploše 10 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

V případě výběru ze zásobníku DIODES-LED se rozvinulo okno COMPONENT BROWSER. Tato situace může nastat i u ostatních součástek v případě, že nepracujeme s virtuálními. Pohled na rozvinuté okno je na obr. 12. Obr. 12 Rozvinuté okno COMPONENT BROWSER Po aktivaci okna máme možnost výběru součástky, vidíme základní informace o součástce a schématickou značku. Podrobnější informace o součástce zjistíme kliknutím na tlačítko DETAIL REPORT. V případě, že chceme změnit umístění, orientaci,barvu značky, značku vymazat nebo kopírovat. Klikneme LTM na schématickou značku, objeví se okolo ní čtyři značky signalizující připravenost k operaci. PTM aktivujeme okno, kterým můžeme vybrat, kopírovat, měnit orientaci a barvu značky. Situace je na obr. 13. Obr. 13 Změna polohy značky 11 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

Obdobně můžeme přemístit na vhodné místo popisy součástek- REFERENCE ID (jméno součástky), např R1 a VALUES (hodnota), např 1 kohm. Při umístění další součástky stejného typu se automaticky zvyšuje pořadové číslo v jejím jméně, např R1, R2, R3.... 2.2 VÝBĚR MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ A UMÍSTĚNÍ NA PLOCHU Měřící přístroje vybíráme, umísťujeme na plochu a měníme jejich orientaci, barvu a umístění popisu podobným způsobem, jako u součástek. Automaticky se při umístění dalšího měřícího přístroje zvyšuje číslo v jeho jméně. V našem příkladu si schéma doplníme o měřící přístroj- multimetr, kterým budeme měřit hodnotu napájecího zdroje. Doplněný obvod o měřící přístroj je na obr. 14. Obr. 14 Umístění měřícího přístroje- multimetru 2.3 PROPOJENÍ SOUČÁSTEK A PŘÍSTROJŮ Propojení součástek a přístrojů můžeme provést dvěma způsoby: - automaticky, - ručně. Při automatickém způsobu program volí nejvhodnější cestu spojení vývodů součástek a přístrojů. Spoje neprocházejí přes schématické značky Podstatou ručního propojení je to, že spoje jsou vedeny na základě rozhodnutí uživatele. V průběhu práce můžeme oba způsoby kombinovat. 2.3.1 AUTOMATICKÝ ZPŮSOB - najedeme kurzorem na vývod součástky- dojde k jeho změně na bod s křížkem (režim propojování), - klikneme LTM a bod s křížkem přemístíme na vývod součástky, kterou chceme připojit a nebo do bodu na již vytvořeném vodiči, - připojení ukončíme kliknutím LTM. 12 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

Výsledek automatického způsobu propojování je vidět na obr. 15. Spoje jsou neuspořádané a budou vyžadovat úpravu. Obr. 15 Výsledek automatického propojení součástek a přístrojů 2.3.2 RUČNÍ ZPŮSOB - najedeme kurzorem na vývod součástky- dojde k jeho změně na bod s křížkem (režim propojování), - klikneme LTM a bod s křížkem táhneme potřebným směrem, - při změně směru klikneme LTM a pokračujeme v žádaném směru, - spoj ukončíme LTM na vývodu součástky a nebo spoji. Ruční způsob nám umožní vytvořit spoje, které jsou uspořádané podle představ uživatele a úprav bude již méně. Výsledek je na obr. 16. V případě, že ukončujeme spoj na jiném vodiči, automaticky se vytvoří uzel- Junction. Obr. 16 Ruční způsob propojení 13 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

2.4 EDITACE SOUČÁSTEK U virtuálních součástek a přístrojů můžeme nastavit jejich hodnoty, např. odpor rezistoru, kapacitu kondenzátoru, hodnotu napětí u napájecího zdroje.... Dále můžeme měnit i pojmenování jednotlivých součástek a přístrojů. Postup je velmi jednoduchý, dvojitým kliknutím LTM na součástku dojde k označení součástky a otevře se okno, kde můžeme měnit jména a hodnoty součástek a přístrojů. V našem případě jsme změnili jméno rezistoru R1 na R10 a hodnotu jeho odporu na 2 kω. Změna jména Změna hodnoty - pomocí záložky Label/ Reference ID. - pomocí záložky Value. Podobným způsobem jsme změnili i označení stejnosměrného napájecího zdroje z V1 na U25. Editační okna umožňují nastavení dalších parametrů podle typu součástek. Otevřené okno pro editaci parametrů virtuálního rezistoru je na obr. 17. Obr. 17 Změna hodnot rezistoru 2.5 GRAFICKÁ ÚPRAVA VYTVOŘENÉHO SCHÉMATU Propojením součástek, určením jejich hodnot, připojením měřících přístrojů a napájecích zdrojů jsme ukončili vytvoření schématu. Schéma může být graficky nedokonalé a tím nepřehledné- popisy součástek jsou nejednotné, spoje jsou nepřehledné, hustota spojů a součástek je nevyrovnaná. Pozor- nepřehlednost může být zdrojem častých chyb, které se jako u reálného obvodu těžko hledají! Příklad složitějšího schématu je na obr. 18, kde jsou jednotlivé nedostatky vyznačeny šipkami a nedostatky popsány v tabulce. Obvod sice bude pracovat, ale grafická úprava je nevyhovující. 14 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

