Explore Circuit Behavior Using Simulation-Driven Instruments in NI Multisim

Überblick

NI Multisim software provides simulation-driven instruments that you can use to drive your circuit, measure the behavior of the circuit, and examine simulation results. These instruments are set, used, and read just like their real-world equivalents.

This article examines the three different types of simulation-driven instruments and how you can use these instruments to drive circuits, make measurements, probe, and troubleshoot a circuit.

Contents

Die Software NI Multisim stellt simulationsgestützte Messgeräte zur Verfügung, mit denen Schaltungen und Simulationsergebnisse untersucht werden können. Diese Messgeräte werden wie ihre realen Vorbilder eingestellt, bedient und abgelesen. In diesem Artikel werden die drei unterschiedlichen Arten simulationsgestützter Messgeräte und die Durchführung von Messungen sowie das Untersuchen und die Fehlerbehandlung von Schaltungen vorgestellt.

Einführung in simulationsgestützte Messgeräte

Neben den Bauteilen und den Verdrahtungen für die Erfassung einer Schaltung beinhaltet NI Multisim eine Vielzahl simulationsgestützter Messgeräte, die sich wie ein konventionelles Messgerät am Prüfplatz ins Schaltbild einbinden lassen. Die Verwendung simulationsgestützter Messgeräte ist interaktiv möglich, so dass sich die Einstellungen bei laufender Simulation ändern und gleichzeitig die neuen Messergebnisse anzeigen lassen.

Simulationsgestützte Messgeräte ermöglichen die Nutzung aller Möglichkeiten der Schaltungssimulation, ohne dass Kenntnisse der SPICE-Syntax erforderlich sind. Bei Betätigung einer Taste eines Messgeräts wird automatisch ein passendes Stimulussignal erzeugt. Die Messergebnisse werden sofort auf der Benutzeroberfläche des Messgeräts angezeigt. Der Anwender kann die Einstellungen der Messgeräte und die Simulationsergebnisse speichern sowie die Größe der Bedienfelder von Messgeräten ändern, um sie unterschiedlichen Bildschirmauflösungen und Darstellungsmodi anzupassen.

Mit Multisim können simulationsgestützte Messgeräte aus dem Menü Simulieren» Instrumente oder direkt aus der Messgerätesymbolleiste (s. u.) platziert werden.

Simulationsgestützte Messgeräte haben drei unterschiedliche Ansichten pro Messgerät, über die Auswahl, Platzierung, Verdrahtung, Einstellungskonfiguration, Datenvisualisierung usw. ermöglicht werden.

Typ Beschreibung Ansicht
Bildzeichen
  • Steht für ein Messgerät auf der Messgerätesymbolleiste von Multisim
 
Symbol
  • Stellt ein Messgerät in einer Schaltung dar
  • Wird über die Anschlüsse des Messgeräts mit einer Schaltung verbunden
  • Öffnen des Frontpanels des Messgeräts durch Doppelklick auf das Symbol eines Messgeräts
 
Frontpanel

Ermöglicht die Interaktion des Nutzers mit dem Messgerät durch

  • Einstellung der Parameter
  • Anzeige von Daten
 

Das Frontpanel eines Messgeräts kann durch Doppelklick auf sein Symbol angezeigt oder verborgen werden. Das Frontpanel ist immer über dem Hauptarbeitsbereich abgebildet, so dass die Parameter jederzeit sichtbar sind. Das Frontpanel kann auf einer beliebigen Stelle des Desktops platziert und je nach Bildschirmauflösung und Darstellungsmodus angepasst werden. Beim Speichern einer Schaltungsdatei wird auch der Ort des Frontpanels sowie der Status (anzeigen/verbergen) gespeichert. Dazu werden alle Daten, die im Messgerät enthalten sind, bis zu einer bestimmten Größe gespeichert.

Simulationsgestützte Messgeräte

Die drei Typen simulationsgestützter Messgeräte sind Multisim-Messgeräte, benutzerdefinierte LabVIEW-VIs und NI-ELVISmx-Messgeräte. Alle drei Messgeräte bieten die folgenden Schlüsselfunktionen:

  • Anpassen der Einstellungen während der Simulation
  • Ändern der Verdrahtung eines Anschlusses während der Simulation
  • Verwenden mehrerer Instanzen desselben Messgeräts in einer Schaltung
  • Speichern der Messgeräteeinstellungen und Anzeigen von Daten mit der Schaltungsdatei
  • Weiterführende Anzeige der Daten in der Graphanzeige
  • Anpassung des Frontpanels entsprechend der Bildschirmauflösung oder des Darstellungsmodus
  • Einfacher Export angezeigter Daten in TXT-, LVM- und TDM-Format

