TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG NI MULTISIM 14

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG Bộ mơn Cơng nghệ Điện tử Kỹ thuật Y sinh …….o0o…… TÀI LIỆU THÍ NGHIỆM HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG NI MULTISIM 14 Giảng Viên Hướng Dẫn: Ths Đào Quang Huân, huan.daoquang@hust.edu.vn Ths.Hoàng Quang Huy, huy.hoangquang@hust.edu.vn Hà Nội, 2020 -1- Mục Lục A Giới thiệu phần mềm Multisim - 1.Multisim gì? - 2.Cách cài đặt Multisim 14 - 3.Các chức Multisim 14 - 4.Ưu nhược điểm Multisim - Các công cụ - Cách vẽ mạch - B.Các linh kiện (Components) - 12 C.Các thiết bị đo (Instruments) - 13 1Vôn kế ampe kế - 13 Oscilloscope (2 kênh) - 14 Hướng dẫn sử dụng Grapher multisim - 16 D.Phân tích số mạch sử dụng diode - 22 Khảo sát đặc tuyến V-A diode 1N4148 - 22 Mạch diode phân cực thuận - 23 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ - 26 Mạch chỉnh lưu cầu - 28 Mạch ổn áp sử dụng diode Zener - 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO - 34 - -2- A Giới thiệu phần mềm Multisim 1.Multisim gì? • Multisim phầm mềm mơ dùng thiết kế, phân tích cấu kiện điện tử mạch điện tử • Đây phần mềm có quyền tập đồn Electronic Workbench (A NATIONNAL INTRUSMENT COMPANY) • Là phần mềm hỗ trợ mạnh lĩnh vực điện tử cách sử dụng đơn giản, giao diện dễ dùng, dễ hiểu, thư viện linh kiện phong phú, thông tin chi tiết linh kiện • Đây phần mềm phù hợp cho nhũng người bắt đầu làm quen với mô mạch điện tử 2.Cách cài đặt Multisim 14 • • • • Download phần mềm multisim từ trang web NI(http://www.ni.com/multisim) Đăng ký tài khoản NI Chọn phiên phù hợp tải (phiên 14-14.2) Giải nén file vừa tải cài đặt 3.Các chức Multisim 14 • Dùng để vẽ mạch điện tử • Dùng để phân tích mạch điện tử, thơng số, ngun lý hoạt động cấu kiện điện tử • Dùng để thiết kế mạch in • Dùng để giả lập việc nhúng lệnh C, Asembly vào IC 4.Ưu nhược điểm Multisim Ưu điểm: - Công cụ thiết kế mạch logic mạnh - Có cơng cụ tính tốn, thống kê nhanh, xác - Cơ cấu đo, thiết bị hiển thị giống với thực tế, chất lượng tuyệt vời - Có thể ghi nhận nhiều kết phân tích lên đồ thị Nhược điểm: -Tính liên thơng phần mềm chưa cao - Khi gặp linh kiện phi tuyến multisim tuyến tính hóa chúng dẫn đến sai số, sai số vượt mức cho phép báo lỗi ngừng việc phân tích -3- Các công cụ Để tạo mạch mô Multisim trước tiên ta khởi động phần mềm Multisim, giao diện sau Hình 1.1 Giao diện Multisim 14 Các cơng cụ Multisim tùy biến, hiển thị hay ẩn bắng cách chọn Menu View Hình 1.2 Menu View -4Trong có công cụ hay sử dụng gồm Thanh Standard Hình 1.3 Thanh Standard Mở ví dụ có sẵn Multisim Quay trở lại hành động gần trước Tiến hành động gần sau 5.2.Thanh Components Hình 1.4 Thanh Components Thanh Components dùng để truy cập nhanh đến linh kiện cần dùng mạch a Sources (Nguồn) Nút chọn nguồn -5- Hình 1.5 Giao diện chọn nguồn (Sources) Thơng thường mạch ta thường sử dụng nguồn xoay chiều (AC power) chiều (DC power) b Basic (Các linh kiện