4 Schaltungseingabe und Simulation mit Multisim |
Schaltungseingabe |
Simulation |
Übergang zum Leiterplattenlayout |
Neue Schaltung
In Multisim wird eine neue Schaltung angelegt und als
"C:\User\Multisim\trv.ms13" abgespeichert.
Die Papiergröße wird auf "A4" eingestellt,
die Schaltzeichennorm auf
"IEC 60617".
Teilschaltung anlegen
Mit dem Menüeintrag
Einfügen | |
→ | Neue Teilschaltung... |
wird eine neue Teilschaltung angelegt. Als Name wird "VSTUFE"
verwendet.
Das Symbol für die Teilschaltung wird leicht links neben der Mitte
des Arbeitsbereiches platziert.
Teilschaltung bearbeiten
Markiert man das Symbol durch einfaches Anklicken, erscheint im
linken oberen Bereich des Symbols ein Button
"Teilschaltung/hierarchischen Block bearbeiten" Ein Klick auf
diesen Button öffnet ein neues Arbeitsblatt. Hier kann die
Schaltung bearbeitet werden, die dem Symbol hinterlegt ist.
Ports der Teilschaltung
Die Ports der Teilschaltung (Verbindungen zur umgebenden Schaltung)
werden über den Menüpunkt
Einfügen | ||
→ | Steckverbinder | |
→ | Eingangsanschluss |
eingefügt. Benötigt werden insgesamt 3 Stück für Versorgungsspannung, Masse und Eingang sowie ein Ausgangsanschluss für den Ausgang.
Port-Namen
Ein Doppelklick auf einen der Steckverbinder öffnet die Dialogbox
"Hierarchischer Steckverbinder". Unter dem Reiter "Beschriftung"
kann der Name geändert werden, es werden die Namen "VPOS", "VGND",
"IN" und "OUT" verwendet.
Bauelemente und Verbindungen
Nun werden die Bauelemente platziert und miteinander bzw. mit den
Ports verbunden.
Da die Schaltung als Leiterplatte gefertigt werden soll, muss für
jedes Bauelement ein Footprint ausgewählt werden.
Für die Widerstände wird
"IPC-2221A/2222 / RES1400-800X250" ausgewählt.
Für Transistoren und Elektrolytkondensatoren wird der
voreingestellte Standardwert benutzt.
Überbrückung der Gleichspannungsgegenkopplung
Der Widerstand RE dient zur
Arbeitspunktstabilisierung mittels Stromgegenkopplung. Diese
Gegenkopplung soll nur für Gleichspannungen aktiv sein. Für
Wechselspannungen überbrücken wir sie mit einem
Elektrolytkondensator (Bauelementefamilie "CAP_ELECTROLIT") von
1μF, das "+"-Zeichen des Symbols muss nach oben zeigen.
Als "Hersteller / Typ des Footprints:" wird
"IPC-221A/2222 / CAPR150-400X500" verwendet.
Speichern und Schließen
Die Stufe sollte jetzt ähnlich aussehen, wie in der Abbildung.
Mit
Datei | |
→ | Speichern |
wird die Schaltung gespeichert und kann dann geschlossen werden. Dabei aber nur die Schaltung schließen und nicht das Programm beenden.
Symbol-Update
Beim Schließen der Teilschaltung wurde in der Gesamtschaltung das
Symbol für die Stufe aktualisiert, es enthält jetzt die Ports.
Symbol kopieren
Die Verstärkerschaltung besitzt zwei Stufen. Das Stufen-Symbol wird
kopiert und eingefügt, dabei wird ausreichend Platz zwischen den
beiden Symbolen gelassen.
Elektrolytkondensatoren
Es werden drei Elektrolytkondensatoren eingefügt, dabei muss auf
die richtige Polung geachtet werrden.
Als "Modellhersteller/-kennung:" bleibt
"Generic / VIRTUAL_CAPACITANCE" eingestellt, "Hersteller
/ Typ des Footprints:" ist
"IPC-2221A/2222 / CAPR150-400X500".
Steckverbinder
Das Symbol "CONN32X2" für den Steckverbinder befindet sich in der
Firmendatenbank in der Gruppe "Grundelemente" (Version 11: Basic)
in der Familie "Connectors".
Versorgungsspannungen
Um die Schaltung übersichtlich darzustellen, wird mit
seitenspezifischen Steckverbindern gearbeitet.
Je ein Masse-Symbol (Hauptdatenbank, Gruppe "Quellen" (Version 11:
Sources), Familie "POWER_SOURCES", Symbol "GROUND") wird mit Pin 64
des Steckverbinders und mit den Masse-Ports "VGND" der
Stufensymbole verbunden.
