Giới thiệu phần mềm Multisim
Các thanh công cụ
Để tạo mạch mô phỏng trên Multisim trước tiên ta khởi động phần mềm Multisim, giao diện chính hiện ra như sau
Hình 1.1 Giao diện chính của Multisim 14
Các thanh công cụ trong Multisim có thể tùy biến, hiển thị hay ẩn đi bắng cách chọn trong Menu View
Trong đó có các thanh công cụ cơ bản hay được sử dụng gồm
Mở ví dụ có sẵn trong Multisim
Quay trở lại hành động gần nhất trước đó
Tiến về hành động gần nhất sau đó
Thanh Components dùng để truy cập nhanh đến các linh kiện cần dùng trong mạch a Sources (Nguồn)
Hình 1.5 Giao diện chọn nguồn (Sources)
Thông thường trong mạch ta thường sử dụng nguồn xoay chiều (AC power) hoặc một chiều (DC power) b Basic (Các linh kiện cơ bản)
Nút chọn các linh kiện cơ bản của mạch
Hình 1.6 Giao diện chọn các linh kiện cơ bản (Basic)
A resistor, or "Điện trở," is characterized by its resistance value, tolerance, temperature, temperature coefficient, and nominal temperature These key attributes define the performance and reliability of resistors in various electrical applications.
Dùng để chạy, tạm dừng hoặc ngừng mô phỏng mạch
Cho phép lấy các thiết bị đo, hiển thị hoặc máy phát, chi tiết trong phần C
The article discusses essential instruments used in electrical measurements, including the multimeter, which serves as a versatile tool for various measurements; the function generator, which produces electrical waveforms; the wattmeter, designed for measuring electrical power; the oscilloscope, used to visualize electrical signals; the four-channel oscilloscope, allowing for the observation of multiple signals simultaneously; and the measurement probe, which is essential for accurate testing and measurement.
Cách vẽ mạch
Để thực hiện việc vẽ mạch đầu tiên, bạn cần đặt linh kiện lên khu vực vẽ mạch, sau đó nối dây theo sơ đồ mạch và lắp thêm các thiết bị đo Bạn có thể thực hiện theo một trong những cách sau đây.
1 Click vào Place trên thanh menu Chọn Component
3 Chọn nhanh trên thanh linh kiện (thanh Component – 5.2)
Ví dụ lấy điện trở đặt lên mạch: Ấn tổ hợp phím Ctrl+W, xuất hiện cửa sổ Select a component để chọn linh kiện Trong ô Group chọn
Basic là tập hợp các linh kiện cơ bản và nguồn Trong ô Family chọn Resistor để chọn điện trở
Phía bên phải cửa sổ Select a component cho ta thông tin về ký hiệu linh kiện, loại linh kiện, kiểu dáng sản xuất, kiểu dáng đóng gói
To view the detailed specifications of a component, click on the "Detail Report" button, which will open the Report Window displaying the component's detailed parameters.
Hình 1.10 Thông số chi tiết của linh kiện
Sau khi chọn linh kiện phù hợp, bạn nhấn OK và đặt linh kiện lên khu vực vẽ mạch Việc điều chỉnh vị trí, xoay và lật linh kiện là cần thiết để đảm bảo tính thẩm mỹ và thuận tiện cho việc nối dây Để di chuyển linh kiện, bạn chỉ cần nhấn chuột trái vào linh kiện, giữ và kéo đến vị trí mong muốn Để xoay linh kiện, bạn có thể thực hiện theo một trong các cách hướng dẫn.
Để xoay linh kiện, bạn chỉ cần ấn tổ hợp phím Ctrl+R để xoay theo chiều kim đồng hồ một góc 90 độ, hoặc ấn Ctrl+Shift+R để xoay ngược chiều kim đồng hồ cùng một góc 90 độ.
Để xoay linh kiện trong phần mềm, bạn chỉ cần nhấn chuột phải vào linh kiện đó, sau đó một cửa sổ sẽ xuất hiện với các tùy chọn cho bạn lựa chọn Để thực hiện việc xoay, hãy chọn "Rotate 90° clockwise" để xoay theo chiều kim đồng hồ hoặc "Rotate 90° counter clockwise" để xoay ngược chiều kim đồng hồ.