bản) Nút chọn linh kiện mạch -6-     Hình 1.6 Giao diện chọn linh kiện (Basic) Resistor (Điện trở) : Bao gồm trị số điện trở (Resistance), Sai số cho phép (Tolarance), Nhiệt độ điện trở (Temperature), Hệ số nhiệt điện trở (Temperature coeficient), Nhiệt độ danh định ( Nominal temperature) Capactor (Tụ điện) Inductor ( Cuộn dây) Swith (Công tắc) 5.3 Thanh Simulation Dùng để chạy, tạm dừng ngừng mơ mạch -7Hình 1.7 Thanh Simulation ( F5) : Chạy mơ phịng Ngừng mơ Tạm dừng mô 5.4 Thanh Instruments Cho phép lấy thiết bị đo, hiển thị máy phát, chi tiết phần C Hình 1.8 Thanh Instruments a Mutimeter (Đồng hồ đa năng) b.Function Generator (Máy phát xung) c.Wattmet (Đồng hồ đo công suất) d.Oscilloscope ( Dao động ký) e.Four channel Oscilloscope ( Oscilloscope kênh) f Measurement Probe (Que đo) -8- Cách vẽ mạch Để vẽ mạch ta lấy linh kiện đặt lên khu vẽ mạch sau nối dây theo sơ đồ mạch lắp thêm thiết bị đo Có thể làm theo cách sau: Click vào Place menu  Chọn Component Ấn phím tắt Ctrl+W Chọn nhanh linh kiện (thanh Component – 5.2) Ví dụ lấy điện trở đặt lên mạch: Ấn tổ hợp phím Ctrl+W, xuất cửa sổ Select a component để chọn linh kiện Trong ô Group chọn Basic tập hợp linh kiện nguồn Trong ô Family chọn Resistor để chọn điện trở Phía bên phải cửa sổ Select a component cho ta thông tin ký hiệu linh kiện, loại linh kiện, kiểu dáng sản xuất, kiểu dáng đóng gói Hình 1.9 Chọn linh kiện Để xem thông số chi tiết linh kiện ta click vào nút Detail report xuất cửa sổ Report window cho ta tham số chi tiết linh kiện -9- Hình 1.10 Thơng số chi tiết linh kiện Sau chọn linh kiện ưng ý ta click OK đặt linh kiện lên khu vẽ mạch Sau đặt linh kiện lên khu vẽ mạch ta ln phỉa điều chỉnh vị trí linh kiện, xoay, lật linh kiện để mạch có tính thẩm mĩ dễ nối dây linh kiện Để di chuyển linh kiện ta ấn chuột trái vào linh kiện, giữ kéo đến vị trí thả Để xoay linh kiện ta làm theo cách sau: 1.Ấn tổ hợp phím Ctrl+R, linh kiện xoay góc 90o theo chiều kim đồng hồ Ấn tổ hợp phím Ctrl+Shift+R, linh kiện xoay góc 90o ngược chiều kim đồng hồ 2.Ấn chuột phải vào linh kiện, lên cửa sổ có thao tác cho ta lựa chọn Để xoay linh kiện ta chọn Rolate 900 clockwise Rolate 900 counter clockwise Ngồi thao tác trên, ta cịn thấy chức khác Cut, Copy, Delete, Paste phím tắt chúng - 20 - Cột trái Hàng Cột phải Hàng Hình 3.12 Do ta xét tín hiệu đầu vào theo thời gian nên ta điều chỉnh cột trái (giá trị tín hiệu đầu vào), cột phải (giá trị tín hiệu đầu ra) hàng (thời gian) Đầu tiên cột trái: Do nguồn vào nguồn xoay chiều 5V nên ta chọn hiển thị graph từ -5 đến -10 đến 10: - 21 Hình 3.13 Ta chỉnh cột phải tương tự cột trái Do f=60hz, ta chọn khoảng thời gian 0.1s để quan sát, ta tiến hành chỉnh giống với cột trái, cụ thể: Hình 3.14 +Sau chỉnh xong, ta chọn apply ok Lúc hình GrapherView thu được: Hình 3.15 Graper View sau điều chỉnh Đây dạng tín hiệu đầu vào đầu thu mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ - 22 - D.Phân tích số mạch sử dụng