Obr. 18 Nedostatky ve schématu 1. Nevyrovnán popis přepínače S3 2. Neuspořádán popis rezistoru 3. Nevhodně vedené spoje a spoj vede přes popis součástky V1 4. Připojení měřícího přístroje je blízko R8, nevhodné spoje na GND 5. Nevyrovnané umístění přepínače S4 vzhledem k S3 Na obr. 19 je stejné schéma po grafické úpravě. Můžete srovnat, které schéma je přehlednější. Obr. 19 Schéma obvodu po grafické úpravě 15 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

Grafické úpravy je možné provést následujícím způsobem: a)posunutí spoje- LTM na spoj, který se označí body a tažením provedeme posunutí. b)umístění, vymazání, kopírování značky, posunutí popisů, změna orientace bylo rozebráno v bodě 2.1. c)využitím nástrojů v menu EDIT (prvek, který chceme měnit musíme označit kliknutím LTM) d)kliknutím LTM a PTM na prvek (označíme ho) a nebo na pracovní ploše se otevře okno, které umožní úpravy (viz. obr. 3). e)vyrovnání všech objektů na ploše nám umožní zobrazení sítě bodů (View/Grid Visible nebo pomoci kliknutí LTM a PTM). TEXT Schéma obvodu je vhodné doplnit nápisy, které objasňují jeho funkci, označit vstupy a výstupy. Provádíme pomocí- Edit/Place Text a nebo kliknutím LTM a PTM a volbou Place Text. VYPLNĚNÍ ROHOVÉHO RAZÍTKA - zobrazení razítka a rámečku- View/ Show Title Block and Border. - vyplnění- Edit/ Set Title Block. Příklad vyplněného rohového razítka je na obr. 20. Obr. 20 Příklad vyplněného rohového razítka POPIS OBVODU V mnoha případech je vhodné k vytvořenému schématu obvodu připojit jeho popis (komentář). V popisu můžeme uvést jeho funkci, zadané a změřené hodnoty,typ simulace, pro jaký účel bylo schéma vytvořeno, poznámky.... Vytvoření popisu je možné následujícím způsobem: - EDIT/ DESCRIPTION a napsat text do okna, - uložit soubor. Vždy, když otevřeme soubor, můžeme si přečíst komentář k tomuto obvodu (EDIT/ DESCRIPTION). Komentář si můžeme vytisknout a přiložit k vytištěnému schématu. Pro náš vzorový příklad (obr. 16) je vytvořen popis obvodu, který je zobrazen na obr. 21. Obr. 21 Popis obvodu 16 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

2.6 NASTAVENÍ MĚŘÍCÍCH PŘÍSTROJŮ Na obr. 10 je zobrazen zásobník měřících přístrojů. Ukážeme si nastavení základních měřících přístrojů, které budeme využívat. Jejich využitím se budeme zabývat v kap.3. 2.6.1 MULTIMETR Dvojitým kliknutím na ikonu se zobrazí ovládací panel multimetru, kde můžeme provést nastavení režimu práce. Po kliknutí na tlačítko Set se zobrazí panel pro nastavení vlastností multimetru. Otevřené ovládací panely jsou na obr. 22. Obr. 22 Ovládací panely multimetru V levé části obr. 22 je ovládací panel, zde můžeme nastavit režim práce multimetru: - A - měření proudu I, - V - měření napětí U, - Ω - měření odporu R, - db - měření útlumu mezi dvěma uzly obvodu, - -/~ - stejnosměrné / střídavé hodnoty I nebo U, -Set - nastavení vlastností multimetru. Panel pro nastavení vlastností přístroje (pravá strana obr. 22) umožňuje nastavit vnitřní odpor multimetru v jednotlivých režimech. 2.6.2 AMPÉRMETR Je umístěn v zásobníku součástek- INDICATOR a můžeme zvolit orientaci jeho ikony ve schématu. Dvojitým kliknutím na jeho ikonu se zobrazí panel, kde můžeme nastavit vnitřní odpor přístroje, druh měřeného proudu (AC/DC) a jeho označení v obvodu. Panel je na obr. 23. Obr. 23 Panel pro nastavení ampérmetru 17 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