Ngoài các thao tác trên, ta còn thấy các chức năng khác như Cut, Copy, Delete, Paste và các phím tắt của chúng
Hình 1.11 Chỉnh sửa linh kiện khi vẽ mạch Để thay đổi thông số linh kiện theo ý muốn ta làm theo một trong các cách sau:
1 Click đúp chuột trái vào linh kiện
2 Click chuột phải vào linh kiện chọn properties
3.Click chuột trái vào linh kiện ấn phím tắt Crtl+M
Một cửa sổ hiện ra cho ta điều chỉnh không chỉ thông số linh kiện mà còn điều chỉnh các nhãn dán, ký tự hiển thị khác
*Lưu ý: Các thao tác trên chỉ thực hiện được khi mạch không trong quá trình chạy mô phỏng
Hình 1.12 Thay đổi các thông số và hiển thị của từng linh kiện
Bạn có thể theo dõi các linh kiện đã sử dụng trong danh sách "In use list" Từ danh sách này, bạn cũng có thể lấy ra các linh kiện tương tự như những linh kiện đã sử dụng trước đó Cuối cùng, sau khi thu thập đầy đủ các linh kiện cho mạch, chúng ta tiến hành nối dây để tạo thành mạch hoàn chỉnh.
Nếu cần tạo thêm các nút trong mạch bạn có thể chọn Place,sau đó chọn Junction hoặc ấn phím tắt Ctrl+J
Nếu cần chú thích thêm trong mạch bạn có thể ấn Place, chọn Text hoặc ấn tổ hợp phím Ctrl+Alt+A
Sau khi hoàn tất việc thiết kế mạch, hãy nhấn vào biểu tượng hình tam giác màu xanh trên thanh trạng thái để bắt đầu mô phỏng Để dừng quá trình mô phỏng, bạn chỉ cần nhấn vào biểu tượng hình vuông màu đỏ (Stop).
Để xác định các thông số như dòng điện, điện áp, dạng tín hiệu và đặc tuyến vôn-ampe, chúng ta cần sử dụng các thiết bị đo Phần này sẽ được trình bày chi tiết trong mục Các thiết bị đo.
Các linh kiện (Components)
Phần mềm Multisim 14.0 cung cấp cho người dùng kho linh kiện phong phú, đa dạng, nhiều loại:
- Analog (điện trở, tự, cuộn cảm, nguồn, diode, transistor…)
Nhóm Analog chia làm 2 loại là:
- Nhóm thực: các linh kiện có giá trị không thay đổi được, có bán trên thị trường
- Nhóm ảo: là các linh kiện thay đổi được giá trị để tiện cho việc phân giải mạch
Các thiết bị đo (Instruments)
Vôn kế và ampe kế là hai thiết bị phổ biến dùng để đo điện áp và dòng điện Mặc dù có thể sử dụng đồng hồ đa năng (Multimeter) thay thế cho chúng, nhưng vôn kế và ampe kế vẫn được ưa chuộng hơn trong các ứng dụng cụ thể.
Ampe kế có thể được tìm thấy ngay khi bạn bật Place hoặc chọn Group -> Indicators (hình 1.6.2) Có bốn loại ampe kế để lựa chọn, được phân chia theo thứ tự các cực và vị trí của hai cực, ngang hoặc dọc, giúp bạn dễ dàng lựa chọn phù hợp với mạch điện của mình.
Kéo thanh cuộn dọc ở ô Family xuống dưới cùng ta sẽ tìm thấy vôn kế Vôn kế cũng chia 4 loại tương tự ampe kế
Vào menu View Toolbars Instruments để hiển thị ra thanh Instruments từ đó có thể lấy ra Osciloscope
Để hiển thị tín hiệu vào và ra trên các phần tử, hãy kết nối dây từ đầu A+ với mạch vào và đầu B+ với mạch ra Hai chân âm của oscilloscope có thể được nối đất hoặc không (nếu không nối, phần mềm sẽ mặc định nối đất) Để dễ dàng phân biệt tín hiệu vào và ra, nên chọn màu dây trái ngược nhau, chẳng hạn như dây mạch vào màu đỏ và dây mạch ra màu xanh Để thay đổi màu dây dẫn, nhấp chuột phải vào dây dẫn, chọn Properties, sau đó click vào ô netcolor và chọn màu dây dẫn, cuối cùng nhấn OK => Apply => OK Bạn cũng có thể chọn Properties, click vào Segment color và sau đó chọn màu cho đoạn dây dẫn.
Ví dụ đo tín hiệu vào và ra của mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ có tụ lọc
Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ có tụ lọc cho phép bạn xem đồ thị tín hiệu bằng cách nhấp vào biểu tượng oscilloscope trong mạch Để dừng mô phỏng, hãy nhấp vào biểu tượng Stop trên thanh trạng thái, lúc này tín hiệu trên oscilloscope sẽ ngừng lại Để điều chỉnh đồ thị theo ý muốn, bạn có thể thay đổi các thông số trong các mục liên quan.