Multisim-Messgeräte

Bei den Multisim-Messgeräten handelt es sich um simulationsgestützte Instrumente, die nativ in der Multisim-Umgebung vorhanden sind. Man kann sie zur besseren Organisation in sechs Kategorien unterteilen:

  • AC- und DC-Messgeräte
  • Digitale und logische Messgeräte
  • RF-Messgeräte
  • Simulierte Messgeräte von Drittanbietern
  • Messtastköpfe
  • LabVIEW-VIs

Hinweis: Die Abbildungen und Symbole in diesem Dokument sind verkleinert. 

AC- und DC-Messgeräte

 

Name

Funktion

Bildzeichen

Symbol

Frontpanel

Funktionsgenerator

  • Sinus-, Dreieck- und Rechteckkurve
  • Frequenz
  • Tastverhältnis
  • Amplitude
  • Offset

Inst_Icon_FGen

Inst_Symbol_FGen

Inst_Panel_FGen

 

Multimeter

  • AC und DC
  • Strom
  • Spannung
  • Widerstand
  • Verlust in dB

Inst_Icon_Multimeter

  Inst_Symbol_Multimeter

Inst_Panel_Multimeter

 

2-Kanal-Oszilloskop

  • Bis zu 2 Kanäle
  • X- und Y-Skalierung
  • Y-Offset
  • Trigger
  • Cursor

Inst_Icon_2ChScope

Inst_Symbol_2ChScope

Inst_Panel_2ChScope

 

 

4-Kanal-Oszilloskop

  • Bis zu 4 Kanäle
  • X- und Y-Skalierung
  • Y-Offset
  • Trigger
  • Cursor

Inst_Icon_4ChScope

Inst_Symbol_4ChScope

Inst_Panel_4ChScope

 

 

Wattmeter

  • Leistungsmessung
  • Leistungsfaktor

Inst_Icon_Wattmeter

Inst_Symbol_Wattmeter

Inst_Panel_Wattmeter

 

 

IV-Analysator
  • Dioden
  • PNP-Bipolartransistor
  • NPN-Bipolartransistor
  • PMOS
  • NMOS

 

 

 

Frequenzzähler

  • Frequenz
  • Periode
  • Impulse
  • Anstiegs-/Abfallzeit
  • AC- oder DC-Kopplung
  • Trigger

Inst_Icon_FrequCounter

Inst_Symbol_FrequCounter

Inst_Panel_FrequCounter

 

Bode-Plotter

  • Frequenzantwort
  • Verstärkung und Phasenverschiebung
  • Bis zu 10 GHz

Inst_Icon_Bodeplotter

Inst_Symbol_Bodeplotter

Inst_Panel_Bodeplotter

 

 

Verzerrungsanalysator

  • Intermodulationsverzerrung
  • Gesamtklirrfaktor

Inst_Icon_DistortionAnalyzer

Inst_Symbol_DistortionAnalyzer

Inst_Panel_DistortionAnalyzer

 

 

Digitale und logische Messgeräte

 

Name

Funktion

Bildzeichen

Symbol

Frontpanel

Logikanalysator

  • 16 Kanäle
  • Cursor
  • Datenhistorie
  • Trigger
  • Interner/externer Takt

Inst_Icon_FGen

Inst_Symbol_FGen

Inst_Panel_FGen

 

Logikwandler

  • Konvertierung von digitalen Schaltungen zu Wahrheitstabelle und booleschen Ausdrücken
  • Konvertierung von Wahrheitstabelle zu digitalem Schaltkreis
  • Konvertierung von booleschem Ausdruck zu digitalem Schaltkreis

Inst_Icon_Multimeter

 Inst_Symbol_Multimeter

Inst_Panel_Multimeter

 

Bitmustergenerator

  • Zyklus, Impulsbündel und Schritte
  • Hexadezimal-, Dezimal-, boolesche und ASCII-Datenansicht
  • Timing
  • Trigger

Inst_Icon_2ChScope

Inst_Symbol_2ChScope

Inst_Panel_2ChScope

 

 

RF-Messgeräte

 

Name

Funktion

Bildzeichen

Symbol

Frontpanel

Spektrum- analysator

  • Amplitude in Bezug zu Frequenz
  • Signalkomponenten (Leistung und Frequenz)
  • Einstellung der Zeitspanne