2.6.3 VOLTMETR Je opět umístěn v zásobníku součástek- INDICATOR a jeho nastavení je stejné jako nastavení ampérmetru. 2.6.4 WATTMETR Složí k měření výkonu a účiníku cosφ. Pohled na ikonu a otevřený panel W-m je na obr. 24. Obr. 24 Ikona a panel W-m Při zapojení do obvodu musíme respektovat proudový a napěťový okruh schématu a určení jednotlivých svorek přístroje. 3 PROVĚRKA ČINNOSTI ELEKTRONICKÉHO OBVODU V kapitole si názorně ukážeme použití základních měřících přístrojů při prověrce činnosti jednoduchých obvodů. 3.1 POUŽITÍ MULTIMETRU 3.1.1 MULTIMETR PŘI MĚŘENÍ ODPORU Na obr. 25 je obvod sestavený z rezistorů. Pomocí multimetru změřte výsledný odpor obvodu a porovnejte se svým výpočtem. U každého příkladu provedeme porovnání výpočtů a výsledků měření formou tabulky. Obr. 25 Použití multimetru při měření odporu 18 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

Výpočet celkového odporu zvoleného obvodu: R 45 = R R 4 5 = 8 10 R 4 R 5 8 10 =4,44 Ω R 2456 =R 2 R 45 R 6 =10 4,44 4=18,444 Ω R 23456 = R R 3 2456 = 8 18,444 R 3 R 2456 8 18,444 =5,57 Ω R C =R 1 R 23456 =5 5,57=10,57 Ω Výpočet Simulace Celkový odpor, Ω 10,57 10,58 3.1.2 MULTIMETR PŘI MĚŘENÍ PROUDU Na obr. 26 je zapojení několika multimetrů, které využíváme pro měření proudu v jednotlivých větvích obvodu. Vypočítejte proudy I C, I 3, I 4, I 5 a porovnejte s hodnotami zobrazené multimetry. Obr. 26 Multimetr při měření proudu Výpočet obvodových veličin: I C = V1 = 12 R C 10,57 =1,135 A U R2 R6 =V 1 U R1 =V 1 I C R 1 =12 1,135 5 =6,325V I 3 = U R2 R6 = 6,325 R 3 8 =0,79 A U R45 =U R2 R6 [ I C I 3 R 2 ] [ I C I 3 R 6 ]=6,325 3,45 1,38=1,495V 19 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

I 4 = U R45 = 1,495 =0,189 A R 4 8 I 5 = U R45 = 1,495 R 5 10 =0,1495 A Multimetr Výpočet Simulace I C, A XMM1 1,135 1,134 I 3, A XMM2 0,79 0,7911 I 4, A XMM3 0,189 0,1906 I 5, A XMM4 0,1495 0,1525 3.2 POUŽITÍ VOLTMETRU A AMPÉRMETRU Na obr. 27 je dělič napětí, vypočítejte velikost výstupního napětí U 20 nezatíženého děliče a velikost výstupního napětí U 2 při připojení zátěže R Z = 8 kω. Jednotlivá napětí v obou případech vypočítejte a změřte voltmetrem. Vypočítejte celkový proud odebíraný děličem a změřte ho ampérmetrem. Obr. 27 Nezatížený a zatížený dělič napětí I C = V1 50 = =0,00724 A=7,24 ma R 1 R 2 2200 4700 U 20 =I C R 2 =0,00724 4700=34,05V R 45 = R R 4 5 = 4700 8000 R 4 R 5 4700 8000 =2960,6 Ω I C = V1 50 = =0,00968 A=9,86 ma R 1 R 45 2200 2960,6 U 2 =I C R 45 =0,00968 2960,6=28,68V 20 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

Výpočet Simulace Nezatížený dělič I C, ma 7,24 7,269 U 20, V 34,05 34,007 Zatížený dělič I C, ma 9,86 9,706 U 2, V 28,68 28,649 3.3 MĚŘENÍ NA REZISTOROVÉ SÍTI R-2R Na obr. 28 je zobrazeno zapojení DA převodníku na výstupu jednočipového mikropočítače PIC. Obr. 28 Zapojení DA převodníku na výstupu PIC 21 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

