Применение программного пакета Multisim в лабораторном практикуме по дисциплине «Радиоприемные устройства»

ПП Multisim – это система автоматизированного проектирования и моделирования электрических и электронных схем любой сложности. Программный пакет позволяет анализировать технические решения с использованием микропроцессоров, проводить тестирование схем, симуляцию, а после отладки схемотехнического решения предоставляет возможность по подготовке печатных плат.

В ПП Multisim реализовано большое количество функций для профессионального проектирования с улучшенной компонентной базой данных.

Кроме того, Multisim позволяет моделировать схемы различных электронных устройств, задание для которых подготовлено в формате SPICE, что обеспечивает совместимость с другими программами, такими как Micro-Cap и Pspice.

В образовательном процессе вуза широко используется ПП Multisim для фор- мирования навыков в проектировании электронных схем, разводки печатных плат и моделировании микропроцессорных систем. Таким образом студенты могут самостоятельно пройти через все стадии: изучение теории, создание электрической принципиальной схемы, моделирование, разработка и создание реального электронного изделия, проведение тестовых испытаний.

Главным достоинством ПП Multisim является создание интерактивных электрических схем устройств и моделирование режимов их работы с применением виртуальных измерительных приборов.

Программа Multisim позволяет проводить анализ электрических и электронных схем во временной области, анализ рабочей точки электронного устройства, анализ передаточных функций по постоянному току, по переменному току, Фурье-анализ.

Рис. 1. Главное окно программы Multisim с обозначением функциональных панелей

Главное окно программы Multisim с обозначением функциональных панелей показано на рисунке 1.

Все группы компонентов расположены на верхней панели. Для выбора требующегося элемента необходимо нажать на группу, после чего открывается контекстное окно, в котором представлены имеющиеся элементы, объединенные по подгруппам.

Дисциплина «Радиоприемные устройства» безусловно является базисной в структуре подготовки специалистов в области радиотехники. Значимость указанного курса подтверждается объемом изучаемой дисциплины, наличием в его содержании значительного лабораторного практикума. Практическая подготовка в рамках данного предмета традиционно предполагает работу со стендовым оборудованием, а также с реальными радиоприемными устройствами бытового и/или специального назначения. В этом случае фактически формируются навыки работы с измерительной аппаратурой, способности проводить диагностику и поиск неисправности в радиотехнических устройствах. Одним из немногих недостатков такого построения лабораторного практикума яв- ляется невозможность его быстрой модификации под изменяющиеся задачи, относительная дороговизна используемого стендового и радиоизмерительного оборудования.

В этой связи, в настоящее время сформировалась тенденция на перенос части содержания лабораторного практикума в компьютерные кабинеты. Применение прикладных программ для моделирования радиотехнических устройств позволяет существенно упростить решение задач обучения, удешевить исследовательский процесс, подготовить студента к конструкторско-технологической деятельности. Имеющие на рынке программные решения, в том числе, общедоступные, позволяют перенести часть практикума в разряд самостоятельной работы, убрав жесткую привязку к вузовской лаборатории.

Для исследования рассмотрим УКВ ЧМ приемник с автоматической подстройкой частоты и индикатором точной настройки предназначенный для приема радиопередач в УКВ вещательном диапазоне 88...108 МГц.

Основные функциональные узлы радиовещательного УКВ ЧМ радиоприемника (рис. 2).

Рис. 2. Основные функциональные узлы радиовещательного УКВ ЧМ радиоприемника

Далее, в качестве примера, представим результаты исследования виртуальной модели усилителя промежуточной частоты радиовещательного УКВ ЧМ радиоприем- ника.

Виртуальная модель в ПП Multisim 14.1 усилителя промежуточной частоты радиоприёмника представлена на рисунке 3.

Рис. 3. Виртуальная модель УПЧ

На вход подаем частотно-модулирован-ный сигнал с несущей равной промежуточной частоте 180 кГц, частотой модуля- ции 1 кГц и амплитудой 1 В. Примерно такая амплитуда сигнала получается после усиления в смесителе (рис. 4).

Рис. 4 Осциллограммы входного и выходного сигналов УПЧ

На выходе видим сигнал близкий к последовательности разно-полярных прямоугольных импульсов. Однако явно усматривается разная частота этих колебаний, то есть мы имеем частотно-модулирован-ный сигнал.

Подключим к выходу усилителя промежуточной частоты Анализатор спектра и просмотрим составляющие с помощью графопостроителя (рис. 5).

Рис. 5. Спектр выходного сигнала УПЧ

Проведем измерение частотных характеристик УПЧ, для этого воспользуемся инструментом «Анализ AC» (рис. 6).

Рис. 6. АЧХ и ФЧХ усилителя

Как видим максимум амплитудной характеристики находится в районе 215 кГц, что близко к рабочей промежуточной частоте.

Необходимо отметить, что возможности программного пакета Multisim позволяют оперативно вносить изменения в номиналы элементов цепей, что, в свою очередь, позволяет персонифицировать выдаваемые задания, а также варьировать содержание практикума по дисциплине «Радиоприемные устройства» в соответствии с уровнем подготовки студентов, количеством отво- димого на лабораторные занятия аудиторного времени.

В то же время, ни один программный комплекс не позволит сформировать навыки применения реальной радиоизме-рительной аппаратуры, развить инженер- ную интуицию, которая, на наш взгляд, неотделима от материализованных «в железе» устройств. Таким образом, предлагаемый компьютерный практикум [1] следует считать дополнением к традиционному лабораторному практикуму, а также средством повышения наглядности лекционно- го курса.