Мы продолжаем серию публикаций о работе с виртуальными приборами в программной среде Multisim. Данный цикл статей представляет описание виртуальных инструментов, их конфигурирование, процедуры подключения к исследуемой схеме. Так же рассматриваются такие вопросы как работа с несколькими инструментами, сохранение данных инструмента, просмотр результатов работы. В статье будут рассмотрены особенности работы с таким прибором как характериограф-IV.
Характериограф – это устройство, предназначенное для наблюдения и исследования характеристик радиоэлектронных устройств и компонентов, при этом измерительная информация отображается на экране в виде кривых. В Multisim характериограф-IV (I — ток, V — напряжение) используется для измерения вольт-амперных характеристик диодов, PNP и NPN транзисторов, PMOS и NMOS устройств. При этом, в отличии от других виртуальных приборов Multisim, характериограф-IV подключается не к схеме, а непосредственно к исследуемому устройству. В том случае, когда необходимо произвести измерение характеристик устройства, которое уже используется в схеме – предварительно отключите его от схемы. Для того, что бы открыть лицевую панель прибора, необходимо дважды щелкнуть левой кнопкой мыши по его пиктограмме на схеме. Рассмотрим лицевую панель характериографа-IV более подробно. В левой части панели расположен графический дисплей, который предназначен для графического отображения формы сигнала. Так же прибор оснащен курсором для проведения измерений в любой точке графика, курсор при необходимости можно перемещать при помощи левой кнопки мыши. Управлять положением курсора можно так же и при помощи стрелок перемещения вертикального курсора, которые расположены в нижней левой части лицевой панели характериографа-IV под графическим дисплеем. Между стрелками находятся три информационных поля, в которых отображаются данные, полученные на пересечении вертикального курсора и кривой. Кривую, для которой будут отображаться данные, можно выбрать при помощи щелчка по ней левой кнопкой мыши, в результате чего на пересечении вертикального курсора и кривой появится метка-точка (именно для той кривой, на которой находится метка-точка, и будут отображаться данные в информационных полях). В правой части лицевой панели прибора находится панель управления, предназначенная для настройки параметров характериографа-IV. Рассмотрим данную панель более подробно. В верхней части панели находится поле «Выбор компонента», в котором из выпадающего списка можно выбрать для анализа следующие компоненты:
- Diode;
- BJT PNP;
- BJT NPN;
- PMOS;
- NMOS.
Под полем «Выбор компонента» расположены поля «Шкала тока (А)» и «Шкала напряжения (V)», в которых можно задать параметры горизонтальной и вертикальной осей координат при логарифмической или линейной шкале. Переключение шкалы производится при помощи кнопок «Лог» (логарифмическая) и «Лин» (линейная). Масштаб горизонтальной (ось Х) и вертикальной (ось Y) осей определяется начальным («Н») и конечным («В») значениями.
Под полем «Шкала напряжения (V)» размещены две кнопки. Кнопка «Экран» предназначена для инверсии цвета графического дисплея (черный/белый). Кнопка «Моделирование» используется для произведения настроек параметров моделирования. После нажатия на эту кнопку открывается окно «Параметры моделирования». Содержание данного диалогового окна меняется в зависимости от компонента, выбранного из выпадающего меню в поле «Выбор компонента» и подробно будет рассмотрено в настоящей статье далее для каждого компонента в отдельности. В нижней правой части лицевой панели характериографа-IV находится окно, отображающее схему подключения выбранного компонента к данному виртуальному прибору.
Пример подключения характериографа-IV к PMOS-транзистору, вольт-амперная характеристика PMOS-транзистора и лицевая панель данного прибора представлены на рисунке 1.
Рис. 1. Подключение характериографа-IV к PMOS-транзистору, вольт-амперная характеристика PMOS-транзистора и лицевая панель характериографа-IV.
Измерение характеристик устройства производится следующим образом:
В результате выполненных действий на лицевой панели характериографа-IV в окне графического дисплея рассматриваемого прибора будут получены IV-кривые для анализируемого компонента.
Рассмотрим диалоговое окно «Параметры моделирования» для PMOS-транзистора (рис. 2).
Рис. 2. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для PMOS-транзистора.
Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта PMOS и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ds», в котором можно установить следующие значения V_ds (напряжение сток-исток):
- «Начало» — начальное значение V_ds;
- «Окончание» — конечное значение V_ds;
- «Приращение» — значение шага V_ds (полученные точки будут использованы для построения графика).
В правой части окна расположено поле «Источник: V_gs», в котором можно установить следующие значения V_gs (напряжение затвор-исток):
- «Начало» — начальное значение V_ gs;
- «Окончание» — конечное значение V_ gs;
- «Приращение» — число шагов V_ gs (количество кривых на графике).