DA převodník je tvořen rezistorovou sítí R-2R, její zapojení je na obr. 29. Obr. 29 Zapojení rezistorové sítě Vypočítejte a prověřte velikost výstupního napětí U OUT v případě, že napájení U1 =16 V je připojeno na vstup b 2. Na vstupy b 3, b 1, b 0 je připojeno 0V. To odpovídá kombinaci 0100, tedy hodnotě 4 V na výstupu. Zapojení rezistorové sítě si pro názornost překreslíme, výsledek je na obr. 30. Výpočet provádíme postupným zjednodušováním zapojení, vždy se jedná o výpočty sériového a paralelního zapojení rezistorů. Obr. 30 Překreslené zapojení sítě 22 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

R 78 = R R 7 8 = 2000 2000 R 7 R 8 2000 2000 =1000 Ω R 678 =R 6 R 78 =1000 1000=2000 Ω R 5678 = R R 5 678 = 2000 2000 R 5 R 678 2000 2000 =1000 Ω R 45678 =R 4 R 5678 =1000 1000=2000 Ω R 145678 = R R 1 45678 = 2000 2000 R 1 R 45678 2000 2000 =1000 Ω R C =R 3 R 2 R 145678 =2000 1000 1000=4000 Ω U OUT =I C R 145678 = U1 R C R 145678 = 16 4000 1000=4V Výpočet Simulace U OUT, V 4 4 Samostatně žák vypočítá a pomocí programu ověří výstupní napětí pro ostatní kombinace 0000-1111, výsledky doplní do tabulky. b 3 (8V) b 2 (4V) b 1 (2V) b 0 (1V) U OUT, V 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 2 0 0 1 1 0 1 0 0 4 0 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 0 8 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 1 1 1 1 0 0 1 1 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 15 23 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

3.4 POUŽITÍ WATTMETRU Na obr. 31 je zapojení pro měření výkonu automobilové žárovky na 12 V o výkonu 25 W. Vypočítejte odebíraný proud a porovnejte s výsledkem simulace. Při zapojení wattmetru musíme respektovat proudový a napěťový obvod. I = P U = 25 12 =2,08 A Obr. 31 Měření výkonu žárovky Výpočet Simulace I, A 2,08 2,069 P, W 25 24,828 4 ŘEŠENÍ PŘÍKLADU ZAPOJENÍ OBVODU Úkol: Navrhněte obvod pro napájení červené světlo emitující diody (LED). Napájecí napětí U1 = 12 V, napětí LED v propustném směru U F = 2 V, proud diodou volíme I F = 10 ma. Sestavte obvod, pro kontrolu napájecího napětí použijte voltmetr, ampérmetrem změřte proud procházející diodou. Postup: 1. V pracovním sešitě navrhněte obvod. 2. Proveďte výpočet předřadného rezistoru R1. 3. V programu MultiSIM sestavte obvod se zadanými součástkami a měřícími přístroji. 4. Zapněte simulaci, odečtěte hodnoty z měřících přístrojů a zaneste do tabulky. 5. Vyhodnocení příkladu. 4.1 NÁVRH OBVODU Návrh obvodu provedeme v pracovním sešitě, využíváme platné schématické značky a značky měřících přístrojů. Výsledkem je zapojení na obr. 32. Obr. 32 Návrh obvodu 24 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006

4.2 VÝPOČET REZISTORU R1 R 1 = U1 U F = 12 2 I F 0,01 =1000 Ω 4.3 SESTAVENÍ OBVODU V PROGRAMU MultiSIM Vybíráme součástky a měřící přístroje ze zásobníků. Schématické značky se v některých případech mohou lišit, na funkci obvodu to nemá vliv. Výsledek je na obr. 33. Obr. 33 Sestavený obvod v simulačním programu 4.4 SIMULACE ČINNOSTI OBVODU Srovnání hodnot je v tabulce. Zadání Simulace U1, V 12 12 I F, ma 10 10 4.5 VYHODNOCENÍ PŘÍKLADU Z tabulky je patrné, že výpočet předřadného rezistoru byl proveden správně- naměřené hodnoty odpovídají zadání. ZÁVĚR V textu byl uživatel programu MultiSIM seznámen s pracovním prostředím, se zásadami výběru, umístění součástek a základních měřících přístrojů. Je schopen sestavit jednoduchý obvod. Příklady jsou z oblasti stejnosměrných obvodů. V závěrečném příkladu je uveden možný postup řešení jednoduché úlohy. Po zvládnutí základních obvodů a v návaznosti na teoretické znalosti získané v odborných předmětech ve vyšších ročnících, může žák přejít na složitější analogové a digitální obvody. Získané praktické návyky s programem MultiSIM 2001 může využít při přechodu na vyšší verze a případně jiné simulační programy. 25 Autor: Ing. Antonín JURÁNEK, 2006