diode Khảo sát đặc tuyến V-A diode 1N4148 Cho mạch điện: XIV1 R1 1kΩ V1 6Vrms 200Hz 0° D1 1N4148 Hình 4.1 Mạch đo đặc tuyến V-A diode 1N4148 Mạch bao gồm nguồn xoay chiều có giá trị hiệu dụng 6V, tần số 200Hz, nối tiếp với điện trở R1=1k diode 1N4148 Ta tiến hành khảo sát đặc tuyến V-A diode mắc mạch Sau mô phỏng, máy ta đặc tuyến V-A sau: Hình 4.2 Đặc tuyến V-A diode 1N4148 Nhận xét: - 23 - Khi diode phân cực ngược, dịng điện qua diode lúc nhỏ, cỡ µA ( coi ≈ 0) - Điện áp đánh thủng diode -50V, diode hoạt động với chức khác - Điện áp diode phân cực ngược gần giá trị nguồn cấp -Khi diode phân cực thuận, với giá trị U đủ lớn, dòng I đột ngột tăng vọt Ta gọi điện áp mở diode (UDo) Nhìn đồ thịvà thực đo oscilloscope, ta nhận giá trị UDo=0,66V Hình 4.3 Điện áp UD diode 1N4148 -Giá trị UDo khác tương ứng với loại diode khác nhau, diode Si UD=0.7V, Ge UD=0.3V Hình 4.4 Mạch diode phân cực thuận - 24 UD V + 0.731 ID + 0.019 D A URt Rt 500Ω E 10V + 9.269 V - Hình 4.5 Mạch diode phân cực thuận Ta mắc mạch hình vẽ Ở dùng diode loại Si phân cực thuận, chọn UD = 0.7 V URt = E - UD=10 – 0.7 = 9.3 (V) 𝑈𝑅𝑡 9,3 ID = 𝑅𝑡 = 500 = 0.0186 (A) =18,6 mA Nhận xét : Kết tính lý thuyết gần giống so với kết mô ta chọn UD = 0.7 V xấp xỉ UD đo mạch UD - 11.339 + V ID - 0.011 + A Rt 1000Ω UD1 + 0.661 - V D1 1N4007 E1 12V Hình 4.6 Mạch diode phân cực thuận với diode 1N4007, E1=12V Bảng 2.1 Giữ nguyên E1=12V, thay đổi Rt, quan sát giá trị U I diode (Hình 4.6) - 25 Rt Ud Id rd 470 0.701 0.024 29.2 560 0.693 0.02 34.6 620 0.686 0.018 38.1 680 0.682 0.017 40.1 750 0.676 0.015 45.06 800 0.673 0.014 48.07 930 0.665 0.012 55.41 1000 0.661 0.011 60.09 UD - 11.299 + V ID - 0.024 + A Rt 470Ω UD1 + 0.701 V D1 1N4007 E1 12V - Hình 4.6 Mạch diode phân cực thuận với diode 1N4007, Rt=470 Ω Bảng 2.2 Giữ nguyên Rt=470Ω, thay đổi E1, quan sát giá trị diode E1 Ud Id rd 12 0.701 0.024 29.2 20 0.729 0.041 17.8 - 26 50 0.78 0.105 7.43 100 0.821 0.211 3.9 200 0.866 0.424 2.04 500 0.941 1.062 0.89 1000 1.023 2.125 0.48 Giải thích: diode phần tử phi tuyến, ta thay đổi E, số UD, ID, rD thay đổi theo,đồ thị biểu diễn quan hệ chúng đường thẳng Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ a Khi khơng có tụ lọc XSC1 Ext Trig + _ B A + _ + _ D1 1N4007GP V2 5Vpk 60Hz 0° Hình 4.8 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ Mạch gồm Nguồn xoay chiều 5Vpk: đóng vai trị tín hiệu vào Diode 1N4007 :dùng chỉnh lưu dòng điện Điện trở R1=1K : có nhiệm vụ hạn dịng, đóng vai trị Rt Máy đo oscilloscope: thị tín hiệu vào R1 1kΩ - 27 - Hình 4.9 Đồ thị tín hiệu vào - Khi Uv>0, diode phân cực thuận, nên UV=UR+UD với UD=0.7V (theo lý thuyết) => UR=UV – UD - Khi UVD2 ->Rt ->D2-âm nguồn Khi Ur=Uv-2UD0= Uv-1,4V -Nửa chu kỳ âm, D1,D4 phân cực ngược, D2,D4 phân cực thuận nên dòng chạy từ đầu + ->D4>Rt->D1->đầu âm Khi Ur=Uv-2UD0= Uv-1,4V b Khi có tụ lọc Mắc thêm tụ C song song với Rt XSC1 Ext Trig + _ B A + D3 D1 D2 D4 V1 5Vrms 60Hz 0° Rt 1kΩ C1 100µF