Inst_Icon_FGen

Inst_Symbol_FGen

Inst_Panel_FGen

 

Netzwerkanalysator

  • Konvertierung von digitalen Schaltungen zu Wahrheitstabelle und booleschen Ausdrücken
  • Konvertierung von Wahrheitstabelle zu digitalem Schaltkreis
  • Konvertierung von booleschem Ausdruck zu digitalem Schaltkreis

Inst_Icon_Multimeter

 Inst_Symbol_Multimeter

Inst_Panel_Multimeter

 

 

Simulierte Messgeräte von Drittanbietern

 

Name

Funktion

Bildzeichen

Symbol

Frontpanel

Agilent-Signalgenerator

  • Typ: 33120A
  • Spiegelt das Verhalten des realen Messgeräts wider

Inst_Icon_FGen

Inst_Symbol_FGen

Inst_Panel_FGen

 

 

Agilent-Digitalmultimeter

  • Typ: 34401A
  • Spiegelt das Verhalten des realen Messgeräts wider

Inst_Icon_Multimeter

Inst_Symbol_Multimeter

Inst_Panel_Multimeter

 

 

Agilent-Oszilloskop

  • Typ: 54622D
  • Spiegelt das Verhalten des realen Messgeräts wider

Inst_Icon_2ChScope

Inst_Symbol_2ChScope

Inst_Panel_2ChScope

 

 

Tektronix- Oszilloskop

  • Typ: TDS 2024
  • Spiegelt das Verhalten des realen Messgeräts wider

Inst_Icon_4ChScope

Inst_Symbol_4ChScope

Inst_Panel_4ChScope

 

 

 

Messtastköpfe

 

Name

Funktion

Bildzeichen

Symbol

Frontpanel

Statischer Messtastkopf

  • Strom, Spannung und Frequenz
  • Bezogen auf Schaltungsmasse oder einen anderen Tastkopf
  • Mit einem Netz oder dem Mauscursor verbunden
  • Löst Ereignis aus
  • Optionen:
    • Dynamischer Tastkopf
    • Wechselspannung
    • Wechselstrom
    • Momentanspannung
    • Spannung mit Bezug zum Tastkopf

Inst_Icon_FGen

 

Inst_Panel_FGen

Inst_Panel_Multimeter

 

Stromzange

  • Bildet das Verhalten industrieller Zangen-Stromsonden nach
  • Verschiedene Strom-Spannungs-Verhältnisse

Inst_Icon_2ChScope

Inst_Icon_2ChScope

Nutzung von Messgeräten zur Datenanzeige

  • Oszilloskop
  • Multimeter
  • usw.

 

Auf LabVIEW basierende Messgeräte

 

Name

Funktion

Bildzeichen

Symbol

Frontpanel

LabVIEW-Mikrofon

  • Schnittstelle zu PC mit Soundkarte
  • Aufzeichnungslänge
  • Abtastrate

Inst_Icon_FGen

Inst_Symbol_FGen

Inst_Panel_FGen

 

 

LabVIEW-Lautsprecher

  • Schnittstelle zu PC mit Soundkarte
  • Update-Rate

Inst_Icon_Multimeter

  Inst_Symbol_Multimeter

Inst_Panel_Multimeter

 

 

LabVIEW-Signalanalysator

  • Zeitbereichssignal
  • Leistungsspektrum
  • Mittelwert

Inst_Icon_2ChScope

Inst_Symbol_2ChScope

Inst_Panel_2ChScope

 

 

LabVIEW-Signalgenerator

  • Sinus, Dreieck, Rechteck und Sägezahn
  • Frequenz
  • Tastverhältnis
  • Amplitude
  • Offset
  • Phase

Inst_Icon_4ChScope

Inst_Symbol_4ChScope

Inst_Panel_4ChScope

 

 

LabVIEW-Streaming-Signalgenerator

  • Sinus, Dreieck, Rechteck und Sägezahn
  • Frequenz
  • Tastverhältnis
  • Amplitude
  • Offset
  • Phase
  • Abtastrate

Inst_Icon_4ChScope

 

 

LabVIEW-Bipolartransistoranalysator

  • Charakteristika bezüglich Strom und Spannung von PNP- oder NPN-Bipolartransistoren
  • Modelltyp
  • Sweep der Kollektoremitterspannung
  • Sweep des Basisstroms

Inst_Icon_4ChScope

 

 