Установка/снятие флажка в чекбоксе «Нормализация» отображает значения V_ds на кривых по оси Х с положительными/отрицательными значениями.
Рассмотрим диалоговое окно «Параметры моделирования» для диода (рис. 3).
Рис. 3. Пример диалогового окна «Параметры моделирования» для диода.
Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта Diode и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_pn», в котором можно установить следующие значения V_pn:
- «Начало» — начальное значение V_pn;
- «Окончание» — конечное значение V_pn;
- «Приращение» — значение шага V_pn (полученные точки будут использованы для построения графика).
На рисунке 3 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования», согласно с заданными параметрами которого напряжение диода будет изменяться от – 5 В до 5 В с шагом в 10 мВ. Пример подключения характериографа-IV к диоду и вольт-амперная характеристика данного компонента представлены на рисунке 4.
Рис. 4. Пример подключения характериографа-IV к диоду и вольт-амперная характеристика данного компонента.
Рассмотрим диалоговое окно «Параметры моделирования» для NMOS-транзистора (рис. 5).
Рис. 5. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для NMOS-транзистора.
Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта NMOS и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ds», в котором можно установить следующие значения V_ds (напряжение сток-исток):
- «Начало» — начальное значение V_ds;
- «Окончание» — конечное значение V_ds;
- «Приращение» — значение шага V_ds (полученные точки будут использованы для построения графика).
В правой части окна расположено поле «Источник: V_gs», в котором можно установить следующие значения V_gs (напряжение затвор-исток):
- «Начало» — начальное значение V_ gs;
- «Окончание» — конечное значение V_ gs;
- «Приращение» — число шагов V_ gs (количество кривых на графике).
На рисунке 5 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования», согласно с заданными параметрами которого для получения вольт-амперной характеристики NMOS-транзистора напряжение сток-исток (V_ds) будет изменяться от 0 В до 14 В с шагом в 120 мВ, а напряжение затвор-исток (V_ gs) – от 3,5 В до 5 В. Пример подключения характериографа-IV к NMOS-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента представлены на рисунке 6.
Рис. 6. Пример подключения характериографа-IV к NMOS-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента.
Количество кривых на графике вольт-амперной характеристики соответствует установленному в поле «Источник: V_gs» значению параметра «Приращение» (рис. 5) – в нашем случае данное значение равно пяти.
На рисунке 7 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования» для PNP-транзистора.
Рис. 7. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для PNP-транзистора.
Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта BJT PNP и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ce», в котором можно установить следующие значения V_ce (напряжение коллектор-эмиттер):
- «Начало» — начальное значение V_се;
- «Окончание» — конечное значение V_се;
- «Приращение» — значение шага V_се (полученные точки будут использованы для построения графика).
В правой части окна расположено поле «Источник: I_b», в котором можно установить следующие значения I_b (ток базы):
- «Начало» — начальное значение I_b;
- «Окончание» — конечное значение I_b;
- «Приращение» — число шагов I_b (количество кривых на графике).
Установка/снятие флажка в чекбоксе «Нормализация» отображает значения V_се на кривых по оси Х с положительными/отрицательными значениями. Пример подключения характериографа-IV к PNP-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента представлены на рисунке 8.
Рис. 8. Пример подключения характериографа-IV к PNP-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента.
На рисунке 9 представлен пример диалогового окна «Параметры моделирования» для NPN-транзистора.
Рис. 9. Диалоговое окно «Параметры моделирования» для NPN-транзистора.
Данное окно открывается в результате выбора на панели управления характериографа-IV в поле «Выбор компонента» пункта BJT NPN и нажатия на кнопку «Моделирование». В левой части окна находится поле «Источник: V_ce», в котором можно установить следующие значения V_ce (напряжение коллектор-эмиттер):
- «Начало» — начальное значение V_се;
- «Окончание» — конечное значение V_се;
- «Приращение» — значение шага V_се (полученные точки будут использованы для построения графика).
В правой части окна расположено поле «Источник: I_b», в котором можно установить следующие значения I_b (ток базы):
- «Начало» — начальное значение I_b;
- «Окончание» — конечное значение I_b;
- «Приращение» — число шагов I_b (количество кривых на графике).
Пример подключения характериографа-IV к NPN-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента представлены на рисунке 10.
Рис. 10. Пример подключения характериографа-IV к NPN-транзистору и вольт-амперная характеристика данного компонента.
Представленный пример демонстрирует график вольт-амперной характеристики для отображения I_b = 1 мA, от 1 мA до 735 мA по оси Y, и от 1 мВ до 3,3 В по оси Х.