Mit dem Menüpunkt
Einfügen | ||
→ | Steckverbinder | |
→ | Seitenspezifischer Steckverbinder |
wird ein seitenspezifischer Steckverbinder eingefügt. Als Netzname wird "VDC" festgelegt, ein Doppelklick auf den Steckverbinder öffnet die Dialogbox für die Eigenschaften. Ein solches Verbindungssymbol wird mit Pin 33 des Steckverbinders verbunden, je ein weiteres mit demselben Namen mit den "VPOS"-Ports der Stufensymbole.
Ein- und Ausgang
In analoger Weise wird je ein seitenspezifischer Steckverbinder mit
dem Netznamen "INPUT" an Pin 40 des Steckverbinders und an den
Eingang der Gesamtschaltung angeschlossen und je ein
seitenspezifischer Steckverbinder mit dem Netznamen "OUTPUT" an Pin
42 des Steckverbinders und an den Ausgang der Gesamtschaltung.
Speichern
Die Schaltung sollte jetzt aussehen wie in der obigen Abbildung,
sie kann nun gespeichert werden.
Für den Übergang zum Leiterplattenentwurf benötigen wir später
diese Version der Schaltung, deshalb sollte eine zusätzliche
Sicherheitskopie unter einem anderen Namen erstellt werden.
Spannungsquellen
Eine Gleichspannungsquelle mit einer Spannung von 15 V wird an
die Netze "VDC" und Masse angeschlossen.
An die Netze "INPUT" und Masse wird eine Signalquelle
(Hauptdatenbank, Gruppe "Quellen" (Version 11: Sources), Familie
"SIGNAL_VOLTAGE_SOURCES", Symbol "AC_VOLTAGE") angeschlossen. Die
Frequenz wird auf 1 kHz, die Amplitude auf 0,1 mV
festgelegt.
Für eine übersichtliche Darstellung erfolgt der Anschluss nicht
direkt sondern wieder über seitenspezifische Steckverbinder.
Lastwiderstand
Ein Lastwiderstand von 1 kΩ wird zwischen Ausgang und Masse
geschaltet.
Die Schaltung sollte jetzt der obigen Abbildung entsprechen.
Transientenanalyse
Mit dem Menüpunkt
Simulieren | ||
→ | Analysen | |
→ | Transientenanalyse... |
wird eine Transientenanalyse (Analyse zeitlicher Verläufe) gestartet.
Einstellungen für die Analyse
Unter dem Reiter "Analyseparameter" werden die nachfolgenden
Einstellungen vorgenommen:
Anfangsbedingungen: | Startbed. automatisch ermitteln |
Startzeit (TSTART): | 0 |
Stoppzeit (TSTOP): | 0.01 s |
Einstellung des max. Zeitschritts (TMAX): | aktiviert |
Maximaler Zeitschritt (TMAX): | 1.0e-6 (1 Mikrosekunde) |
Ausgabe
Unter dem Reiter "Ausgabe" wird die Ausgangsspannung für die
Analyse ausgewählt.
Simulation
Mit dem Button "Simulieren" wird die Simulation gestartet, es
ergeben sich Ergebnisse wie folgt:
Ergebnisse
In den Ergebnissen ist zu sehen, dass nach dem Einschaltvorgang die
Ausgangsspannung sinusförmig ist, d.h. es treten keine Verzerrungen
auf.
Aus der Ausgangsamplitude von 23 mV wird eine
Spannungsverstärkung vU=230 ermittelt.
Strombelastung der Versorgungsspannung
Um die Strombelastung der Spannungsquelle zu ermitteln, führen wir
eine weitere Transientenanalyse mit "I(VB)" als Ausgabegröße durch.
Wir sehen, dass es sich um einen sinusförmigen Verlauf mit Offset
handelt.
Für die Wärmeentwicklung im Leiterzug ist der Effektivwert dieses
Stromes maßgeblich. Eine erneute Transientenanalyse mit
"RMS(I(VB))" als Ausgabegröße zeigt, dass dieser Effektivwert
1,92 mA ist, also relativ klein.
Bei Endstufen von Verstärkern, wie sie z.B. im Beleg bearbeitet
werden, ist dieser Strom wesentlich höher.
Bei Einsatz mehrerer Betriebsspannungen sollte die Strombelastung
der Quellen und der Strom durch den Lastwiderstand ermittelt
werden, jeweils der Effektivwert.
Rückbau der Schaltung
Es wird wieder der obige Zustand
der Schaltung hergestellt, d.h. die beiden Spannungsquellen und der
Lastwiderstand werden entfernt.
Mit dem Menüpunkt
Übertragen | ||
→ | In Ultiboard übertragen | |
→ | In Ultiboard 13.0 übertragen |
werden die Daten zur Layout-Software übertragen.
Im Verzeichnis C:\User\Multisim wird die Datei trv.ewnet
angelegt.
Das Programm Ultiboard startet. Die Dialogbox "Netzliste
importieren" wird geöffnet, darin werden die Bauelemente und Netze
der Schaltung angezeigt.
Mit "OK" werden die Einstellungen übernommen.