LabVIEW-Impedanzmesser

  • Frequenzdurchlauf, Frequenz, Impedanz
  • Anzahl der Punkte
  • Skalentyp

Inst_Icon_4ChScope

 

 

 

Benutzerdefinierte VIs in LabVIEW

Die Simulations- und Analysefunktionen in Multisim lassen sich durch die Erstellung benutzerdefinierter VIs mithilfe der grafischen Entwicklungsumgebung NI LabVIEW erweitern. Diese VIs können die komplette Funktionalität des LabVIEW-Entwicklungssystems nutzen, darunter Datenerfassung, Messgerätesteuerung und mathematische Analysen. Folgende Arten von VIs können entwickelt werden:

  • Ein virtuelles Instrument, das reale Daten mithilfe eines Datenerfassungsgeräts oder modularen Messgeräts von National Instruments erfasst. Multisim nutzt dann diese Daten als Signalquelle für die Schaltungssimulation.
  • Ein virtuelles Instrument, das Simulationsdaten simultan zu mehreren Messungen anzeigt (z. B. Mittelwert und Leistungsspektrum), die aus den Simulationsdaten gewonnen wurden

Bei LabVIEW-VIs kann es sich um Instrumente für die Eingabe, Ausgabe oder Ein- und Ausgabe handeln.

Instrumente zur Eingabe erhalten Simulationsdaten zur Anzeige oder Verarbeitung.

Instrumente zur Ausgabe erzeugen Daten zur Nutzung als Signalquelle bei einer Simulation.

Instrumente zur Ein- und Ausgabe empfangen und erzeugen Simulationsdaten.

Diese in LabVIEW erstellten und angepassten VIs können Sie in Multisim integrieren. Sie erscheinen dann in der LabVIEW-Messgerätesymbolleiste. Weitere Informationen zur Erstellung eines LabVIEW-VIs und der Installation finden Sie in der Hilfedatei von Multisim.

Laden Sie ein Beispiel eines benutzerdefinierten LabVIEW-VIs herunter»

NI-ELVISmx-Messgeräte

Durch Integration von NI ELVIS und Multisim können Sie simulierte Daten zu realen Messungen in Beziehung setzen. Bei NI ELVIS (NI Educational Laboratory Virtual Instrumentation Suite) handelt es sich um eine Plattform für das Hardwaredesign und die Prototyperstellung von National Instruments, die zwölf der gängigsten Messgeräte in einer gemeinsamen Plattform beinhaltet und über einen Hi-Speed-USB-Anschluss mit Ihrem Computer verbunden werden kann.

Innerhalb der Multisim-Umgebung haben Sie Zugriff auf acht dieser Messgeräte. Mit einem Mausklick können Sie zwischen den simulierten Daten, die vom SPICE-Simulationstreiber in Multisim erzeugt wurden, und den von der Hardware erfassten Signalen wechseln. So können Ingenieure Prototypen schneller erstellen und Ausbilder die Theorie anhand realer Signale besser vermitteln.

Name

Funktion

Bildzeichen

Symbol

Frontpanel

NI ELVISmx: Digitalmultimeter

  • Wechselspannung
  • Wechselstrom

 

 

NI ELVISmx: Funktionsgenerator

  • Dreieck, Sinus, Rechteck
  • Bis zu 5 MHz
  • Amplitude
  • DC-Offset
  • Sweep-Einstellungen

 

 

NI ELVISmx: Oszilloskop

  • 2 Kanäle, Kopplung, Skalierung Volt/Einheit
  • Zeit/Einheit
  • Trigger
  • Erfassungsmodus
  • Cursors

 

 

NI ELVISmx: Dynamiksignalanalysator

  • Leistungsspektrum und spektrale Leistungsdichte
  • Frequenzspanne, Auflösung, Fenster
  • Modus für die Mittelwertbildung, Gewicht, Anzahl der Mittelwerte
  • Trigger
  • Anzuzeigende Einheiten und Modus

 

NI ELVISmx: digital lesen

  • Erfassungsmodus

 

NI ELVISmx: digital schreiben

  • Bitmuster
  • Invertieren, rotieren, schieben
  • Generierungsmodus
  • Richtung

 

 

NI ELVISmx: Arbiträrer Signalverlaufsgenerator

  • Signalverlaufseditor
  • Generierungsmodus
  • Update-Rate
  • Signalverlaufsdatei hochladen
  • Verstärkung festlegen

 

NI ELVISmx: variable Stromversorgung

  • Eingangsbereich von +12 V/-12 V
  • Sweep-Einstellungen