Timebase: thay đổi thời gian chạy của tín hiệu trên 1 div (1 div là 1 ô trên màn hình oscillscope) Để giá trị ô Timebase càng lớn, tín hiệu càng dày
Channel A: điều chỉnh đơn vị tín hiệu vào đầu A
Channel B: điều chỉnh đơn vị tín hiệu ra đầu B
Để xác định giá trị điện áp tại một điểm bất kỳ trên đồ thị, bạn chỉ cần di chuyển hai thanh đo 1 hoặc 2 đến vị trí đó, và giá trị điện áp sẽ được hiển thị ở phía dưới Để chọn điểm bắt đầu của đồ thị và điều chỉnh số chu kỳ, hãy sử dụng thanh cuộn ngang nằm dưới đồ thị.
Khi có nhu cầu lưu trữ đồ thị ta nên chuyển nền màn hình oscilloscope sang màu trắng bằng cách click vào ô Reserve
Hình 3.6 Màn hình máy đo Oscilloscope 2 kênh trên Multisim
3 Hướng dẫn sử dụng Grapher trong multisim
- Grapher là 1 chức năng trong multisim giúp chúng ta có thể quan sát hình ảnh của tín hiệu dưới dạng đồ thị thông qua các thiết bị đo
-Cách truy nhập: có 2 cách
+ C1: click vào biểu tượng (grapher) trên thanh công cụ của multisim
Hình 3.7 Hiển thị Grapher trong Multisim
Ví dụ với mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ như sau:
Hình 3.8 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ
Sau khi mô phỏng, ta thu được trên grapher như sau: View Grapher
Hình 3.9 Grapher View kết quả đo
Màn hình grapher view hiện tại khó nhìn và khó nhận diện dạng tín hiệu, vì vậy cần thực hiện các bước điều chỉnh để cải thiện khả năng quan sát tín hiệu.
Để thay đổi nền từ đen sang trắng, bạn chỉ cần nhấp vào biểu tượng được đánh dấu trong ô đỏ.
+Tiếp theo, ta thực hiện điều chỉnh các thông số để có dạng tín hiệu
- Trên Grapher view, chọn Graph -> Properties
-Khi đó hiện lên màn hình để ta điều chỉnh:
Để phân tích tín hiệu đầu vào và ra theo thời gian, chúng ta cần điều chỉnh cột trái (giá trị tín hiệu đầu vào), cột phải (giá trị tín hiệu đầu ra) và hàng dưới (thời gian) Đối với cột trái, với nguồn vào là nguồn xoay chiều 5V, ta có thể chọn hiển thị trên đồ thị trong khoảng từ -5 đến 5 hoặc -10 đến 10.
Để chỉnh cột phải tương tự như cột trái, chúng ta có thể chọn khoảng thời gian là 0.1 giây để quan sát Quy trình chỉnh sửa sẽ được thực hiện giống như với cột trái.
+Sau khi đã chỉnh xong, ta chọn apply và ok Lúc này trên màn hình GrapherView thu được:
Hình 3.15 Graper View sau khi điều chỉnh Đây là dạng tín hiệu đầu vào và đầu ra thu được của mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ.
Phân tích một số mạch sử dụng diode
1 Khảo sát đặc tuyến V-A của diode 1N4148
Hình 4.1 Mạch đo đặc tuyến V-A của diode 1N4148
Mạch điện khảo sát bao gồm nguồn xoay chiều 6V, tần số 200Hz, kết nối với điện trở R1=1k và diode 1N4148 Mục tiêu là nghiên cứu đặc tuyến V-A của diode trong mạch này.
Sau khi mô phỏng, trên máy ta được đặc tuyến V-A như sau:
Hình 4.2 Đặc tuyến V-A của diode 1N4148
- Khi diode được phõn cực ngược, dũng điện qua diode lỳc này nhỏ, cỡ àA ( cú thể coi ≈ 0)
- Điện áp đánh thủng của diode này là -50V, khi đó diode sẽ hoạt động với chức năng khác
- Điện áp trên diode khi phân cực ngược gần bằng giá trị của nguồn cấp
Khi diode được phân cực thuận với điện áp đủ lớn, dòng điện I sẽ tăng đột ngột, hiện tượng này được gọi là điện áp mở của diode (UDo) Qua việc quan sát trên đồ thị và đo đạc bằng oscilloscope, giá trị của UDo được ghi nhận là 0,66V.