Hình 4.14 Mạch chỉnh lưu cầu có tụ lọc _ + _ - 30 Khi đó, tín hiệu có dạng sau: Hình 4.15 Đồ thị tính hiệu vào mạch chỉnh lưu cầu có tục lọc Nhận xét: Khi có tụ lọc, dạng tín hiệu Ur phẳng đáng kể so với chưa lắp tụ Khi giá trị tụ lớn Ur xấp xỉ Umth Mạch ổn áp sử dụng diode Zener Khảo sát điện áp đầu lấy diode Zener điện áp đầu vào thay đổi U1 R1 100Ω V1 4.8V + 0.888u A DC 1e-009Ohm D1 1N4733A + 4.8 V U2 DC 10MOhm - Hình 4.16a Mạch ổn áp sử dụng diode Zener Mạch gồm nguồn chiều, điện trở hạn dòng, diode Zener Chúng ta kiểm tra tính chất ổn áp diode Zener - 31 U1 R1 + 0.049 100Ω A DC 1e-009Ohm V1 10V D1 1N4733A + 5.1 V U2 DC 10MOhm - Hình 4.16b Mạch ổn áp sử dụng diode Zener U1 R1 + 0.448 100Ω A DC 1e-009Ohm V1 50V D1 1N4733A + 5.158 V U2 DC 10MOhm - Hình 4.16c Mạch ổn áp sử dụng diode Zener U1 R1 + 100Ω V1 200V 1.948 A DC 1e-009Ohm D1 1N4733A + 5.197 V U2 DC 10MOhm - Hình 4.16d Mạch ổn áp sử dụng diode Zener - 32 U1 R1 + 100Ω 4.948 A D1 1N4733A DC 1e-009Ohm V1 500V + 5.224 V U2 DC 10MOhm - Hình 4.16e Mạch ổn áp sử dụng diode Zener Bảng 2.3 E(V) I(A) Ud 4.8 0.888u 4.8 10 0.049 5.1 50 0.448 5.158 200 1.948 5.197 500 4.948 5.224 So sánh thông số diode Zener 1N4733A: Uz =5.1V Khi E=4.8V, diode làm việc diode phân cực ngược (ở vùng cắt dịng),Ud ≈ E Khi tăng E lên, diode làm việc chế độ ổn áp (vùng Zener), Ud≈5.1= Uz Phương trình đường tải: E=IR+Ud=I.R+Uz+I.Rz Chênh lệch điện áp đầu điện áp ổn áp diode điện áp rơi điện trở diode Như ta thấy điện áp đầu vào thay đổi dải rộng điện áp đầu thay đổi tác dụng diode Zener - 33 Kiểm tra thêm với Uz = 1; -10 V U1 + 0.1u R A 100Ω DC 1e-009Ohm E 1V D1 1N4733A + V U2 DC 10MOhm - Hình 4.16f Mạch ổn áp sử dụng diode Zener Khi diode Zener phân cực thuận, giá trị UD đo diode chỉnh lưu U1 + -0.094 A R 100Ω DC 1e-009Ohm E -10V D1 1N4733A Hình 4.16g Mạch ổn áp sử dụng diode Zener + -0.612 - V U2 DC 10MOhm - 34 - TÀI LIỆU THAM KHẢO Giáo trình Cấu kiện điện tử, Nguyễn Đức Thuận (chủ biên) Robert L Boylestad - Louis Nashelsky - Electronic Devices and Circuit Theory - 11th 1N4001-1N4007 diode-datasheeet, https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/427705/MCC/1N4007.html 1N4733 datasheet, https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/pdf/59636/EIC/1N4733.html Multisim User Manual, http://www.ni.com/pdf/manuals/374483d.pdf Multisim Component Reference Guide - National Instruments, http://www.ni.com/pdf/manuals/374485a.pdf ... điện tử 2.Cách cài đặt Multisim 14 • • • • Download phần mềm multisim từ trang web NI( http://www .ni. com /multisim) Đăng ký tài khoản NI Chọn phiên phù hợp tải (phiên 14- 14.2) Giải nén file vừa... Giới thiệu phần mềm Multisim - 1 .Multisim gì? - 2.Cách cài đặt Multisim 14 - 3.Các chức Multisim 14 - 4.Ưu nhược điểm Multisim ... -2- A Giới thiệu phần mềm Multisim 1 .Multisim gì? • Multisim phầm mềm mơ dùng thiết kế, phân tích cấu kiện điện tử mạch điện tử • Đây phần mềm có quyền tập đồn Electronic Workbench (A NATIONNAL