Hình 4.3 Điện áp UD trên diode 1N4148
-Giá trị UDo là khác nhau tương ứng với mỗi loại diode khác nhau, như đối với diode Si thì UD=0.7V,
2 Mạch diode phân cực thuận
Hình 4.5 Mạch diode phân cực thuận
Ta mắc mạch như hình vẽ Ở đây dùng diode loại Si được phân cực thuận, chọn UD = 0.7 V
Nhận xét : Kết quả tính lý thuyết gần giống so với kết quả mô phỏng do ta chọn UD = 0.7 V xấp xỉ bằng UD đo được trong mạch
Hình 4.6 Mạch diode phân cực thuận với diode 1N4007, E1V
Bảng 2.1 Giữ nguyên E1V, thay đổi Rt, quan sát giá trị U và I trên diode (Hình 4.6)
Hình 4.6 Mạch diode phân cực thuận với diode 1N4007, RtG0 Ω
Bảng 2.2 Giữ nguyên RtG0Ω, thay đổi E1, quan sát giá trị trên diode
Diode là một phần tử phi tuyến, nghĩa là khi điện trường E thay đổi, các chỉ số như điện áp UD, dòng điện ID và điện trở rD cũng sẽ thay đổi Mối quan hệ giữa các thông số này không được biểu diễn bằng một đường thẳng trên đồ thị.
3 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ a Khi không có tụ lọc
Hình 4.8 Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ
1 Nguồn xoay chiều 5Vpk: đóng vai trò tín hiệu vào
2 Diode 1N4007 :dùng chỉnh lưu dòng điện
3 Điện trở R1=1K : có nhiệm vụ hạn dòng, đóng vai trò Rt
4 Máy đo oscilloscope: hiện thị tín hiệu vào và ra
Hình 4.9 Đồ thị tín hiệu vào và ra
- Khi Uv>0, thì diode phân cực thuận, vậy nên UV=UR+UD với UD=0.7V (theo lý thuyết)
- Khi UVD2 ->Rt ->D2-âm nguồn Khi đó 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 + ở dưới ->D4-
>Rt->D1->đầu âm ở trên Khi đó Ur=Uv-2UD0= Uv-1,4V b Khi có tụ lọc
Mắc thêm tụ C song song với Rt
Hình 4.14 Mạch chỉnh lưu cầu có tụ lọc
Khi đó, tín hiệu ra sẽ có dạng như sau:
Hình 4.15 Đồ thị tính hiệu vào và ra mạch chỉnh lưu cầu có tục lọc
Khi sử dụng tụ lọc, tín hiệu Ur trở nên bằng phẳng hơn rõ rệt so với khi không có tụ Đặc biệt, với giá trị tụ lớn, Ur gần như tương đương với Umth.
5 Mạch ổn áp sử dụng diode Zener
Khảo sát điện áp đầu ra lấy trên diode Zener khi điện áp đầu vào thay đổi
Hình 4.16a Mạch ổn áp sử dụng diode Zener
Mạch gồm nguồn 1 chiều, điện trở hạn dòng, diode Zener Chúng ta kiểm tra tính chất ổn áp của diode Zener
Hình 4.16b Mạch ổn áp sử dụng diode Zener
Hình 4.16c Mạch ổn áp sử dụng diode Zener
Hình 4.16d Mạch ổn áp sử dụng diode Zener
Hình 4.16e Mạch ổn áp sử dụng diode Zener Bảng 2.3
So sánh thông số của diode Zener 1N4733A: Uz =5.1V
Khi E=4.8V, diode làm việc như diode phân cực ngược (ở vùng cắt dòng),Ud ≈ E
Khi tăng E lên, thì diode làm việc ở chế độ ổn áp (vùng Zener), Ud≈5.1= Uz
Chênh lệch giữa điện áp đầu ra và điện áp ổn áp của diode Zener được gây ra bởi điện áp rơi trên điện trở trong của diode Điều này cho thấy rằng, khi điện áp đầu vào biến đổi trong một khoảng rộng, điện áp đầu ra chỉ thay đổi rất ít nhờ vào tác dụng ổn định của diode Zener.
Kiểm tra thêm với Uz = 1; -10 V
Hình 4.16f Mạch ổn áp sử dụng diode Zener
Khi diode Zener phân cực thuận, giá trị UD đo được như đối với diode chỉnh lưu
Hình 4.16g Mạch ổn áp sử dụng diode Zener
